土壤重金属污染修复

关于土壤重金属污染修复前言

土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是人类生态环境的重要组成部分。随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质的施用，土壤重金属污染日益严重，几乎威胁着每个国家。土壤重金属污染是指比重大于5的金属或其化合物在土壤环境中所造成的污染。目前，全世界平均每年排放Hg约1.5万吨，Cu

340万吨，Pb

500万吨，Mn

1500万吨，Ni100万吨。我国受镉、砷、铬、铅等重金属污染的耕地面积近2000万hm2,约占总耕地面积的1/5。第2页,共45页，2024年2月25日，星期天重金属：指密度大于5g/cm3的金属，或在元素周期表金属栏内原子量超过40以上之金属元素均称为重金属元素。1、什么是重金属？环境污染重金属：

指铅、镉、铬、汞和类金属砷等生物毒性显著的重金属。第3页,共45页，2024年2月25日，星期天PbCdCrHgAs第4页,共45页，2024年2月25日，星期天2、土壤重金属污染来源

土壤中重金属的浓度受自然成土条件和人为活动的双重影响。自然来源（1）成土母质的风化过程对土壤重金属本底含量的影响（2）风力和水力的自然物理和化学迁移过程人为干扰输入（1）不同工矿企业生产对土壤重金属的额外输入（2）农业生产活动影响下的土壤重金属输入（3）交通运输对土壤重金属污染的影响第5页,共45页，2024年2月25日，星期天第6页,共45页，2024年2月25日，星期天第7页,共45页，2024年2月25日，星期天Hg中毒第8页,共45页，2024年2月25日，星期天慢性As中毒第9页,共45页，2024年2月25日，星期天电子产品造成的铅污染，已经成为铅污染的主要途径之一。第10页,共45页，2024年2月25日，星期天Cd中毒第11页,共45页，2024年2月25日，星期天Cr中毒第12页,共45页，2024年2月25日，星期天3、土壤重金属污染修复技术

由于土壤重金属污染具有以上特点，且可经由水环境直接毒害植物体，并可最终通过食物链危害人类健康。因此，其治理和恢复的难度大，但又显得极为迫切。土壤重金属污染特点表聚性长期性不可逆性

隐蔽性第13页,共45页，2024年2月25日，星期天

目前，综合国内外各种研究，修复措施主要有四种：工程措施物理化学修复生物修复农业生态修复第14页,共45页，2024年2月25日，星期天3.1工程措施

主要包括客土、换土和深耕翻土等措施。深耕翻土用于轻度污染的土壤，而客土和换土则是用于重污染区的常见方法。工程措施是比较经典的土壤重金属污染治理措施，它具有彻底、稳定的优点，但实施工程量大、投资费用高，破坏土体结构，引起土壤肥力下降，并且还要对换出的污土进行堆放或处理。第15页,共45页，2024年2月25日，星期天3.2物理化学修复A电动修复

污染土壤通电流金属离子等向电极运输集中收集处理达到治污目的

电动修复是一种原位修复技术，不搅动土层，并可以缩短修复时间，是一种经济可行的修复技术。第16页,共45页，2024年2月25日，星期天B电热修复

污染土壤高频电压产生电磁波热能对土壤加热污染物从土中解吸挥发性重金属分离达到修复目的熔化土壤冷却后形成玻璃态物质第17页,共45页，2024年2月25日，星期天C土壤淋洗

污染土壤淋洗液淋洗土壤固相中重金属土壤液相中将液相回收处理达到修复目的第18页,共45页，2024年2月25日，星期天D化学修复

污染土壤加入改良剂降低重金属生物有效性达到修复目的第19页,共45页，2024年2月25日，星期天3.3生物修复

生物修复是利用生物技术治理污染土壤的一种新方法。利用生物削减、净化土壤中的重金属或降低重金属毒性。主要包含植物修复技术与微生物修复技术两种方法。第20页,共45页，2024年2月25日，星期天3.3.1植物修复技术(phytoremediation)

是以植物忍耐和超积累某种或某些污染物的理论为基础，利用自然生长或遗传工程培育的植物，清除环境中污染物的环境污染治理技术。包括植物提取、植物挥发、植物稳定三种方式。

第21页,共45页，2024年2月25日，星期天第22页,共45页，2024年2月25日，星期天植物提取(phytoextraction)

即利用重金属超积累植物从土壤中吸取金属污染物，随后收割地上部分并进行集中处理，连续种植该植物，达到降低或去除土壤重金属污染的目的。第23页,共45页，2024年2月25日，星期天植物挥发(phytovolatilization)

其机理是利用植物根系吸收重金属，将其转化为气态物质挥发到大气中，以降低土壤污染。目前研究较多的是Hg和Se。第24页,共45页，2024年2月25日，星期天植物稳定(phytostabilization)

利用一些植物来促进重金属转变为低毒性形态的过程。在这一过程中，土壤的重金属含量并不减少，只是形态发生变化。

第25页,共45页，2024年2月25日，星期天总结——优点与传统的修复技术相比,植物修复是一种容易接受、成本低、技术要求低的修复方法,它可应用于空气、地表水、地下水、土壤中污染物的修复。总结——缺点要求植株具有高的生物量；对污染物的耐受性要高;受植物根系分布的限制;受气候、土质等的影响;清除污染物所需的时间长;转基因技术的应用可能会造成潜在的环境污染等等。、。第26页,共45页，2024年2月25日，星期天几种吸附土壤重金属的植物小花南芥：修复Pb、Zn复合污染蜈蚣草：修复As污染东南景天：修复Cd、Pb、Zn、Cu复合污染花葵：修复Cd污染油菜:修复Cd污染第27页,共45页，2024年2月25日，星期天小花南芥第28页,共45页，2024年2月25日，星期天蜈蚣草第29页,共45页，2024年2月25日，星期天东南景天第30页,共45页，2024年2月25日，星期天花葵第31页,共45页，2024年2月25日，星期天油菜第32页,共45页，2024年2月25日，星期天

微生物在修复被重金属污染的土壤方面具有独特的作用。其主要作用原理是：微生物可以降低土壤中重金属的毒性；微生物可以吸附积累重金属；微生物可以改变根际微环境，从而提高植物对重金属的吸收，挥发或固定效率。利用真菌与根系形成的菌根吸收和固定重金属(Fe,Mn,Zn,Cu)取得了良好的效果。3.3.2微生物修复技术(bioremediation)第33页,共45页，2024年2月25日，星期天难降解有机污染物和重金属及其相应的降解转化微生物第34页,共45页，2024年2月25日，星期天微生物对重金属的转化与固定微生物虽然不能降解重金属，但是可以降低其毒性，并可将其累积在菌体内使之固定。①汞的去甲基化及还原例如：蓝绿色假单胞菌、变形杆菌可使汞离子转化成元素汞，经10小时后挥发掉的汞可达75%。假单胞菌K62能使无机汞和有机汞形成元素汞。微生物在环境污染治理中的作用第35页,共45页，2024年2月25日，星期天②重金属累积及固定在微生物累积重金属方面，已阐明同细胞内金属硫蛋白简称MT有关，MT是一种低分子量的细胞质蛋白，同Hg,Zn、Cd、Cu、Ag等重金属有强烈的亲和性，结果使重金属富集并抑制其毒性。第36页,共45页，2024年2月25日，星期天3.4农业生态修复

农业生态修复主要包括两个方面：农艺修复措施生态修复。第37页,共45页，2024年2月25日，星期天第38页,共45页，2024年2月25日，星期天4土壤重金属污染修复技术研究展望

采用工程、物理化学方法修复重金属污染土壤，具有一定的局限性，难以大规模处理污染土壤，并且成本高，破坏土壤本身结构，易造成二次污染，对环境扰动大。

农业生态措施又存在周期长，效果不显著的特点。

植物修复在重金属污染治理中具有不可替代的优势，并以其治理过程的原位性、治理成本的低廉性、管理与操作的简易性及环境美学的兼容性而日益受到人们的重视，并成为污染土壤修复研究的热点之一。因此，具有广阔的应用前景。以下几个方面将成为该领域研究的重点。第39页,共45页，2024年2月25日，星期天4.1超累积植物筛选与培育

超累积植物是在重金属胁迫条件下的一种适应性突变体，往往生长缓慢，生物量低，气候环境适应性差，具有很强的富集专一。因此，筛选、培育吸收能力强，同时能吸收多种重金属元素，且生物量大的植物是生物修复的一项重要任务。针对某一具体重金属的超积累植物一般要求其地上部分重金属含量大于一个临界值（表1）。元素CdNiPbCuZnMn临界值1001000100010001000010000表1超积累植物重金属含量临界值

mg/kg-1

第40页,共45页，2024年2月25日，星期天4.2转基因植物(Transgenicplants)

目前已发现的超积累植物大多存在根系浅、生物量小、生长缓慢等缺点，使得其修复周期较长。这使植物修复的工程应用受到限制，而经基因改造的植物则可提高其应用性。第41页,共45页，2024年2月25日，星期天4.3其他强化措施

添加螯合剂(如EDTA)，可以显著提高土壤中的金属活性及植物的吸收、转移能力。但是，施用螯合剂在增加土壤中重金属生物有效性的同时，也增加了重金属离子的移动性，从而有可能对地下水的重金属污染带来更大的危险性。另外，可以通过向土壤中添加土壤酸化剂、营养物、甚至微生物等途径来增强植物修复作用，其机理可以是增强土壤中重金属的生物有效性，或者是增加超积累植物的生长量。第42页,共45页，2024年2月25日，星期天4.4生物修复综合技术的研究