彭煒東
(四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院,四川 成都 610065)
重金屬污染是我國當(dāng)今面臨的一個十分嚴(yán)峻的耕地土壤環(huán)境污染問題。調(diào)查顯示,我國農(nóng)田土壤的鎘、鋅和鉛等重金屬濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過土壤背景值。鎘元素嚴(yán)重影響土壤的可持續(xù)利用和糧食的種植安全。研究顯示,我國鎘污染農(nóng)田土壤面積已達(dá)2000萬hm2,約占總耕地面積的1/6,
全國共11個省25個地區(qū)的農(nóng)田受到不同程度的Cd污染[1]。
農(nóng)田土壤中的鎘來源很多,主要是采礦和冶煉工業(yè)排放的污水、廢氣和固體廢棄物以及大氣沉積。排放的污水通過灌溉污染農(nóng)田,同時,磷肥和有機(jī)肥大量施用也是造成造成農(nóng)田土壤中鎘富集的的重要原因。
土壤中鎘有多種化學(xué)形式存在,在化學(xué)相互作用、遷移率、生物利用率和潛在毒性方面表現(xiàn)出不同的性質(zhì)??梢圆捎脝屋腿》ê晚樞蜉腿》y定鎘元素的各種有效態(tài)。目前廣泛接受的分類為交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘渣態(tài)等[1]。
鎘污染農(nóng)田修復(fù)實(shí)踐中,通常采用工程措施、電動修復(fù)、淋洗修復(fù)、固化/穩(wěn)定化修復(fù)、植物修復(fù)、田間管理及聯(lián)合修復(fù)等技術(shù),這些技術(shù)在我國的研究與應(yīng)用情況如下。
工程修復(fù)措施主要以客土、換土和深耕為主,是一種簡便的物理修復(fù)措施。客土或換土利用未污染的干凈土壤覆蓋或替換污染土壤,從而有效隔離鎘元素的遷移;客土和換土是高濃度鎘污染常用的修復(fù)技術(shù),而深耕翻土用于輕度污染土壤[2]。總體來看,工程措施具有簡便易操作、見效快的優(yōu)勢,但存在土壤開挖成本高,易造成二次污染等缺陷。所以,小面積的重度污染農(nóng)田修復(fù)常采用這種修復(fù)技術(shù)。
電動修復(fù)是一種用于分離土壤中重金屬的物理技術(shù),這種修復(fù)方法最初用于污染土壤和地下水中提取金屬和有機(jī)化學(xué)物質(zhì)。電動修復(fù)原理示意圖見圖1所示。當(dāng)施加較低的直流電壓或較低的點(diǎn)位梯度,土壤中的重金屬會通過電遷移、電滲析和電泳遷移到電極室。在電場中,二價鎘離子遷移至陰極,負(fù)離子遷移至陽極,重金屬通過在電極上吸附、沉淀或通過離子交換樹脂而得以去除。電動修復(fù)適用于處理低滲透性粘土和泥質(zhì)土,能夠有效的控制金屬離子流向。電動修復(fù)中,控制和優(yōu)化土壤pH是提高電動修復(fù)效率的關(guān)鍵。
圖1 電動修復(fù)原理
化學(xué)淋洗法是能夠永久去除土壤中重金屬元素的處理方法,具有處理效果明顯、見效快的特點(diǎn),通常用于重度污染的土壤修復(fù)。其原理是利用化學(xué)洗脫劑和共溶劑分離土壤中重金屬元素,通過化學(xué)過程(包括解吸和溶解)使重金屬從土壤中轉(zhuǎn)移到液相中,然后再對洗脫液進(jìn)行二次處理?;瘜W(xué)洗脫法是一種原位技術(shù),其關(guān)鍵挑戰(zhàn)是尋找合適的萃取試劑,萃取劑必需不破壞土壤結(jié)構(gòu),萃取效果好,廉價易得。目前常用的重金屬淋洗劑有硝酸銨、磷酸二氫銨、草酸銨、EDDS、EDTA、檸檬酸、吐溫-40、吐溫-80以及皂素等。
固定/穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)指將土壤中的有效態(tài)重金屬固定,或者將其轉(zhuǎn)化性質(zhì)不活潑、不易遷移的形態(tài),抑制其在土壤中的遷移和擴(kuò)散,達(dá)到控制污染的目的。固定/穩(wěn)定化修復(fù)是一種原位修復(fù)技術(shù),具有簡單易行、見效快、成本費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn),該技術(shù)已在國內(nèi)重金屬污染土壤場地修復(fù)中得到了廣泛應(yīng)用[3]。固化/穩(wěn)定化修復(fù)可原位和異位進(jìn)行,實(shí)踐表明,該技術(shù)每天可處理500~2000m3污染土,修復(fù)成本為600~1000元/m3污染土,修復(fù)成本主要與修復(fù)目標(biāo)、土壤的污染程度、污染種類等因素密切相關(guān)。
植物修復(fù)技術(shù)是傳統(tǒng)物理和化學(xué)修復(fù)技術(shù)的替代和補(bǔ)充,適用于低濃度重金屬污染土壤的修復(fù)。植物修復(fù)是利用植物可耐受或超積累的特性,利用植物及其共生微生物提取、轉(zhuǎn)移、吸收、分解、轉(zhuǎn)化或固定土壤中的有機(jī)或無機(jī)污染物,從而達(dá)到移除、削減或穩(wěn)定污染物,或降低污染物毒性等目的(HJ682-2014)[3]。目前鎘污染土壤修復(fù)研究主要集中在篩選鎘元素的超積累植物或通過聯(lián)合措施提高對植物對鎘元素的提取率。與工程措施、點(diǎn)修復(fù)、化學(xué)洗脫以及固定/穩(wěn)定化技術(shù)相比,植物修復(fù)具有較大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢。但其富集容量有限,生長緩慢,不易選擇和培養(yǎng),修復(fù)效率較差,通常用于修復(fù)輕度污染的表層土壤。
鎘污染農(nóng)田修復(fù)過程中,以水肥為主的田間管理十分重要。除了以固化劑/穩(wěn)定化劑的方式施加有機(jī)肥等進(jìn)行土壤修復(fù)外,土壤類型、作物品種、土壤pH值以及田間含水狀況與鎘污染土壤修復(fù)效率密切相關(guān)。此外,大多數(shù)重金屬污染土壤為酸性土,在土壤中添加化學(xué)試劑,提高土壤pH值,可有效改善土壤環(huán)境,固化土壤中有效鎘,可降低水稻對鎘的吸收與富集,添加石灰石提高土壤pH值是湖南等地區(qū)運(yùn)用最多,也是最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的鎘污染土壤田間修復(fù)措施[5]。
為了提高鎘污染農(nóng)田的修復(fù)的效率,可以綜合化學(xué)洗脫、穩(wěn)定固定化技術(shù)、植物修復(fù)和田間管理等多種技術(shù),開發(fā)一種新型的生態(tài)和水力修復(fù)技術(shù)。其關(guān)鍵技術(shù)流程為:栽培前期和中期的洗脫、滲濾液的導(dǎo)排及處理及作物生育期田間水肥的聯(lián)合調(diào)控??梢源_保作物生長期內(nèi)對于鎘的吸收。從經(jīng)濟(jì)性適用性來講,是比較可行的措施。
合理聯(lián)合運(yùn)用多種修復(fù)措施,可以避免單一修復(fù)措施的缺陷,提高對鎘污染的控制效果。聯(lián)合修復(fù)有助于克服單一修復(fù)技術(shù)的不足,在解決復(fù)合污染和提高修復(fù)效率方面具有明顯優(yōu)勢。我國雖然已開展了鎘污染土壤的聯(lián)合修復(fù)研究,但大規(guī)模應(yīng)用較少,各種技術(shù)之間的相互間作用,以及在修復(fù)時間與空間上的合理配置等還需深入研究[5]。
我國土壤Cd污染形勢依然嚴(yán)峻,有效的治理修復(fù)工作任重而道遠(yuǎn)。單一的修復(fù)技術(shù)對于土壤鎘污染治理效果有限,因此,我國土壤Cd污染治理工作應(yīng)該切實(shí)加強(qiáng)實(shí)地調(diào)研,全面分析污染物來源、特征和程度,結(jié)合土壤利用方式,因地制宜選擇合適的修復(fù)技術(shù),并監(jiān)測土壤中Cd污染狀況的變化以評價修復(fù)的效果,及時調(diào)整修復(fù)措施。