农田重金属污染修复新技术展望与探索
来源:用户上传
作者:
摘要：目前，土壤重金属污染已成为全球各国共同面临的棘手问题。土壤重金属污染具有隐蔽性、滞后性、积累性、持久性等特点，已严重危害到人类的健康。本文在全面了解国内外重金属污染土壤修复研究动态的基础上，对纳米多孔磁性螯合材料用于农田重金属污染土壤修复的新技术进行展望与探索研究，为国内这一领域的工作开展提供借鉴参考。
关键词：农田;重金属污染;土壤修复;新技术;探索
中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）04-0-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.04.066
Abstract：Heavy metals contaminted soils have become a serious environmental problem in global.Heavy metals contaminted soils has the characteristics of concealment， hysteresis， accumulating， persistence， has serious harm to human health. Based on the comprehensive understanding of heavy metals contaminated soil repair research at home and abroad，on the basis of dynamic of nano porous magnetic chelator used in farmland was discussed and exploring study，in order to supply reference to the study in this field.
Key words：Farmland;Heavy metal pollution;Soil remediation;New technologies;Exploration
土壤是人类赖以生存和发展的重要物质基础，但是随着我国社会工业化、城镇化的大发展，土壤环境安全问题尤为突出。2014年环境保护部和国土资源部联合发布了《全国土壤污染状况调查公报》显示全国土壤污染总体超标率达16.1%，部分地区土壤污染严重，耕地土壤环境质量堪忧[1]。重金属土壤污染已对我国的生态环境、居民健康构成严重威胁。
土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性，污染物滞留土壤时间长、不易降解，导致土壤退化，致使农作物产量、品质下降，进而通过食物链累积进入人体，损害人身健康，危及人类生命。因此，修复重金属污染土壤，恢复土壤原有功能，一直是国际上土壤修复研究的难点和热点。
鉴于土壤重金属污染造成后果的严重性及污染治理的迫切性，近年来环保工作者不断探索与研究重金属污染土壤修復的新技术与措施并取得了一定的成果。然而，随着社会经济、工业化的不断发展，所呈现出的重金属污染形式（如，重金属污染物的种类、污染的途径等）也在不断变化。因此，土壤重金属污染修复工作领域有待探索与开发出全新、实用、高效的技术与措施。
1 研究进展
土壤作为植物生长的介质，改善其理化性质，降低土壤中的有毒物质含量或使其钝化，对生产生态健康的农产品是非常重要的[1]。重金属污染土壤修复是实施一系列技术以清除土壤中污染的重金属或降低土壤中重金属的活性和有效态组分，以期恢复土壤生态系统的正常功能，从而减少土壤中重金属向食物链和地下水的转移[2]。治理与修复重金属污染土壤的策略主要有如下两种：
其一，稳定化：即改变污染土壤中重金属存在的形态，降低重金属污染物活性，弱化其迁移能力，减少生物对污染物的累积与利用，使其钝化而不进入食物链，从而降低毒性，达到修复的目的。围绕此种修复途径，国内外相应的修复技术措施如下：
化学措施，是将修复剂、阻抑制剂、活性剂等加入土壤，使其充分混合而发生一系列化学反应，降低重金属污染物水溶性、扩散性和生物有效性，从而减少重金属污染风险。此法操作简便、见效快、成本相对也不太高，但是只是改变了土壤中重金属的存在形式，重金属离子仍然留存在土壤中，存在潜在的风险，并不能根治土壤重金属污染问题。
其二，总量降低：将重金属在土壤中存在形态转化为可溶态或生物有效态，运用工程、化学、生物等技术手段将土壤中重金属摒弃与清除，从而减少土壤中重金属总量，达到根治修复污染土壤的目的。围绕此种修复途径，国内外相应的修复技术措施如下：
（1）淋洗法，向土壤中喷施洁净水或可溶态溶液（利于重金属形态转化）等淋洗液，将被土壤微团粒吸附的重金属污染物转化为可溶离子或络合物，然后收集形态已转化的淋洗液，分离、回收重金属，并做到淋洗液循环利用。此法具有长效性，但操作过程复杂、修复成本较高，淋洗液处理麻烦，易造成土壤肥力流失。
（2）热处理法，是将土壤中一些挥发性的重金属（如汞、砷等）通过加热的方式使其挥发、释放出来。此法修复局限性较大，多针对一些具有挥发性的重金属，修复成本高，处理后多数土壤被破坏，不能再农用。
（3）电动修复法，是将土壤中重金属污染物，通过电场的作用使其转化为游离的离子态，向电极区定向迁移、富集，然后集中收集、处理富集区的重金属。此法修复效率较好，但多修复设备要求较高，修复成本高、土壤理化性状易于改变。
（4）动物修复，是利用土壤中某些具有能吸收重金属特性的动物（如一些低等动物蚯蚓、鼠类等），一定限度上降低污染土壤中重金属含量，达到修复土壤的目的。此法修复安全性较高，但修复周期较长，耗费时间。
（5）微生物修复，是利用土壤中微生物的吸收、沉淀、氧化和还原等作用，转化重金属离子为低毒产物，从而降低含重金属土壤的毒性。与之相互作用，改善土壤根际微环境，提高植物对重金属吸收，固定或挥发的效率。此法快速、安全，但修复成本高、受环境因素影响大。 （6）植物修复，是利用植物（基于特定植物对某一种或某一类化学元素耐受性和超强积累性的理论）及其微生物共生体，对土壤环境中的重金属进行吸收、积累及超富集，达到清除土壤中重金属的目的。此法成本低、不改变土壤性质、没有二次污染，但耗时长、污染程度不能超过修复植物的正常生长范围。
（7）化学吸附法，是向土壤中加入合成是向土壤中加入螯合剂、吸附剂等，通过静电吸附、离子交换、螯合配位等途径与相应重金属结合，再外加磁力，通过磁选分离，将重金属从土壤中移除，进而在外部环境中对移除的重金属进行处理。此法操作简便、见效快、成本低，将重金属从土壤中移除，可根治土壤中重金属污染问题，但目前相应的螯合剂、吸附剂材料选择与合成及工程推广应用技术不成熟，还处在研究阶段。
通过对比多种土壤修复方法，考虑到易于操作、高效持续、经济等优势，吸附法展现出了良好推广、应用前景。传统吸附剂（如活性炭、活性矿物材料等）具有高比表面积的特性，以此利用物理作用吸附重金属;而现代吸附新材料多基于表面修饰改性，引入具有静电吸附、离子交换、螯合配位等功能的官能团（如氨基、羟基、巯基、羧基等），以期达到选择性吸附、钝化/稳定化土壤中重金属的目的。然而，此类吸附材料存在不易于从土壤中分离，致使重金属仍留存在土壤，易于受到外界诸多因素影响而使被吸附、钝化重金属重新活化的弊端，实现不了根治土壤重金属污染的目的。
当前，纳米材料因其克服了传统材料的束缚，以其比表面积大、吸附性超强、催化和活性高等特有性能，已广泛应用于社会各行业领域。近年来，纳米材料以其优越的理化性能被纳入环境修复的视野中，将纳米材料应用于土壤重金属污染修复已成为当前国内外研究的重点和热点。
目前，納米材料用于修复土壤重金属污染的研究才刚刚起步，一般处在异位修复实验室模拟阶段。因此，结合农田重金属污染现实状况，顺应现有技术研究趋势，形成新修复技术与理论体系，并对其进一步探索[3]。新修复技术的思路：基于原位修复技术手段，将合成的磁性螯合纳米材料加入土壤中，在土壤中让纳米材料与重金属污染物充分接触，并发生一系列反应，吸附土壤中重金属，再通过外加磁力进行磁选分离，将重金属从土壤中移除，达到根治修复土壤重金属污染的目的。
2 结论
土壤重金属污染修复技术研究取得了一定成果，但也存在许多不足之处，还需进一步深入探索与研究[4]。土壤污染类型、途径多种多样，其修复是一个系统工程，需要统筹、综合、系统、全面考虑，力求修复技术与措施向着绿色环保、操作简单、效果可靠、持续高效、易行推广的趋势发展，推动土壤重金属污染修复技术应用尽快落地，切实保护生态环境，改善人居环境安全，保障人体健康。
参考文献
[1]孙铁珩，李培军，周启星，等.土壤污染形成机理与修复技术[M].北京：科学出版社，2005.
[2]丁竹红，胡忻，尹大强.螯合剂在重金属污染土壤修复中应用研究进展[J].生态环境学报，2009，18（2）：777-782.
[3]范吉强.工业污染场地土壤修复技术研究[J].科技风，2019（33）：134.
[4]曲智，张庆波.重金属污染土壤修复技术[J].化工设计通讯，2019，45（10）：91+101.
收稿日期：2020-01-29
作者简介：尹金珠（1984-），男，汉族，硕士研究生，工程师，研究方向为生态修复与环境治理。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15225459.htm
