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Study on the status and detection technology of heavy metal pollution in water environment
CHEN Huiming, LIU Min, XIAO Nanjiao, LUO Yong
(Jiangxi Environmental Monitoring Center, 330039, Nanchang, PRC)
Abstract: this paper summarizes the current situation of heavy metal pollution in water environment in China .It has been found that many bays and rivers have been polluted by heavy metals in China, and they are mostly compound pollution. The author also introduces some detective methods, such as electrochemical analytical methods and spectral methods and etc. The research results can be used for providing technological support for detection of heavy metal and protection of ecological environment.
Key words: water environment; heavy mental pollution; detection
前言
若金屬元素的原子密度超過每立方厘米五克,即可認為其是重金屬。如銅、鉛、鋅、鎘鐵、錳等,均屬于重金屬,共有四十五種。若水體內排入的重金屬物質,無法結合自凈能力將其凈化,而最終導致水體的性質、組成等發生改變,影響水體內生物生長,并對人的健康、生活產生不良影響的,即屬于水環境重金屬污染。在工業、農業快速發展的同時,許多污染物被排入河流內,其中也包含重金屬,最終導致水質惡化,也由此產生了一系列嚴重后果。不論是在何種環境中,重金屬污染物的降解都極為困難,并且能夠積累在植物、動物體內,并結合食物鏈不斷富集,最終進入人體,對人體健康產生危害,這類污染物也是對人體產生最大危害的一種污染物[1]。
1、目前我國水環境中重金屬污染的現狀
1.1我國水環境重金屬污染的范圍比較廣
不論是海南的三亞灣、還是廣東地區的北江、亦或是武漢的東湖、連云港的排淡河、山東地區的膠州灣、長春的松花江等,都體現出了極為顯著的重金屬污染特征。
1.2我國水環境中重金屬污染大多為復合污染
對比國家相關的水質標準來看,山東曲阜的大沂河、包頭段黃河內,均出現了極為嚴重的Cu等重金屬的污染。Cd污染,則主要出現在香港的四大重點河流之中;就黃浦江上游的飲用水源來看,不論是支流、還是干流,Hg的平均濃度均超過了地表水環境質量標準(GB3838-2002)的Ⅲ類水標準,而對比Ⅲ類水標準后可以發現,不論是干流、還是支流的As濃度相對較低[2]。
1.3重金屬的含量與水環境的鹽度及pH值等有關
若鹽度偏高,則重金屬元素在水中的含量相對較高、水底沉積物內則不會出現較高的金屬含量;若鹽度偏低,則恰好相反。當pH值相對偏高時,重金屬元素含量偏低的為水體,而偏高的則為水底沉積物;若pH值較低時,則正好相反[3]。
1.4重金屬含量一般表現為近岸高,中部低;沉積物中高,水相中較低
第二松花江中下游河段,水中重金屬平均含量都不高,且遠未達到國家制定的相關地表水水質標準;對比河段水中的重金屬含量來看,沉積物內的重金屬含量則明顯偏高。在巢湖湖區、支流沉積物內重金屬含量的對比方面來看,支流的Cd、Zn等含量更高。
1.5重金屬的潛在生態風險較高
處于第二松花江中下游區域的沉積物,其重金屬含量目前已達到中等偏強的生態風險等級,且主要為Cd以及Hg。長江口表層水體內存在的類金屬以及重金屬,就采樣點位來看,重金屬含量相對較低,但仍有潛在風險存在。香港重點河流,基本都面臨生態危害,有個別區域目前的生態危害已相對較強。此外,水量、季節的變化等,也都會導致水環境內重金屬含量產生變化。
2、水環境中重金屬的檢測技術方法研究與發展
因為不論是人體、還是環境,都將因重金屬元素受到影響,所以檢測重金屬工作就顯得極為關鍵。當前,對重金屬進行檢測的方法主要有:電化學法、光譜法等。
2.1電化學分析法
結合電極上、溶液內物質的化學性質,由此形成的一種分析方法,即為電化學分析法。結構簡單、小巧、操作便捷,都是該方法的主要優點,能夠進行連續、自動化分析,分析方法較為準確、便捷[4]。具體方法包括如下:
2.1.1伏安法和極譜法
結合電解過程,不論是極譜法、還是伏安法,都可對流-電位、電位-時間曲線進行分析,其區別在于:前者運用的是表面可周期更新的滴汞電極、后者則為表面無法更新、固體電極等液體電極。伏安法內還包括了吸附溶出、陰極溶出伏安法等,其檢測下限極低,這也是伏安法的主要優勢,能夠在現場、在線運用,同時也可實現多元素識別[5]。
2.1.2電位分析法
若此時的電流為零,電位分析法可對電池的電極電位、電動勢等進行測定,由此結合濃度以及電極電位的關系,實現物質濃度的測定。該方法的優點較多,如試樣需求較少、較好的選擇性,同時不會破壞試液,因此在分析珍貴試樣時,較為適用。這種方法能夠實現快速測定、操作相對簡單,因此連續化、自動化也可實現。
2.1.3電導分析法
結合對溶液電導值的測量,獲得其中離子濃度的方法,即被認為是電導分析法,大致可分為兩種,分別是電導滴定法以及直接電導法。其優勢在于便捷、快速,后者的靈敏度相對較高,缺點則是電導值的測定,為所有電導的總和,而不能對其中具體離子的含量進行測定和區分,由此影響選擇性。
2.2光譜法
2.2.1原子熒光光譜法
其原理在于,原子蒸氣對特定波長的光輻射進行吸收,由此得以激發,當原子被激發以后,結合該過程發射出特定波長的光輻射,即原子熒光。在相應的實驗條件下,不論熒光類型是什么,其輻射強度均與被分析物質的原子濃度為正比關系,按照波長分布可開展定性分析。這種方法的選擇性較強、靈敏度相對較高,方法相對簡單。其欠缺之處在于,應用范圍并不廣泛,因為許多物質的熒光產生,需要結合試劑加入才能實現[6]。另外,還需要深入的對化合物結構、熒光產生過程的關系進行探究。
2.2.2原子發射光譜法
結合電激發、熱激發之下,試樣內的不同離子、原子發射特征的電磁輻射,而開展的針對元素的定量、定性分析的方法,即為原子發射光譜法。其優勢在于,有較好的選擇性、分析速度相對較快,隨待測元素的多少,會對準確度存在影響。其缺陷在于,設備相對昂貴,而如硫等非金屬元素,則無法較為靈敏的加以分析。一般以元素分析為主,但就樣品內上述元素的化合物狀態,則無法確定。
2.2.3原子吸收光譜法
以蒸汽相內被測元素的基態粒子為基礎,測定原子共振輻射的吸收強度、被測元素含量的一種方式,即為原子吸收光譜法。火焰原子吸收光譜法的檢測限可達到10-9g/L,石墨爐原子吸收光譜法的檢測限可達到10-10~10-14g/L[7]。此種方式的優勢在于:良好的選擇性、較高的準確性、易于消除、干擾相對較少;缺陷則在于:無法直接對許多非金屬元素加以測定,對一種元素分析之后,就需要對元素燈進行更換,對不同元素的測定,則需要對不同的元素燈進行更換,無法完成同時對各類元素的測定,若試樣相對復雜,則會產生嚴重干擾,儀器較為昂貴。
2.2.4電感耦合等離子體光譜法
在當前應用的AES光源中,應用最為廣泛的當屬電感耦合等離子體光源。對比上述方法來看,這種方法具備如下優勢,干擾相對較少、分析速度相對較快、較寬的線性范圍,能實現多種被測元素特征光譜的同時讀取,此外還可以對多種元素同時進行定量、定性分析。其缺陷在于,操作以及設備費用相對較高,就部分元素而言,也不存在顯著優勢。
2.2.5質譜法
通過對待測物質進行分子到帶電粒子的轉化,結合交變電場、穩定磁場的利用,讓上述粒子可結合質量大小的順序排序,并對此進行分離,形成具備一定規則,同時能夠檢測的質量譜,即為質譜法。和其他方式對比來看,這種方法具有如下優勢:動態范圍相對寬泛、分析精密度相對較高、可同時對多種元素進行測定,其能夠精確的對同位素信息進行提供[8]。但是,這類儀器的造價相對過高,就目前而言,本方法的應用依然以研究領域為主,并且,在預處理檢測樣品方面,步驟相對較多,對儀器自動化帶來了諸多困難。
此外,包括生物傳感器、酶抑制法等相關檢測方法,伴隨著檢測技術的逐漸發展,也在檢測水環境重金屬方面,發揮了越來越關鍵的作用。
3、結論
重金屬污染能夠不斷富集,并最終對動植物、人體以及環境產生一定負面影響,具備潛在的危險性,因此這也是一個不容忽視的問題。工業污染是重金屬污染的主要來源,企業的排放要達標,管理要嚴格,最為關鍵的是當前國家的管理機制尚未健全,仍需繼續完善。在水環境監測工作方面,重金屬檢測工作能夠為此提供一定依據。近年來,伴隨著多種分析儀器的開發,重金屬檢測也逐步體現出準確性、靈敏度高等優勢。各類檢測方法都具備各自的特點以及適用的范圍,如電感耦合等方法,具有較高的靈敏度,能夠在幾乎所有重金屬檢測方面運用,但就處理樣品以及檢測進程來看,相對復雜,因此若想實現在線、現場檢測,則相對困難,不論是使用儀器、還是安裝設備,都具有較高要求。
參考文獻
[1]廖國禮,吳超.尾礦區重金屬污染濃度預測模型及其應用[J].中南大學學報,2004,35(6).
[2]賀志鵬,宋金明,張乃星等.南黃海表層海水重金屬的變化特征及影響因素[J].環境科學,2008,29(5):1153-1161.
[3]黃智偉.表層海水重金屬的變化特征及影響因素[J].基礎科學,2014,3(下).
[4]方惠群,于俊生,史堅.儀器分析[M].北京:科學出版社,2002,66.
[5]白燕,李素梅,周艷輝等.電分析化學進展[M].西安:西安地圖出版社,1999.
[6]吳晉霞.原子熒光法測定環境空氣和肺氣中As、Hg、Sb、Sn國家標準制定研究[D].新疆大學,2011.
[7]楊柳.濁點萃取-火焰原子吸收光譜法測定痕量金屬元素的研究[D].湘潭大學,2007.
[8]韓梅,賈娜.電感耦合等離子體質譜法測定水中鈾、釷[J].廣東化工,2009,36(199).
關鍵詞 土壤;重金屬污染;現狀;修復技術
中圖分類號 X53 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739(2013)09-0229-03
重金屬是指比重大于5.0 g/cm3的金屬元素,包括Cu、Zn、Ni、Pb、Cr、Cd、Hg、As、Fe、Mn、Mo、Co等。通常自然界中重金屬元素的背景值很低,其暴露不會對周圍環境造成影響。但由于工業生產規模擴大,城鎮化迅速發展,在農業生產中,污水灌溉和化肥、農藥的使用量加大,導致土壤系統中重金屬不斷累積,明顯高于其背景值,從而惡化了生態環境的質量,并通過食物鏈直接危害人體健康。據統計,全世界平均每年排放Hg約1.5萬t,Cu 340萬t,Pb 500萬t,Mn 1500萬t,Ni 100萬t[1]。隨著重金屬污染問題的日益突出,土壤污染防治工作已在“十一五”期間被提上中國環境保護工作的重要議程,并成為第1個“十二五”國家規劃。針對上述情況,筆者結合我國土壤重金屬污染的現狀,對當前土壤重金屬污染的修復技術及其作用機理進行分析,并總結其各自的優勢與不足,以期為綜合治理土壤重金屬污染提供參考依據。
1 我國土壤重金屬污染現狀
我國面臨著相當嚴峻的土壤重金屬污染問題。農業部調查數據顯示[2],我國約140萬hm2的農業用地采用污水灌溉,受到重金屬污染的土地面積占污染總面積的64.8%。據有關資料表明,我國重金屬污染的農業土地面積為2 500 hm2左右,導致糧食減產逾1 000萬t,并造成1 200萬t以上的糧食被重金屬污染,將各項經濟損失進行合計,至少高于200億元[3]。污染土地中,嚴重污染面積占8.4%,中度污染面積占9.7%,輕度污染面積占46.7%。Hg 和Cd 的污染面積最大。如上海農田耕層土壤Hg、Cd含量增加了50%,江西大余縣污灌引起的Cd污染面積達5 500 hm2,沈陽張士灌區Cd污染面積達2 533 hm2。我國農田土壤污染除Cd、Hg污染外,Pb、As、Cr和Cu的污染也比較嚴重。以保定市污水灌區為例,其Zn、Cu、Pb、Cd的檢出超標率分別達到100.0%、27.5%、50.0%、87.5%[4]。此外,我國菜地土壤重金屬污染也較為嚴重[5-7]。廣州市蔬菜地Pb污染最為普遍,As污染次之;重慶近郊蔬菜基地土壤重金屬Hg和Cd出現超標,超標率分別為6.7%和36.7%;珠三角地區近40%菜地重金屬污染超標,其中10%屬嚴重超標。近年來,由于工業“三廢”、機動車廢氣和生活垃圾等污染物的排放,我國城市土壤普遍受到不同程度的重金屬污染,主要污染元素為Pb、Cd、Hg。且城市土壤中大部分重金屬污染含量普遍高于郊區農村土壤,并具有明顯的人為富集特點[8]。
2 土壤重金屬污染修復技術
2.1 物理修復
物理修復是指通過各種物理過程將污染物從土壤中去除或分離的技術,主要包括土壤淋洗法、工程措施法、電熱修復法等。
2.1.1 土壤淋洗法。該方法是應用最多、應用最早、技術最成熟的物理修復方法。采用淋洗液(包括無機溶液清洗劑、復合清洗劑、清水、表面活性劑、有機酸及其鹽清洗劑、螯合劑等)對土壤進行淋洗,使固相重金屬轉化為液相,重金屬從土壤中轉移到廢水,再通過對廢水進行回收處理,從而實現土壤的修復。Wasay et al[9]研究發現,EDTA和DTPA能有效地去除土壤中Hg以外的重金屬元素,同時也提取出大量土壤營養元素。土壤淋洗法簡便、成本低、處理量大、見效快,適用于大面積重度污染土壤治理,尤其是輕質土和砂質土。但這種方法在去除重金屬的同時,易造成地下水污染及土壤養分流失。因此,既能提取各種形態重金屬又不破壞土壤結構的淋洗液,將為該方法修復重金屬污染土壤提供廣闊的應用前景。
2.1.2 工程措施法。該方法是較為經典和傳統的土壤重金屬污染修復方法,包括深耕翻土、換土、客土等。深耕翻土與污土混合,或者通過換土和客土等手段,可以使土壤中重金屬的含量有效降低,從而降低其對植物的毒害。不同的方式適宜于不同污染程度的土壤,重污染區的土壤宜使用換土和客土方法改良,而輕度污染的土壤則適宜于采用深耕翻土的方法進行修復。工程措施法的優勢在于效果穩定和徹底,但是也存在一定的不足,如費用高、工程量大、易降低土壤肥力和破壞土壤結構,還有換出的污染土壤也存在二次污染的隱患,應妥善處理。據報道,對1 hm2面積的污染土壤進行客土治理,每1 m深土體需耗費高達800萬~2 400萬美元[10]。因此,工程措施不是一種理想的污染土壤修復方法。
2.1.3 電熱修復法。該方法利用高頻電壓產生電磁波,再通過電磁波作用而產生熱能,從而促使土壤中揮發性重金屬得以分離,實現土壤的修復和改良。目前,該方法適用于修復受Hg或Se等可揮發性重金屬污染的土壤。有研究表明,采用該法可使砂性土、黏土、壤土中Hg含量分別從15 000、900、225 mg/kg降至107、112、115 μg/kg,回收的Hg蒸氣純度達99%[11-12]。這種方法雖然操作簡單、技術成熟,但能耗大、操作費用高,也會影響土壤有機質和水分含量,引起土壤肥力下降,同時重金屬蒸氣回收時易對大氣造成二次污染。
2.2 化學修復
化學修復也是一種原位修復技術,即通過向重金屬污染土壤中添加改良劑,以調節和改變土壤的理化性質,使重金屬發生沉淀、吸附、拮抗、離子交換、腐殖化和氧化還原等一系列化學反應,降低其在土壤中的遷移性和被植物所吸收的可能性,從而達到治理和修復污染土壤的目的。常用的改良劑有石灰性物質[13-15]、磷酸鹽化合物[16-17]、硅酸鹽化合物[18]、金屬及其氧化物[19-20]、黏土礦物[21-23]、有機質[24-26]等,其作用機理見表1。這種方法雖然簡單易行,但其不足在于它只是改變了重金屬在土壤中的存在形態,卻沒有把重金屬從土壤中真正分離出來,如果土壤環境發生變化,容易造成其再度活化,引起“二次污染”。
2.3 生物修復
生物修復是利用生物(主要是微生物、植物和動物)的新陳代謝作用吸收去除土壤中的重金屬或使重金屬形態轉化,降低毒性,凈化土壤。該方法是運用生物技術治理污染土壤的一種新方法,具體包括微生物修復法、植物修復法、動物修復法等。由于該方法效果好、易于操作,日益受到人們的重視,已成為污染土壤修復研究的熱點。
2.3.1 微生物修復。該方法是通過微生物進行作用,將土壤中重金屬元素進行沉淀、轉移、吸收、氧化還原等,從而對污染土壤進行修復。如檸檬酸菌能夠與Cd形成CdHPO4沉淀;無色桿菌、假單胞菌能夠使亞砷酸鹽氧化成砷酸鹽,從而降低As的轉移和毒性;還有些微生物能夠把劇毒的甲基汞降解為毒性小、可揮發的單質Hg[3]。盡管微生物修復引起極大重視,但大多數技術仍局限在科研和實驗室水平,很少有實例報道。但隨著分子生物學的發展,一些如細菌表面展示技術、噬菌體抗體庫技術、酵母表面展示技術等[27],有望在治理土壤重金屬污染中發揮重要作用。
2.3.2 植物修復。植物修復廣義上是指利用植物提取、吸收、分解、轉化、固定土壤、沉積物、污泥或地表、地下水中有毒有害污染物技術的總稱;狹義上是指利用耐性和超富集植物將污染土壤中的重金屬濃度降低到可接受的水平。根據其修復過程和機理,植物修復法可分為以下4種:①根部過濾[28],即通過耐性植物根系對重金屬的吸收并保持在根部。常用的植物有水生植物、半水生植物以及個別陸生植物,如向日葵、耐鹽野草、寬葉香蒲等。該法多應用于修復水體的重金屬污染。②植物穩定[29],即利用植物根際的一些特殊物質,使土壤中污染物轉化為相對無害物質的方法。常用的植物有印度芥菜、油菜、楊樹、苧麻等。該法多應用于治理廢棄礦場和重金屬污染嚴重地區。③植物揮發[30],即利用植物吸收土壤中的重金屬,并將其轉化為可揮發狀態,通過植物葉片等部位揮發出去,以降低土壤中重金屬的含量。常用的植物有印度芥菜以及濕地上的一些植物。該法多應用于修復污染土壤中含有揮發性的重金屬(如Hg、Se等),但易造成大氣污染。④植物提取[31],即利用超富集植物從土壤中吸取重金屬,并將其轉移、貯存到地上部,然后通過收獲,從而達到去除污染土壤中重金屬的目的。目前,已發現超富集植物有700種以上,且廣泛分布于約50科中,并主要集中在十字花科。該法適用面廣,對于修復多種重金屬污染土壤均有效。
植物修復法成本低,對環境擾動小,能綠化環境,具有良好的社會、經濟、環境綜合效益,適用于大規模污染土壤的修復,屬于真正意義上的綠色修復技術。但該方法也有一定的缺點:一是超富集植物生長緩慢,常受土壤類型、氣候、水分、營養等環境條件限制,導致修復污染較嚴重土壤的周期長;二是修復過程局限在超富集植物根系所能伸展的范圍內;三是超富集植物只能積累某一種重金屬,而土壤污染大多是重金屬的復合污染;四是超富集植物需收割并作為廢棄物妥善處置,將對生物多樣性存在一定的威脅。
2.3.3 動物修復。動物修復是利用土壤中的某些低等動物(如蚯蚓等)吸收重金屬的特性,在一定程度上降低受污染土壤的重金屬比例,以達到修復重金屬污染土壤的目的。有研究表明[32],蚯蚓在其耐受濃度范圍內,對重金屬的富集量隨著重金屬濃度的增加而增加,同時對重金屬的選擇性受其體內酶的影響。但這種修復方法不足在于低等動物吸收重金屬后可能再次釋放到土壤中,造成二次污染。
2.4 農業生態修復
農業生態修復是近幾年新興的修復技術,它是通過改變耕作制度、調整作物品種、調控土壤化學環境(包括土壤pH值、水分、氧化還原電位等)、改變土地利用類型、增施有機肥(堆肥、廄肥、植物秸稈等)、控施化肥等措施,以減輕重金屬對土壤的危害[33]。我國在這一方面研究較多[34-36],并取得了一定的成效。這種方法具有投資少、無副作用等特點,適用于中輕度污染土壤,但也存在修復周期較長、效果不太顯著等不利因素。
3 結語
綜上所述,目前重金屬污染土壤的修復技術很多,但就單一技術來看,任何一種修復技術都有其局限性,難以達到預期效果,進而無法大力推廣。而且土壤重金屬污染修復作為一項系統工程,不僅需要土壤學、植物生理學、遺傳學、環境工程學、分子生物學等多個學科的共同努力,還需要多種修復技術的綜合應用,即將物理修復、化學修復、生物修復科學地結合起來,取長補短,才能達到更好的效果。
4 參考文獻
[1] 李俊莉,宋華明.土壤理化性質對重金屬行為的影響分析[J].環境科學動態,2003(1):24-26.
[2] 崔德杰,張玉龍.土壤重金屬污染現狀與修復技術研究[J].土壤通報,2004,35(3):366-370.
[3] 駱永明,滕應.我國土壤污染退化狀況及防治對策[J].土壤,2006,38(5):505-508.
[4] 謝建治,劉樹慶,王立敏,等.保定市郊土壤重金屬污染現狀調查及其評價[J].河北農業大學學報,2002,25(1):38-41.
[5] 茹淑華,孫世友,王凌,等.蔬菜重金屬污染現狀、污染來源及防治措施[J].河北農業科學,2006,10(3):88-91.
[6] 唐書源,李傳義,張鵬程,等.重慶蔬菜的重金屬污染調查[J].安全與環境學報,2003,3(6):74- 75.
[7] 魏秀國,何江華,陳俊堅,等.廣州市蔬菜地土壤重金屬污染狀況調查及評價[J].土壤與環境,2002,11(3):252-254.
[8] 和莉莉,李冬梅,吳鋼.我國城市土壤重金屬污染研究現狀和展望[J].土壤通報,2008,39(5):1210-1216.
[9] WASAY S A,BARRINGTON S,TOKUNAGA anic acids for the in situ remediation of soils polluted by heavy metals:Soil flushing in columns[J].Water,Air,and Soil Pollution,2001(3):301- 314.
[10] CHANEY R L,LI Y M,ANGLE J S,et al.Phytoremediation of soil metals[J].Current Opinion in Biotechnology,1997(8):279-284.
[11] KAWACHI T,KUBO H.Model experimental study on the migration behavior of heavy metals in electric to kinetic remediation process for contaminated soil[J].Soil Sci Plant Nutr,1999,45(2):259-268.
[12] 劉磊,肖艷波.土壤重金屬污染治理與修復方法研究進展[J].長春工程學院學報:自然科學版,2009,10(1):73-78.
[13] CHEN Z S,LEE G J,LIU J C.The effects of chemical remediation treatments on the extractability and speciation of cadmium and lead in contaminated soils[J].Chemosphere,2000,41(1-2):235-242.
[14] 廖敏,黃昌勇,謝正苗.施加石灰降低不同母質土壤中鎘毒性機理研究[J].農業環境保護,1998,17(3):101-103.
[15] 陳宏,陳玉成,楊學春.石灰對土壤中Hg、Cd、Pb的植物可利用性的調控研究[J].農業環境科學學報,2003,22(5):549-552.
[16] SEAMAN J C,AREY J S,BERTSCH P M.Immobilization of nickel and other metals in contaminated sediments by hydroxyapatite addition[J].J Environ Qual,2001,30(2):460-469.
[17] 周世偉,徐明崗.磷酸鹽修復重金屬污染土壤的研究進展[J].生態學報,2007,27(7):3043- 3050.
[18] DA CUNHA K P V,DO NASCIMENTO C W A,DA SILVA A J.Silicon alleviates the toxicity of cadmium and zinc for maize(Zea mays L)grown on a contaminated soil[J].Journal of Plant Nutrition and Soil Science,2008,171(6):849-853.
[19] GRAFE M,NACHTEGAAL M,SPARKS D L.Formation of metal-arsenate precipitates at the goethite-water interface[J].Environmental Science and Technology,2004,38(24):6561-6570.
[20] KUMPIENE J,ORE S,RENELLA G,et al.Assessment of zerovalent iron for stabilization of chromium,copper,and arsenic in soil[J].Environ-mental Pollution,2006,144(1):62-69.
[21] 婁燕宏,諸葛玉平,顧繼光,等.粘土礦物修復土壤重金屬污染的研究進展[J].山東農業科學,2008(2):68-72.
[22] 柯家駿,陳淑民,胡向福,等.膨潤土粘土礦物吸附重金屬的研究[J].重慶環境科學,1993,15(1):4-6.
[23] MAHABADI A A,HAJABBASI M A,KHADEMI H,et al.Soil cadmium stabilization using an Iranian natural zeolite[J].Geoderma,2007(137):388-393.
[24] VACA-PAULIN R,ESTELLER-ALBERICH MV,LUGO-DE LA FUENTE J,et al.Effect of sewage sludge or compost on the sorption and distribution of copper and cadmium in soil[J].Waste Management,2006, 26(1):71-81.
[25] 陳世儉,胡靄堂.有機物質種類對污染土壤銅形態及活性的影響[J].土壤通報,2001,32(1):38-40.
[26] 華珞,陳世寶,白玲玉,等.有機肥對鎘鋅污染土壤的改良效應[J].農業環境保護,1998,17(2):55-59,62.
[27] 李宏,江瀾.土壤重金屬污染的微生物修復研究進展[J].貴州農業科學,2009,37(7):72-74.
[28] DUSHENKOV S,VASUDEV D,KAPULNIK Y,et al.Removal of uranium from water using terrestrial plants[J].Environ Sci Technol,1997, 31(12):3468-3474.
[29] 敖子強,熊繼海,王順發,等.植物穩定技術在金屬礦山廢棄地修復中的利用[J].廣東農業科學,2011(20):139-141,147.
[30] MITCH L,NICOLE P,DEBORAH D,et al.Zinc phytoextraction in Thlaspi caerulescens[J].International Journal of Phytoremediation,2001, 3(1):129-144.
[31] 丁華,吳景貴.土壤重金屬污染及修復研究現狀[J].安徽農業科學,2011,39(13):7665-7666,7756.
[32] 伏小勇,秦賞,楊柳,等.蚯蚓對土壤中重金屬的富集作用研究[J].農業環境科學學報,2009,28(1):78-83.
[33] 劉候俊,韓曉日,李軍,等.土壤重金屬污染現狀與修復[J].環境保護與循環經濟,2012(7):4-8.
[34] 蔣玉根.農藝措施對降低污染土壤重金屬活性的影響[J].土壤,2002, 34(3):145-147.
【關鍵詞】重金屬污染;現狀;存在問題;對策
0.引言
重金屬污染指由重金屬或其化合物造成的環境污染,在礦產開采、加工、冶煉等過程中不可避免的會產生一些廢水、廢氣、含重金屬廢物等,如不妥善處置必將會對環境造成不利影響。隨著我國工業化進程加快,近年來長期積累的重金屬污染問題開始逐漸顯露,從浙江湖州市血鉛超標事件,陜西鳳翔兒童鉛超標事件,甘肅徽縣群體性血鉛超標事件及重金屬污染“鎘米”等等,可見重金屬污染已影響到我們的生活環境。
1.白銀市重金屬污染現狀
白銀市重金屬污染主要集中于白銀區。白銀區位于白銀市西部,黃河上游中段,是白銀市的政治、經濟和文化中心,是我國重要的有色金屬基地之一和甘肅省重要的能源化工基地,素有“銅城”之名。長期的礦產開采、加工以及工業化進程中積累形成的重金屬污染問題十分突出。
白銀市重金屬污染現狀調查和分析,以白銀區為基本數據單元,以2007年全國污染源普查數據為基礎。
1.1廢水
2007年,全市含重金屬工業廢水產生總量為1271.6509萬噸,其中白銀區含重金屬工業廢水產生量為1168.2493萬噸。全市含重金屬工業廢水中汞、鎘、六價鉻、鉛、砷的產生量分別為480.41千克、164658.79千克、2437.14千克、175177.14千克和249796.93千克。2007年,全市含重金屬工業廢水排放量為752.0921萬噸,其中其中白銀區含重金屬工業廢水排放量為650.6993萬噸。全市含重金屬工業廢水中汞、鎘、鉻、鉛、砷的排放量分別為43.09千克、1997.5千克、90.44千克、6559.79千克和915.27千克。
1.2廢氣
2007年,全市含重金屬工業廢氣產生總量為1523727.142萬m3,其中白銀區廢氣產生量為1200496.02萬m3。全市含重金屬工業廢氣中汞、鎘、六價鉻、鉛、砷的產生量分別為0千克、24315.374千克、1780千克、7268067.51千克和101078.21千克。2007年,全市含重金屬工業廢氣的排放量為1513139.38萬m3,其中白銀區含重金屬廢氣排放量為1190204.08萬m3。全市含重金屬工業廢氣中汞、鎘、鉻、鉛、砷的產生量分別為0千克、4689千克、1780千克、483216千克和2069千克。
1.3固廢
2007年,全市含汞、鉻、鎘、鉛、砷的危險廢物產生量為1502686.45噸,白銀區產生量為1466163.77噸。其中綜合利用量為411709.82噸,白銀區綜合利用量為391506.72噸。處置量為39284.08噸,主要集中在白銀區。貯存量為1051692.58噸,主要集中在白銀區,為1035373噸。含汞、鉻、鎘、鉛、砷的危險廢物的排放量均為0。
2.存在的主要問題
白銀市因礦設市,由于歷史原因,缺乏統一規劃,工業布局不合理,至今仍存在污染企業分散式發展。產業結構不合理,結構性污染突出,部分有色金屬企業還存在資源綜合利用率低、能耗高、生產工藝技術落后的問題。同時由于環境檢測基礎工作薄弱,重金屬環境質量監測技術能力不足滯后于污染防控的需求。
3.對策分析
3.1嚴格分區,加大重點區域防控
目前白銀市涉重企業主要集中在白銀區,目前分布有涉重企業5家。為此,作為白銀市重金屬污染防治的重點區域白銀區,其重金屬污染防控工作應從以下幾個方面著手進行:
①查清現狀、清理遺留。白銀市是一座因礦設市的城市,伴隨著大規模礦產資源開發,出現了主導優勢資源枯竭、環境污染嚴重的突出問題。因此,必須要對重金屬污染現狀有一個清醒的認識。目前應積極著手對現狀進行認真分析,切實查清重金屬污染現狀,同時對區域內遺留歷史問題進行一次摸底排查,在此基礎上有針對性的制定污染防治工作技術路線和實施方案。
②分工明確、責任明確,落實白銀區重金屬污染防治工作的主體包括白銀市政府、白銀區政府、相關企業等三級機構。三級主體應具有明確的工作分工各負其責。其中市政府作為牽頭和責任主體,負責制定和落實重金屬污染防治規劃、相關政策和規定,進行統籌規劃和把握;區政府主要職責是協助市政府督促企業認真落實市政府制定的相關防治政策和措施。重金屬防治工作的絕大部分內容會落實到相關的企業中,各相關企業應積極響應政府指定的各項污染防治政策。
③加大公眾參與的力度,在白銀市重點區域內應進一步加強公眾參與工作,實現“群防群策”。普及相關知識,通過參觀、講座、設置展板、發放宣傳單等途徑讓公眾真正了解重金屬污染的一些基本知識,重金屬對人體的污染途徑、防范措施等;設置聯絡,可在基層政府、企業、居民區等設置聯絡人,負責及時了解周邊各階層公眾的意見、建議和要求,并對公眾的意見定期進行匯總、反饋,同時對國家、政府的有關政策進行“上傳下達”,使得公眾意見有合理、合法的渠道及時的反映到有關部門和單位。
3.2 優化結構,加大重點企業防控
針對白銀市重金屬污染防控的重點排污企業,做好如下幾方面的工作:
①全面推行清潔生產審核。推行清潔生產審核是從源頭控制污染的有效手段之一,現有企業應全部進行強制清潔生產審核,所有涉重企業清潔生產水平必須達到國內甚至國際先進水平,否則應立即進行技術改造,以提高全行業的清潔生產水平,切實從源頭上防控重金屬污染。
②嚴格執行行業準入條件。以國家的有關產業政策、準入條件等為依據,依法堅決淘汰落后工藝,加快全行業在產能、工藝技術、污染防治水平等方面的改造升級步伐和速度。通過加快產業結構調整、優化產業布局等途徑,從根本上實現涉重行業的重點防控。
3.3 實施嚴格的重金屬污染源監管
①加強對涉重企業污染源穩定達標排放監管。對區內涉重企業進行加密監管。對廢氣排放口、車間廢水排放口及企業總排口等,除按照監測計劃定期進行監測外,還應采取加密監測、不定期抽查等措施增加污染物排放監督性監測和現場執法檢查頻次,以敦促相關企業切實保障相關污染治理設施穩定正常運行,確保污染源穩定達標排放。
②加強日常監管。應進一步加強涉重企業日常環境管理的規范化,要求做到:有專業管理機構和人員、有完整的管理制度、有完整的污染治理設施運行記錄(臺賬)、有持續的管理人員培訓教育計劃、有規范的檔案管理。
3.4 加大重金屬綜合治理力度
①加強重金屬環境風險應急管理能力。在認真分析總結重金屬環境風險事故的發生特點、危害方式等的基礎上,制定嚴謹的重金屬污染防治應急管理體系,應包括重金屬風險管理機構、重金屬環境風險應急預案等。組織體系應涵蓋政府、企業、員工及周邊群眾等層面,提高高危企業人員的污染隱患意識和環境風險意識,進一步明確責任,克服麻痹大意思想。
②積極推動深度治理,提高重金屬污染物的去除效率。在現有污染源全部實現達標排放的基礎上,積極引進先進的污染治理技術和工藝,通過增加污染治理設施級數、改革工藝等手段實現重金屬污染物的深度處理,提高去除率、進一步削減排放量。對積極主動對污染治理設施進行深度處理技術改造的企業,政府應采取一定的鼓勵性政策,如低息貸款、減免稅收等。同時應對那些設施陳舊、不能穩定達標排放的重污染企業以及可能存在環境安全隱患的企業,進行限期整改,問題嚴重的,堅決實行停產整頓。
3.5 加強重金屬環境監管能力建設
①設立常規監測點位。在白銀區東北涉重污染企業相對集中區域,按照相關技術規范的規定設立環境空氣、土壤、地下水、地表水、農作物等常年固定監測點位,定期進行監測,并對監測結果進行統計分析,及時掌握區內重金屬污染動態變化情況。為重金屬環境污染防治工作提供可靠的基礎依據。
②及時建立監控網絡。重金屬污染環境監控網絡體系應當涵蓋當地政府、環保監測、疾病控制中心、農林、國土等相關主管部門,形成全方位、多角度的監控體系。對相關監測資料應逐步實現共享、相互印證,以便得出最終科學合理的結論。
③積極推廣人體健康普查。重金屬污染重點防控區域內應適時開展較為普遍的定期人體普查制度。普查對象應涵蓋企業生產一線職工、周邊長住居民代表等,以便及時掌握周邊人群健康受影響狀況,并及時采取針對性防范措施。
【參考文獻】
[關鍵詞] 農田土壤 重金屬污染 現狀 方法
[中圖分類號] S158.4 [文獻標識碼] A [文章編號] 1003-1650 (2013)09-0037-02
土壤是由一層層厚度各異的礦物質成分所組成的。土壤和母質層的區別表現在形態、物理特性、化學特性以及礦物學特性等方面。由于地殼、大氣和生物圈的相互作用,土層由礦物和有機物混合組成。疏松的土壤微粒組合起來,形成充滿間隙的土壤形式。相對密度在4.5g/cm3以上的金屬稱作重金屬。土壤中的重金屬累積后對人體的危害相當大,能引起人的頭痛、頭暈、失眠、健忘、神經錯亂、關節疼痛、結石、癌癥(如肝癌、胃癌、腸癌和畸形兒)等。
一、土壤重金屬污染的定義
土壤重金屬污染是指由于人類活動,土壤中的微量金屬元素在土壤中的含量超過背景值,過量沉積而引發的問題統稱為土壤重金屬污染。過量重金屬可引起植物生理功能紊亂、營養失調,此外汞、砷能減弱和抑制土壤中硝化、氨化細菌活動,影響氮素供應。重金屬污染物在土壤中移動性很小,不易隨水淋濾,不為微生物降解,通過食物鏈進入人體后,潛在危害極大。一些礦山在開采中尚未建立石排場和尾礦庫,廢石和尾礦隨意堆放,致使尾礦中富含難溶解的重金屬進入土壤,加之礦石加工后余下的金屬廢渣隨雨水進入地下水系統,造成嚴重的土壤重金屬污染[1]。
二、重金屬污染物的來源
污染土壤的重金屬主要包括汞、鎘、鉛、鉻和類金屬砷等生物毒性顯著的元素,以及有一定毒性的鋅(Zn)、銅(Cu)、鎳(Ni)等元素。主要來自于固體廢物,如亂扔舊電池、電子線路板;工業選礦垃圾等的堆集;含重金屬的廢水未達標排放,被污染地下或地表水徑流、滲透;重金屬粉塵的沉降等。如汞主要來自含汞廢水,鎘、鉛主要來自冶煉排放和汽車廢氣沉降,砷則來源于殺蟲劑、殺菌劑、殺鼠劑和除草劑。
三、土壤重金屬污染的特點
1.隱蔽性和滯后性
大氣污染、水體污染和廢棄物污染等一般通過感官就能發現,而農田土重金屬污染往往要通過對土壤樣品的分析化驗、對農作物殘留檢測,甚至通過研究人畜健康狀況后才能確定。因此農田土重金屬污染從產生到問題出現通常會經過較長的時間,并具有一定的隱蔽性。
2.不可逆性和難治理性
如果大氣和水體受到了污染,切斷污染源后通過稀釋作用和自凈化作用也可能會使污染問題逆轉。但是累積在農田土中的難降解重金屬則很難靠稀釋作用和自凈化作用來加以消除。某些被重金屬污染的土壤可能需要 100~200年的時間才能恢復原狀。因此土壤重金屬污染一旦發生后通常很難治理,而且其治理成本比較高、治理周期也比較長。
3.表聚性
農田土中的重金屬污染物大部分殘留于土壤耕層中,很少向土壤下層移動。這是由于土壤中存在有機膠體、無機膠體和有機-無機復合膠體,它們對重金屬有較強的吸附能力和螯合能力,這就限制了重金屬在土壤中的遷移。因此農田土中的重金屬污染物很少向土壤下層移動,大部分殘留在土壤耕層,這就導致農作物污染,進而危害人類的健康。
四、我國土壤重金屬污染現狀
我國的土壤重金屬污染物主要來源于污水灌溉、工業廢渣和城市垃圾等。污水中占有較大比例的工業廢水的成分比較復雜,不同程度地含有微生物難以降解的多種重金屬,是土壤重金屬污染物的主要來源。
目前我國因農藥和重金屬污染的土壤面積已經達到上千萬公頃,污染的耕地約有一千萬公頃,占耕地總面積的10%以上。全國每年受重金屬污染的糧食高達l200萬噸,因重金屬污染而導致的糧食減產高達1000多萬噸,經濟損失至少有200億元。華南有的地區接近50%的農田遭受鎘、砷、汞等重金屬污染;廣州近郊因為污水灌溉而污染的農田有2700公頃,因使用污泥造成1000多公頃的土壤被污染;上海的農田耕層土壤汞、鎘含量增加了50%;天津市近郊因污水灌溉而導致超過兩萬公頃農田受重金屬污染。國內蔬菜重金屬污染的調查結果顯示,我國菜地土壤重金屬污染形勢嚴峻,珠三角地區接近40%菜地重金屬含量超標,其中10%屬“嚴重”超標;重慶市的蔬菜重金屬污染程度為鎘>鉛>汞,近郊蔬菜基地的土壤重金屬汞和鎘出現超標情況,超標率分別為6.7%和36.7%;廣州市的蔬菜地鉛污染最為普遍,砷污染次之[2]。
五、土壤重金屬污染的危害
重金屬污染與其他有機化合物的污染不同。不少有機化合物可以通過自然界本身物理的、化學的或生物的方式凈化,使有害性降低或解除。而重金屬具有富集性,很難在環境中降解。即使有益的金屬元素濃度超過某一數值也會有劇烈的毒性,使動植物中毒,甚至死亡。金屬有機化合物(如有機汞、有機鉛、有機砷、有機錫等)比相應的金屬無機化合物毒性要強得多;可溶態的金屬又比顆粒態金屬的毒性要大;六價鉻比三價鉻毒性要大等。
重金屬在人體內能和蛋白質及各種酶發生強烈的相互作用,使它們失去活性,也可能在人體的某些器官中富集,如果超過人體所能耐受的限度,會造成人體急性中毒、慢性中毒等,對人體會造成很大的危害。有關專家指出,重金屬對土壤的污染具有不可逆轉性,已受污染土壤沒有治理價值,只能調整種植品種來加以回避。
六、重金屬污染土壤的修復
土壤被污染后,為了避免其對植物的生長和通過食物鏈對人類造成危害,需要將其從土壤中清除掉。重金屬污染土壤的修復技術主要有兩種,一是改變重金屬元素在土壤中的存在形式,使其由活化態轉變為穩定態;二是從土壤中去除重金屬元素,使土壤中重金屬元素的濃度接近或達到背景含量的水平[3,4]。當前采用的治理方法主要有以下三種:
1.工程治理
即用物理(機械)原理治理重金屬污染的土壤,主要有熱處理技術、淋濾法、洗土法以及深翻法;
2.生物修復
即針對土壤中的重金屬具有生物遷移這一特點而提出的一項凈化措施,即利用某種特殊的植物、動物或者微生物能吸收土壤中的重金屬污染物從而達到凈化的目的;
3.改良劑
即投入各種土壤的改良劑,主要用于調節酸堿度和化學組分,使重金屬能夠以生物有效性低,毒害程度弱的形式存在。
國內對于土壤污染的治理已有過不少探索,從治理的手段上可以分為物理、化學和生物措施。物理和化學措施主要采用直接換土法、電化法、穩定固化法等方式。但物理和化學措施只適用于有限時空的土壤治理,大規模采用該方式成本太高,也不便于實施。而生物措施則主要利用動物、植物、微生物的生物作用,所用設施相對簡單,成本低廉,更適合大規模應用。傳統的植物修復技術是利用重金屬超富集植物(多為草本植物)的種植吸收土壤內的重金屬元素,但在實際應用中存在較大限制,且需要每年進行種植和收割,增加了土壤修復的成本。所以,尋找和培育重金屬高富集能力的木本植物成為一個亟待解決的問題。
七、結束語
土壤重金屬污染具有污染范圍廣、持續時間長、污染隱蔽性、難被生物降解等主要特點,并可能通過食物鏈不斷地在生物體內富集,甚至可轉化為毒害性更大的甲基化合物,對食物鏈中某些生物產生毒害,或最終在人體內積累而危害健康。為了預防土壤重金屬污染,我們應當樹立環保意識,充分認識其危害性,從小事做起,在根本上去除污染來源,杜絕廢水、廢氣的任意排放,及時處理城鄉垃圾,不濫用化肥農藥。如何恢復重金屬污染地區的本來面目也是一個長期性的課題,需要我們不斷努力作進一步的探討。
參考文獻
[1]孫鐵珩, 李培軍, 周啟星等. 土壤污染形成機理與修復技術, 北京, 科學出版社, 2005.
[2]周建利, 陳同斌. 我國城郊菜地土壤和蔬菜重金屬污染研究現狀與展望, 湖北農學院學報, 2002,22(5):476-480.
[3]董丙鋒. 土壤環境質量及其演變的影響因素污染防治技術, 2007, 2: 53-55.
關鍵詞:城市土壤;重金屬污染;土壤環境
中圖分類號:X53 文獻標識碼:A
前言
因城市土壤吸收了工業污染源、燃煤污染源及交通污染源等釋放的重金屬,在一定程度上對人類的健康造成影響,且對地表水及地下水等水生生態系統造成污染,導致水質系統紊亂,所以土壤重金屬污染問題在城市土壤研究中占據重要地位。目前,對城市土壤重金屬污染采取有效的管理及治理措施是必要的,避免土壤重金屬污染導致大氣和地下水質量的進一步惡化及循環。
1 我國城市土壤重金屬污染危害分析
回顧性分析導致城市土壤出現重金屬污染問題,其“罪魁禍首”多是由于人類日常活動造成的,如不同工礦企業生產對土壤重金屬的額外輸入及農業生產活動影響下的土壤重金屬輸入、交通運輸對土壤重金屬污染的影響等。自然成土條件也會對土壤重金屬污染造成影響,如風力與水力的自然物理、化學遷移過程等帶來的影響,又如成本母質的風化過程對土壤重金屬本底含量的改變[1]。目前,我國很多大城市的土壤仍舊面臨著鉛、貢及鎘等主要污染元素的繼續污染,例如,北京、上海、重慶、廣州等,土壤都受到不同程度的重金屬污染。隨著工業、城市污染的加劇以及農業使用化學藥劑的增加,城市重金屬污染程度日益嚴重,有關研究統計,目前我國受鉛、鎘、砷及鉻等重金屬污染的耕地及城市環境面積共約2000萬hm2,占總耕面積的20%。隨著土壤重金屬污染面積的擴大,我國大量植物生長受到影響,植株葉片失綠,出現大小不等的棕色斑塊,同時,根部的顏色加深,導致根部發育不良,形成珊瑚狀根,阻礙植株生長,甚至死亡。此外,大量研究證實,土壤重金屬污染影響農業作物的產量與質量,人類通過食用這些農作物產品會對健康及生命造成一定威脅。例如,體內重金屬鎘含量的增加會導致人類出現高血壓,從而引發心腦血管疾病;基于鉛屬于土壤污染中毒性極高的重金屬,臨床驗證一經進入人體,將難以排出,從而影響身體健康,其能對人的腦細胞造成危害,尤其是處于孕期中的胎兒,其神經系統受到影響,導致新生兒智力低下;再者,重金屬砷具有劇毒,人類長期接觸少量的砷,會導致身體慢性中毒,是皮膚癌產生的明確因素。
2 防治措施與發展展望
2.1 綜合措施的運用
應對城市土壤重金屬污染問題采取必要的措施,現階段采用物理化學法結合生物修復法的綜合措施進行干預。顧名思義,物理化學法即是運用物理、化學的理論知識研究出治理土壤重金屬污染的有效方法。基于土壤重金屬污染前期,污染具有集中的特點,易采取的方法為電動化學法、物理固化法。通常采用物理化學法治理重金屬污染重且面積較小的土壤,過程中能體現物理化學法效果顯著且迅速的特點。例如,我國對城市園林土壤重金屬污染,采用物理化學法進行干預,減少了園林植株受損的數量。但對于重金屬污染面積過大的城市園林不易采用物理化學法,因土壤污染面積過大,致使人力與財力的投入量增加,且易破壞土壤結構,從而降低土壤肥力。利用生物的新陳代謝活動降低土壤重金屬的濃度,使土壤的污染環境得到大部分或徹底恢復,這一過程稱為生物修復。實踐中,生物修復具有效果佳,無二次污染的優點,且能降低投資費用,便于管理,利于操作[2]。隨著生物修復在治理污染問題中的技術運用逐漸推進,已納入土壤污染修復方法中的焦點行列。
2.2 發展趨勢
現階段,基于我國土壤重金屬污染治理法中的生物修復法尚處于初級階段,有待于提升其應用價值。就我國領土擁有豐富的植被資源而言,為盡可能保護植被資源,應盡快從植被中選取出能抵抗超量重金屬的植物,并從能抵抗超量重金屬的植物種類中選取相對應的突變體,從而構建起能抵抗超量重金屬的植物數據庫,并依次對數據庫中的植物進行生理及生化的研究。在研究中,采用先進信息技術GPS加強城市區域土壤重金屬鎘、鉛、砷及鉻等含量的空間變異與分布控制研究。同時,對土壤中復合重金屬污染中各元素間的作用與關系進行研究,從而不斷優化物理化學法。
有關文獻表明,我國城市土壤重金屬污染治理在未來將會面向以下幾方面發展,其發展趨勢具有極大突破點。以我國各個城市土壤重金屬污染的數據為依據,建立起綜合的城市土壤數據庫,以便于全面且徹底的開展城市土壤重金屬污染的調查,有關內容包括:重金屬的種類、含量、分布地段及其來源;著手于我國各個城市土壤中污染物質的含量研究,分析生物效應以及人類健康風險,從而為治理土壤污染問題奠定基礎;土壤重金屬污染涉及面較廣,除影響生物及人類健康之外,對土壤、水質、空氣質量及大自然整個生態系統都造成了不可避免的影響。因此,將這一課題納入研究中是必要的,未來將面向對土壤重金屬污染與地表及地下水、空氣可吸入顆粒物含量與其性質存在的關系進行研究[3];不斷優化判斷重金屬污染來源的相關技術;我國區域城市土壤重金屬污染研究主要依據的工具是可視化計算機軟件(GIS),利用其強大的空間分析功能與空間數據管理功能運用在判斷重金屬污染源及其分布地段的研究中,同時能對我國區域城市重金屬污染的風險評估進行分析。
3 結語
綜上所述,對土壤生態系統的結構、功能與水、土、氣、生等其他生態系統的友好關系進行維護是污染治理的前提。目前,我國土壤重金屬污染治理正處于上升階段,面向深化研究,勢必探討出更有成效的治理方法,使人們的生活及健康得到保障。
參考文獻
[1] 楚純潔,朱正濤.城市土壤重金屬污染研究現狀及問題[J].環境研究與監測,2010,05(11):109-110.
[2] 肖錦華.中國城市土壤重金屬污染研究進展及治理對策[J].環境科學與管理,2010,04(12):136-137.
論文關鍵詞:城市土壤,重金屬污染,污染治理
引言
城市是人類社會經濟發展的必然產物。從18世紀以來人口不斷向城市集中。如今隨著各國工業迅猛增長,社會經濟飛速發展,城市的數目和規模均不斷擴大[1]。而城市環境是一個以人為中心的城市經濟、社會生態的復合生態系統。目前,城市人口劇增,人類活動頻繁污染治理,使得組成這個環境的水、空氣和土壤時刻處于被污染的狀況之下,影響著城市的可持續性發展中國。所以,建設一個綠色健康的城市環境是城市可持續發展的必然方向。
城市土壤是指受多種人為活動的強烈影響,原有繼承特性遭到強烈改變的厚度大于或等于50cm的城區或郊區土壤[2],是城市環境的重要組成部分,是城市生態系統地球化學循環的重要環節[3],也是城市賴以存在發展的物質基礎。當大量的重金屬隨著各種各樣的人類活動進入城市土壤中,便造成這些元素在土壤中的積累。一般認為,土壤中污染物累積總量達到土壤環境背景值的2或3倍標準差時,說明土壤中該污染元素或化合物含量異常,已屬土壤輕度污染;當土壤污染物含量達到或超過土壤環境基準或環境標準時污染治理,說明該污染物的輸入、富集的速度和強度已超過土壤環境的凈化和緩沖能力,則屬重度土壤污染。由于城市人口密集,人類活動頻繁,與土壤接觸的機率很高,所以城市土壤的重金屬污染更容易通過大氣、水體或食物鏈而直接或間接地進入人體,威脅著人類的健康甚至生命。因此,研究城市土壤重金屬污染現狀并提出相應的治理對策是可持續發展城市所必需進行的重要的基礎工作。
1.城市土壤重金屬污染的現狀
2.1 空間分布特征
由于城市土壤受人類各種活動的強烈影響,因此其重金屬污染分布也呈現出
顯著的空間差異。一般地,人口聚集的城市中心區域土壤重金屬含量明顯高于郊區和農田。對紐約市“市區-郊區-農區”土壤研究發現,重金屬離子總量、重金屬離子多樣性等隨著距市中心距離的增加而降低,重要污染重金屬Pb、Cu、Ni、Cr的含量下降非常明顯[4]。
在城市不同的功能區污染治理,重金屬分布呈現出一定的規律性。一般的規律表現為:Pb的濃度為老工業區>老居民區>商業區>開發區>其它;Zn的濃度為老居民區>商業區>老工業區>其它;Cu的濃度為老居民區>商業區>其它;Cd的濃度為老工業區>老居民區>其它[5 - 7]中國。
城市公園是人們與土壤直接接觸較多的特殊區域。北京城區三十多個公園土壤Pb質量分數調查表明,盡管大多數公園土壤污染程度輕,但客流量大的故宮、頤和園等著名公園污染指數卻遠遠高于其它公園[8]。
城市土壤重金屬污染的另一特征是公路兩側一般為城市土壤重金屬污染最嚴重的地帶,且呈明顯的帶狀分布[9]。在50 m~80 m內公路兩側土壤中鉛污染相當嚴重,100 m外土壤中的鉛含量沒有明顯增加[10]。
此外,建筑物的建設、垃圾的堆積填埋等嚴重破壞了自然土壤結構,土壤層次凌亂,重金屬在其垂直剖面方向分布變異較大,不同功能區重金屬元素在土壤中各層的聚集狀況沒有規律可循[11,12] 。
2.2城市土壤重金屬污染的來源
礦產冶煉加工、電鍍、塑料、電池、化工等行業是排放重金屬的主要工業源,其排放的重金屬可以氣溶膠形式進入到大氣,經過干濕沉降進入土壤;另一方面污染治理,含有重金屬的工業廢渣隨意堆放或直接混入土壤,潛在地危害著土壤環境[13]。隨著城市化發展,大量污染企業搬出城區,原有的企業污染用地成為城市土壤重金屬污染的突出問題[14]。
燃煤釋放也是土壤重金屬重要來源之一, 195年中國燃煤排放汞302.9噸,其中向大氣排放量為213.8噸,北京、上海等超大城市排汞強度較高[15]。雖然近些年燃料使用及供暖方式的改變已明顯改善這些城市的空氣污染狀況,但過去燃煤釋放并已沉降至城市土壤中的重金屬對城市生態系統、環境及人體健康仍會產生長期效應。
隨著城市化發展,交通工具的數量急劇增加,汽車輪胎及排放的廢氣中含有Pb、Zn、Cu等多種重金屬元素[16,17],進入周圍的土壤環境污染治理,成為土壤重金屬污染的主要來源之一。此外,雨水淋洗也會使市區內堆放的垃圾中的重金屬以有效態形式[18]滲漏釋放到土壤中,使城市土壤局部重金屬含量增加中國。而表生條件下以有效態形式存在的金屬元素幾乎不可能再結合為殘渣態,重金屬在土壤中遷移能力增加,進而污染地下水。
2.3城市土壤重金屬污染影響人體健康的途徑
城市郊區是市區蔬菜的主要供應基地。因此,土壤-蔬菜系統是城市人群暴露土壤重金屬污染的主要途徑之一。目前研究發現中國城郊菜地土壤已受到不同程度的重金屬污染[19,20],其供應的許多蔬菜中重金屬含量已超過相應的標準。而西班牙的Nadal等通過建立評價模型發現工業地區甜菜中Cr的積累與攝入有可能導致癌癥發生率增加[21]。
城區內,土壤中主要種植的是觀賞性或凈化空氣的植物,通過土壤-植物食物鏈對人體造成健康危害的可能性不大。但公園土壤與游人皮膚接觸[22]、兒童攝取[22]、風起揚塵被人體直接吸入等成為城市土壤直接接觸人體危害健康的又一個主要途徑。研究發現[23,24]沙塵暴時,揚塵中來源于土壤的重金屬元素Pb、Zn、Cd、Cu等的濃度比平常高出3~12倍,可吸入顆粒物的質量濃度極高污染治理,人體吸入重金屬的量因此增加。
2.城市土壤重金屬污染的治理對策
城市土壤是城市生態環境的重要組成部分,是地球環境中進行物質、能量、信息交換的重要環節。當其中的重金屬含量超過其環境承載力后,將通過地表徑流、淋溶、大風揚塵等途徑對地表水、地下水和大氣環境產生危害。為了保證人類和諧地生活在高速發展的城市中和人類社會的可持續發展,尋找控制治理城市土壤重金屬污染的有效方法勢在必行中國。
3.1減少或切斷重金屬污染源,提高城市環境質量
在可持續發展理論和生態優先的原則下,改進生產工藝,實現綠色生產和循環經濟,充分回收轉換工業生產過程中產生的重金屬有害物質,減少三廢排放,禁止任意堆放工業生產的廢渣,防止其中的重金屬物質下滲到土壤或揮發到大氣中。
減少煤的使用污染治理,開發清潔能源新技術,調整能源結構及能源供給方式,也是有效降低城市土壤重金屬污染的有效措施。
分類收集處理城市垃圾,回收其中有用的重金屬元素,在垃圾重金屬不超標的情況下才能進行填埋、堆肥和焚燒。
3.2修復污染土壤,降低對人體的危害
由于土壤揚塵已成為城市大氣重金屬污染的主要來源。因此,可采取化學方法去除土壤中重金屬。實驗研究發現采用EDTA溶液淋溶去除土壤重金屬的同時還可以回收利用這些物質,因此其成為去除城市土壤重金屬的一種極有應用前景的方法。
當然,生物修復污染土壤有著工程措施無法相比的優勢。種植植物不僅可以覆蓋城市土壤,減少土壤揚塵的機會,而且還美化城市景觀污染治理,凈化空氣,同時根據污染城市土壤的重金屬元素種類有目的地選擇植物種類合理搭配,可切實有效地從根源上修復城市土壤中的重金屬污染。
3.3 建立城市土壤重金屬健康評價標準
我國尚未制定出城市土壤重金屬健康評價標準,不易界定城市土壤重金屬污染,這不利于城市土壤不同功能的開發,因此應結合人體健康評估、土地利用方式和土壤中重金屬賦存狀態加大對城市土壤重金屬健康評價體系研究的力度,盡快建立相應完整的評價標準,實現對城市土壤正確的評價,以便幫助政府相關部門制定出合理的法規,有效地保護、管理城市土壤和正確指導城市土壤的合理開發。
參考文獻
[1]馬光,等.環境與可持續發展導論[M].科學出版社, 2000
[2]張甘霖,朱永官,傅伯杰.城市土壤質量演變及其生態環境效應[J ].生態學報, 2003, 23 (3) : 539 – 546.
[3]張甘霖.城市土壤的生態服務功能演變與城市生態環境保護[J].科技導報(北京) , 2005, 23(3): 16- 19.
[4]張金屯,POUYAT R. “城-郊-鄉”生態樣帶森林土壤重金屬變化格局[ J ]. 中國環境科學, 1997, 17 (5) : 410 - 413.
[5]馬建華,張麗,李亞麗.開封市城區土壤性質與污染的初步研究[J]. 土壤通報, 1999, 30 (2) : 93 - 96.
[6]王美青,章明奎.杭州市城郊土壤重金屬含量和形態的研究[J].環境科學學報, 2002, 22 (2) : 603 - 608.
[7]盧瑛,龔子同,張甘霖.南京城市土壤Pb的含量及其化學形態[J]. 環境科學學報, 2002, 22 (2) : 156 -160
[8]鄭袁明,余軻,吳泓濤,等.北京市城市公園土壤鉛含量及其污染評價[J]. 地理研究, 2002, 21(4): 418 - 424.
[9]管東生,陳玉娟,阮國標.廣州市及近郊土壤重金屬含量特征及人類活動的影響[J ]. 中山大學學報(自然科學版) ,2001, 40 (4) : 93 - 97.
[10]師利明,郭軍慶,羅德春.對公路兩側土壤中鉛積累模式的理論探討[J ]. 西安公路交通大學學報, 1998, 18 ( 3 ) : 13-15.
[11]李敏,林玉鎖.城市環境鉛污染及其對人體健康的影響[J ].環境監測管理與技術, 2006, 18 (5) : 6 -10.
[12]盧瑛,龔子同,張甘霖.南京市城市土壤Pb 的含量及其化學形態[J]. 環境科學學報, 2002, 22(2): 156-160
[13]潘海峰.鉻渣堆存區土壤重金屬污染評價[J ]. 環境與開發,1994, 9 (2) : 268 - 270.
[14]孫俊,陳曉東,常文越,等.搬遷企業環境遺留問題分析及修復對策研究[J]. 環境保護科學, 2003, 29 (118) : 40 - 42.
[15]王起超,沈文國,麻壯偉.中國燃煤汞排放量估算[J]. 中國環境科學, 1999, 19(4): 318-321.
[16]FALAHI-ARDAKANI A. Contamination of environment with heavy metals emitted fromautomotives [J]. Ecotoxicology and Environmental Safety, 1984, 8: 152-161.
[17]劉廷良,高松武次郎,左瀨裕之.日本城市土壤的重金屬污染研究[J]. 環境科學研究, 1996, 9 (2) : 47 - 51.
[18]張輝,馬東升.城市生活垃圾向土壤釋放重金屬研究[J]. 環境化學, 2001, 20(1): 43-47.
[19]李其林,黃昀.重慶市近郊蔬菜基地蔬菜中重金屬含量變化及污染情況[J]. 農業環境與發展, 2000, 17(2): 42-44.
[20]張勇.沈陽郊區土壤及農產品重金屬污染的現狀評價[J]. 土壤通報, 2001, 32(4): 182-186.
[21]NadalM, SchuhmacherM, Domingo J L. Metal pollution of soils and vegetation inan area with petrochemical industry[ J ]. The Science of the Total Environment,2004, 321 (1 - 3) : 59 - 69
[22]ABRAHAMS P W. Soils: their imp lications to human health[ J ]. Sci TotalEnviron, 2002 , 291: 1 - 32.
[23]王瑋,岳欣,劉紅杰,等.北京市春季沙塵暴天氣大氣氣溶膠污染特征研究[J]. 環境科學學報, 2002, 22(4): 494-498.
[24]莊國順,郭敬華,袁蕙,等.2000年我國沙塵暴的組成、來源、粒徑分布及其對全球環境的影響[J]. 科學通報, 2001, 46(3): 191-197.
關鍵詞:中藥;重金屬;評價方法;述評
DOI:10.3969/j.issn.1005-5304.2016.02.040
中圖分類號:R282 文獻標識碼:A 文章編號:1005-5304(2016)02-0134-03
Research Status of Heavy Metal Pollution and Evaluation Methods of Traditional Chinese Medicine ZHAO Rong, YANG Hui-xia, PU Jin, WANG Dan-jie, ZENG Guang (Beijing University of Chinese Medicine, Beijing 100029, China)
Abstract: Heavy metal pollution in traditional Chinese medicine has become a concerned hot issue both at home and abroad. Understanding and mastering the situation of heavy metal pollution in traditional Chinese medicine is not only beneficial to the general situation of judgment of heavy metal pollution, but also provides the data foundation for the development of relevant policies. In this article, the current heavy metal pollution of traditional Chinese medicine and its evaluation methods were summarized, in order to provide supports for the follow-up systemtic evaluation of heavy metal pollution in traditional Chinese medicine.
Key words: traditional Chinese medicine; heavy metal; evaluation methods; review
土壤是中藥材生長最基本的要素,為其生長提供了有機質和礦物營養元素。因此,一般說來土壤重金屬污染越嚴重,中藥材受重金屬污染也就越嚴重,其產量和品質也越差。為此,筆者對近十幾年的相關研究進行總結,為進一步系統評價我國中藥材重金屬污染提供參考。
1 中藥材重金屬污染研究
1.1 現狀
近幾年的研究表明,我國中藥材重金屬超標的嚴峻形勢不容忽視。2011年,鄒氏等[1]對“浙八味”品種生長調查發現,浙貝母、溫郁金、白術、白芍鎘(Cd)超標情況相對嚴重,尤其溫郁金100%超標,有的甚至超過標準數倍。馮氏等[2]對100種中藥材進行測定,結果顯示鉛(Pb)、Cd、砷(As)等有害重金屬元素存在于大部分的中藥材中。王氏等[3]對金銀花、山楂、紅花等10種中藥材所含As、Cd、銅(Cu)、汞(Hg)、Pb進行了測定,發現除山楂外,其余9種中藥材均超標。其中金銀花As超標率為24%,Hg超標率為47%,Cd超標率為24%,Pb超標率為6%;積雪草Cd超標
通訊作者:曾光,E-mail:zengg1234@163.com
率為100%,As和Pb超標率為18%,Cu超標率為9%。楊氏等[4]對黔東南州9種中藥材重金屬污染情況進行了評價,結果7個品種重金屬超標,其中金銀花Pb和Cd含量超標、黃柏Pb含量超標。顏氏等[5]對陜西和山東產丹參進行了重金屬檢測,結果兩地產丹參均含As、Hg、Cu、Cd、Pb等,其中Cu超標相對較為普遍。陳氏等[6]對醫院藥房常用10種中藥飲片進行了As、Hg、Pb、Cd、鎳(Ni)測定,結果在35個樣本中有18個樣本的重金屬含量超標,占總樣品量的51.4%。其中澤瀉、白術Cd超標,黃芪、丹參、甘草、澤瀉Hg超標,丹參、柴胡、甘草、當歸Ni超標;按品種計,10個品種有7個受污染,比例達70%。采自藥店的10個樣品中有4個受重金屬污染,比例為40%。
由此可見,目前我國中藥材重金屬污染形勢十分嚴峻,尤其是近30年來,隨著城市化和工業化的快速發展,大量未經處理的生活污水和工業廢棄物任意排放,以及不合理使用化肥農藥,導致我國中藥材重金屬超標現象嚴重,品質不斷下降。因此,解決中藥材重金屬污染的問題迫在眉睫。
1.2 污染來源
1.2.1 中藥材自身特性 中藥材對某些金屬元素具有生物富集能力,在按自身需要特定比例主動吸收同時,對土壤中富集元素也會相應地被動吸收,這是導致中藥材重金屬超標的重要途徑。如顧氏等[7]研究了川附子與土壤中重金屬元素的關系,發現重金屬的存在形態決定了川附子對土壤中重金屬的吸收。
1.2.2 工業廢棄物 這是土壤重金屬污染的主要來源之一。工業廢棄物對中藥材重金屬污染主要表現為:一方面,工業生產將大量含重金屬的有害氣體排放到空氣中,植物葉面通過主動或被動吸收,將廢氣中的有害物質吸收;另一方面,含有重金屬的廢水、固體廢棄物通過灌溉,造成中藥材的間接污染[8]。
1.2.3 農藥和化肥 農藥一般含有As、Hg、Pb、Cu等重金屬元素,用于噴灑中藥材時,易被其吸收并滲透于根莖、葉片及果皮等組織內,造成重金屬污染。此外,中藥材在種植過程中需使用肥料,其中磷肥的大量使用,會明顯增加土壤Cu、Cd等重金屬元素的含量,導致中藥材被污染[9]。
1.2.4 其他 因容器或輔料含有重金屬,中藥材在加工、炮制過程中也可能被污染。顧氏等[7]研究發現,炮制后的川附子在As、Cu等重金屬元素的含量高于炮制前。另外,為防治鼠害、霉變等,中藥材在存儲前會使用重金屬制品的熏蒸劑,這也是造成中藥材重金屬污染的原因之一。
2 中藥材重金屬污染評價方法
筆者通過查閱近十幾年文獻,發現目前對中藥材重金屬污染的常用評價方法有2種:一是以2001年國家頒布實施《藥用植物及制劑外經貿綠色行業標準》[10]重金屬限量值或《中華人民共和國藥典》[11]重金屬限量值為標準,評價中藥材重金屬的超標率;另一種方法是評價中藥材重金屬污染程度的大小,因中藥材重金屬污染可能既是單一元素也是多元素共同作用的結果,因此,須相應采用單項污染指數或綜合污染指數法評價中藥材重金屬污染程度。
2.1 超標率的計算
中藥材重金屬超標率,是指所取樣本中重金屬含量超過了《藥用植物及制劑外經貿綠色行業標準》或《中華人民共和國藥典》中重金屬限量值標準的樣本的百分數,是反映中藥材重金屬污染狀況的指標之一。評價標準參照《藥用植物及制劑外經貿綠色行業標準》或《中華人民共和國藥典》重金屬的限量值,兩者關于重金屬限量值是一致的,即Pb≤5 mg/kg,As≤2 mg/kg,Hg≤0.2 mg/kg,Cd≤0.3 mg/kg,Cu≤20 mg/kg。
在我國,計算重金屬超標率是評價中藥材重金屬污染普遍使用的一種方法。葉氏等[12]參照《藥用植物及制劑外經貿綠色行業標準》,對貴州省4個種植基地的5種中藥材所含Pb、Cd、Hg、As、Cu等重金屬含量進行了測定分析。結果Cd的超標率最嚴重,莖葉類藥材Cd的超標率最高達84%;其次是Cu,莖葉類藥材超標率為76%,花果類藥材超標率為60%。李氏等[13]對中藥材41種無機元素的總含量進行了測定,并參照《藥用植物及制劑外經貿綠色行業標準》分析了重金屬元素超標情況,結果Cu、Pb、As、Cd、Hg的超標率分別為5.2%、4.7%、2.4%、20.0%、1.3%。高氏[14]測定7個主產地甘草中Ni、Cu、Zn、As、Cd、Hg、Pb、鉍共8種重金屬的含量,并將測定結果與《中華人民共和國藥典》重金屬限量標準進行對比,結果發現As、Hg、Pb是造成甘草重金屬超標的主要因素。
2.2 單項污染指數和綜合污染指數法
中藥材的重金屬污染可能由單一重金屬元素所致,也可能是由多種重金屬元素共同作用的結果。目前單項污染指數是國內普遍采用的方法之一,但單項污染指數只能反映某一種重金屬元素對中藥材的污染。為了能夠全面反映各重金屬對中藥材的作用,并突出高濃度重金屬元素對中藥材質量的影響,還需采用綜合污染指數法對中藥材重金屬污染進行評價。
2.2.1 單項污染指數法 單項污染指數定義為Pi=Ci÷Si,式中Pi為中藥材中重金屬元素i的污染指數,Ci為中藥材中重金屬元素i的實測濃度,Si為中藥材中重金屬元素i的限量標準值(通常以《藥用植物及制劑外經貿綠色行業標準》或《中華人民共和國藥典》重金屬的限量值為評價標準)。當Pi≤1時,表示中藥材未受污染;Pi>1時,表示中藥材受到污染,且Pi越大則中藥材受到的污染越嚴重。
2.2.2 綜合污染指數法 綜合污染指數能全面反映重金屬對中藥材的污染,并突出了高濃度重金屬元素對中藥材的影響。其定義為P綜合= ,式中Pave為中藥材中各單項污染指數之和的平均值,Pmax為中藥材中各單項污染指數中的最大值。當P綜合≤1時,表示未受污染;P綜合>1時,表示受到污染,且P綜合越大則表示受到污染越嚴重。
迄今,有不少學者采用單項污染指數和綜合污染指數法對中藥材重金屬污染情況進行過研究。如褚氏等[15]研究了河北省安國市種植區中藥材重金屬污染情況,結果發現As含量0.04~1.02 mg/kg,未發現超標樣品,但紫菀平均污染指數最高為0.28;Hg含量0~0.244 mg/kg,有一產地為安國北郊的白芷樣品超標,其污染指數為1.22;Pb含量0.06~7.10 mg/kg,有一產地為西王奇的北沙參樣品超標,其污染指數為1.42。楊氏等[4]對黔東南州9種中藥材重金屬污染情況進行了評價,結果顯示其重金屬平均污染指數相差較大,綜合污染指數相差較小。在平均污染指數中,Pb最大,其最大值高達4.94;其次為Cd,最大值2.40;而Hg和As的平均污染指數均<1.0。說明黔東南州部分地區中藥材的主要污染因子是Pb,其次是Cd,而Hg和As則基本無污染。另外,從綜合污染程度看,9種中藥材中鉤藤受到中度污染,杜仲、金銀花受到輕微污染,其余6種未受到污染。秦氏等[16]對貴州省11個“中藥材生產質量管理規范”(GAP)基地的26種155批道地中藥材樣品重金屬含量進行了測定與評價,結果平均污染指數大小順序為Cd>Cu>As>Pb>Hg,莖葉類的艾納香和塊根類的羊藿根綜合污染指數均>1,說明在所調查的樣品中只有艾納香和羊藿根受到重金屬輕微污染,大部分未受到污染。由此可見,單項/綜合污染指數法應用于評價中藥材重金屬污染程度是一種較為可靠的方法。
3 小結
【Key words】Electroplating industry soil remediation bioremediation combined remediation plants and microorganisms
1 前言
土壤重金屬污染是我國亟待解決的環境問題。電鍍行業是產生重金屬污染的主要行業之一。由于電鍍行業使用了大量強酸、強堿、重金屬等有毒有害化學品,在工藝過程中排放了高毒物質和危害人類健康的廢水、廢氣和廢渣,對人類的生存環境產生了巨大危害。尤其是重金屬鎳污染后果相當嚴重,鎳可引起接觸性皮炎,直接進入血液的鎳鹽毒性較高,膠體鎳或氯化鎳毒性較大,可引起中樞性循環和呼吸紊亂,使心肌、腦、肺、腎出現水腫、出血和變性,長期接觸、吸入或注射鎳化物均有致癌作用。電鍍企業關閉后遺留的重金屬污染土壤對環境構成嚴重威脅。然而如何針對性地有效進行修復治理,是人類面臨的又一大問題。電鍍廠污染場地屬于重污染行業污染場地,急需進行環境綜合治理與土壤修復[1]。
本文通過對某電鍍廠廠區土壤樣品監測結果的分析研究和修復治理方法的探討,為進一步開展污染土壤修復工作以及合理規劃和利用該場地提供科學的理論依據,同時,對于改善和提高當地城鎮環境質量、保障人體健康和維護社會穩定也將具有重大意義。
2 企業基本情況
該電鍍廠于2003年3月投產,廠區面積約3500m2,主要從事各種五金件產品的來料電鍍加工。全廠共3個電鍍車間,8條電鍍生產線,其中7條半自動電鍍生產線、1條全自動電鍍生產線。主要鍍種為鍍錫、鍍鎳、鍍鉻、鍍鋅。電鍍加工產品方案見表1。
使用的主要原輔料有金屬鎳板、硫酸鎳、氯化鎳、電解銅、硫酸銅、硫酸、鹽酸、鉻酐、氰化鈉、氰化亞銅、氰化鉀等。產生的電鍍廢水經廢水處理站處理達標后排放。根據當地電鍍行業環境整治要求,該電鍍廠已停產待遷。
3 土壤污染現狀及成因分析
為了解該電鍍廠所在地土壤污染現狀,委托澳實分析檢測(上海)有限公司對其廠區土壤進行了監測。
3.1 監測項目
pH值、總氰化物、銻、砷、鈹、鎘、鉻、銅、鉛、鎳、硒、銀、鉈、鋅、汞等。
3.2 監測地點
廠區廢水處理站邊和電鍍車間旁各設一個采樣點,編號分別為Z1、Z2。按0~20cm、40~60cm、80~100cm采樣深度各采一個樣品,對應樣品編號Z1-1~Z1-3和Z2-1~Z2-3。
3.3 監測結果
廠區土壤樣品監測結果見表2和圖1。
表2 廠區土壤監測結果
圖1 土壤監測結果對比分析圖
土壤樣品監測結果表明,除鎳指標外,其余指標監測值均符合《浙江省污染場地風險評估技術導則》(DB33/T892-2013)表A.1部分關注污染物的土壤風險評估篩選值中的住宅及公共用地篩選值。
土壤監測結果鎳超標原因主要為企業生產過程中涉及到鍍鎳等工序,生產廢水和廢氣中含有鎳等重金屬。車間地面、排水溝渠等沒有按規范進行防滲處理,鍍鎳廢水沒有進行有效收集容易滲漏到地面,等等,各種因素導致土壤受到重金屬污染。根據《浙江省污染場地風險評估技術導則》(DB33/T892-2013)以及有關文件要求,企業場地需要進行土壤污染修復治理。
4 土壤重金屬污染治理方法
目前針對土壤重金屬污染修復方法較多,主要包括物理方法、化學方法和生物方法[3]。生物修復方法因其效果好、投資省、費用低、易于管理和操作、不產生二次污染等被公認為是生態友好型原位綠色修復技術[4]。生物修復方法主要有植物修復、微生物修復、植物與微生物聯合修復。
4.1 植物修復
植物修復技術主要有植物穩定、植物提取、植物揮發等類型[5]。植物穩定是利用植物來降低重金屬在土壤中的遷移,但是隨著時間或環境的改變,可能仍會發生滲漏和擴散,這種方法并沒有減少重金屬的含量,只是改變了重金屬的存在形態;植物提取是指利用對重金屬富集能力強的超積累植物吸收土壤中的重金屬,并將重金屬轉運儲存在地上部分,然后通過收獲地上部分進行焚燒,來達到去除重金屬的目的;植物揮發是指利用植物吸收、轉運、積累、揮發來去除土壤中一些揮發性的重金屬[6]。
4.2 微生物修復
微生物修復技術是利用土壤中某些微生物對重金屬的吸收、沉淀、氧化還原等作用,以達到降低土壤重金屬的毒性。某些微生物能代謝產生檸檬酸、草酸等物質[7]。這些代謝產物能與重金屬產生螯合或形成草酸鹽沉淀,從而減輕重金屬的傷害。Siegel等研究表明,真菌可以通過分泌氨基酸、有機酸以及其他代謝產物來溶解重金屬以及含重金屬的礦物[8]。微生物修復的局限性在于:微生物有些情況下不能將污染物全部去除;微生物對環境的變化響應比較強烈,環境條件的改變能大大影響微生物修復效果。
4.3 植物與微生物聯合修復
鑒于植物修復和微生物修復各自在重金屬污染修復中的不足,植物與微生物聯合技術通過發揮植物和微生物各自的優點,最大限度彌補其在重金屬污染修復中的不足,有效提高植物修復的效果。土壤中許多細菌不僅能夠刺激并保護植物的生長,而且還具有活化土壤中重金屬污染物的能力。最近俄羅斯科學家培育出一種耐重金屬污染并保護植物生長的細菌,這種細菌能夠在Zn、Ni、Cd和Co存在的條件下產生抗生素細菌的細胞不具備穩定的基因,但是位于染色體外能夠自動復制的環狀DNA分子,可以有效阻止重金屬離子進入細胞,同時能夠刺激并保護植物的生長[9];Ma等成功地從Ni污染土壤中分離得到耐受重金屬污染的細菌,并發現這些細菌在較高水平重金屬污染的土壤中能夠促進植物生長;Idris等在遏藍菜屬植物Thlaspigoesingense根際分離出大量對Ni耐受性較強細菌,包括Cytophaga、F lexibacter、Bacte2roides等,這些細菌可以明顯提高Thlaspigoesingense對Ni的富集能力[10]。雖然菌根化植物抗逆性強、吸收降解能力強,但不容易獲得,因此,菌根與植物修復體系的選擇與建立有非常廣闊的應用價值,也是重金屬污染土壤生態恢復的一個新的研究方向[11]。
5 結論與展望
關鍵詞:固廢拆解;土壤污染;污染修復
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2016.14.100
0 引言
本文是以固廢拆解對土壤所造成的污染及采取的治理方法為研究對象。首先我們以臺州市路橋區固廢拆解集中區域作為我們的實驗基地,對該區域進行了長時間的調查研究,了解了固廢拆解的現狀,并對土壤進行了監測,了解了固廢拆解對土壤所造成的主要污染物及污染程度,然后提出治理方案,并通過分析比較確定了土壤污染的修復目標、修復方法,隨后進行了土壤修復實驗,達到預期效果。最后針對治理過程中存在的問題提出改進建議。
1 土壤污染狀況監測情況
1.1 布點設置
我們對已污染的選定區域表層土壤進行了調查篩選,通過網格法均勻布點取樣檢測,確定重點區塊,并重新根據污染源調查情況,采取污染源為中心的放射狀布點,對每個重點區塊進行布點采樣分析。
1.2 現狀監測結果
根據監測分析結果,路橋區表層耕地土壤鎘超標率最高,超標率達到41.7%;其次為銅,超標率達到32.3%;鉛和鋅的超標率分別達到20.5%和15.0%。在各鄉鎮街道中,超標情況最為嚴重的是峰江街道,其次為新橋鎮,再次為主城區(包括路橋、路北、路南三個街道)。各鄉鎮街道及重點區域土壤重金屬濃度如下:
2 污染土壤修復
2.1 修復方法
污染土壤的修復,不同污染類型的污染土壤具有不同的修復方法。針對有機污染土壤,國內外采用較多的方法有化學淋洗技術、熱脫附技術、生物堆制技術、原位生物修復技術、熱解焚燒技術等;針對重金屬污染土壤,采用較多的技術有淋洗/浸提技術、生物修復技術、固化/穩定化技術等[2]。
本實驗對選定區域土壤修復采用原位生物修復(動物、植物強化復合工藝)工藝為主,生物處理(化學淋洗)為輔的工藝技術。高濃度的地塊預先采用化學淋洗的措施,達到中度或輕度污染濃度后再采用動物修復;修復動物為“大平二號”蚯蚓;中度和輕度污染采取作物試種,選擇的植物修復品種為超積累植物芥菜。
2.2 修復實施效果
土壤污染修復后重金屬濃度見下表3。
根據上表:第一階段修復后植物修復區和動物修復區土壤中重金屬鉻、銅、鉛的濃度均低于第一階段修復目標值,達到了第一階段預期目標;動物修復區,動物修復后蚓體中的重金屬鉻、銅、鉛的濃度含量較高,修復后土壤中重金屬鉻、銅、鉛的濃度明顯降低,說明“大平二號”蚯蚓對重金屬的吸附效果比較明顯,在中度污染的地塊采用動物修復技術是比較成功的。
3 結論
本研究通過對臺州市路橋區固廢拆解業的調查與了解,選定了主要拆解基地作為試驗基地,對他們的土壤進行了監測,在全面了解臺州市路橋區固廢拆解業對土壤造成的污染現狀的前提下,我們提出了生態修復方法,目前均取得了一定的成效。
參考文獻: