（环境工程专业论文）农田土壤重金属cd、cu和as污染评价及修复技术研究.pdf

分类号 u d c 密 级 学校代码 1 0 4 9 7 武多凄理歹大署 学位论文 题目盔里圭超重金星g 垦：g 望盘璺重鎏叠盆盈堡复垫盔塑窒 英3 之a c c e s s m e n t a n dr e m e d i a t i o nt e c h n o l o g yr e s e a r c h 题目q 坠e 婴! 堑亟s q i ! q ! ! 旦! 曼亟鱼y 亟! 坠垫亟垒 研究生姓名奎堕 指导教师 姓名奎唑职称塾撞学位擅 姓名 副指导教师 单位名称 申请学位级别 论文提交日期 职称学位 邮编 硕士学科专业名称堑境墨猩 4 3 0 0 7 0 2 0 1 1 4 1 9论文答辩日期2 q ! ! ! 1 2 0 11 年4 月 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为 获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与 我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确 的说明并表示了谢意。 签名：塞叁日期：企生垒：兰 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即 学校有权保留并向国家有关部门或机构途交论文的复印件和电子版。 尤许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的 全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认可的国家有 关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息 服务o ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：黻 导师( 签名) 期和i j 6 1 摘要 土壤是自然环境的重要组成部分，是农业生产的基础。土壤重金属污染是全 球环境面临的一个重要问题，在工矿企业周边的农田受重金属污染日益严重的当 下，加强对农田土壤的监测、评价及污染修复技术研究，对当下农田重金属污染 综合治理工作具有积极意义。 本文以鄂东某冶炼厂周边两村落农田为研究区域，采样调查并评价了该研究 区域内农田土壤c d 、c u 、a s 、p b 及z n 的污染现状；同时采取实地土壤，进行 玉米盆栽实验，进行了改良材料c 、改良材料p 、改良材料m 和改良材料h 四 中改良材料对该污染土壤的修复技术研究。结果表明： 1 两个研究区域内，除p b 、z n 以外，c d 、c u 及心全量值均超过国家土 壤环境质量标准( g b l 5 6 1 8 1 9 9 5 ) 的二级标准要求，含量范围c d ： 1 8 2 6 3 9 m g k g ；c u ：5 3 2 - 2 3 1 9 m g k g ；a s ：1 9 3 1 7 5 5 m g k g ；p b ： 5 1 2 - 2 9 0 5 m g k g 及z n ：3 0 1 2 7 4 2 m g k g ，其中c d 、c u 及舡样品的超标率分 别为1 0 0 、9 2 及8 0 ；据内梅罗综合指数分析，两处调查区域农田均属于重 度污染。 2 向水田、早地两类盆栽土壤中加入改良材料c 、改良材料p 、改良材料m 后，土壤电导率及p h 值均有不同程度的增加。在投量为2 0 9 k g 时，投入改良材 料c 、改良材料p 和改良材料m 的两类土壤平均p h 值提升0 8 2 、1 2 5 和1 1 2 个单位，改良材料h 的添加，导致两类土壤平均p h 值下降0 2 5 个单位。不同 投加处理后土壤的p h 值大小顺序均为：改良材料p 改良材料m 改良材料c c k 改良材料h 。 3 不同改良材料添加后，改良材料p 和改良材料c 对两类盆栽土壤中交换态 c d 含量均有显著削减，改良材料p 和改良材料h 一定程度的降低碳酸盐结合态 c u 含量，改良材料h 对两类土壤中有效态a s 有一定降低作用；四种改良材料 的添加增加了c d 、c u 和a s 铁锰氧化态、有机结合态和残渣态的分布比例；改 良材料p 和改良材料m 的投加对水田土壤c d 、c u 的修复效果均优于旱地土壤。 4 四种改良材料添加后，盆栽玉米植株无论是株高还是生物量均有明显增 加；栽植在两类盆栽土壤上的玉米植株的地上部分重金属含量均得到有效削减， 其中旱地玉米样品中，各组玉米地上部分c d 、c u 和舢含量削减效果顺序为： 改良材料m 改良材料p 改良材料c 改良材料h 、改良材料改良材料m 改 良材料p 改良材料h 、改良材料h 改良材料c 改良材料p 改良材料m ；水田 玉米样品中，各组玉米地上部分c a 、c u 和a s 含量削减效果顺序为：改良材料 p 改良材料h 改良材料m 改良材料c 、改良材料p 改良材料c 改良材料h 改良材料m 、改良材料p 改良材料c 改良材料m 改良材料h ；以玉米植株地 上部分c d 、c u 、a s 削减量为标准综合分析，得出各改良材料的最佳投量分别为： 改良材料c 1 0g k g 、改良材料p2 0 9 k g 、改良材料m2 0g k g 及改良材料h1 0g k g 。 5 相关分析结果表明，两类盆栽土壤中交换态c d 、c u 与玉米地上部分c d 、 c u 含量均呈显著正相关；早地土壤p h 值与交换态c d 、玉米地上部分c d 含量 呈显著正相关；水田玉米地上部分a s 与地下部分a s 含量呈显著正相关关系， 与旱地玉米相同，地下部分a s 含量同土壤p h 值呈显著负相关性。 6 研究表明，改良材料c 、改良材料p 、改良材料m 和改良材料h ，对研 究区域重金属污染土壤均具有良好的修复改良效果。改良材料p 及改良材料h 对于c d 、a s 污染的水田土壤具有更好的改良作用，而改良材料c 及改良材料m 则更适合修复受c d 、c u 污染的旱地土壤。 关键词：农田土壤，重金属污染，评价，改良材料，修复 a b s t r a c t s o i li so n eo ft h ei m p o r t a n te l e m e n t so ft h en a t u r a le n v i r o n m e n t , a n da l s ot h e b a s i sf o ra g r i c u l t u r a lp r o d u c t i o n h e a v ym e t a lp o l l u t i o ni ns o i li sam a j o rg l o b a l e n v i r o n m e n t a lp r o b l e m s ，a n df a r m l a n d ss u r r o u n d e d b y i n d u s t r i a la n d m i n i n g e n t e r p r i s e ss u f f e r e dm o s tf r o mh e a v y - m e t a lc o n t a m i n a t i o n f o ri n s t a n c e ，e n h a n c es o i l m o n i t o r i n g , e v a l u a t i o n a n dr e r n e d i a t i o n t e c h n o l o g y r e s e a r c hi s h e l p f u l t o c o m p r e h e n s i v em a n a g e m e n to f h e a v ym e t a lp o l l u t i o no ff a r m l a n ds o i ln o w d a y s t w of a r m l a n dr e g i o n sa r o u n das m e l t e ri ne a s t e r nh u b e iw a ss e l e c t e da so u r r e p r e s e n t a t i v ee x a m p l e t h eh e a v ym e t a l sf r o mf a r m l a n ds o i li nt h i st w oa r e a sw e r e s a m p l e e da n di n v e s t i g a t e dt oe v a l u a t et h ec o n c e n t r a t i o n so fc d ，c u , a s ，p ba n dz n m e a n w h i l e ，t h er e s e a r c ho nt h er e m e n d i a t i o no fp a d d ys o i lw i t hh e a v ym e t a l sw a s c a r r i e do u tb ya d d i n gt h em o d i f i e rc ，t h em o d i f i e rp , t h em o d i f i e rma n dt h em o d i f i e r ht ot h ep o l l u t e ds o i lp o t sp l a n t e dw i t hm a i z e t h em a i nr e s u l t sa r eg i v e na sf o l l o w s ： 1 c d ，c ua n da sc o n c e n t r a t i o n so ft h e s et w oa r e a se x c e e d e dt h es e c o n d a r y s t a n d e r so ft h en a t i o n a ls o i le n v i r o n m e n t a lq u a l i t ys t a n d a r d ( g b15 618 - 19 9 5 ) ，a n dt h e c o n t e n tr a n g eo f c d ：1 8 2 6 3 9 m g k g , c u ：5 3 2 - 2 3 1 9 m g k g , a s ：1 9 3 - 1 7 5 5 m g k gp b ： 5 1 2 - 2 9 0 5 m g k ga n dz n ：3 0 1 2 7 4 2 m g k g r a t e so ft h ee x c e e d e ds a m p l e ss h o w st o b ec d ：10 0 ，c u ：9 2 ，a s ：8 0 a n a l y z ew i mn l n e m e r o wi n d e x ，t h e s e i n v e s t i g a t i o nf a r m l a n da r e a sb e l o n g st ot h es p e c i f i cs e r i o u sp o l l u t i o n 2 s o i lc o n d u c t i v i t ya n dp hv a l u ei n c r e a s e di nv a r y i n gd e g r e e sw h e nt h em o d i f i e r c ，t h em o d i f i e rp , t h em o d i f i e rm a n dt h em o d i f i e rhw e r ea d d e dt ot h ep o l l u t e ds o i l p o t sp l a n t e dw i t hm a i z e w h e nt h ed o s a g er e a c ht h el e v e l2 0 9 k g ，t h em o d i f i e rc i n c r e a s e d0 8 2 u n i t ，t h em o d i f i e rpi n c r e a s e d1 2 5u n i t ，t h em o d i f i e rm 1 12u n i ta n d t h em o d i f i e rh0 2 5 u n i t h ed i f f e r e n tp r o c e s s i n gs o i lp hv a l u eo r d e ra s ：m o d i f i e rp m o d i d i e rm m o d i f i e rc c k m o d i f i e rh 3 t h ea p p l i c a t i o no ft h em o d i f i e rca n dt h em o d i f i e rpo b v i o u s l yr e d u c e dt h e c o n c e n t r a t i o n so fe x c h a n g ec o n d i t i o nc di nt h es o i lf r o mb o t hd r y l a n da n d p a d d y f i e l d ，a n dt h em o d i f i e rp ，嬲w e l la st h em o d i f i e rh ，o b v i o u s l yr e d u c e dt h e c o n c e n t r a t i o n so fc a r b o n a t eu n i o nc o n d i t i o nc u a n dm e a n w h i l e , t h em o d i f i e rh r e d u c e dt h eb i o a v a i l a b l ec o n d i t i o na so ft h ep o l l u t e ds o i lt os o m ee x t e n t t h e a p p l i c a t i o no fa l l f o u rk i n do fm o d i f i e r si n c r e a s e st h ef e r r o - m a g a n e s eo x i d a t i o n 1 1 1 s a t e t h eo r g a n i cs y n t h e s i sc o n d t i o na n dt h e r e s i d u a l c o n d i t i o np r o p o r t i o n n e r e m e d i a t i o no fc da n dc ui np a d d y l a n ds o i lw i mt h ei n j e c t i o no ft h em o d i f i e rpa n d t h emi l l u s t r a t e dab e t t e rc o n s e q u e n tt h a nt h a to fd r y l a n ds o i l 4 1 1 1 ea v e r a g ep l a n th e i g h ta n dt h eb i o m a s so fm a i z ew e r eo b v i o u s l yi n c r e a s e d a f t e rt h e a p p l i c a t i o n o ft h e s ef o u rk i n do fm o d i t i e r s a t t h em e a n t i m e 1 1 地 c o n c e n t r a t i o n so ft h eh e a v ym e t a li nl e a fa n ds t e mo fm a i z ew e r er e d u c e d a p p a r e n t l y f o rd r y l a n dm a i z es a m p l e s ，t h es e q u e n c e so ft h er e d u c t i o ne f f e c ta l e ：m m o d i f i e rp m o d i t i e rc m o d i f i e rh 、m o d i t i e rc m o d i f i e rm m o d i f i e rp m o d i f i e r h 、m o d i f i e rh m o d i f i e rc m o d i f i e rp m o d i f i e rm ，b u tf o rt h ep a d d y f i e l dm a i z e s a m p l e s ，s e q u e n c e sa s ：m o d i f i e rp m o d i f i e rh m o d i f i e rm m o d i f i e rc 、m o d i f i e r p m o d i f i e rc m o d i f i e rh m o d i f i e rm 、m o d i f i e rp m o d i t i e rm m o d i f i e rc m o d i f i e rh c o m p r e h e n s i v et h er e d u c t i o no fc d ，c u , a sc o n c e n t r a t i o n si nm a i z el e a f a n ds t e m ，t h eo p t i m u md o s a g eo ft h e s ef o u rk i n do fm o d i f i e r ss e e m sa s ：t h em o d i f i e r c1 0g k g , t h em o d i f i e rp2 0 9 k g , t h em o d i f i e rm 2 0g k ga n dt h em o d i f i e rh1 0e c k g 。 5 r e l e v a n c ea n a l y s i ss h o w e dt h a tt h ee x c h a n gc o n d i t i o nc d ，c ui nb o t hd r y l a n d s o i la n dp a d d y f i e ds o i lw e r es i g n i f i c a n t l yp o s i t i v e l yc o r r e l a t i v ew i t ht h ec o n t e n t so f c d ，c ui nl e a fa n ds t e mo fm a i z e t h ep hv a l u ew a ss i g n i f i c a n t l yp o s i t i v e l yc o r r e l a t i v e w i t he x c h a n gc o n d i t i o nc di nd r y l a n ds o i la n dc di nl e a fa n ds t e mo fm a i z e f o rp a d d y f i e l ds a m p l e s ，a si nl e a fa n ds t e mo fm a i z ew a ss i g n i f i c a n t l yp o s i t i v e l yc o r r e l a t i v e w i t ht h a ti nr o o t a sw e l la s t h ed r y l a n ds a m p l e s ，a si nr o o tw a ss i g n i f i c a n t l y n e g a t i v e l yc o r r e l a t i v ew i t hp h v a l u eo ft h ep a d d y f i e ds o i l 6 t l 圮r e s e a r c hd i s c o v e r e dt h a tt h em o d i f i e rc t h em o d i f i e rp , t h em o d i f i e rma n d t h em o d i f i e rha l ee f f i c a c i o u sm o d i f i e r sf o rr e m e d i a t i n gp o l l u t e ds o i lb yh e a v y m e t a l m e a n t i m e ，t h em o d i f i e rpa n dt h em o d i f i e rhs e e mt o e f f e c tm o s ti d e a li n p o l l u t e dp a d d y f i e l d ，h o w e v e r , t h em o d i f i e rca n dt h em a r em o r es u i t a b l et og o v e r n p o l l u t e dd r y l a n d k e y w o r d s ：f a r m l a n ds o i l ，h e a v ym e t a lp o l l u t i o n ，e v a l u a t i o n ，m o d i f i e r s ，r e m e d i a t i o n i v 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 第1 章绪论1 1 1 弓i 言1 1 2 土壤重金属污染现状2 1 3 土壤重金属污染的来源及特征2 1 3 1 土壤重金属污染的来源2 1 3 2 土壤重金属污染的特征3 1 4 土壤重金属修复技术研究现状4 1 4 1 土壤重金属污染工程处置措施5 1 4 2 重金属污染土壤调控措施6 1 4 3 重金属污染土壤生物修复措施6 1 5 研究的意义及主要研究内容7 1 5 1 研究课题背景及意义7 1 5 2 研究内容8 1 5 3 研究方法8 1 5 4 技术路线9 第2 章区域概况及研究方法l o 2 1 区域概况1 0 2 1 1 研究区域概况1 0 2 1 2 采样区域概况1 l 2 2 研究思路与方法。l l 2 2 1 研究方法l l 2 2 2 采样及分析方法。1 1 2 3 重金属十壤污染修复实验材料及方法1 3 2 3 1 实验材料l3 2 3 2 实验地点。l5 2 3 3 盆栽实验设计方案15 2 4 分析测试项目、材料及方法16 2 4 1 土壤基本理化性质指标检测l6 2 4 2 土壤及改良材料中重金属全量检测1 7 2 4 3 土壤重金属c d 、c u 和a s 形态检测。1 7 2 4 4 玉米植株内重金属含量检测18 2 5 数据统计与分析方法1 8 第3 章农田土壤重金属污染分析与评价2 0 3 1 研究区域农田重金属含鼙分析。2 0 3 1 1 采样二区农田重金属污染状况分布2 0 3 1 2 采样一区农田重金属污染状况分布2 2 3 2 研究区域农田重金属污染评价2 4 3 2 1 评价标准及评价方法2 4 3 2 2 采样一区农田重金属污染指数评价2 6 3 2 3 采样二区农田重金属污染指数评价2 7 3 3 研究区域农田c a 、c u 和a s 复合污染特征分析。2 8 3 4d 、结3 0 第4 章不同改良材料对污染土壤重金属形态分布及玉米生长情况的影响3 2 4 1 不同改良材料对土壤p h 值及c d 、c u 、a s 形态分布的影响3 2 4 1 1 不同改良材料对两类污染十壤p h 值及电导率的影响3 2 4 1 2 不同改良材料对两类土壤c d 、c u 和a s 形态分布的影响3 4 4 1 3 ，j 、结4 1 4 2 不同改良材料对污染土壤玉米生长的影响4 2 4 2 1 不同改良材料对玉米植株株高及生物量的影响。4 2 4 2 2 不同改良材料对玉米植株体内c d 、c u 和a s 分布情况的影响4 4 4 2 3 玉米植株内c d 、c u 和a s 含量与十壤可交换态重金属含的相关性分析。4 8 4 2 4 ，j 、结5 0 第5 章结论与建议5 l 5 1 结论5l 5 2 问题与建议5 3 翌i 【谢。5 4 参考文献。5 5 攻读硕士学位期间发表论文6 0 武汉理工大学硕士学位论文 1 1 引言 第1 章绪论 土壤作为人类不可或缺的不可再生资源，是人类赖以生存的物质基础。近几 十年来，随着全球人口的快速增长，能源开发、工业建设和城市化也以惊人的速 度发展。全球工业化导致大量具有潜在毒性的化合物排放到环境中，其中包括重 金属，据统计，过去5 0 年中，全球排放到环境中的c d 达到2 2 万t 、c u9 3 9 万 t 、p b7 8 3 万t 和z n1 3 5 万t 【1 1 ，其中有相当的部分直接或间接的进入土壤环境， 从而使部分地区的土壤环境遭受污染，以致破坏当地生态系统正常功能，并对人 体健康造成危害。同时，重金属污染具有潜伏期长、危害大、不易被人们察觉的 特点，而且重金属一旦形成污染，就不易从环境中去除，具有较强的顽固性，故 此重金属常被人们列为需优先考虑的污染物类型之一【2 卅。冶金工业企业生产所 产生的土壤重金属污染更具有长期性和隐蔽性，冶金企业周边农田中重金属累积 后不仅降低农产品产量及品质，其还可能通过径流和淋洗作用于污染区地表、地 下水，致使整个区域生态环境的恶化，最终危害到人类健康。 土壤修复是在传统土壤化学等分支科学体系基础上，汲取土壤生态学、土壤 化学，农业化学，植物营养学、环境化学、环境工程等相关学科理论基础，方法 和技术，逐步发展成为以污染区域、污染特征、污染风险预测与评估、土壤污染 控制与修复技术研发、综合管理和生物资源处置等为核心研究内容的土壤类分支 学科。他的形成和发展与全球范围土壤污染所存在的普遍性、复杂性及严峻性都 有着密切的联系【5 ，6 1 。 作为镉公害病发现最早，也是在重金属污染土壤防治研究方面开展最早的国 家，日本对于土壤植物人类相互关系中重金属的行为做了大量研究。目前采用 的一些物理或化学的常规方法对污染程度较重的土壤修复效果良好，其中以排土 客土法为最为彻底的方法。据试验，覆盖清洁土壤3 0 c m ，土壤糙米中c d 含量 可降低到0 1 m g k g ，1 9 7 2 年日本在群马县安中市进行改良土壤工程，换土客土 1 6 0 h m 2 ，耗资6 3 亿日元【，j 。 可见单纯物理修复技术由于价格昂贵不但难以扩大规模，而且较易破坏当地 地形地貌，造成二次污染的可能性增大【引。本文针对鄂东某市冶炼厂所在区域 周边农田重金属污染情况进行研究，寻求一种经济、高效的替代修复方式已越来 越受到人们的关注和重视。 武汉理工大学硕士学位论文 1 2 土壤重金属污染现状 重金属是指在工业生产和生物效应中具有重要意义的的一大类元素，一般指 比重大于4 o ，且工业上常用的、对生物体有毒性的金属元素，如h g 、c d 、p b 、 c u 和c r 等。环境中的重金属具有一些显著的共同行为特征，区别于有机化合物， 同时重金属污染土壤的修复机理和技术也具有显著的特征。 土壤重金属污染则是指，由于人类活动使进入土壤的重金属数量上超过了其 在土壤本体含量和土壤的环境容量，从而致使土壤组成及理化性质发生变化的过 程。当土壤自身生态平衡遭到破坏后，土壤自然功能及土壤质量都将恶化【9 1 0 l 。 重金属污染土壤的主要途径分别为地表径流灌溉和重金属粉尘的自然沉降两种。 土壤重金属不但通过农产品、地下水等途径经食物链危害人体健康，同时还具有 能够稳定固着与土壤，难于迁移的特点，继而表现出污染的积累性和较强的地域 性【l l 】。 据调查，我国大多数大中型城市近郊土壤都遭受不同程度的重金属污染。据 广东地质勘查部门土壤调查结果分析，西江流域的l 万k m 2 土地遭受重金属污染 的面积超过5 0 ，其中，h g 的污染面积达1 2 5 7 k m 2 ，污染深度达到地下4 0 e r a 。 江苏省某地区1 4 0 0 0 k m 2 范围内，h g 、p b 和c d 等的污染面积达3 6 t 垃，b 】。 沈阳市郊以西面积约为2 7 0 0 h m 2 的原张士污灌区，是国内典型的污灌修复示 范区域，停止污灌8 年后个别污染区域的c d 浓度仍超出当地土壤背景值的3 - 1 2 倍。经调查，国内诸多省份，如辽宁、山东、湖南、湖北、江苏等的土壤都有不 同范围和程度的重金属污染，据统计受重金属c d 污染的耕地达到l 万h m 2 g h g 污染耕地3 2 万h m 2 ，每年受重金属污染粮食达1 2 0 0 万t ，直接经济损失超过2 0 0 亿元1 5 ，1 4 1 。2 0 0 5 年河南省修武县五里源村由于土壤重金属污染，导致2 5 9 名儿 童中8 6 2 出现血p b 超标。因此，土壤重金属污染已成为当前日益严重的环境 问题，其修复技术和方法也成为国际上研究的热点。 1 3 土壤重金属污染的来源及特征 1 3 1 土壤重金属污染的来源 ( 1 ) 大气中重金属颗粒沉降 大气中重金属主要来源于工矿、冶金工业生产，车辆尾气排放产生的含有金 属粉尘的废气，主主要分布于冶金工业企业周边，公路、铁路沿线等区域。通过 自然沉降或降水进入土壤环境，主要分布在城郊结合部工矿、冶金企业周边，由 城市向农村扩散浓度随之下降。 2 武汉理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 污水灌溉 城市生活污水经过污水处理厂处理后，经沟渠灌溉农田、草地或林地，实现 污水灌溉。部分地区的工业生产废水混入生活污水后，含有大量重金属离子，在 长期无处理的情况下，直接淋浸入土壤环境，导致土壤重金属污染。上世纪我国 北方地区由于长期污灌，重金属污染已相当严重。 ( 3 ) 含重金属的固体废弃物堆积 矿山开采和冶金企业生产中产生的尾矿渣是矿山固废的主要来源。粗矿经过 矿厂的浮选、药选过程后，大量选矿药剂残留在尾矿中，富含重金属的尾矿渣堆 积在尾矿坝。在遇降水时，其中重金属会随地表径流进入周围土壤层或由于淋滤 作用渗入地下，污染地下水。 ( 4 ) 化肥农药的施用及塑料薄膜的施用 长期使用含有重金属p b 、c d 、h g 、a s 等的农药及过度施用化肥都可能导致 农田土壤中重金属含量超标。在常用化肥中，磷肥中含有较多重金属，氮肥和钾 肥则相对较少，磷肥及其他一些复合肥料中c d 含量达到4 0 0 m g k g ，长期过度施 用化肥则会造成土壤中重金属的积累导致重金属污染【1 5 d 7 】。农业大棚所使用的 塑料薄膜由于应用含有c d 、p b 的热稳定剂，其未经过合理回收留置在农田土壤 中时，也会造成土壤重金属污染。 1 3 2 土壤重金属污染的特征 ( 1 ) 不断累积性 大气和水体中的污染物能够很容易的随着风向和径流快速的扩散，其污染程 度相对不稳定，较易迁移，表现出明显的时效性和突然性。而土壤重金属由于固 着于土壤环境，能在土壤中积累而超标、表现出极不易扩散和稀释的特点，地域 性较强【1 8 1 9 1 。 ( 2 ) 潜在性和滞后性 与大气、水环境中的污染物相比，土壤污染极难通过感官发现，其需要通过 对土壤或农作物做检测化验，甚至要通过其对人体健康状况的影响来确定，其隐 蔽和滞后程度显而易见。 ( 3 ) 单向性 工矿、冶金工业所产生的“三废 对土壤造成的污染基本是一个单向的不可 逆的过程，在人为修复之外，土壤很难实现自净。 ( 4 ) 难治理性 由于土壤重金属污染的顽固性，重金属进入土壤后很难依靠稀释和自净效果 来缓解或消除，类似长期污灌的污染区域更是需要客土和换土才能来达到好的治 3 武汉理工大学硕士学位论文 理效果，因此其治理周期长，投资成本高。 1 4 土壤重金属修复技术研究现状 早在上世纪6 0 年代初，国j t a p 已开始了一系列的土壤重金属污染的调查研 究，特别针对土壤背景值及土壤环境容量的研究较多，其中以日本、美国、澳大 利亚和德国等国家对重金属污染治理的研究较为深入。上世纪7 0 - 8 0 年代，英国、 德国、瑞典等西方发达国家，也相继开始了土壤环境背景值得检测和研究，为当 地农业生产、农产品质量控制和农业环境保护发挥了巨大作用，提供了重要的指 导依据。 我国在上世纪8 0 年代初开始了土壤环境元素背景值的普查工作，开展了遍 及全国1 3 个省、市、自治区的农田土壤中多达1 2 种金属元素背景值的调研。为 指导农业生产，我国农业部在第二次土壤普查中公布了9 种土壤常见重金属元素 的全含量和有效态分布情况。 我国自1 9 8 3 年以来，土壤环境污染控制就作为国家级项目进行了系统研究， 通过普查和环境容量估算，在土壤环境容量的区域性分布及其信息系统的完善方 面实现了早期的积累，研究成果显著 2 0 - 2 2 1 。1 9 9 5 年，国家环保总局南京研究所 工作组在我国土壤环境背景信息和土壤环境容量的普查资料的基础上，制定了我 国第一个土壤环境质量标准( g b l 5 6 1 8 1 9 9 5 ) ，为土壤重金属污染防治提供了可 靠的科学依据和执法准绳【2 3 , 2 4 。入市后随着我国居民生活质量水平的提高，对 绿色农产品的需求量也逐年上升，同时也为弥补我国无公害绿色食品生产和发展 滞后的缺陷、指导绿色无公害农产品的种植，农业部门也分别于2 0 0 0 年和2 0 0 1 年制订和颁布了绿色食品产地环境与技术条件( n y t3 9 1 2 0 0 0 ) 和农产品 安全质量无公害蔬菜安全要求( g b l 8 4 0 6 1 2 0 0 1 ) t 2 m 。 目前国内外处置土壤重金属污染的方法主要可分为两大类【2 2 1 ，其一是指 通过工程处置措施，即通过客土、换土、隔离、淋洗和电修复的方法直接作用于 污染土壤层实现改良和修复，其修复效果好，适用于几乎所有污染土壤类型，但 投资过大修复成本高，难以大规模试用；其- n 是通过生物、化学或农艺措施改 变重金属元素在土壤中的赋存形态，稳定其活跃的生物有效态，虽不能明显降低 其重金属总量，但可有效防止重金属生物有效态在生态环境中的迁移和转化，遏 制其通过食物链、地下水的等形式危害人体健康。 4 武汉理工大学硕士学位论文 1 4 1 土壤重金属污染工程处置措施 工程修复是通过物理、物理化学原理治理重金属污染土壤的一大类方法的统 称。 ( 1 ) 客土、换土及隔离法 客土法处理过程是在被污染的土壤上直接覆盖0 3 0 c m 非污染土壤，将污染 土层掩埋，阻隔其与作物土层的交换途径，实现土壤修复；换土法则是指全部或 部分挖除污染土壤而换以非污染土壤，其工程量往往超过3 0 c t n 土层；隔离法即 使通过沟槽、隔离板或隔离膜实现污染土壤与非污染突壤的简单隔离，彻底修复 仍需要其他工程措施的辅助【3 3 , 3 4 。该类方法的共同缺点即是耗费的人力物力较 大，适用于小面积的严重土壤污染区域。同时据调查，上世纪7 0 年代日本平均 l h m 2 的污染土壤，客土、换土0 5 l m 的成本高达1 0 0 0 - - 2 0 0 0 万美元。 ( 2 ) 电修复法【3 5 3 7 】 电修复法是一种较为新颖的土壤重金属污染修复方法。电修复法的基本原理 是在污染土壤层中插入直流电极，土壤中的重金属离子在直流电极形成的电场作 用下定向移动，迁移富集在电极区域或土壤表层，再通过其他物理方式得以去除。 研究表明，电流能打破几乎所有金属土壤键，定向移动效果与通电时间和电压 强度有关。其处理在低渗透性的土壤中表想出非常好的效果，且安装较简便，无 噪声，处理时间相对较短，但不适用于较高渗透性的沙质土壤。 ( 3 ) 土壤淋溶法 淋溶法可通常分为洗土法、堆摊漫滤法和冲洗法三种。是通过特定试剂淋洗 污染土壤层，洗脱吸附在固相颗粒上的重金属络合物、溶解性重金属离子，达到 分离重金属与土壤的目的，然后通过回收提取液处置重金属。 农田土壤可通过稀酸或有机溶剂淋洗，在雨水浇滤后土壤中的c d 、c u 等元 素均容易随地表径流迁移。其对表层土壤淋洗效果好的同时，菜地农田内带入稀 酸和有机溶剂容易造成二次污染，重金属离子可能浸入地下水，伴随的养分流失 也不可避免。 ( 4 ) 吸附法 吸附法是基于几乎所有重金属离子都能被膨润土、沸石等粘土矿物及钢渣、 炉渣等所固定吸附，达到降低生物有效性的作用。据报道，英国康沃县废弃铜矿 山在进行重金属污染修复的研究中发现，土壤p h 偏酸是该地区土壤重金属污染 的最主要致因【3 8 , 3 9 ，同时粉煤灰、膨润土和沸石等粘土矿物，在施入土壤环境 中本身则具有调控p h 的作用，同时其吸附效果良好 4 0 4 2 。 5 武汉理工大学硕士学位论文 1 4 2 重金属污染土壤调控措施 ( 1 ) 施用改良材料 施加改良性材料有助于降低重金属污染土壤中重金属生物有效性，赋存形态 趋向于弱毒性形态转化。土壤中c d 、c u 和a s 等在改良材料的作用下发生氧化、 还原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等反应，毒性下降，对于大面积污染且程度较轻 的区域特别适用，效果较好，投资相对低【4 3 , 4 4 。 ( 2 ) 调节土壤p h 、e h 值 土壤溶液中的重金属元素多以阳离子存在。据报道，石灰的施用可有效降低 土壤p h 值，同时抑制该土壤上植株吸收c d 的效果显著，提高土壤溶液环境的 p h 值增加了土壤颗粒表面可变负电荷，c d 、c u 和h g 类阳离子更易被吸附，同 时石灰等碱性土壤材料的投加，可促进土壤重金属元素向无效态转化以降低生物 有效性。 通过调节土壤e h 使土壤中重金属沉淀，活性下降。主要方式可采用淹水栽 培，施用硫黄类化合物( 包括石灰硫黄剂、硫化钠等) 的方式实现。旱地改水田 栽培可有效降低土壤e h ，较易形成还原态的土壤环境，有利于c d 、h g 类重金 属离子迅速以低效无机盐形式沉淀，最终附着与土壤颗粒。达到降低毒性效果。 同时石灰硫黄合剂的施用也可有效提升土壤溶液p h ，保证足量的s 2 。的生成，促 使酸性土壤中重金属离子沉淀。 据调查，此类修复方式效果较稳定，但不明显，通常根据土壤类型、土壤性 质的不同有较大的区别。 ( 3 ) 农艺措施和增施有机质肥【4 5 ，蛔 通过农艺措施和有机类肥料的施用也对重金属污染土壤有一定治理效果。有 机肥料施入土壤后，分解出胡敏酸、胡敏素等能络合污染土壤