土壤中砷污染修复

,土壤砷污染及其治理技术,目录,2、土壤中的砷,1、砷的性质,3、砷污染土壤的修复技术,4、总结,砷的性质,砷元素位于元素周期表第4周期A族元素，属于类金属砷的主要氧化态为As3+和As5+砷最常见的化合物有胂（AsH3）、五氧化二砷（As2O3）、及其形成的砷酸（H3AsO4）和亚砷酸（HAsO2）。此外，常见的砷化合物还有二硫化二砷（雄黄）、三硫化二砷（雌黄）等碱金属的砷酸盐或亚砷酸盐均溶于水，其余盐类均不溶于水，但溶于酸,砷的性质,一般砷的毒性依次为：砷化氢三价无机砷五价无机砷有机砷元素砷。,砷对动物和人体的危害由于其与酶蛋白质中的巯基（）、胱氨酸和半胱氨酸含硫的氨基（）有很强的亲和力，结合后使组织细胞呼吸受阻、线粒体肿胀，从而使代谢停止，细胞死亡。,危害,植物在生长发育过程中能从外界环境吸收砷，并且低量的砷可刺激植物的生长。但土壤中较高砷含量会对植物产生毒害效应，危害其生长发育，使农作物产量和品质下降。此外，可单独或与其他重金属联合作用减少土壤中微生物的数量和降低土壤酶的活性。,砷的性质,土壤中的砷,土壤砷的天然来源与分布,含砷岩石矿物的风化、土壤侵蚀、森林火灾、微生物活动以及火山爆发是土壤砷的主要天然来源。此外，大气沉降、含砷量高的地下水渗透，也是土壤中砷的天然来源。,土壤中的砷,土壤砷污染,砷污染人为源主要为农业和工业生产。农业中砷污染来源主要来自以砷化物为主要成分的农药和化肥。含砷农药和化肥以及除草剂，被直接使用而进入土壤。此外，农业上含砷的木材防腐剂、饲料添加剂等也能在物质循环中进入土壤。工业生产、有色金属矿（砷矿及砷伴生矿）的开采及冶炼中含砷污染物通过废水、废渣的排放，以及废物堆积等，流入土壤中。,土壤中的砷,迁移与累积,土壤中的砷的迁移方式主要是转化为可溶性砷进行迁移,包括被植物吸收带出土壤，也可以转变为气态砷而散失于大气之中。可溶性砷可以通过土壤水分进行迁移。同时土壤中可溶态砷含量的增加,可促进植物对砷的吸收量,并被带出土壤。,土壤中的砷,迁移与累积,土壤中的可溶性砷含量有诸多影响因素。在通气土壤中,砷以砷酸根离子存在，可溶态砷较少;而在不通气土壤中,砷以亚砷酸离子存在，可溶态砷较多。随着土壤Eh值的下降和PH值的上升,土壤中可溶态砷的含量增加。,土壤中的砷,迁移与累积,此外,在旱地土壤中砷可与土壤中的硫酸盐和碳酸盐作用,使土壤中可溶态砷含量增加;当土壤中钠含量增加(盐波化)时,会引起钙交换淋溶而降低石灰位,促进土壤中砷酸钙解离而增加土壤中可溶态砷的含量;当土壤中有机质、铁、硫、硒等对土壤砷有保持能力的成分降低时,也会增加土壤中可溶态砷的含量。,土壤中的砷,积累,砷在土壤中的累积形式,主要是吸附和以各种难溶态。土壤吸附的影响因素首先是土壤的类型,成土母质不同所造成不同类型的土壤对砷有不同的吸附量。例如：红壤砖红壤黄棕壤黑钙土碱土黄土。,其次是土壤质地的影响,例如土壤的粘粒含量和粘土矿物类型。土壤质地越粘重,砷的吸附量就越大，一般认为,土壤吸附砷量与土壤粘粒含量呈显著正相关；并且已知以下三种纯粘土矿物对砷的吸附顺序为:蒙脱石高岭石白云石。,土壤中的砷,土壤组成,土壤中无定型铁、铝的氧化物越多,其吸附、累积砷的能力就越强;比较肥沃的耕作土壤,由于含有丰富的矿物胶体,因此对砷也有较强的吸附累积作用;由于土壤中的砷大多以阴离子存在,所以在土壤PH值下降时，土壤胶体的正电荷增加，使土壤对砷的吸附能力增加;羟基作为砷酸根的较强的配位交换竞争离子,对土壤吸附砷也有较大的影响。,除了吸附以外，土壤中的阳离子组成和含量,也是决定砷在土壤中累积的重要因素。通常,土壤中的铁、铝、钙、镁和其他重金属离子,均能与土壤中的砷形成难溶性沉徒而使砷在土壤中累积。,由此可见,外源砷进入土壤,通常是在土壤中累积。累积达到一定量,会形成土壤砷污染。由于砷在土壤中的迁移性能较差,因此土壤被砷污染后,很难消除。,砷污染土壤的修复技术,砷污染土壤通过自然地球化学循环过程净化是相当漫长的，因此为减轻土壤砷污染造成的损失，需要采用人工手段对土壤进行修复。砷污染土壤的修复技术从技术手段上可以分为工程措施、物理化学修复、生物修复以及农业生态修复等,砷污染土壤的修复技术,工程措施,工程措施主要包括客土、换土和深耕翻土等。工程措施治理重金属污染土壤具有彻底、稳定的特点,但工程量大、投资费用高,破坏土体结构,引起土壤肥力下降。,砷污染土壤的修复技术,物理化学修复,土壤淋洗法利用淋洗剂淋洗污染土壤,使土壤固相中的重金属转移到土壤液相中,降低污染物毒性。但用酸溶液淋洗污染土壤时也带来一部分负面影响,过高的酸度会破坏土壤的理化性质,使大量土壤养分淋失,破坏了土壤微团聚体结构。同时淋洗产生的废液,增加了后处理成本。这些都限制了其在土壤修复中的应用。,玻璃化法此法是在现场使用电加热,将污染土壤熔化,冷却后形成化学惰性的、非扩散的坚硬玻璃体技术。此技术源于20世纪5060年代的核废料的玻璃化处理技术,近年来该技术被推广应用于土壤的污染治理。美国科学家使用玻璃化法,固定了重金属污染物,证明了该技术的可行性。,电化学法电化学法是利用外加电场所产生的动电效应驱动土壤中的污染物沿电场方向定向迁移。富集的污染物可在电极区得到集中处理或分离。对于渗透性不高,传导性差的粘性土壤中的砷,根据电流能破坏金属-土壤键的原理,可应用电化学法予以去除。,砷污染土壤的修复技术,土壤修复,土壤动物修复土壤中的某些低等动物如蚯蚓、鼠类等可吸收土壤中的重金属,进而降低了污染土壤中重金属的含量。实验证明蚯蚓对砷的富集系数最大。因此在砷污染的土壤上放养蚯蚓,待其富集砷后,采用电击、灌水等方法驱除蚯蚓,集中处理,修复砷污染土壤。,微生物修复微生物修复包括生物吸附和生物氧化还原两方面，并且微生物转化对土壤中砷的再分配也很重要的。微生物可通过带电荷的细胞表面吸附重金属离子,或通过摄取必要的营养元素主动吸收重金属离子,将重金属离子富集在细胞表面或内部。生物氧化还原是利用微生物改变重金属离子的氧化还原状态进而改变土壤重金属的离子价态及活性。,砷污染土壤的修复技术,土壤植物修复,植物提取:其中植物提取是指将某种特定的植物种植在重金属污染的土壤和水体上,而该植物对基质中特定的污染元素具有特殊的吸收富集能力,将植物收获并进行妥善处理(如灰化回收)后即可将该重金属移出土体和水体,达到污染治理与生态修复的目的。,世界范围内已经发现的砷的超累积植物有蜈蚣草、大叶井口边草、粉叶蕨、蚁蛤草、苎麻、酸模、牡蒿、剑叶凤尾蕨等,我国目前已发现的砷超富集植物有蜈蚣草、大叶井口边草。蜈蚣草富集的砷要比普通植物高出二三十万倍,它是耐砷毒的植物。而蜈蚣草这种超累积植物的应用也存在一定的问题,在砷从根部向叶部的转运过程中,As5+被转化成As3+毒性更大的。,砷污染土壤的修复技术,土壤植物修复,植物的挥发:利用一些植物来促进重金属转变为可挥发的形态,将污染物挥发出土壤和植物体。例如,砷的甲基化形成了一甲基胂(MMA)、二甲基胂(DMA)和三甲基胂(TMA),这三种有机砷的沸点比较低,具有挥发作用。有学者分析指出,通过植物或植物与微生物复合代谢,形成甲基砷化合物(CH3)2AsO2-1或砷的气体,挥发出植物体外,降低了土壤中的砷含量。,砷污染土壤的修复技术,植物的稳定:利用耐重金属植物或超积累植物降低重金属的活性,从而减少重金属被淋洗到地下水或通过空气扩散进一步污染环境的可能性。其机理主要是通过金属在根部的积累、沉淀或根表吸收来加强土壤中重金属的固化。如根系分泌物能改变土壤根际环境,使砷的价态和形态发生改变,影响其毒性效应。植物的根毛可直接从土壤交换吸附重金属增加根表固定。,土壤修复,砷污染土壤的修复技术,农业生态修复,农业措施影响土壤的性质灌溉、添加化肥等农业措施会改变土壤的性质，从而影响土壤中砷的迁移累转化以及植物对砷的吸收。土壤水分含量增加时,砷可由毒性低的As5+转化为毒性大的As3+,保持土壤Eh在0.2V以上,可防止土壤中亚砷酸的生成。因此在砷污染的土壤上,控制土壤水分,保持一定的土壤氧化还原电位,以减少砷对植物的危害。施肥也会影响土壤的性质，因此，在农业生产中选用适当的化肥能减轻砷污染的危害。,改变作物种类在砷污染土壤上,避免栽种蔬菜、粮食等易进入食物链的作物,应改种苎麻或栽种树木等不进入食物链循环的植物,其他措施其他修复措施施加拮抗剂修复、改变农业耕作管理制度修复、水洗土壤修复等措施也能达到治理土壤砷污染的目的。,总结和展望,总结,土壤砷污染的来源主要是人类活动，要控制和治理土壤砷污染，必须控制污染源，即农业生产中的含砷化合物应用和工业生产中的含砷三废排放。土壤砷污染治理的基本依据是砷在土壤中的迁移与转化，总的来说就是将砷迁移到危害较小的地方或者将其转化为危害较小的存在形态。,随着科技的进步，土壤砷污染的治理手段日渐丰富。许多新的科学技术例如分子生物学和转基因工程技术被应用到土壤砷污染的治理中来，例如将筛选、培育出的超富集植物和微生物基因导入生物量大、生长迅速、适应性强的植物中去。,总结和展望,展望,今后的土壤砷污染治理的发展趋势主要偏向生物修复技术，因为其投资和维护成本低,不易造成二次污染,对于污染地区的生态重建也有重要的意义,具有一定的应用前景。,此外物化和生物修复综合技术也是今后的研究趋势。砷污染土壤的修复是一个系统工程，单一的修复技术很难达到预期效果，必须以植物修复为主，物化、微生物及农艺等为辅的强化措施，增加砷的生物有效性，促进植物的生长和吸收，从而提高植物修复的综合效率，同时还要不产生二次污染。,1王云，魏复盛土壤环境元素化学北京：中国环境科学出版社，2李圣发土壤砷污染及其植物修复的研究进展与展望地球与环境，1，39（3）：429-4343夏家淇.土壤砷的环境基准研究.农村生态环境,1993,4:1-5.4谢正苗，廖敏，黄昌勇砷污染对植物和人体健康的影响及防治对策广东微量元素科学，（）：5王新，贾永丰.土壤砷污染及修复技术.环境科学与技术,年2007,30(2):107-1216丁祥沁.土壤砷污染及其防治.江西铜业工程,1992,2:38-477郜红建,蒋新,常江,等.根分泌物在污染土壤生物修复中的作用J.生态学,2004,23(4):1351398陈同斌，韦朝阳.砷超富集植物蜈蚣草及其对砷的富集特征J.科学通报,2002,47(2):207-2109陈同斌，韦朝阳,黄泽春，等.大叶井口边草一种新发现的富集砷的植物.生态学报,2005,22(5):777-77810田相伟，李元，祖艳群.土壤砷污染及其调控技术研究进展.农业环境科学学报,2007,26(增刊):583-58611涂新书,韦朝阳.我国生物修复技术