重金屬污染土壤修復(fù).doc

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1、生物炭對(duì)重金屬污染土壤修復(fù)的研究1.土壤重金屬污染現(xiàn)狀重金屬是指比重大于5.0g/cm3的金屬元素，主要包括鋅（Zn）、銀（Pb）、鎘（Cd）、銅（Cu）、鉻（Cr）、鎳（Ni）、汞（Hg）和準(zhǔn)金屬砷（As）等。近年來(lái)，隨著工業(yè)化、城市化的不斷發(fā)展，工業(yè)活動(dòng)、礦產(chǎn)的開(kāi)采和冶煉、城市垃圾的處理、污水灌概、農(nóng)藥和化肥的不合理施用、機(jī)動(dòng)車尾氣的排放等人類活動(dòng)導(dǎo)致大量重金屬以各種不同的形式進(jìn)入土壤，引起環(huán)境質(zhì)量嚴(yán)重惡化。由于重金屬不易在生物物質(zhì)循環(huán)和能量交換中分解，土壤重金屬污染不僅抑制作物生長(zhǎng)發(fā)育，促成作物早衰

2、，降低產(chǎn)量，并且還會(huì)通過(guò)食物鏈的富集、傳遞，危害人體健康。尤為嚴(yán)重的是，有毒重金屬在土壤系統(tǒng)中所產(chǎn)生的污染過(guò)程具有隱蔽性、長(zhǎng)期性和不可逆性等特點(diǎn),一旦有毒污染物進(jìn)入土壤，則極難清理出來(lái)。隨著土壤重金屬污染不斷加劇，因土壤重金屬污染造成的致病事件頻發(fā)，重金屬污染土壤的修復(fù)問(wèn)題逐漸引起了人們的關(guān)注，逐漸成為土壤及環(huán)境領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和難點(diǎn)。目前，人類活動(dòng)是造成重金屬在土壤中累積的主要來(lái)源。比如，金屬礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)利用通常會(huì)使礦區(qū)及周邊地區(qū)土壤重金屬含量累積；農(nóng)業(yè)活動(dòng)中肥料和農(nóng)藥的不合理施用也會(huì)造成土壤污染，以

3、磷肥為例，由于磷礦石成分復(fù)雜，含有多種重金屬，比如Zn、Cr、Pb、Cu等，在施入過(guò)程中一同被帶入土壌，進(jìn)而在土壤中富集。2.重金屬污染土壤修復(fù)研究進(jìn)展土壤重金屬的生物有效性及其對(duì)環(huán)境危害程度不僅與其總量相關(guān)，還與其在土壤中的賦存形態(tài)有關(guān)。而重金屬污染土壤修復(fù)的主要技術(shù)手段是更大程度的減少土壤中重金屬的總量和降低其在環(huán)境中的有效性。根據(jù)修復(fù)手段，土壤重金屬修復(fù)技術(shù)大致可以分為物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)和生物修復(fù)技術(shù)。其中，物理修復(fù)是指通過(guò)物理手段對(duì)土壤重金屬進(jìn)行稀釋、熱揮發(fā)或者移除等，比如客土法、

4、電熱法等；化學(xué)修復(fù)是指通過(guò)外源添加修復(fù)材料或土壤自身物質(zhì)改變土壤環(huán)境引起化學(xué)反應(yīng)來(lái)達(dá)到治理的效果，比如淋洗法、添加改良劑等（凱迪電廠的炭化物就屬于改良劑的一種，屬于生物炭）；生物修復(fù)即利用生物體來(lái)實(shí)現(xiàn)土壤重金屬的遷移轉(zhuǎn)化，比如微生物修復(fù)、植物修復(fù)等。不同的修復(fù)技術(shù)各有優(yōu)劣，如何因地制宜地選擇修復(fù)技術(shù)是土壤重金屬修復(fù)的研究方向之一。重金屬污染土壤原位修復(fù)是指向污染土壤中投加一種或多種物質(zhì)，調(diào)節(jié)土壤理化性質(zhì)，通過(guò)與重金屬發(fā)生一系列反應(yīng)，改變重金屬在土壤中的賦存形態(tài)，降低其生物活性和毒性，減少對(duì)環(huán)境的毒害作用和

5、在土壤中的遷移積累，達(dá)到修復(fù)土壤的目的。目前，比較常見(jiàn)的改良劑主要包括粘土礦物、含磷材料、硅鈣物質(zhì)、金屬氧化物、有機(jī)物料、生物炭和新型材料等，如表1-1所示。表1-1重金屬污染土壤改良劑分類分類名稱重金屬粘土礦物沸石、蒙脫石、膨潤(rùn)土Pb、Cu、Zn、Cd、Ni含磷材料羥基磷灰石、骨粉、磷礦粉Pb、Cd硅鈣物質(zhì)石灰、硅肥、碳酸鈣鎂Pb、Cu、Zn、Cd、Ni、Cr金屬氧化物赤泥、爐渣、針鐵礦As、Pb有機(jī)物料有機(jī)堆肥、腐殖酸、秸稈Pb、Cu、Zn、Cd、Ni、Cr生物炭秸稈類、污泥類、果殼類生物

6、炭Pb、Cu、Zn、Cd、As新型材料介孔材料、納米材料、有機(jī)無(wú)機(jī)多孔雜化材料Pb、Cu、Cd、Cr不同改良劑對(duì)土壤中重金屬的鈍化作用不盡相同，主要包括離子交換、吸附、沉淀、絡(luò)合和氧化還原等作用機(jī)理。例如，通過(guò)對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)羥基磷灰石和磷礦石均能夠有效地減少Pb、Cd的生物可利用性，提高其在土壤中的穩(wěn)定性，這主要是改良劑與重金屬發(fā)生表面沉淀和改良劑中含有的磷酸根吸附重金屬共同作用造成的；研究發(fā)現(xiàn)針鐵礦通過(guò)表面吸附、共沉淀來(lái)固定土壤As，減少植物對(duì)As的吸收；研究表明蚌殼粉和牛骨粉呈堿性，且含有

7、磷（P），可提高土壤pH值，通過(guò)P與土壤中Pb發(fā)生共沉淀，從而減輕Pb對(duì)土壤環(huán)境的毒害；而生物炭富含有機(jī)碳，通過(guò)表面吸附、絡(luò)合等途徑實(shí)現(xiàn)對(duì)Pb污染土壤的修復(fù)。3.生物炭的研究現(xiàn)狀生物炭是一種富有孔隙結(jié)構(gòu)、含碳量高的碳化物質(zhì)，是由生物質(zhì)原料如作物稚稈、廢木屑、畜禽糞便、污泥等在缺氧或厭氧條件下經(jīng)過(guò)熱裂解轉(zhuǎn)化形成的固態(tài)物質(zhì)。早在19世紀(jì)，亞馬遜流域居民發(fā)現(xiàn)了一種具有很高肥力的“黑土壤”；1966年，“生物炭之父”Wimsombroek詳細(xì)描述“黑土壤”的特點(diǎn)和分布，并進(jìn)一步概況其在土壤肥力和溫室氣體減排等方面

8、的作用；2006年，Lehmann在Nature上發(fā)表“BlackIsGreen”，此后，學(xué)者們對(duì)生物炭的關(guān)注和研究急劇增長(zhǎng)，生物炭逐漸成為一個(gè)新的研究熱點(diǎn)。生物炭的制備原料廣泛，主要包括木屑、作物秸稈、果殼等、畜禽糞便、污泥等以及工業(yè)和生活中產(chǎn)生的有機(jī)廢棄物。以植物源生物質(zhì)為例，果皮、作物秸稈、果樹(shù)修剪枝條中半纖維素、纖維素和木質(zhì)素的含量等不盡相同，這些組分受熱分解的溫度也各不相同（半纖維素約在200-260℃，纖維素約在2