土壤污染控制与修复——学习心得

土壤污染控制与修复——学习心得专业学号o幽谷蓝月o1前言土壤是地球表面具有肥力、能生长植物的疏松表面，是人类赖以生存的物质基础，是人类不可缺少、不可再生的自然资源。随着世界人口的快速增长，土壤这一人类赖以生存的必需资源正承受着越来越大的压力。近年来，世界各国都非常重视污染土壤修复技术的研究。各发达国家纷纷制定了土壤恢复计划，荷兰、德国、日本、美国等国家都先后投入了大量资金用于土壤污染的恢复研究和应用。在中国，由于工业生产规模和乡镇城市化的快速发展，土壤受到工业三废和农用化学品的污染日趋严重，污染土壤修复工作的开展迫在眉睫。污染土壤修复是指利用物理、化学和生物的方法转移、吸收、降解和转化土壤中的污染物，使其浓度降低到可接受水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质。以阻断污染物进入食物链，防止对人体健康造成危害，促进土地资源的保护与可持续发展。通过一学期的学习，我对于全球目前的土壤污染及其防治和修复有了一定的认识和了解。针对本学期的课程，关于土壤修复的部分我更加感兴趣，尤其是生物修复，于是我总结了一些内容并且查找了一些相关信息。2土壤修复技术分类土壤修复技术按照修复场地分为原位修复和异位修复，即对污染土壤就地处置或进行异地处理。按照技术类别可以将污染土壤修复方法分为物理修复、化学修复、生物修复等。具体分类如下：按修复场地：⑴原位修复：①蒸汽浸提；②生物通风；③原位化学淋洗；④热力学修复；⑤化学还原处理墙；⑥固化/稳定化；⑦电动力学修复；⑧原位微生物修复。⑵异位修复：①蒸汽浸提；②泥浆反应器；③土壤耕作法；④土壤堆腐；⑤焚烧法；⑥预制床；⑦化学淋洗。按技术类别：⑴物理修复：①物理分离；②蒸汽浸提；③玻璃化；④热力学；⑤固化/稳定化；⑥冰冻；⑦电动力学。⑵化学修复：①化学淋洗；②溶剂浸提；③化学氧化；④化学还原；⑤土壤性能改良。⑶微生物修复：①生物通风；②泥浆反应器；③预制床。⑷生态工程修复（植物修复）：①植物提取；②植物挥发；③植物固化；④植物降解；⑤植物根际圈生物降解；⑥生态覆盖系统；⑦垂直控制系统；⑧水平控制系统。⑸联合修复：①物理化学-生物：淋洗-生物反应器联合修复；②植物-微生物联合修复：菌根菌剂联合修复。3生物修复技术生物修复技术是利用生物的生命代谢活动减少土壤环境中有毒有害物的浓度或使其完全无害化，从而使污染了的土壤环境能够部分地或完全地恢复到原初状态的过程。广义的生物修复包括微生物修复、植物修复。3.1微生物修复微生物修复是常用的污染土壤生物修复技术，它主要是指利用微生物的作用对进入土壤环境中的难降解物质如大分子有机污染物、重金属等进行治理。通常把这种狭义的微生物修复技术称为土壤的生物修复。3.1.1生物通风法生物通风工艺是一种强化污染物生物降解的修复工艺。一般是在受污染的土壤中至少打两口井或三口井，安装鼓风机和真空泵，将新鲜空气强行排入土壤中，然后再抽出，土壤中的挥发性毒物也随之去除。在同空气时，有时加入一定量的NH3或营养液，为土壤中的降解菌提供氮素营养，从而达到强化污染物降解的目的。生物通风法常用于处理在对受地下储罐泄漏造成的土壤污染进行生物恢复处理时产生的少量土壤。3.1.2泵出生物法泵出生物法是将污染场地的地下水抽出经地表处理后与营养液按一定比例配比后注入土壤，促进微生物最大限度地降解。该法适用于处理污染时间较长、状况已基本稳定的地区或受污染面积较大的地区。3.1.3生物堆利用生物的生命代谢活动减少土壤环境中有毒有害物质的浓度或使其完全无害化，从而使污染了的土壤环境能够部分地或完全地恢复到初始状态的过程。在进行生物堆时，把污泥堆成数个独立堤，然后把空气输入泥土，加速石油碳氢化合物的生物降解过程，泥土內的微生物会把污染物分解为H2O及CO2等无害物质。3.1.4土地填埋土地填埋是将废物作为一种泥浆，将污泥施入土壤，通过施肥、灌溉、添加石灰等方式调节土壤的营养、湿度和pH值，保持污染物在土壤上层好氧降解。该法已广泛用于油料工业的油泥处理。3.1.5土壤耕作在非透性垫层和砂层上，将污染土壤以10~30cm的厚度平铺其上，并淋洒营养物、水及降解菌株接种物，定期翻动充氧，以满足微生物生长的需要，彻底清除污染物。处理过程产生的渗滤液再回淋于土壤，以彻底清除污染物。该技术已成功用于处理受五氯酚、杂酚油、石油加工废水污泥、焦油或农药等污染的土壤。3.1.6预备床将土壤运输到一个经过各种工程准备的预备床上进行生物处理，处理过程中通过施肥、灌溉、控制pH值等方式保持对污染物的最佳降解状态。此方法适用于挥发/半挥发性、含卤和非卤有机污染物、多环芳径及爆炸性污染物；不适于二噁英/呋喃、杀虫剂/除草剂和PCB，不适于无机污染物和腐蚀性污染物，不适于黏土和泥炭土。3.1.7泥浆生物反应器污染土壤和水混合成泥浆在带有机械搅拌装置的反应器内通过人为调控温度、pH值、营养物和供氧等促进专性微生物最大限度地降解污染物。此方法适用于杀虫剂/除草剂，挥发/半挥发性、含卤和非卤有机污染物、PAH、二噁英/呋喃等有机污染物；不适于PCB，不适于无机污染物和爆炸性污染物，不适于泥炭土。3.1.8投菌法直接向污染土壤接入外源的污染降解菌，同时提供这些细菌生长所需营养。不同的菌种可处理不同的污染物质。3.1.9生物搅拌向土壤饱和部分注入空气，从土壤不饱和部分吸出空气，加大气体流动性为微生物供氧，促进其最大限度地降解。适用于挥发/半挥发性、含卤和非卤和PAH等有机污染物，不适于二噁英/呋喃和PCB、杀虫剂/除草剂等，不适于无机污染物、腐蚀性和爆炸性污染物，不适于黏土和泥炭土；可同时处理饱和土壤、不饱和土壤和地下水污染。3.1.10工程螺钻和慢速渗滤用工程螺钻系统使表层污染土壤混合，并注入含有营养和氧气的溶液，促进微生物最大限度地降解。慢速渗滤，通过污染土壤区内布设垂直。两种方法均适用于有机污染物(包括杀虫剂/除草剂，挥发/半挥发性、含卤和非卤有机污染物，PAH、二噁英/呋喃、PCB等有机污染物)；均不适于无机污染物(包括重金属、非金属、石棉、、腐蚀性和爆炸性污染物)，但均适于氧化物。均适于沙土、壤土和沉积物等土壤类型；均不适于黏土和泥炭土。3.2植物修复植物修复是指将某种特定的植物种植在污染的土壤上，而该种植物对土壤中污染元素具有特殊吸收富集能力，将植物收获后并妥善处理(如灰化回收)后即可将该种重金属移出土体，达到污染治理与生态修复的目的。植物修复为从根本上解决土壤污染提供了一条重要的修复和治理途径，因而植物修复在土壤污染治理中具有独特的作用和意义。植物修复技术主要类型有:3.2.1植物提取即利用污染物富集能力较强的植物通过吸收和运转的过程，将污染物转移并储存在地上部分，最终通过收获地上部分集中处理来达到减少土壤污染物含量的目的。适用于重金属污染的土壤。3.2.2植物稳定指利用植物吸收和植物根际作用使土壤中污染物转化为相对无害物质。在这一过程中，土壤中污染物的含量并不减少，但由于降低了在土壤中的有效态，从而达到减轻污染的效果。主要用于采矿和废弃矿区、冶炼厂污染的土壤、清淤污泥和污水厂污泥等重金属污染现场进行复垦。3.2.3植物挥发指植物通过植物的吸收促进某些重金属转为可挥发态并将之挥发出土壤和植物表面。主要用于挥发性重金属污染的土壤，如汞和硒。3.2.4根际过滤指利用植物庞大的根系和巨大的表面积过滤吸收、富集水体中重金属元素。应用范围广泛，可处理杀虫剂、除草剂、PAH、PCB、矿物油等有机污染物。4几种超富集植物植物修复是治理土壤重金属污染的最有效的途径，它是一种绿色环保技术。在植物修复上，植物吸收技术表现最佳，治理效果是永久性的。经过查找，发现几种典型的超积累植物（表一）：表一几种典型超积累植物Tab.1Typicalhyperaccumulatorplan元素植物种名地上部元素含量/(mg·kg~1)发现地点植物体内平均含量/(mg·kg~1)Cd天蓝遏蓝菜1800宾夕法尼亚0.21CoHaumaniastrumrobertii10200扎伊尔0.036Cu高山甘薯12300扎伊尔3.49Mn粗脉叶澳洲坚果51800新喀里多尼亚25.65Ni九节木属47500新喀里多尼亚0.49CrSuterafodinawild2400津巴布韦\As蜈蚣草5100中国\Mn商陆19299中国湘潭\Zn东南景天4515(叶)中国\P圆叶遏蓝菜8200奥地利/意大利2.52每种重金属都有多种植物可以富集，但超积累的种类并不多。我对在我国发现的几种超积累植物更感兴趣，以蜈蚣草、商陆和东南景天为代表重点介绍。4.1蜈蚣草（Pterisvittata）凤尾蕨科、凤尾蕨属中型陆生蕨，为优良观赏蕨类。多年生草本，高1.3~2m。根状茎短，被线状披针形、黄棕色鳞片，具网状中柱。叶丛生，叶柄长10~30cm，直立，干后棕色，叶柄、叶轴及羽轴均被线形鳞片；叶矩圆形至披针形，长10~100cm，宽5~30cm，1次羽状复叶；羽片无柄，线形，长4~20cm，宽0.5~1cm，中部羽片最长，先端渐尖，先端边缘有锐锯齿，基部截形，心形，有时稍呈耳状，下部各羽片渐缩短；叶亚革质，两面无毛，脉单1或1次叉分。孢子囊群线形，囊群盖狭线形，膜质，黄褐色。生于海拔2000~3100m的空旷钙质土或石灰岩石上。分布于中南、西南及陕西、甘肃、浙江、江西、福建、台湾等地。蜈蚣草是中科院地理科学与资源所发现的世界上第一种砷的超富集植物，对重金属具有超常规吸收与富集能力。将蜈蚣草植于污染土壤，吸收重金属加以回收，可达到“清污与回收”双重目的。研究表明，蜈蚣草对土壤中铅、铜、锌与砷均有不同程度的抗性和修复能力。在自然条件下，蜈蚣草可生长在砷含量40～50mg/Kg土壤中，甚至能在砷含量高达23400mg/Kg的矿渣中正常生长；在野外其叶片砷含量超过1000mg/Kg，室内栽培的叶片砷含量高达5070mg/Kg。美国佛罗里达的研究表明，生长在未污染地区的蜈蚣草植株砷含量只有11.8～64.0mg/L，而在受污染地区植株砷含量却高达1442～7526mg/L，远高于生长在正常土壤中植株的平均值（低于3.6mg/L）。蜈蚣草可在铅浓度高达3368～3550mg/Kg的铅锌矿尾砂库及其周围环境成片生长；可在铜含量896～12802mg/Kg的矿区土壤中正常生长，且其体内铜浓度高达918mg/Kg；可在锌浓度高达22616mg/Kg的矿渣上正常生长，其羽叶锌含量最高可达737mg/Kg。目前，利用蜈蚣草等植物富集与修复砷、铜和锌等重金属污染的技术已推广应用，对受砷污染土壤进行低成本改良具有极大优势。如湖南郴州建立了第一个砷污染土壤植物修复基地，在田间种植条件下，蜈蚣草叶片砷含量高达0.8%，证明蜈蚣草对砷污染土壤治理具有极大的应用潜力。广西、云南等地运用蜈蚣草修复砷污染土壤技术，初步解决了污染土壤治理及农产品重金属污染超标问题。4.2商陆（Phytolaccaacinosa）商陆，又名：苋陆(《易经》)，马尾(《尔雅》)，常蓼(《广雅》)，藰、章陆、章柳(《玉篇》)，大苋菜、湿苋菜、山包谷、金七娘、红苋菜、金鸡姆、猪姆耳、苋菜蓝、肥猪菜。多年生草本，高70～100cm，全株无毛，根粗壮，肉质，圆锥形，外皮淡黄色。茎直立，多分枝，绿色或紫红色，具纵沟。叶互生，椭圆形或卵状椭圆形，长12～25cm，宽5～10cm，先端急尖，基部楔形而下延，全缘，侧脉羽状，主脉粗壮；叶柄长1.5～3cm，上面具槽，下面半圆形。总状花序顶生或侧生，长10～15cm；花两性，径约8mm，具小梗，小梗基部有苞片1及小苞片2；萼通常5片，偶为4片，卵形或长方状椭圆形，初白色，后变淡红色：无花瓣：雄蕊8，花药淡粉红色（少数成淡紫色）；心皮8～10，离生。浆果扁球形，径约7mm，通常由8个分果组成，熟时紫黑色。种子肾圆形，扁平，黑色。花期6～8月。果期8～10月。多生于疏林下、林缘、路旁、山沟等湿润的地方。我国大部分地区有分布，主产河南，湖北，安徽等省；垂序商陆主产于山东，浙江，江西等省。商陆为镉的超富集植物，对土壤中的镉有很强的吸收、富集能