农田重金属污染修复技术介绍及比选

目录

1重金属污染农田土壤修复技术现状 (1)

（1）工程物理修复技术 (1)

（2）化学修复技术 (2)

（3）微生物修复技术 (8)

（4）植物修复技术 (9)

2农田土壤修复技术比选 (15)

（1）比选原则 (15)

（2）候选技术优缺点 (18)

（3）比选结果 (28)

1重金属污染农田土壤修复技术现状

土壤修复技术不仅仅是去除土壤中的污染物，还包括转化土壤中污染物的形态，降低其生物有效性和迁移性，消减土壤中的污染物对周边环境和人体健康造成的风险。无论狭义的修复技术还是广义的修复技术，修复之后的土壤应尽量恢复土壤本身的功能，对于污染农田而言，只有恢复了土壤的生态功能，才能继续用于农业生产。欧美国家早在20世纪50年代就开始注重对金属矿区污染土壤修复与生态恢复的研究，发达国家在重金属污染土壤的物理、化学、植物和微生物修复技术等方面已经取得了显著进展，部分技术已经实现商业化应用，并取得了明显成效。应用较广的以去除土壤中的污染物为目标的修复技术，主要包括原位修复和异位修复两种类型，其中原位修复技术主要包括：植物修复、化学修复等可以在不搬运土壤的条件下实施的技术，适用于大面积农田污染修复治理。针对实际案例进行修复治理时，大多数情况为物理－化学或者生物－化学共同作用联合修复，方能取得较高的修复效率。而对于污染程度较高的污染土壤，必须采取异位修复方法，减少土壤中污染物的环境风险。

（1）工程物理修复技术

工程物理修复技术是根据造成污染的重金属多富集在土壤表层的特征，去除污染土壤后，培肥下层土壤，或用未污染的肥沃表土覆盖。

该类技术的优点是彻底、稳定去除，对于污染较重、面积较小的土壤修复效果明显、处理迅速。缺点是对于污染面积较大的土壤修复

工程，工程量大、投资费用高，破坏土体结构，引起土壤肥力下降，并且还要对清除出的污染土壤进行处理和处置。

具体修复技术包括排土、换土、混土、客土和深耕翻土法。排土、换土、混土、客土被认为是治本的简易方法，但是工程量大，并有污土的后续处理问题，目前只用于污染严重的地区。客土法是一种比较常见的方法，用清洁土壤取代表层也被污染土壤，覆盖于表层或混匀，使土壤中污染物浓度降低到临界危害浓度以下，或者减少植物根系与重金属的接触，避免其进入食物链，这种措施在日本用于处理重金属污染的土壤取得了成功。深耕翻土可使得表土壤中的重金属含量降低，这种方法动土虽然比较少，但在严重污染区不宜采用，因为严重污染区受到污染的土层较深，尽管深耕也不能改变土壤中重金属的含量，相反可能带来严重的后果。客土成本一般取决于污染程度和污染地位置等方面。

被去除的含有重金属的污染土壤还需要进行进一步安全处置，通常可以采取热处理、固化、填埋等工程措施，治理效果较为彻底、稳定，但其工程量较大、投资大，因此目前该技术仅适于小面积的污染区。

（2）化学修复技术

化学修复主要是基于污染物土壤化学行为的修复技术，包括添加稳定化剂、抑制剂等化学物质来降低土壤中污染物的水溶性、扩散性和生物有效性，从而使污染物得以降解或者转化为低毒性或移动性较低的化学形态，以减轻污染物对生态和环境的危害。对重金属污染物

而言，化学修复的机制主要包括沉淀、吸附、氧化-还原、催化氧化、质子传递、水解和pH调节等。就农田土壤修复技术而言，以下技术应用较多。

钝化技术

该方法是通过施用钝化剂等来降低土壤污染物的水溶性、扩散性和生物有效性，降低它们进入植物体、微生物体和水体的能力，减轻污染物对生态系统的危害。原位化学固定修复方法应用较为广泛，其技术核心是向污染土壤中加入土壤钝化剂改变土壤的物理、化学性质，通过对重金属的吸附、离子交换、沉淀或共沉淀作用，改变重金属在土壤中的化学形态和存在状态，从而降低其生物有效性和迁移性，减少重金属元素对动植物的毒性及其环境风险。该方法不仅成本低，适用于大面积的污染农田，而且易于实施，特别是对于中轻度的重金属污染土壤，修复效果明显。对于该技术的研究始于20 世纪50 年代，人们最早用吸附剂固定水体中的重金属，随后逐渐应用到土壤重金属的吸附固定。近年来发展较快，对于该方法国内外有关学者进行了大量研究，并在一些地区开始尝试应用。钝化剂可使重金属固定在土壤中长期处于稳定状态，是较普遍应用于土壤重金属污染的快速控制修复方法。该修复技术的费用比较低廉，对一些非敏感区的污染土壤可大大降低修复成本。同时处理多种重金属复合污染土壤时，钝化技术具有明显的优势。

常用的钝化剂包括以下几种类型。

1）无机钝化剂：无机钝化剂包括磷酸盐类（羟基磷灰石、磷矿

粉、磷酸、石灰、磷肥和骨炭等）、粘土矿物类（膨润土、蒙脱石、海泡石、钾长石、凹凸棒土、麦饭石和沸石等）、工业副产品类（赤泥、飞灰、磷石膏和白云石残渣等）等，还有一些纯化学制品。一般来说，在镉、铅、铜污染的土壤中，施用石灰性物质，可提高土壤pH值，使重金属生成氢氧化物沉淀，降低其在土壤中的活性，减少作物对重金属的吸收。因此，对于受重金属污染的酸性土壤，施用石灰、高炉渣、矿渣、粉煤灰等碱性物质，或配施钙镁磷肥、硅肥等碱性肥料，能降低重金属的溶解度，从而可有效地减少重金属对土壤的不良影响，降低植物体的重金属浓度。施入石灰硫磺合剂等含硫物质，能使土壤中重金属形成硫化物沉淀。在一定条件下施用碳酸盐、磷酸盐、氧化物质都能促进沉淀形成。施用有机物等还原性物质能降低土壤氧化还原电位，使重金属生成硫化物沉淀。目前实践中常用的钝化剂有石灰、沸石、赤泥、磷酸盐、铁的氧化物、锰的氧化物有机物料等。土壤钝化剂的选择必须根据生态系统的特征、土壤类型、作物种类、污染物的性质等来确定。如果与农业措施及生物措施配合使用，效果会更好。但要加强管理，以免被吸附或固定的污染物再度活化。无机钝化剂的作用除了可调节pH、沉淀、吸附等作用从而影响污染物的溶解度外，通过离子间的颉颃作用来降低植物对污染物的吸收，在某些情况下也是有一定的效果。

土壤pH变化对植物体中Cd等阳离子重金属的浓度具有显著的影响，随着土壤pH的升高，植物对阳离子重金属的吸收明显减少。对于Pb污染的土壤，施用磷石灰可使污染土壤中的水溶性铅减少