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土壤修复技术有哪些(土壤重金属污染修复方法)

茶园生态化建设模式,涵盖茶叶品种、栽培、土壤、生物、植保、肥料等领域。秉承以人类为中心的理性生态伦理学思想,为复兴茶产业而努力。

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随着人们对环境问题的日渐重视,土壤污染治理也渐渐进入人们的视野,而重金属污染土壤修复一直是土壤修复工作中的焦点问题,受到人们格外的重视和关注。我国是农业大国而且人口众多,有极大的土地需求量,但随着土壤污染问题的日益严重,我国的土壤污染形势变得非常严峻。

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《全国土壤污染状况调查公报》显示,我国土壤总面积的16.1%受到了不同类型、不同程度的污染,其中无机型污染物居多,约占所有类型污染物的82.8%,我们经常提及的Cd、Hg、As、Pd、Cu、Zn、Cr、Ni等多种污染物点位的超标率分别为7.0%、1.6%、2.7%、1.5%、2.1%、0.9%、1.1%和4.8%。

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土壤的重金属污染物来源复杂,其主要来源于工业排放的废弃物以及农业生产中长期大量使用的化肥和杀虫剂。土壤中的重金属污染物具有毒性强、滞留时间久、迁移性弱、隐蔽性强、难以降解且易沿食物链富集等特点。我国土壤污染总面积超2000万hm2,由此导致的年均粮食减产量超过1000万t,造成超200亿元的国家经济损失。土壤重金属污染不仅对环境产生破坏,还会经食物链进入人体,这些元素超过一定的阈值,会干扰生命系统的正常新陈代谢,对健康产生危害。因此,从国家经济发展和人民生命财产安全方面来讲,重金属污染土壤治理工作的推进和落实尤为重要。

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 联合修复技术

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常规的重金属污染土壤修复方法已经使用了数十年,并取得了巨大的成果,但也有其自身的弊端。当单独使用化学和物理技术时,通常会产生副产物,不具有成本效益,且生物过程非常缓慢且耗时。因此,为了克服它们的缺点,应将两种或多种技术进行融合。这些组合已显示出协同作用,重金属的去除效率提高了许多倍,同时具备经济可行性。

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1化学生物修复方法

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用螯合剂解吸土壤中的重金属离子,更利于植物对其富集和吸收。Huang等选用DTPA、草酸等螯合剂诱导植物提取污染土壤中的Pb和Tl,结果表明:与未添加螯合剂的对照组相比,Pb、Tl的吸收系数分别增加86%、43%。

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2物理生物修复方法

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生物电动修复技术是将污染土壤中的重金属使用微生物预处理和电动修复组合进行解毒:先利用微生物将土壤中吸附态的重金属解吸出来,再利用电动方法进行修复。有实验表明:奥奈达希瓦氏菌MR-1、铬还原菌Y2可以活化土壤中的Cr;通过铬还原菌Y2联合电动修复,Cr(Ⅵ)去除率从68.36%提升至92.59%;希瓦氏菌MR-1联合电动修复,Cr(Ⅵ)去除率为73.74%。固定化生物吸附是使用生物质/吸附剂从污染样品中去除重金属的快速方法。用吸附材料包封生物质,改善了生物质的生物吸附性能并且增加了其物理和化学稳定性以及可重复使用性。

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生物吸附材料对重金属具有高亲和力和选择性,其表面具有化学基团以进行选择性生物吸附,而生物质通常是从活性污泥或发酵废物中获得的细菌、酵母、真菌和藻类。有研究显示:农杆菌生物质被包裹在含有氧化铁纳米颗粒的藻酸盐中,显示出对Pb的吸附能力为197.02mg/g,并且确认在连续五个循环中有效。土壤微生物燃料电池(MFCs)是利用生物修复重金属且能同时产生电能的环境友好型新技术。土壤中产电微生物分解有机质产生电能的同时能有效减少土壤中的重金属,此过程不消耗能源,没有二次污染,极具研究价值和应用前景。

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3物理化学修复方法

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袁立竹采用柠檬酸加氯化钙作为电动修复重金属的新型辅助试剂,实验证明,在0.05mol/L氯化钙和0.2mol/L柠檬酸最优组合浓度下,对Cd、Cu、Ni、Pb和Zn的去除效率分别为98.19%、95.24%、98.95%、86.21%和99.01%,电动修复效率显著提高。超声波浸出也有广泛地应用,在超声处理过程中,土壤颗粒的破碎会导致重金属从土壤扩散到溶剂中,从而加速整个提取过程,Jinseongkim等在通过浸取法提取放射性废弃物中的Cr时,利用超声波进行辅助,不仅缩短了浸取时间,减少了药剂用量,浸取效率也提高了30%以上。

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就传统修复方法而言,化学钝化方法修复效率高,但是钝化后的重金属并没有从土壤中移除,经过一段时间后有可能再次释放到土壤中。现阶段对化学钝化剂的长效性问题研究较少,寻找环保的化学修复剂并加强对钝化机理和钝化长效性问题的研究是下一步值得关注的重点。生物修复方法绿色环保,可用于大规模重金属污染土壤修复,但其修复效率低且仅适用于低浓度重金属污染土壤的修复,寻找更高效的超累积植物并进行更多的大田实地实验是以后的工作重点。目前许多常用的土壤淋洗剂都存在一些问题,如HCl使用后对pH影响大,土壤破坏严重;EDTA半衰期长,生物降解困难。

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在土壤修复工作中寻找并利用环境友好型材料(如茶皂素)对于可持续发展的绿色修复理念尤为重要。传统的修复方法昂贵而且低效,近年来,基于生物吸附和微生物燃料电池的技术已经慢慢成熟。在生物吸附技术中,生物质表现出类似于化学吸附剂或离子交换剂的性质,这一吸附和富集重金属的特性在大多数非活性死亡生物体中都能观察到。利用这一特性,寻找廉价的生物质并通过添加其他吸附剂来增强其修复效果,会使此技术变得更好。同样,产电微生物和外源产电基因的研究也为土壤微生物燃料电池技术打开了新的大门。新型修复技术的发展仍需努力探索。

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(安根团队摘自刘冬冬等:重金属污染土壤修复技术的研究进展及问题剖析)

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安根团队,20余位各领域农业专家,提供成熟的土壤恢复集成方案、生态修复集成方案、农残解决集成方案和生态农业社会化服务

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