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重金属农田治理方案

民以食为天,食以土为根,土壤是万物之源,也是农业之本,人类赖以生存的粮食离不开土壤的培育,没有健康的土壤,就没有人类的未来。
农田土壤环境污染,目前已成为制约农业可持续发展和食品安全的重要因素之一,农田污染修复迫在眉睫。农田污染多以重金属镉、铬、汞、铅、砷等的污染为主,污染的主要来源为污水灌溉、大气飘尘降落、周边农田土壤环境污染。
由于具有生理毒性的物质或过量的植物营养元素进入土壤而导致土壤性质恶化和植物生理功能失调的现象,土壤处于陆地生态系?#25345;?#30340;无机界和生物界的中心,不仅在本系统内进行着能量和物质的循环,而且与水域、大气和生物之间也不断进行物质交换,一旦发生污染,三者之间就会有污染物质的相互传递。作物从土壤中吸收和积累的污染物常通过食物?#21019;?#36882;而影响人体健康。
我国土壤环境状况总体不容乐观,部分地区土壤污染较重,耕地土壤环境质量堪忧,工矿业废弃地土壤环境问题?#24576;觥?#20840;国土壤总的超标率为16.1%,其中轻微、轻度、中度和重度污染点位?#22756;?#20998;别为11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。对于人均耕地只有1.43亩,为世界人均耕地的27.7%,为美国的12.8%,为印度的45.5%的我国来说无疑是雪上添霜。
农田土壤的污染来源与大气沉降(工业/汽车排气)、污水农灌(工业污水)、农用物质施用(肥料/粪与农药)、固体废弃物堆放及处置(垃圾堆放)等因素;详细可?#20137;粒?a href="http://www.hccpo.club/Article/zjswrdlysn.html" title="金属污染的来源是哪里呢?" target="_blank">金属污染的来源是哪里呢?以上这几类的所排放出来的重金属Cu(铜)、Ni(镍)、Pb(铅)、Mn(锰)、Sb(锑)、Cr(铬)、Co(钴)、Cd(镉)、Hg(汞)、As(砷)、Sn(锡)、Bi(铋)等元素就是罪魁祸首!
经过?#23548;?#25105;们假设受污染土壤的密度为1.3∥m3,且重金属污染主要集中发生位于根际20 cm土壤处、土壤中镉含量为1.72mg/kg(根据GB 15618—1995《国家土壤环境质量标准》镉超标约为4.7倍)属于轻度污染。
我们可有8种方法进行农田修复;

土壤混合/稀释技术
(1)技术原理:土壤混合/稀释技术是指?#20204;?#27905;土壤取代或者部分取代污染土壤,覆盖在土壤表层或者混匀,使污染物浓度降低到临界危害浓度以下的一种修复技术。通过混合和稀释,减少污染物与植物根系的接触,并减少污染物进入食物链。
(2)技术特点:土壤混合/稀释修复技术可以是单一的修复技术,也可以作为其他修复技术的一部分,如固定化稳定化、氧化还原等。
(3)适用范围:土壤中的污染物不具危险特性,且含量不高(一般不超过修复目标值的2倍)。?#30473;?#26415;适合于土壤渗流区,即土壤含水量?#31995;?#30340;土壤,当土壤含水量较高?#20445;?#28151;合不均匀会影响混合效果。
填埋法(LandfillCap)
(1)技术原理:填埋法是将污染土壤进行掩埋覆盖,采用防渗、封顶等配套设施?#20048;?#27745;染物扩散的处理方法。填埋法不能降低土壤中污染物本身的毒性和体积,但可以降低污染物在地表的暴露及其迁移性。
(2)技术特点:填埋法是修复技术中最常用的技术之一。通常干旱气候条件要求填埋系统简单一些,湿润气候条件可以设计比较复杂的填埋系统。填埋法的费用通常少于其他技术。
(3)适用范围:在填埋场合适的情况下,可以用来临时存放或者最终处置各类污染土壤。?#30473;?#26415;通常适用于地下水位之上的污染土壤。
固化稳定化技术(Solidi6cation/Stabilization)

(1)技术原理:固化稳定化技术是指将污染土壤与黏结剂混合形成凝固体而达到物理封锁(如降低孔隙率等)或发生化学?#20174;?#24418;成固体沉淀物(如形成氢氧化物或硫化物沉淀等),从而达到降低污染物迁移性和活性的目的。
(2)技术特点:固定化/稳定化方法可单独使用,也可与其他处理和处置方法结合使用。在众多重金属修复技术中,稳定化技术具有花费少、环境损失小、占地面小、修复后土地可规划利用率高、适用范围广等优势。
(3)适用范围:固化稳定化技术适用性较强,原位异位均可使用。?#30473;?#26415;主要应用于处理无机物污染的土壤,?#36824;?#27867;应用于Pb,cd等重金属污染场地的治理中,并取得了显著成效。
微生物降解(Bioremediation)
(1)技术原理:微生物降解是利用原有或接?#27835;?#29983;物(即真菌、细菌其他微生物)降解(代谢)土壤中污染物,并将污染物质转化为无害的末端产品的过程。可通过添加营养物、氧气和其它添加物增强生物降解的效果。
(2)技术特点:微生物降解技术一般不破坏植物生长所需要的土壤环境,污染物的降解较为完全,具有操作简便、费用低、效果好、易于就地处理等优点。生物降解在低温下进程缓慢,修复时间长,通常需要几年。
(3)适用范围:对能量的消耗?#31995;停?#21487;以修复面积较大的污?#22659;?#22320;。高浓度重金属可能对微生物有毒。不能降解所有进入环境的污染物,特定微生物只降解特定污染物,受各种环境因素的影响较大,污染物浓度太低不适用,低渗透土壤可能不适用。
植物修复技术(Phytoremediation)
(1)技术原理:植物修复主要是利用特定植物的吸收、转化、清除或降解土壤中的污染物,从而实现土壤净化、生态效应恢复的治理技术。
(2)技术特点:植物修复技术与物理和化学修复技术相比,具有成本低、效率高、无二次污染、不破坏植物生长所需的土壤环境等特点,非常易于就地处理污染物,操作方便。因此植物修复多只用于低污染水平的区域。污染深度不能超过植物根之所及。较之其他修复技术,具有良好的美学效果和?#31995;?#30340;操作成本,比较适合与其他技术结合使用。
(3)适用范围:植物修复对于特定重金属具有较好的效果和应用,目前植物修复大多只能针对一种或两种重金属进行累积,对于几种重金属的复合污染的处理效果一般。植物对铜蓄积能力较强的绿化乔木为榆叶梅、垂柳、旱柳和银杏等,对铜蓄积能力较强的绿化灌木为大叶女贞、小叶女贞和紫叶小檗等…。本技术一般仅适用于浅层污染的土壤。
电动力学修复技术(ElectrokineticSeparation)
(1)技术原理:电动力学修复技术利用插入土壤中的两个电极在污染土壤两端?#30001;系?#21387;直流电场,在电化学和电动力学的复合作用下,水溶的或吸附在土壤颗粒表层的污染物根据所带电荷的不同向正负电极移动,使污染在电极附近富集或?#25442;?#25910;利用,从而达到清洁土壤的目的。
(2)技术特点:电动力学修复技术具有较多优点,对现有景观和建筑的影响较小,污染土壤本身的结构不会遭到破坏,处理过程不需要引人新的物质,原位异位均可使用。土壤含水量、污染物的溶解性和脱附能力?#28304;?#29702;效果有较大影响,因此使用过程中需要电导性的孔?#35835;?#20307;来活化污染物。
(3)适用范围:可高效处理重金属污染(包括铬、汞、镉、铅、锌、锰、铜、镍等),去除率可达90%。目标污染物与?#23576;?#20540;相差较大时处理效率较高。可用于水力传导性?#31995;?#25110;黏土含量较高的土壤。电动力学修复技术去除土壤中的重金属污染物如汞污染物,需要一些强化措施,提高重金属的迁移效率,从而提高电动力学修复效果。
玻璃化(Vitri6cation)
(1)技术原理:玻璃化是指利用?#22756;?#23376;体、电流或其他热源在1600~2000℃的高温下熔化土壤及其污染物,使污染物在此高温下被热解或蒸发而去除,产生的水汽和热解产物收集后由尾气处理系统进行进一步处理后排放。熔化的污染土壤冷却后形成化学惰性的、非扩散的整块坚硬玻璃体,有害无机离子得到固定化。
(2)技术特点:玻璃化是一种较为实用的短期技术,加热过程土壤和淤泥中的有机物含量要超过5%~10%(质量比)。?#30473;?#26415;可用于破坏、去除受污染土壤、污泥、其他土质物质、废物和残骸,以实现永久破坏、去除和固定化有害和放射性污染的目的。
(3)适用范围:可处理大部分重金属和放射性元素。砾石含量大于20%会?#28304;?#29702;效率产生影响。低于地下水位的污染修复需要采取措施?#20048;?#22320;下水反灌。
制度控制措施(InstitutionalContmls)
(1)技术原理:制度控制措施是指地方政府或环保部门通过法律或者行政手段来限制人体和生态要素在污?#22659;?#22320;中的暴露,必要时对场地内的土壤进行定期监测,以保证修复工程的顺利完成和实现潜在污染暴露最小化的方法。
(2)技术特点:制度控制措施在国外应用较多,且大都有相关法律条文进行规定,在执行过程中作为强制?#28304;?#26045;由政府部门进行监控。考虑到我国国情,建议应在政府或环保部门的监?#36739;攏?#37319;用通知、颁布条例、宣传等方法,对民众进行告知,保护受体远离污?#22659;?#22320;。同?#20445;?#22312;场地土壤存在风险?#20445;?#23452;由政府或环保部门委托相关部门对污染土壤进行监钡,控制风险,降低人群和生态环境在污染物中的暴露。适度采取制度控制措施,既可以保护人体健康和生态要素,又可以降低成本。
(3)适用范围:一般适用于污染物超过修复标准,但可以通过控制人类活动降低污染物暴露风险的场地。

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