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關鍵詞:土壤污染 重金屬 危害 修復方法
土壤是人類賴以生存的主要自然資源之一,也是人類生態環境的重要組成部分[1-2]。隨著近年來經濟發展,工農業生產不斷擴大,所產生的廢水和廢渣也不斷增多,不但破壞地表植被,而且其中有毒有害重金屬還隨廢水的排放及廢渣堆的風化和淋濾進入周邊土壤環境[3-6]。目前我國受鎘、砷、鉻、鉛等重金屬污染耕地面積近2,000萬公頃,約占總耕地面積的1/5,其中工業“三廢”污染耕地1,000萬公頃,污水灌溉的農田面積已達330多萬公頃。
1. 土壤重金屬污染的定義
在自然界,重金屬以各種形態存在,常見的金屬元素有銅、鉛、鋅、鐵、鈷、鎳、錳、鎘、汞、鉬、金、銀等;其中既有對生命活動所需要的微量元素,如錳、銅、鋅等;但大多數重金屬元素在環境中對環境都會有一定的污染作用,主要包括汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等對生物體具有顯著毒害作用的元素[7]。重金屬的密度一般在4.0以上,約60種元素。但是由于不同的重金屬在土壤中的毒性差別很大,所以在環境科學中人們通常關注鋅、銅、鈷、鎳、錫、釩、汞、鎘、鉛、鉻、鈷等。砷、硒是非金屬,但是它的毒性及某些性質與重金屬相似,所以將砷、硒列入重金屬污染物范圍內。由于土壤中鐵和錳含量較高,因而一般不太注意它們的污染問題,但在強還原條件下,鐵和錳所引起的毒害亦應引起足夠的重視。
土壤重金屬污染是指由于人類在生產活動中將重金屬帶入到土壤中,致使土壤中重金屬累積到一定程度,含量明顯高于背景,并可造成土壤質量的退化、生態與環境的惡化現象[8]。土壤本身含有一定量的重金屬元素,如植物生長所必需的Mn、Cu、Zn等。因此,只有當疊加進入土壤的重金屬元素累積的濃度超過了作物需要和忍受程度,作物才表現出受毒害癥狀,或作物生長并未受害但產品中某種金屬的含量超過標準,造成對人畜的危害時,才能認為土壤已被重金屬污染[9]。如土壤環境質量標準值(GB15618-1995)[10]。
2. 土壤中重金屬的來源、種類
土壤重金屬污染主要是由工業產生的“三廢”以及污水灌溉、農藥和化肥的不合理施用等農業措施引起的。隨著工農業生產的發展,重金屬對土壤和農作物的污染問題越來越突出,部分地區土壤重金屬污染現象十分嚴重。總體來講,土壤重金屬污染源較廣泛,即有自然來源,又有包括人類活動帶入土壤的部分,目前主要來源為人為因素。主要包括大氣塵降、污水灌溉、工業廢棄物得不當堆放、采礦及冶煉活動、農藥和化肥的過多施用等[11-12]。
2.1 污水灌溉
污水灌溉通常指的是使用經過一定處理的城市污水灌溉農田、森林和草地。中國水資源較為緊缺,部分灌區常把污水作為灌溉水源來利用。污水的種類按其來源可分為城市生活污水、石油化工污水、工業礦山污水和城市混合污水等。城市生活污水中重金屬含量雖然不多,但由于我國工業發展迅速,許多工礦企業污水未經分流處理而排入下水道與生活污水混合排放,從而造成污灌區土壤Hg、As、Cr、Pb、Cd、Zn等重金屬含量逐年累積[15-16]。在分布上,往往是靠近污染源頭和城市工業區土壤污染嚴重,遠離污染源頭和城市工業區,土壤幾乎不受污水中的重金屬污染。
污灌在北方比較嚴重,因為我國北方比較干旱,水資源短缺嚴重,并且許多大城市都是重工業大城市,所以農業用水更加緊張,污水灌溉在這些地區較為普遍。據統計,我國北方旱作地區污灌面積約占全國90%以上。南方地區相對較小,僅占6%,其余則在西北地區。污灌不僅導致土壤中重金屬元素含量的增加,而且還會在人體內富集。研究顯示我國沈陽、溫州和遂昌等地由于污水灌溉引發了人體鎘中毒;鞍山宋三污灌區土壤中Hg、Cd的累積顯著,污染嚴重;用處理過的污水灌溉是解決干旱地區作物需水問題的一條可行途徑。但由此導致的土壤污染特別是重金屬污染必須引起重視。
2.2 農藥和化肥污染
農藥和化肥是重要的農用物資,對農業生產發展起到重要的推動作用,但如果不合理施用,則可導致土壤中重金屬污染。部分農藥在其組成中含有Hg、As、Cu、Zn等重金屬元素,過量或不合理使用將會造成土壤重金屬污染。肥料中含有大量的重金屬元素,其中氮、鉀肥料含量相對較低,而磷肥中則含有較多的有害重金屬,另外復合肥的重金屬含量也相對較高。施用含有重金屬元素的農藥和化肥,都可能導致土壤中重金屬的污染。
2.3 礦山開采和冶煉加工
我國重金屬礦產相對豐富,在金屬礦山的開采、冶煉過程中,會產生大量廢渣及廢水,而這些廢渣和廢水隨著礦山排水和降雨進入土壤環境中,便可直接地造成土壤重金屬污染,這在我國南方地區表現得尤為突出。
3. 重金屬污染的特點及危害
3.1 重金屬元素污染土壤的主要特點
在土壤環境中重金屬污染特點可以分為兩部分:一是土壤環境中重金屬自身的特點,二是重金屬元素在不同介質中所表現的特點。具體特點如下:(1)形態變換較為復雜,重金屬多為過渡元素,有著較多的價態變化,且隨環境Eh,pH配位體的不同呈現不同的價態、化合態和結合態。重金屬形態不同則其毒性也不同;(2)有機態比無機態的毒性大;(3)毒性與價態和化合物的種類有關;(4)環境中的遷移轉化形式多樣化;(5)生物毒性效應的濃度較低;(6)在生物體內積累和富集;(7)在土壤環境中不易被察覺;(8)在環境中不會降解和消除;(9)在人體內呈慢性毒性過程。(10)土壤環境分布呈區域性;
過量的重金屬會引起動植物生理功能紊亂、營養失調、發生病變,重金屬不易被土壤微生物降解,可在土壤中累積,也可通過食物鏈在人體內積累,危害人體健康。土壤一旦遭受重金屬污染,就很難徹底消除,污染物還會向地下水和地表水中遷移,從而擴大其污染。因此重金屬對土壤的污染是一類后果非常嚴重的環境問題。
3.2人類因土壤重金屬污染而遭受的危害[25]
(1)土壤污染使本來就緊張的耕地資源更加短缺;(2)土壤污染給農業發展帶來很大的不利影響;(3)土壤污染中的污染物具有遷移性和滯留性,有可能繼續造成新的土地污染;(4)土壤污染嚴重危及后代人的利益,不利于可持續發展;(5)土壤污染造成嚴重的經濟損失;(6)土壤污染給人民的身體健康帶來極大的威脅;(7)土壤污染也是造成其他污染的重要原因。
4. 對重金屬污染的防治及修復
4.1 對土壤污染的預防
目前,仍未找到可廣泛應用且行之有效的重金屬污染治理方法,但控制污染源,是防止土壤污染的根本措施之一,同時利用土壤的自凈作用對污染物凈化具有一定的預防作用。控制土壤重金屬污染源,即控制進入土壤中的重金屬污染物的數量和速度,通過土體自身的凈化作用,降低污染。
(1)控制和消除工業“三廢”
盡量利用循環無毒工藝,減少和消除重金屬污染物的排放,對工業“三廢”進行回收改善,使其化害為利,并嚴格控制工業生產中污染物排放量和濃度,使之符合排放標準。
(2)土壤污灌區的監測和管理
在污灌區對灌溉污水的重金屬元素進行控制,監測水中重金屬污染物質的成分、含量及其變化,避免引起土壤污染。
(3)合理施用化肥和農藥
對于農藥和化肥的施用,應以環保無毒為準則,禁止或限制使用高殘留農藥,大力發展高效、低毒、低殘留農藥,發展生物防治措施。為保證農業的增產,合理施用化學肥料和農藥是必需的,但需控制好施用量,否則會造成土壤或地下水的污染。
(4)土壤容量和土壤凈化能力的提高
在農業生產過程中,施用有機肥,改良松散型沙土,改善土壤膠體的種類和數量,增加土壤對有害重金屬的吸附能力和吸附量,從而減少重金屬在土壤中的生物有效性。利用微生物品降解土壤中的重金屬,提高土壤凈化能力。
4.2 土壤中重金屬污染的修復方法
(1)工程措施
工程治理措施是指在土壤環境中,用物理或物理化學的原理來減少重金屬污染物的措施。主要包括客土,換土,翻土,淋洗液熱處理以及電解等方法。以上方法措施的治理效果相對徹底,但實工過程復雜、所需治理費用較高且比較容易引起土壤肥力效果降低。
(2)生物措施
生物治理是指利用能夠在土壤中生存的生物的某些習性來抑制和改良土壤重金屬污染。Nanda Kumar P B A等發現某些特殊植物對土壤中的重金屬元素具有富集作用。寇冬梅等研究認為食用菌對重金屬具有吸附作用。所用方法有動物治理,微生物治理,植物治理等。生物措施的優點是實施較為簡便易行、投資較少且對環境破壞小,而缺點是在短期內不易得到治理效果。
(3)化學措施
化學治理方法是利用化學物質和天然礦物對重金屬污染進行的原位修復技術,目前,在許多區域得到應用。化學治理措施主要包括利用土壤改良劑、抑制劑,增加土壤有機質、陽離子代換量和粘粒的含量,改變pH、Eh和電導等理化性質,使土壤重金屬發生氧化、還原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用,以降低重金屬的生物有效性。化學治理措施優點是治理效果相對較明顯,而缺點是容易再度活化。
(4)農業措施
農業治理措施是通過改變耕作方式和管理制度來達到降低土壤重金屬危害的方法。M.Puschenreiter等探討了利用農業耕作措施治理土壤重金屬的方法,得出在不同污染地區種植不同的農作物可有效降低重金屬的污染。治理方法主要包括控制土壤水分,選擇合適的農藥、化肥,增施有機肥,選擇農作物品種等。農業治理措施的優點在于操作簡單、費用不高,而缺點是需要較長治理周期卻治理效果不顯著。
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建立健全重金屬防治體系和污染事故應急體系,保證環境平安。全面排查轄區內重金屬污染物排放企業(以下簡稱“重金屬排放企業”及其周邊區域的環境隱患,摸清重金屬污染情況,建立監管臺帳,確定重點防控區域(流域)行業、企業和高風險人群;強化環境執法,依法查處重金屬污染環境違法行為;
二、工作重點
根據我市實情,確定重點防控的重金屬污染物是鉛、汞、鎘、鉻和類金屬砷,重點防控的區域(流域)重金屬污染物排放相對集中的地區,重點防控的行業是有色金屬礦(含伴生礦)采選業、有色金屬冶煉業、含鉛蓄電池業、電鍍業、皮革及其制品業、化學原料及化學制品制造業等,重點防控的企業是具有潛在環境危害風險的重金屬排放企業(特別是集中式飲用水水源地上游的企業)
三、主要措施
(一)做好對重金屬排放企業及其周邊區域環境隱患的全面檢查,摸清重金屬污染情況,建立監管臺帳,確定我市重點防控區域(流域)和重點防控企業名單。為了確保環境平安,各縣(市、區)政府必需與轄區內的所有重金屬重點防控企業簽訂環境平安責任狀。
1.對檢查中發現的違法行為要依法嚴處,對污染治理設施不能穩定達標或超總量排污的重金屬污染企業,依法責令整改直至關閉。對不符合產業政策的重金屬企業依法實施關閉,堅決取締無經營許可證從事危險廢物利用處置活動。
2.建立對重金屬排放企業的巡查制度,加強對重金屬污染企業的監控,嚴防超標排放。將整治重金屬違法排污企業作為全市環保專項行動的重點,不時加大對違法行為的獎勵力度,維護社會公平。
(二)嚴格執行建設項目環評審批和“三同時”驗收制度,提高新建排放重金屬污染物項目的準入門檻,對排查發現的未經環評審批且危害群眾健康的已建成項目,報請縣級以上人民政府予以關停撤除。
(三)嚴禁在重金屬排放企業1公里范圍內新建居民點,此范圍內現有的居民點應按規定要求地方政府實施搬遷;地方政府對此有承諾的必需按許諾予以兌現。
(四)進一步規范重金屬排放企業的環境管理,督促企業建立特征污染物發生、排放臺帳和日常監測制度,定期演講監測結果,并向社會公布重金屬污染物排放和環境管理情況。督促企業提升污染治理水平,規范原料、產品、廢棄物堆放場和排放口,建立和完善重金屬污染突發事件應急預案,督促重點防控企業開展清潔生產審核。對不實施清潔生產審核或者雖經審核但不如實演講審核結果的責令限期改正。
(五)要按照《市重金屬污染防治工作實施方案》要求,切實加強組織領導,明確任務,落實責任。對因重金屬污染造成群發性健康危害事件或造成重特大環境污染事故的按有關規定對負責人實施問責,并從該重金屬排放企業的立項、審批、驗收、生產和監管全過程,對有關責任單位和責任人追究責任,對構成犯罪的依法移送司法機關處置。
四、時間布置
(一)準備階段
各縣(市、區)政府根據本方案,制定轄區內具體實施方案,進行動員部署,并于月日前將實施方案及聯系人報市專項行動領導小組辦公室(市環保局)
(二)集中整治階段
各縣(市、區)組織相關部門對轄區內的重金屬排放企業及其周邊區域環境隱患進行全面檢查,摸清重金屬污染情況,建立監管臺帳,確定重點防控區域(流域)行業、企業和高風險人群。對檢查中發現的違法行為要依法嚴處,對污染治理設施不能穩定達標或超總量排污的重金屬污染企業,依法責令整改直至關閉。
(三)督查階段
市環保局將對轄區內整治行動的開展情況進行督查,確保對違法排污企業處分到位、整改到位,各項措施落實到位,省環保廳也將會適時對我市的整治行動開展情況進行督查。
(四)總結階段
各縣(市、區)對專項整治工作進行總結,對存在問題進行整改,完善相關政策措施,并于月日前將工作總結報市專項行動領導小組辦公室(市環保局)
五、具體要求
(一)加強領導,統一部署。各地政府必需對轄區內的重金屬污染防治工作負責,要精心組織,切實加強領導,研究制定轄區專項整治行動方案,并組織實施。嚴格依照國家法律法規和方針政策,處置解決整治行動中遇到問題。
關鍵詞:環境監測;重金屬元素;取樣;分析方法
中圖分類號: X830.2 文獻標識碼: A 文章編號: 1673-1069(2017)06-79-2
引言
隨著我國綠色發展理念的深化,重金屬污染防治工作越來越受到重視,防治重金屬污染成為我國重要的環保工作之一。為了從根本上減少重金屬污染給人民生活帶來的種種危害,對環境監測中的重金屬元素進行分析,是解決重金屬污染的首要任務。本文將對污染源及危害進行概述,然后對重金屬分析方法及注意事項進行論述。希望本文的探討能給監測工作者帶來一定的借鑒作用,使重金屬元素的檢測工作更加高效進行。
1 重金屬污染源頭
無論作為化學元素本身,還是作為化工原料來講,重金屬元素都具備毒性。隨著工業的發展,重金屬廣泛應用于各個生產領域,造成了城鄉重金屬污染的主要源頭。工業方面,煤礦運輸中的揚塵,煤礦以及化工產品的燃燒,鋼材的冶煉等環節會產生有毒重金屬。接著有毒金屬物質,隨著大氣的流動,排放到空氣中,造成空氣污染。另外,工業生產會留下大量工業廢水,未經檢驗合格的污水任意排放到周圍的水源中,造成周圍的水體污染。農業方面,化學肥料的使用使有毒的重金屬離子殘留在土壤中,經過時間的積累土地質量越來越差,對農業產量和質量造成巨大的影響。人民生活方面,電池等化工廢棄物被人為丟棄,沒有經過處理的重金屬滲入地下,其中的重金屬離子同樣給環境造成污染。交通方面,尤其是繁華地帶,交通事故引起的汽油泄露、汽車焚燒等后果也成為重金屬離子流入大氣的主要途徑。因此,工業、農業、交通、人民生活等方面是重金屬污染的主要源頭,這也是環境監測的主要方向[1]。
2 重金屬污染危害
重金屬污染會很大程度上造成空氣、水體、土壤等污染,與人民的生活息息相關,可見,重金屬的污染危害直擊人類。當重金屬殘留物流入到空氣中,空氣的流動加大了重金屬污染范圍,使其波及范圍廣,危害性大。土壤和水體中的重金屬離子在降解上更是存在極大困難。從生物角度講,食物鏈的進程中具有富集作用。也就是說,有害物質經過食物鏈的層層遞進集中進入人體內導致各類疾病引發。在我國,地區性重金屬中毒的例子比比皆是,重金屬的污染具有地域性,采礦業及工業匯集的地方,重金屬污染會更加嚴重,使周圍的人民健康帶來威脅。地球上一切的生物都離不開空氣、水體、土壤。因此,重金屬污染不盡快解決,污染速度之快將會給地球帶來不可想象的災難。針對重金屬的環境檢測分析刻不容緩。
3 重金屬分析方法
3.1 分析方法的選擇
通過重金屬污染的源頭與危害分析,重金屬元素主要存在于大氣、土壤、水源中,所以環境監測中的重金屬污染分析主要針對大氣、土壤、水源,分別對空氣、土壤、水質進行采樣分析,根據樣品中金屬元素濃度和元素間的相互作用來選擇分析方法。一般來講,得到推廣應用的有光分析法,電化學分析可以通過使用儀器設備對樣品中的重金屬元素進行檢測。光分析法,原理上是利用紫外線的分光性,通過原子的光譜吸收與熒光反應,辨別重金屬物質的分布狀況。電化學法,是結合生物分析法在環境監測中使用。為了監測的準確性與便捷性,分析方法的選擇要根據樣品中重金屬含量以及分析指標進行選擇。
3.2 樣品制備
環境污染特e是水體、土壤污染問題越加突出,加強重金屬污染的鑒別,需要采集具有良好代表性的樣品。樣品制備主要包括對污染固體和水體的取樣。比如,垃圾的焚燒物、含鉛汽油、輪胎焚燒殘留物、工廠附近的廢水和家用廢棄電池都是可進行采集的樣品。根據污染源特性,利用合適的采樣工具,進行不同深度的樣品制備。在采集之前,需要分析測定污染體的酸堿度,重金屬離子的含量。金屬污染物樣品的制備是對樣品進行預處理的前提,直接影響儀器的分析結果、監測結果的準確度。在環境檢測中,重金屬的含量比較低,如果制備樣品時沒有注意規范操作,制備樣品混入其他物質,增加了分析結果的干擾項。樣品制備還需要采集有代表性的樣品,制備環節需謹慎操作[2]。
3.3 液體樣品預處理
進行液體的預處理,實質上是對吸附在液體表面的雜志與有機物質等進行處理,目的是消除對分析結果的影響,減少監測誤差。在液體樣品處理之前,應用洗滌液將預裝樣品的瓶子進行清潔,然后在弱酸性的溶液中放置十五分鐘,用清水沖洗干凈后盛裝液體樣品。處理方法采用化學過濾法,使用孔徑為0.45微米的濾紙進行過濾,將酸堿度降低到1到2之間。若使用硝酸溶液,硝酸的加入其溶液的質量比例為1:500,重金屬溶液可快速溶解到溶液中。保存后應用氯化酸消解方法進行試驗。采用堿性溶液防治樣品揮發。消解過程中,用電熱板進行加熱。消解法被普遍應用在重金屬檢測試驗中,具有方便、高效的特點。
3.4 固體樣品預處理
固體進樣法是固體預處理中最直接的一個方法,在土壤檢測中得到廣泛應用。固體進樣法是針對固體懸浮液進行取樣,即將固體當作液體樣品,進行一定的稀釋后再詳細分析。針對高要求的固體樣品,也可以采用特定的預處理。特定的固體樣品預處理,包括酸分解進樣法、固體懸浮液法、堿熔法等。幾個方法中通常以酸解法為先,酸解法無法滿足要求時,可采用高溫堿熔法。進行高溫消解時,可利用高壓微波加熱,使消解方式更加高效。通常電熱板法有一定的局限性,比如由于電熱板的加熱時間較長,易造成元素的損失與揮發。高R密封加熱,能夠減少試劑中元素的損耗與揮發性[3]。
3.5 空氣樣品預處理
在化工與煤礦廠集中地帶,周圍空氣中重金屬離子含量較大,便于采樣和研究。利用中流量采樣器,采集固定污染源排氣筒中顆粒物,以此分析其中的重金屬含量。在采集過程中注意避免降雨天氣,在風向穩定、溫度適宜的情況下進行采集。由于空氣采樣的較難實施,采樣人員需要學習有關檢測技術規范,正確使用儀器設備。采樣后,將樣品濾膜用錫箔紙夾好,放在干燥箱內保存,便于日后實驗室的分析測試。空氣樣品的預處理可參照固體樣品處理方式。
3.6 污染程度分析
水質和土質的污染受到金屬污染實際上是重金屬含量的超標,超過的標準越多,污染程度越嚴重。實際監測中,重金屬元素的樣品含量分布,可經過多種分析方法體現,進而確定重金屬的污染程度。通常可以采用公式法計算,污染程度用單因子指數表示,不同重金屬的采樣點單因子指數不同,污染程度不同。重金屬的實際檢測濃度為變量,污染程度與其成正比。該金屬元素的背景值為定量,背景值的大小有關采樣區域,污染程度與其成反比[4]。
4 結論
重金屬污染是對環境造成巨大危害的污染之一。在“十三五”規劃中,國家出臺了重金屬污染綜合治相關政策及加強重金屬污染防治工作的指導意見,國家的指導與支持使金屬元素污染防治工作更加高效。做好環保防治工作,需要在環境檢測中加強對重金屬元素的分析。本文分析了重金屬污染的源頭和危害,分別闡述了液體樣品和固體樣品,制備過程及監測之前進行處理的注意事項。根據分析結果以及重金屬污染程度,采取不同的應對防范措施和治理措施。以上針對監測環境中的重金屬分析方法的探究,可供監測工作人員參考。除此之外,保護環境是人類共同的責任,在防治工作的順利開展時,更重要的是,提升企I及民眾的環境保護意識。只有這樣,重金屬污染問題才能得到根本上的解決。保護與治療應雙管齊下,將我國的持續發展戰略方針實施到底。
參 考 文 獻
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提出以下意見,現將《省人民政府辦公廳轉發省關于貫徹加強重金屬污染防治工作指導意見實施方案的通知》政辦發〔2011〕39號)轉發給你并結合我州實際。請一并認真貫徹執行。
一、明確責任主體。
要始終堅持高度的政治覺悟,各縣市人民政府是重金屬污染防治工作的責任主體。以對轄區環境質量負責、對人民群眾健康負責、對經濟社會發展負責的態度,嚴格依照政辦發〔2011〕39號和《人民政府關于在全州繼續深入開展重金屬污染專項整治工作的通知》政發〔2011〕7號)具體工作要求,全力以赴抓好重金屬污染專項整治工作,繼續深入排金屬污染物排放企業及其周邊區域的環境隱患,摸清重金屬污染狀況,確定重點防控區域、行業、企業和高風險人群,集中解決一批危害群眾健康和生態環境的突出問題。各縣市人民政府及其主要領導要按照《人民政府轉發省人民政府關于全面推進環境維護“一崗雙責”制度文件的通知》政發〔2011〕42號)要求,全面履行環境維護“一崗雙責”工作職責,綜合運用經濟、法律、技術、行政等手段,制定績效考核實施方法,落實目標責任制。要依照國家聯合督查組提出的取締淘汰一批、停產整治一批、整合重組一批”要求,把重金屬污染防治擺在更加緊迫和更加重要的位置,特別是個舊、元陽、金平、河口、建水等重點縣市,一定要強化組織領導、整合各方力量,下決心、動真格,全力以赴抓好卡房大溝片區、火谷都片區、大屯片區、黑神廟坡片區、沖坡哨片區、老虎山沖片區、大坪礦區等重點工業集中區的重金屬污染綜合整治工作。要加快淘汰落后產能工作力度,進一步規范有色金屬采選行業、冶煉行業的發展,著力提高重金屬行業企業集中度,推進產業結構升級優化,形成節約資源、維護生態環境的產業發展方式,使重金屬污染得到有效控制。
二、及時制定。
全面完成全州重金屬污染情況排查的基礎上,依照國家編制原則及規范。編制完成重點防控區重金屬污染防治規劃和綜合治理方案。各縣市人民政府要立即開展重金屬污染綜合防治規劃或綜合治理方案的編制工作,國家重點防控區個舊、元陽、金平3縣市人民政府要針對卡房大溝、乍甸河、沙甸河、倘甸雙河、大屯海、金子河、三家河等流域,及時編制出綜合防治規劃,并加強督促檢查,推動規劃全面實施,按期實現維護治理目標。其余10縣市人民政府要立即編制各自行政轄區內重金屬污染綜合治理方案并認真組織實施。各縣市人民政府要嚴格依照政發〔2011〕7號文件中關于方案、規劃、總結的上報要求,按時上報綜合治理規劃、方案、工作季報、工作總結等材料。同時,要立即啟動重金屬污染突發事件應急預案的編制工作,并盡快批準實施,于2011年6月30日前將重金屬污染突發事件應急預案上報州人民政府備案,同時抄送州環保局。
三、突出重點。
采取超凡規措施,個舊市人民政府要嚴格依照國家環保專項督查組、省環保專項行動領導小組及《人民政府關于開展集中整治個舊市卡房大溝片區重金屬污染專項行動的通知》府發電〔2011〕2號)要求。全力抓好“集中整治個舊市卡房大溝片區重金屬污染專項行動”力求早日抓出成效,務必于2011年6月30日前完成集中整治任務,使卡房大溝(渾水河)水質明顯好轉。
[關鍵詞] 重金屬污染 土壤 水 防治
[中圖分類號] X52 [文獻標識碼] A [文章編號] 1003-1650 (2013)08-0230-01
重金屬對水體及土壤的污染形勢是很嚴峻的,據資料顯示,每年我國有1200萬噸糧食收到不同程度的不同重金屬的污染,直接經濟損失超過200億元,每年能多養活4000萬人,并且這一數字還在逐年增長,這些污染大都是由于土壤或灌溉用水受重金屬污染而造成,重金屬污染有著較強的不可預見性,因此對其防治有很大的困難,而預防才是王道。
一、重金屬的來源及其種類
1.重金屬的來源
重金屬的主要來源還是工業污染,當然,或多或少也有來自交通以及我們生活垃圾的污染,在工業污染中,來自化工行業的污染占了相當大的比例,其次就是發電廠、鋼鐵廠,最常見的就是工業中的三廢:廢水、廢棄、廢渣,三廢當中含有大量的重金屬及其化合物,不經處理便直接排放,直接導致水資源和土壤污染,當人們用了這種被污染的水去灌溉莊稼,在被污染的土地上種莊稼,就會嚴重影響莊稼的收成,重金屬也就隨植物鏈傳到人類,對人們的健康造成了嚴重的影響[1]。近幾年,有環保學者提出:中國的化工企業的工藝、設備、技術研發較落后,是造成污染嚴重的主要原因,而人為的環保意識以及地方保護環保意識的淡薄,加劇了污染,強化治理迫在眉睫。生產企業應放眼未來,倡導環保,化工生產過程盡量使用少污染和無污染的原材料。
2.重金屬的分類
2.1汞污染
汞是一種唯一的在常溫下為液態的金屬,在自然界中普遍存在,一般動物植物中都含有微量的汞,因此我們的食物中,都有微量的汞存在,可以通過排泄、毛發等代謝,不影響健康。
但是,隨著工農業的迅速發展,目前國內對汞的需求量還是很高的,問題在于這些重金屬用完之后生成的其氧化物或雜質如何處理,過量的汞如何處理,這些都是問題的關鍵之處,據調查,每年因汞中毒而死亡的人數并不在少數,如何防范含汞廢水進入農業用水系統,已經迫在眉睫,是我們不得不去面對的問題。
2.3鉛污染
鉛是一種柔軟的白色金屬,是我國最早發現的元素之一,很容易生銹,但不失光澤,鉛在工業中最重要的用途就是制造蓄電池,因此,水資源和土壤中鉛污染的主要來源就是人們對廢棄蓄電池的隨意丟棄,而鉛的化合物,常被用于合成五彩繽紛的顏料,在鉛的眾多化合物中,最重要的就是四乙基鉛,常用于汽油防爆劑,鉛的毒性隨量而增大,其主要是通過人的皮膚接觸,或者是消化道、呼吸道等進入人體器官,鉛含量多者可引起器官病變,鉛的主要毒性表現在貧血,神經受到損傷或者造成腎功能不全,生活中的鉛給我們帶來了無限的色彩和快樂,但是食物中的鉛卻能給人帶來痛苦。
二、重金屬對水體及土壤污染現狀
1.重金屬對水體污染現狀
水體中重金屬污染物的來源十分廣泛,最主要的是工礦企業排放的廢物和污水。由于這些工廠排放的污染物數量大,分布范圍廣,因而受污染的區域很大,較難控制,危害嚴重[2]。重金屬在人體內能和蛋白質及各種酶發生強烈的相互作用,使它們失去活性,也可能在人體的某些器官中富集,如果超過人體所能耐受的限度,會造成人體急性中毒、亞急性中毒、慢性中毒等,對人體會造成很大的危害。在我國,最近的一起重金屬污染事件是2011年3月中旬,浙江臺州市路橋區峰江街道,一座建在居民區中央的“臺州市速起蓄電池有限公司” 引起168名居民血鉛超標,是近幾年來浙江發生的最嚴重的一次重金屬污染事件,其原因就是電池公司將含有大量鉛的廢水排入河渠,滲入地下,居民喝了地下水之后鉛嚴重超標,而作為最大的洋垃圾市場,臺州市每年從垃圾中拆解的價值高達200億人民幣,但是拆解之后的剩余物卻隨意丟棄,丟棄的重金屬垃圾對空氣和水資源造成了嚴重的污染。目前,我國的重金屬對水體的污染正在逐年加劇,如若不采取措施,不過十幾年的時間,我們將生活在一個被重金屬污染的世界,想治理都治理不完。
二、重金屬對水體污染的防治措施
1.加快含重金屬廢水廢氣治理
廢水和廢氣是化工行業最普遍的污染物,也是和人類息息相關的一些污染,針對這些廢水和廢氣,怎么處理成為了一個棘手的問題,對于廢水的處理,目前,有三種最為讓人接受的方法,物理處理法,即利用污染物的物化性質來除掉廢水中的污染物,化學處理法,是指利用化學反應原理處理或回收廢水中的溶解物或膠體中的物質,包括中和,氧化,還原絮凝法。最后一種方法是生化處理法,這種方法是指利用微生物在廢水中對有機物進行氧化分解的新陳代謝過程,包括活性污泥法,生物濾池,氧化塘等方法。
2.強化含重金屬固體廢物污染防治
固體廢棄物是化工三廢中種類最多數量最大的一種污染物,其每年排出的數量有數億噸,破壞了植被,排入水源,對農業用水造成了嚴重的污染,進一步轉化就會進入大氣,化工廢渣的種類繁多,成分復雜,處理方法并不像廢水廢氣那樣有成套的系統和裝置。而是根據其化學組成選用不同的方法,對于有機化工廢物的處理,目前,采用較多的方法有熱分解法,焚燒法和再生利用法,近幾年發展最受歡迎的是再生利用法,將廢物經過多次的回收利用,將其中有用成分提取出來,加工成其他產品。其次就是對無極廢物的處理,其主要方法有3種,分別是可以作為二次原料資源,或者是提取其中的有用成分用于農業生產,對那些沒有什么利用價值或者已經提取有用成分的部分廢物,可以再加工為建筑材料。
三、結論
目前,我國重金屬對水體污染已經相當嚴重了,尤其是化工行業,是最主要的重金屬污染源中,如若不及時治理,將對國民經濟造成嚴重損失,對人們的身心健康造成巨大的傷害,因此,解決重金屬污染問題已經迫在眉睫。
參考文獻
[1] 李然. 水環境中重金屬污染研究概述. 四川環境, 1997(16): 18-22.
[2] 李振. 淺談重金屬水污染現狀及監測進展. 企業論道.
關鍵詞:土壤污染;重金屬;防治
1 引言
隨著我國加入世界貿易組織,經濟全球化的迅速發展,含重金屬的污染物通過各種途徑進入土壤,造成土壤嚴重污染。土壤重中金屬污染不僅對生物的生存有危害,對于人類自身的危害同樣十分嚴重。農村因農藥的的大量使用從而導致土壤重金屬污染嚴重,城市則因為工業原因導致土壤重金屬污染嚴重。
而在處理重金屬污染方面,目前國內有資質處理重金屬污染的公司寥寥無幾。由于我國經濟的快速發展、工業化的快速發展使得土壤的重金屬污染問題越來越嚴峻,土壤的重金屬污染又與人民的生活息息相關,所以我們必須重視土壤重金屬污染問題,研究其解決方法。
2 現狀
根據我國有關權威相關部門的顯示,目前在我國東部發達經濟地區為數不多的耕地中,其中有超^七成以上的土地被污染,并且照這個趨勢來看,如果不及時采取有效措施,污染的情況還會持續加劇,對地下水資源的質量和人們的身體健康構成嚴重威脅,影響十分惡劣。
根據國家環境監測中心的調查結果,我國的土壤污染種類多樣,從重度金屬污染到輕度污染、中度污染、高度污染都有不同程度的涉及,其中尤以重金屬污染最為嚴重,由于重金屬近年來在工程使用超標,在嚴重污染領域已經首當其沖,需要引起人們的高度重視。
鎘、砷、汞等有毒重金屬所導致的重金屬污染比起傳統的水污染影響是十分惡劣的,破壞力強,恢復時間久,修復速度慢 在一些重金屬超標污染嚴重的工業區,我國有些城市的大片農田受多種重金屬污染,超過十成的的土壤已經基本喪失土地生產力,近十年都無法進行耕種收獲。
嚴峻的問題越來越導致周圍環境的惡化和生態的變化,也開始引發人們的思考和行動,早在2005年,我國有關立法機關便通過了對污染的防御和治理的有關條款進行規定,要求企業和公司在生產過程中承擔社會責任,減少污染物的排放,為人們的生命健康和生態環境的改善從法律角度提供了理論基礎,讓企業、公司有法可依。
3 污染來源
從上文的統計結果中我們可以看出,我國的當前主要污染以重金屬為主,那么主要是哪些金屬構成的呢?它們是怎么來的呢?研究表明,我國目前的重金屬污染以鎘、鉛、鉻、銅、鋅等為主,其中鎘的污染最為嚴重。而重金屬的主要來源是人類的生產生活活動,例如工業污染物的排放、農業用水農藥污染以及人類生活污水的排放等。
3.1 鉛的來源
鉛作為原料應用于蓄電池、電鍍、顏料、橡膠、農藥、燃料等制造業;鉛板制作工藝中排放的酸性廢水中鉛濃度最高,電鍍廢液產生的廢水鉛濃度也很高。
3.2 鎘的來源
鎘可以為鋼、鐵等電鍍,提供一種抗腐蝕性的保護層,具有吸附性好且鍍層均勻光潔等特點,因此工業上90%的鎘用于電鍍、顏料、塑料穩定劑、合金及電池等行業。
3.3 鎳的來源
鎳在廢水中主要以二價離子存在,主要是硫酸鎳、硝酸鎳以及與許多無機和有機絡合物生成的鎳鹽。電鍍業、采礦、冶金、石油化工、紡織等工業,以及鋼鐵廠、印刷等行業是含鎳廢水的工業來源,其中以電鍍業為主。
3.4 銀的來源
硝酸銀是常見銀鹽中唯一可溶的,廢水中含銀的主要成分也是硝酸銀。硝酸銀廣泛應用于無線電、化工、機器制造、陶瓷、照相、電鍍以及油墨制造等行業硝酸銀有著廣泛應,電鍍業和照相業則是含銀廢水的主要來源。
4 土壤污染的修復
對于土壤的重金屬污染處理方法,目前主要有四大類,即化學方法、工程方法、生物方法以及農業方法。
4.1 化學方法
該方法針對不同的土壤狀況,選擇合適的化學試劑加入土壤,用以去除土壤中的重金屬,降低土壤中重金屬的含量。也可抑制污染物質的再次溶出、擴散,從而最終達到降低重金屬污染的目的。
4.2 工程方法
該方法是將污染的土壤移除后加入未污染土壤,并且對已污染的土壤進行處理,從而達到修復土壤的目的。可以對已污染土壤通過熱處理(將污染土壤加熱,使土壤中的揮發性污染物揮發并收集起來進行回收或處理)、淋洗(用淋洗液來淋洗污染的土壤)、電解(使土壤中重金屬在電解、電遷移、電滲和電泳等的作用下在陽極或陰極被移走)等方式加以處理。該種方法具有效果徹底、穩定等優點,但同時操作方式較為復雜、治理費用高并且易引起土壤肥力降低等缺點。
4.3 生物方法
該方法通過利用某些生物的特殊習慣以及生理功能來適應、改善土壤的重金屬污染狀況。利用蚯蚓和鼠類吸收土壤中的重金屬,利用微生物的生物功能對土壤中的重金屬進行吸附、沉淀、氧化、還原,降低土壤中溶解的重金屬含量。該種方法實施簡便,投資少,對環境極為友好,但是所需時間極長,短期內治理效果十分不理想。
4.4 農業方法
該方法通過因地制宜的改變一些耕作管理制度、在污染土壤上種植不進入食物鏈的植物來減輕重金屬的危害。農村的土壤重金屬污染的主要來源是農藥的大量使用,因此改進耕種制度便顯得極為重要。選擇合理有效科學的耕種方式可以很大程度的降低土壤再次被污染程度,輔以生物方法可以解決長期的污染問題,并且對于環境很友好,非常值得提倡。
5 前景
土壤的重金屬污染存在治理難、治理時間長的難題,因而如何有效的在不對土壤肥力造成影響的情況處理重金屬污染就顯得極為重要。而目前的大部分方法都處于實驗室試驗階段,并沒有合理有效的處理方式,因此研究出一種優秀的土壤重金屬污染處理方式極為重要,目前我國土壤重金屬污染形勢十分嚴峻,可以說刻不容緩。
通過對以上一些土壤重金屬污染修復技術的介紹,可以預測,在今后的重金屬污染治理中,生物方法將發揮巨大作用。同時,修復過程不僅僅局限于一種修復方式,而將成為兩種或多種修復方式共同作用的情況。因此,在我們了解各種修復方式的實際操作方法及其優缺點后,在應用過程中取長補短,才能更大的發揮其修復能力。并通過一些新的修復思路和方法的探索,為今后的研究指明方向,這還需要植物生理學、土壤學、生態學、化學、遺傳學、環境保護學和生物工程等多個學科的共同努力來實現。
修復的成功和失敗經驗,特別是結合我國國情,加強研究,將會使我國污染土壤及地下水和地表水的生物修復的工作進入到一個嶄新的階段。
6 結語
重金屬復合污染是當前土壤污染研究的重要科學問題。由于土壤中重金屬復合污染的普遍性及它們在生態系統中具有多樣、復雜的復合效應機制,包括協同作用、拮抗作用以及加和作用等,還有復合污染的復雜性和特殊性,因此,土壤重金屬復合污染是很難治理的。因此我們要大力研究其治理方式,尤其是生物方法,在不破壞環境的前提下治理污染問題。
參考文獻
[1]重金屬污染土壤修復技術述評_何啟賢
[2]重金屬土壤污染修復技術初探_林帥
[3]土壤的重金屬污染及其防治_張國印
[4]重金屬污染及其生物修復_諸振兵
[5]土壤重金屬污染修復技術及其研究進展_孫鵬軒
5月22日,廣東省委、省政府公布該省開展大米專項檢查行動結果。廣東省工商局共組織抽檢銷售環節大米樣品342批次,其中重金屬鎘含量項目合格322批次,不合格20批次,合格率為94.2%,不合格大米來自外省和廣東省部分地區。
針對有關媒體報道湖南有問題大米流入廣東的問題,廣東省自4月起部署各地各部門開展大米專項檢查行動,對重點地區進行督導檢查,全面摸查大米加工、流通、儲備等各環節質量安全現狀。
廣東省質監局對618家大米生產加工企業成品庫房中的大米產品進行了抽樣,開展重金屬鎘含量項目的檢驗,共抽檢大米成品762批次,合格751批次,不合格11批次,合格率為98.6%,不合格大米成品原料來自外省和廣東省部分地區。
廣東省糧食局組織對庫存糧食進行抽樣檢驗,全省共抽樣473批次,重金屬鎘含量等衛生指標全部合格。
廣東省食安辦同時公布了省工商局和省質檢局抽檢中不合格的大米品牌及生產廠家、許可證、產地、經銷商、規格型號等信息,其中鎘的實測值為0.22~1.12毫克/公斤(標準值為≤0.2毫克/公斤)。
(記者譚琳玲 通訊員陳慧 摘自《健康報》)
鏈接
鎘是煉鋅業的副產品,通常通過廢水、廢氣排入環境,蓄集于土壤,污染農作物。國際癌癥研究機構將鎘列為人類致癌物,美國毒物和疾病登記署將鎘列為第七位危害人體健康的物質,我國也將鎘列為實施排放總量控制的重點監控指標之一。鎘可通過食物、水、空氣、吸煙等途徑,經由消化道和呼吸道進入人體,急性中毒主要損害呼吸系統和胃腸道,慢性中毒主要危害腎臟和骨骼。
重金屬健康風險研究是短板
近日,廣東鎘大米事件繼續發酵,大米有毒重金屬超標引人憂慮。一位中毒控制專家對此表示,我國目前尚沒有針對全國范圍的重金屬污染對健康影響的大人群研究。對于鎘、鉛等重金屬在血液或尿中的含量大多只有中毒標準,并沒有“無健康風險”限值。
食品安全風險監測結果顯示,鉛、鎘、汞是我國當前主要的食品污染問題。其中某省產大米鉛超標達17.9%,而對8個省(區、市)開展的大米鎘監測也發現,有部分省份大米鎘污染亟須關注,海蟹中鎘超標問題也比較嚴重。2012年,國家食品安全風險評估中心將重金屬鉛、鎘的膳食暴露列入優先評估項目,但 評估結果至今尚未公布。
重金屬污染通過環境進入人體的情況如何呢?2009~2010年,中國疾病預防控制中心職業衛生與中毒控制所研究員鄭玉新組織開展了一項人體內有毒污染物(包括重金屬和有毒有機溶劑等)本底水平的調查研究。該研究范圍涵蓋北京、四川、廣東等8個省(區、市),采集了1.4萬余人的血液和尿液樣品進行檢測。結果顯示,我國人群血液中鉛、鎘和鉻的含量分別為35.3微克/升、0.493微克/升和1.74微克/升,尿液中的含量分別為1.15微克/升、0.302微克/升和小于0.42微克/升。據介紹,我國人群體內重金屬含量分布呈現中部地區最高、東部次之、西部最低的特征。但該研究尚未涉及不同的重金屬水平對人群健康的影響。
據專家介紹,重金屬的毒理學研究在動物模型上已比較充分,但重金屬含量水平對人體健康的影響,目前國際上少有成熟全面的研究報告。此外,由于控制成本和控制效果的原因,不同國家對重金屬的控制策略各有看法。欠發達國家認為,在安全范圍之內的重金屬暴露,不必采取過于積極的措施進行控制;但是發達國家(或國際組織)認為,應該在力所能及的范圍內,盡量減少人群尤其是兒童的有毒重金屬暴露水平。例如,聯合國糧農組織/世界衛生組織聯合食品添加劑專家委員會2010年取消了作為鉛攝入下限的PTWI (暫定每周耐受攝入量),改為“建議成員國努力降低食物中鉛的含量”,其目的是鼓勵各國采取更多措施,使進入人體的鉛越少越好。
也有人懷疑鎘大米源于耕地污染,認為我國耕地鎘污染現狀嚴峻。然而今年環保部以“國家秘密”為由,拒絕了北京律師向其申請公開“全國土壤污染狀況調查方法和數據信息”的請求。
有專家強調,重金屬對健康影響的研究不足,不能成為有關部門推諉環境治理責任的理由。對人群進行采樣檢測或健康影響評估,并不能解決問題。控制環境污染不能等到健康評估發現存在危害才開始。這次鎘大米事件,不是處罰生產企業或農民就可以解決的,不應該讓他們成為承擔污染惡果的“替罪羊”。
(記者 張昊 摘自《健康報》)
農科院專家:鎘大米不能賴磷肥,工業污染是罪魁
大米中超標的高濃度鎘從哪里來?廣東省農科院艾紹英博士做客小谷圍科學講壇,稱磷肥不會是主因,工業污染才是罪魁禍首。我國正普查耕地重金屬污染情況,預計2018年完成。
導致大米、蔬菜及水產品中鎘含量過高的原因是什么?
湖南省環保廳法制宣傳處處長陳戰軍傾向于是肥料帶入。艾紹英博士則表示,磷礦中確實含有鎘,施用磷肥確實會給土壤帶來鎘。但我國磷肥中鎘含量有嚴格標準且用量不多。“確實存在風險,但是沒有長期的跟蹤數據證明到底有多大的影響。”據稱,國外也沒怎么聽說因使用磷肥導致鎘超標。我國的磷肥相比應更安全。
據稱,現在普遍認為,是工業革命釋放了鎘這個“48號魔鬼”。因為工業中,可能給土壤帶來鎘的行業眾多。其中包括礦產開采、冶煉、加工排放的廢氣、廢水、廢渣,電鍍工業廢水,塑料、電池、電子工業排放的廢水,燃料、化工制革工業排放的廢水。
此外,不同地區、土壤不同pH值、不同氣候環境下,鎘的活性并不相同。同是水稻,種在南北不同的地區,如土壤中鎘含量相同,但北方土壤偏堿性,南方土壤偏酸性,因此南方水稻中的鎘含量會更高。不同植物對鎘的吸收程度也不同,因此學術界近年一直呼吁,各地要盡快修訂適合當地實際情況的重金屬限量標準。
艾紹英還表示,不同種類的糧食、蔬菜對土壤中重金屬元素具有不同程度的吸收和富集能力。如葉類菜比莖類菜對重金屬具有更強的吸收和富集能力,糧食作物的根比籽粒含重金屬更多。水稻是鎘吸收最強的大宗谷類作物,其籽粒含鎘量水平僅次于生菜。
(記者 劉軍 整合:陳實 摘自《南方都市報》)
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上世紀80年代調查 重金屬污染面積占65%
關鍵詞:固化劑;重金屬污染底泥;固化/穩定化修復技術
中圖分類號 X52 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731(2016)13-0097-05
重金屬是指相對密度在4.5g/cm3以上,或比重大于5的金屬。與有機物不同,重金屬無法被微生物降解,且能夠富集在生物體內,因此重金屬污染物潛在危害性大。由泥沙、黏土、有機質及各種礦物混合形成的底泥,經過一系列物理化學、生物、水體傳輸等作用而沉積于水體底部形成。重金屬一旦進入水體,可通過吸附、絡合、沉淀等作用,富集在河床表層底泥中,其在底泥中的含量可超過上覆水體含量數個數量級,成為水體重金屬的儲存庫和歸宿[1]。當環境條件變化時,部分重金屬可能會通過解吸、溶解、氧化還原等作用,從底泥中釋放,引起水體二次污染[2]。底泥中重金屬的不斷積累不僅對水生生物、沿河居民飲用水和農田安全灌溉構成嚴重威脅,還可能通過食物鏈危害人體健康。因此,對重金屬污染底泥安全處置顯得尤為必要。
當前國內外對于底泥中污染物的修復方法主要有4種,分別是原位固定、原位處理、異位固定和異位處理[3]。原位固定或處理是指對污染的底泥不進行疏浚而直接采用固化/穩定化或者生物降解等手段消除底泥污染的行為;異位固定或處理是指將污染的底泥疏浚后再進行處理,消除污染物對水體的危害的行為。原位處理的效率一般情況下低于異位處理的效率,且工藝過程控制較困難,不能徹底消除其毒性,所以原位處理技術并未在實際工程中廣泛應用[4]。
固化主要是指向土壤或底泥中添加固化劑而形成石塊狀固體,并將污染物轉化為不易溶解、遷移能力弱和毒性小的狀態的過程[5];或投加固化劑使底泥由顆粒狀或者流體狀變為能滿足一定工程特性(如路基填料)的緊密固體,并將重金屬包裹在固化體中,減少重金屬向外界的遷移[6];穩定化是指在底泥中投加螯合劑使重金屬由不穩定態(水溶態、離子交換態)轉變成穩定態(殘渣態),顯著降低重金屬的生物活性[7]。利用固化/穩定化技術處理重金屬污染底泥,是現階段比較合理的處理方式[8-9]。本文將從當前我國底泥重金屬污染現狀及固化/穩定化修復技術發展進行綜述,為底泥重金屬污染綜合治理與修復提供科學依據。
1 我國底泥重金屬污染現狀
1.1 底泥重金屬污染物的來源 底泥中重金屬的來源包括自然源和人為源2個方面。自然源中,成土母質及成土過程對底泥中重金屬的含量影響較大;而人為源則是底泥中重金屬的最重要來源。重金屬通過各類廢水、土壤沖刷、地表徑流、大氣降塵、大氣降水及農藥施用等途徑進入水體后[10],通過復雜的物理、化學、生物和沉積過程在底泥中逐漸富集。
1.1.1 各類廢水 工業廢水和城市生活污水是造成底泥重金屬污染的重要原因。通常,河流沿岸分布著大大小小的企業,如印染廠、制衣廠、皮革廠等等。一方面,一些未經(充分)處理的廢水直接進入水體;另一方面,盡管一些廢水重金屬污染物濃度未超標,但由于廢水排放量巨大,使得水體和底泥吸納了大量污染物,呈現緩慢污染的現象。同時,很多地方的生活污水沒有連接到排污管網而直接排放入水體,當進入水體的污染物數量超過了水體的自凈能力,導致水體質量下降和惡化,進而造成水體和底泥的污染。
1.1.2 固體廢棄物 靠近城鎮的河流周邊經常隨意堆放大量的建筑垃圾、生活垃圾,自然降水(尤其是酸雨)和排水使固體廢棄物中所含的重金屬元素以廢棄堆為中心向四周環境擴散,進入水體,被底泥富集。另外,大型工礦企業的礦渣場(如馇、鋼渣等)、灰渣場、粉煤灰場等,在雨水和地表徑流的沖刷下,重金屬會通過地表徑流進入附近水體底泥中。
1.1.3 土壤沖刷 2014年國家環境保護部和國土資源部的《全國土壤污染狀況調查公報》顯示,我國耕地質量堪憂,Cd成為首要污染物(點位超標率7.0%),其含量呈從西北到東南、從東北到西南逐漸增加的趨勢。2015年《中國耕地地球化學報告》顯示,我國污染或超標耕地約0.076億hm2,主要分布在湘鄂贛皖區、閩粵瓊區和西南區。土壤中的重金屬可通過降雨、地表徑流等方式轉移到底泥中。如磷肥中重金屬Cd的含量較高,長期施用磷肥,會造成土壤中重金屬Cd含量增大;規模化養殖場使用的有機肥料中大都含有重金屬添加劑(如Zn、Cu等),這些有機肥料在農田施用時,會導致Zn、Cu等重金屬元素含量增加。
1.1.4 大氣沉降 交通運輸、能源產業(發電廠)、冶金和建筑材料生產產生的氣體和粉塵,金屬礦山的開采和冶煉、電鍍等是大氣中重金屬污染物的主要來源。這類污染源中的重金屬基本上是以氣溶膠的形態進入大氣中,通過干沉降(主要是顆粒物)或濕沉降(主要是雨水)的方式進入水體、土壤,進而沉積到底泥中并最終影響人類健康[11-12]。
1.2 底泥重金屬污染現狀 滑麗萍等[13]通過搜集我國不同區域湖泊底泥重金屬含量背景值發現,我國湖泊底泥重金屬污染程度不均,臨近工礦企業及人類經濟活動區的湖泊底泥重金屬污染較重,遠離這些區域的湖泊則保持比較潔凈的水體環境。張穎等[14]采用潛在生態風險指數分析法對松花江全江段表層沉積物調查發現,松花江表層沉積物中重金屬Hg和As的空間分布離散性較大,Cd和Pb相對較均勻,整體上松花江重金屬污染處于低度風險水平,僅個別斷面處于中度風險水平。戴秀麗等[15]通過對太湖沉積物重金屬含量的分析發現,太湖Cu的污染級別高于其他污染金屬,且集中在太湖北部地區;Cr屬輕度污染,但其空間分布較廣且均衡,與周邊污染點源關系密切。李鳴等[16]通過測定鄱陽湖湖區、入湖口及出湖口水體及底泥中重金屬含量發現,鄱陽湖水體中重金屬含量較低(遠低于國家標準),但鄱陽湖底泥中重金屬積累較嚴重,Zn、Cu、Pb、Cd的含量均超過背景值。張鑫等[17]對安徽銅陵礦區水系沉積物中重金屬進行潛在生態危害評價表明,沉積物中Cu、Pb和Zn的含量變化大,Hg和Cr變化小,除Hg、Cr和Zn外,其他重金屬都為強和極強生態危害。
2 固化/穩定化修復技術
底泥重金屬污染按修復原理可分為物理、化學、生物及聯合修復技術。由于目前尚缺乏經濟高效的手段將重金屬從底泥中直接去除,因此,通過化學手段降低重金屬活性,減小污染物向食物鏈的遷移是進行底泥重金屬污染修復的重要方法。固化/穩定化的目的是封閉污染物,最大程度地減少污染物釋放到環境中,同時提高廢物的物理力學性質。相比于微生物和植物修復的低效率、長周期以及物理修復高成本的缺點,固化/穩定化技術具有操作簡單、成本低、效率高等優點。
固化劑的選擇是重金屬固化/穩定化修復技術的關鍵,固化/穩定化所用的惰性材料稱為固化劑[18],常用的固化劑類型為無機固化劑、有機固化劑和復配固化劑。無機固化劑主要有磷礦石、磷酸氫鈣、羥基磷灰石等磷酸鹽類物質以及硅藻土、膨潤土、天然沸石等礦物;有機固化劑主要有草炭、農家肥、綠肥等有機肥料[27]。固化材料有水泥、粉煤灰、石灰和石膏粉等。
水泥固化主要產生起膠結作用的水化硅酸鈣;粉煤灰與水泥混合使用產生水化鋁酸鈣和水化硅酸鈣;粉煤灰主要起充填作用;石灰固化產生碳酸鈣,具有一定的脫水作用;石膏固化產生鈣礬石,具有充填作用[20],具體如表1。
2.2 磷酸鹽類固化劑 羥基磷灰石和磷酸氫鈣等磷酸鹽類固化劑效果好、性價比較高,磷酸鹽將重金屬元素吸附在其表面或與重金屬發生反應生成沉淀或礦物[19]。陳世寶[21]等為了研究含磷化合物對固化/穩定化土壤中有效態鉛的影響,向重金屬污染的土壤中施加了不同性質的含磷化合物,結果表明,在重金屬污染的土壤中加入羥基磷灰石、磷酸氫鈣和磷礦粉能明顯降低土壤表層的有效態鉛含量,并且發現有效態鉛的含量隨施入的磷含量的增加而顯著降低。
2.3 含鐵類固化劑 一些研究表明,針鐵礦、鐵砂FeSO4、Fe2(SO4)3、FeCl3和石灰對As有良好的固定作用[25-27]。在堿性和氧化條件下,鐵主要以Fe3+存在,水解生成Fe(OH)3。Fe(OH)3既能吸附不穩定擴散狀態的膠體,起到水質凈化的作用,又可以利用其自身帶有正電荷的特性,強烈地吸附磷,降低底泥磷的釋放。此外,Fe(OH)3還能與磷反應生成磷酸鐵以及絡合物(FeOOH-PO4)的形態而去除磷[28]。但含鐵類固化劑的處理效果容易受氧化還原電位和pH值的影響,通常都需結合其他的輔助措施[5]。近年來出現的復合鐵鹽與高分子聚合鐵鹽,如復合亞鐵、聚硫酸鐵等被逐漸應用于重金屬污染底泥的固化處理中且效果較好[29]。
2.4 鋁鹽類 作為底泥固化/穩定化應用最早和最廣泛的鋁鹽,主要有硫酸鋁(明礬)、氯化鋁和聚合氯化鋁等,其水解后形成的A1(OH)3絮狀體,既能去除水體中的顆粒物并吸附底泥中溶出的磷[5],又可以吸附水體中的重金屬離子,如鉻、銅、鉛、鋅等[30]。鋁鹽用于底泥鈍化效果較穩定,不受氧化還原電位影響,成本低,且有效時間長。如在美國佛蒙特州的Morey lake,投加鋁酸鈉和明礬來控制底泥磷的釋放,5年后該湖上層水體總磷濃度由20~30μg/L下降至10μg/L以下[31]。
2.5 天然礦物類固化劑 海泡石、沸石等天然礦物材料,顆粒小、比表面積大,礦物表面富集負電荷,具有較強的離子交換能力和吸附性。章萍等[32]向蘇州河的污染底泥中加入了膨潤土,結果表明,鈣基膨潤土對銅、鉛和鋅均具有較大的吸附性能,且溶液pH值升高時,對這3種重金屬的吸附效果增強。
2.6 有機物料 農家肥一類的有機質用于固化/穩定化底泥中的重金屬,作用機理主要是含有的胡敏素和胡敏酸等能夠與底泥中的重金屬離子發生絡合作用,形成難溶物,以此降低重金屬毒性及生物可利用性[19]。華珞[33]等向重金屬污染的土壤中施加了豬廄肥進行固化/穩定化研究,結果顯示,施入豬廄肥可以使土壤中的碳酸鹽態鋅和有效態鋅的含量升高,而鐵猛氧化物結合態鎘、有效態鎘及鐵猛氧化物結合態鋅的含量降低。Houben等[34]向重金屬污染底泥中施加有機肥后,可交換態的鉛、鎘和鋅的含量均有大幅度的減少,固化/穩定化效果明顯。
2.7 復配固化劑 底泥和土壤中重金屬污染多為復合污染,多種重金屬之間有相互作用,且不同固化劑對不同重金屬的固化效果存在差異。現階段,通常將多種固化劑復配后再使用,以此達到對多種重金屬污染高效修復的效果[19]。曾卉[22]等用海泡石、膨潤土、硅藻土、沸石分別與石灰石以不同的質量比進行復配,對重金屬污染的底泥進行固化試驗,結果表明,石灰石與硅藻土以質量比2∶1復配時固化效果最好。
3 展望
近年來,水體污染治理力度不斷加大,2015年2月《水污染防治行動計劃》的頒布后,與水體水質密切相關的底泥重金屬污染的治理也越來越得到人們的關注。2016年3月17日,中華人民共和國國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要提出開展66.67萬hm2受污染耕地治理修復和266.67萬hm2受污染耕地風險管控,深入推進以湘江流域為重點的重金屬污染綜合治理。這些條例和規劃綱要的,都有助于我國大氣、土壤和水體環境質量的改善。因此,當前底泥重金屬污染治理重要的是進一步減少進入水體和底泥的污染物,達到“控源”目的,以及針對歷史遺留的重度污染底泥區進行修復和治理,減少底泥污染物的總量,實現“減存”目標。
然而,當前能夠實現底泥污染物“減存”的方法成本高,操作復雜,少有推廣應用。更多的是采用固化方法,降低污染物的活性,減少污染物對其他生物的毒性,且目前已經有一些實際應用案例。如1996年長春南湖湖區內用硫酸鋁鈍化底泥,顯著增加了底泥中可溶性磷酸鹽的去除率[35]。2006年,為了解決香港城門河水質惡臭問題,特區政府按照“生化處理為主,疏浚為輔”的原則,疏浚底泥29×104m3,采用投加硝酸鈣原位鈍化方法從根本上治理城門河淤泥,改善了城門河的生態環境[36]。
盡管如此,固化方法當前還存在很多不足。首先,對于固化劑材料本身,需要滿足高效、不產生二次污染、低成本且操作便捷;其次,由于底泥性質差異大,對于多種重金屬復合污染,既要考慮到重金屬之間的相互作用,又要考慮到不同固化劑所針對不同重金屬的固化效果的不同(如能夠較好固定Cu、Cd、Pb的堿性固化劑,往往會增加As的活性),將多種固化劑復配之后使用,以達到高效修復的效果。
當前已經有不少學者在重金屬底泥固化方面進行了大量的研究,但在實際的底泥固化中,仍存在固化效率不穩定、底泥固化速率差異大等現象,尤其是酸雨的作用可能會導致固化后底泥污染物的二次釋放,可能會危害水生生物生存,甚至導致魚類死亡。關于底泥固化修復技術的實施,國內還缺少自主生產的機械設備,如固化劑造粒設備、機械化投加固化劑設備等),需要加強研發,降低修復工程中對施工人員的健康的危害,提高可操作性。
因此,今后的一段時間內,在固化劑產品的研發上,要加強復合固化劑的研發力度,研發出高效、綠色、低成本、效果持久的新產品。同時,要加強固化機理的研究,明確固化劑產品的最佳投加環境條件,加強對固化修復技術裝備的研發投入,降低對國外機械的依賴程度。最后,結合國內底泥重金屬污染形勢(如湖南湘江流域、廣西環江流域、江西鄱陽湖流域),適當選取部分嚴重污染區,開展重金屬污染底泥的固化修復示范試點,總結好的經驗,進行更大范圍的推廣示范。
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關鍵詞:土壤污染;重金屬污染;修復技術;植物修復
中圖分類號:X53
文獻標識碼:A 文章編號:1674-9944(2016)20-0077-02
1 引言
近年來,土地污染損毀已成為阻礙我國社會經濟發展的一大難題。2014年至今連續三年,國家了《土地整治藍皮書》,從2016年5月的《土壤污染防治行動計劃》均可以看出,我國土地污染損毀情況嚴重,其中工礦業造成的重金屬土壤污染問題尤為突出,土壤污染修復治理已是刻不容緩。重金屬污染物進入土壤后難以被降解,其具有隱蔽性、不可逆性、累積性等特點,繼而通過食物鏈富集,對動植物的生存、人類健康及社會發展存在極大危害 [1]。自20世紀80年代以來,一些國家開展了污染土壤修復,起初以物理修復和化學修復為主,但是在修復過程中發現,物理和化學修復都存在一定的缺點,而生物修復技術以環境友好型的修復方式,逐漸得到青睞。通過對植物修復技術在土地污染治理應用方面相關文獻的閱讀,發現其有廣闊的發展空間。
2 污染土壤修復技術
污染土壤修復是指利用一定的技術措施、工程手段,轉移、吸收、降解和轉化土壤中的污染物,使其濃度降低到可接受的水平,或將有毒有害污染物轉化為無害物質的過程,最終使污染土地恢復到未污染的水平[2,3]。土壤污染的修復方法包括物理修復、化學修復、生物修復以及上述方式組合形成的復合修復。
2.1 物理修復技術
物理修復技術是指通過物理過程的控制或調節,改變土壤的物理性狀,使污染物得到有效的控制,將污染物與土壤分離或轉化為低毒或無毒物的技術。主要的物理修復技術包括客土和換土技術、蒸氣浸提取技術、玻璃化技術、固化/穩定技術、電動力技術、熱處理技術等[2]。雖然其中部分工程措施具有見效快,徹底、穩定修復污染土壤的優點;但也存在工程量大、費用昂貴、實施復雜、易破壞土體結構、易引起土壤肥力降低、不適用于大規模污染土壤修復的缺點。
2.2 化學修復技術
化學修復技術是指在污染物土壤中加入化學試劑,使其與土壤中的污染物發生化學反應,如氧化、還原、酸堿、中和、聚合、沉淀等反應,從而使污染物從土壤中分離、轉化、降解成低毒或無毒性物質。典型的化學修復技術有化學淋洗技術、氧化/還原技術、溶劑浸提技術、施入改良劑或抑制劑等[4]。化學修復技術的優勢主要在于簡單易行,短時間內能夠降低土壤中的污染物的毒性;但也存在明顯的缺點,例如施加化學藥劑造成土壤結構的破壞,造成二次污染以及被穩定污染物再度活化的危險。
2.3 生物修復技術
生物修復技術主要是指依靠某些生物的代謝活動和具有某些特的微生物,使土壤中的污染物得以降解或清除,使其轉化為低毒或無毒物質進而恢復土壤系統正常生態功能的過程。它主要是利用土壤定的微生物、根系分泌物、菌根和超積累植物等降解、吸收或固定土壤中的污染物,從而實現污染土壤修復的目的[2]。生物修復技術有許多方面的優點: 成本低廉、操作簡單、處理污染物效果良好、無二次污染、能夠大規模推廣應用等。更為重要的是生物修復技術是污染土壤的環境友好型治理技術,是土地整治達到生態文明目標的最佳方法,符合生態發展規律,集中體現了環境保護的基本理念。因此生物修復技術已成為土壤污染修復技術中最活躍的領域,同時具有廣闊的發展前景。
生物修復技術主要包括植物修復、微生物修復技術、動物修復技術以及聯合修復技術。其中植物修復技術應用較為廣泛,治理效果顯著。
2.4 植物修復技術
污染土壤植物修復技術是利用植物具有積累和超積累某種或某些化學元素的特性,或利用植物及其根際微生物體系將污染物降解轉化為低毒或無毒物質的過程[2]。該技術已經廣泛應用于砷、鎘、銅、鋅、鎳、鉛等重金屬污染土壤的修復與研究。植物修復機理包括以下幾方面。
(1)植物提取機理。通過在受重金屬污染的土壤中種植重金屬積累或超積累植物,植物吸取土壤中一種或幾種重金屬,富集并輸送到植物根部的可收割部分,隨后收割并集中處理,使土壤中重金屬濃度降低到可接受水平或無污染。提取修復包括兩個階段,首先是將土壤中束縛態重金屬轉化為非束縛態,其次是將重金屬向植物可收獲的部位運輸轉移[5]。超積累植物是植物提取的關鍵之一。目前,已發現超積累植物有700種以上,且廣泛分布于約50科中[1]。但是,超積累植物長期在重金屬脅迫環境下,通常生長緩慢、植株矮小、生物量低,使得修復效率變低、修復周期延長[1]。生長的土壤與環境條件將影響植物對重金屬污染的修復[5]。因此需要掌握植物對土壤條件和生態環境的適應性,遵循因地制宜的原則。
(2)植物吸收和揮發機理。植物在吸收營養的過程中,由于某些重金屬元素與營養元素具有相同或相似的化學結構而被植物吸收,代謝成植物的成分之一,或是利用植物根系分泌的一些特殊物質使土壤中重金屬轉化為可揮發態,繼而修復土壤。該機理主要是針對Hg和Se的研究,能夠有效去除土壤中的重金屬,但同時使重金屬揮發到大氣中,可能造成二次污染。因此如何避免大氣的二次污染是植物吸收和揮發機理的研究重點。
(3)植物固定機理(又稱植物鈍化)。植物通過吸收、分解、氧化還原和沉淀固定等生化過程與重金屬離子結合,使污染基質中金屬流動性降低,生物可利用性降低,從而減輕有毒金屬對土壤的污染。
(4)植物根系活動及根際微生物的作用機理。根系活動能活化土壤中的重金屬,提高其生物有效性,植物根系對重金屬的吸收主要與重金屬的形態有關。
植物修復技術的優點:①植物的提取、揮發、降解作用可有效地解決土壤污染。②植物的穩定作用可防止污染物因風蝕或水土流失而帶來污染擴散問題,同時還具有防風固沙,減少水土流失和土地荒漠化。④對環境擾動小,減少由于土壤清理造成的場地破壞。⑤經植物改良改造的土壤,土壤肥力有機質含量增加,適于農作物種植。⑥可回收植物累計的重金屬,創造經濟價值[2]。
2.5 復合污染修復技術及綜合修復技術
由于土壤復合污染的普遍性、復雜性和特殊性,表明污染土壤的修復治理是一個綜合過程,復合污染土壤的修復依靠單一修復措施必然受到制約,影響修復效果,所以需要多途徑、多方式的修復手段,將兩種或兩種以上修復技術相結合構成一個復合污染修復技術體系,相互作用,互惠互利,以發揮各自優勢,摒棄各自缺點,構造了一個完整的修復系統,修復效率更高[3]。復合污染修復技術能夠建立起穩定的土壤生態系統,最終做到真正徹底、高效、綠色地修復重金屬污染土壤。
3 植物修復技術在重金屬土壤污染治理方面的研究發展方向
隨著人類對土壤重金屬污染認識的深入,以及對環境保護和人類健康要求的提高,對土壤修復也提出了更高的要求。同時基于植物修復技術的研究現狀,污染土壤的植物修復的前景廣闊,可從以下幾個方面開展研究。
(1)盡管目前已發現700多種重金屬超積累植物,當前的研究也已取得了一定的成果,但仍不能應對復雜的重金屬土壤污染環境。我國野生植物種類豐富,因此從植物的生理和遺傳的角度進行探索,超積累植物的尋找和培育工作仍然非常有潛力。同時繼續深入開展植物修復的機理研究。
(2)運用分子生物學與基因工程技術,鑒定和克隆出影響重金屬積累的基因,將其復制到生物量大、生長速率快、季節適應性強的植物體內,培育轉基因植物,提高生物修復的實用性,構建高效降解去除污染物的植物。
(3)增加實踐與檢驗。當前的植物修復研究主要集中在實驗室條件,而實際的自然環境條件則十分復雜,因而研究成果還需實際的污染土壤中實踐與檢驗[6]。
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