文章编号:100520930(2003)022******* 中图分类号:X53 文献标识码:A
①土壤重金属污染的治理途径及其研究进展
顾继光, 周启星, 王 新
(中国科学院沈阳应用生态研究所,中国科学院陆地生态过程重点实验室,辽宁沈阳110016)
摘要:由于工业“三废”的排放,使农田遭受不同程度重金属的污染,重金属通过
在作物体内富集进入食物链,对人畜健康构成了威胁.文章对土壤重金属的污染
现状、治理途径及其原理、优缺点、可行性作了简要的回顾,对土壤重金属污染植
物修复技术类型、原理、特点以及基因工程等现代生物技术在镉污染植物修复技
术中的应用前景作了进一步的展望,为实现对重金属污染土壤进行有效的生态
整治与安全高效益的利用提供了新的技术途径.
关键词:重金属;土壤污染;植物修复
土壤是人类赖以生存的自然环境和农业生产的重要资源.世界面临的粮食、资源和环境问题与土壤密切相关.自20世纪20年代以来,由于工业的发展,金属的产量明显增加,因而由此产生的重金属环境污染问题也随之出现.在许多发展中和发达国家,都面临着土壤污染严重阻碍农业生产的问题.随着社会现代化和生产的发展,土壤污染问题日益严重,因而已引起人们的广泛关注.
在环境科学中常注意的重金属,计有汞、镉、镍、铬、矾、砷、硒、铁、锰、铜、锌、铅等.其中有相当一部分重金属是生物所必需的微量元素,另有一些重金属则表现为环境污染物,目前,研究较多的是镉(Cd )、铅(Pb )、铜(Cu )、锌(Zn )和汞(Hg ).在农业生产上,重金属污染不仅使土壤肥力下降,又致使生产出的农产品质量不符合生态学安全的要求,危害人畜健康,因而具有很大的危害性.
20世纪60年代,在日本的富山县神通川流域,由于铅锌冶炼厂排放的含镉废水污染水稻田,居民长期食用含镉稻米和含镉水而造成镉中毒,镉进入人体后破坏人体的骨骼系统,使骨质变脆易折,也就是所谓的“骨痛病”.近年来,人们开始认识到重金属极易被植物的根系吸收而向籽实迁移,然后通过食物链进入人体,从而对人类的生命健康构成威胁.随后,有关重金属在土壤—作物系统内的迁移、富集及对重金属污染土壤的治理和植物修复等问题引起了全世界的高度重视和深入研究[122].
1 土壤中重金属的污染现状及其形态
1.1 土壤中重金属的污染状况
土壤作为开放的缓冲动力学体系,在与周围的环境进行物质和能量的交换过程中,不第11卷2期
2003年6月 应用基础与工程科学学报J OU RNAL OF BASIC SCIENCE AND EN GIN EERIN G
Vol.11,No.2J une 2003①收稿日期:2003203218;修订日期:2003206209
基金项目:国家973项目课题(G 1999011808);国家杰出青年科学基金(20225722);中国科学院知识创新重要方向项目(KZCX22SW 2416)资助
作者简介:顾继光(1966—
),男,博士研究生.
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可避免地会有外源重金属进入这个体系.重金属对土壤的主要污染途径是工业废渣、废气中重金属的扩散、沉降、累积,含重金属废水灌溉农田,以及含重金属农药、磷肥的大量施用.外来重金属多富集在土壤的表层.目前,我国受镉、砷、铅等重金属污染的耕地面积近2.0×107公顷,约占总耕地面积的1/5;其中工业“三废”污染耕地1.0×107公顷,污水灌溉的农田面积3.3×106公顷.我国每年因重金属污染而减产粮食超过1.0×107t,另外被重金属污染的粮食每年也多达1.2×107t,由此造成的经济损失合计至少为200亿元[3\〗.例如:某省的47个县和郊区的2.59×106公顷的耕地污染状况的调查结果显示, 75%的县已受到不同程度的重金属污染的潜在威胁,而且污染有逐年加重的趋势.在所有重金属污染中,尤以镉污染最为严重.在沈阳张士灌区土壤中,经污灌进入土壤中的Cd 的56.33%累积于土壤的表层,去表土15～30cm,可使稻米中的Cd下降50%[4].我国有关农田Cd污染的调查工作是20世纪70年代中、后期开始的,但至今未见Cd污染总体状况的资料报道.何电源等(1991)在1987—1990年间对湖南省的农田污染状况进行了调查,结果发现,农田Cd污染主要来源与工矿企业排放的废气和废水,在各类Cd污染农田中5%～10%的面积减产严重[5].值得注意的是,我国Cd污染多数是由于引用工业污水灌溉造成的.90年代初,我国污灌农田已扩大到1.4×106公顷,由于污灌不当对6.3×105公顷农田造成不同程度的污染,其中Cd污染耕地1.3×104公顷,涉及11个省市的25个地区,每年生产镉米(是指Cd含量超过mg/kg的糙米,长期食用会引起骨痛病,因而禁止食用)5.0×107kg.如沈阳市张士灌区因污灌使2533公顷农田遭受Cd污染(土壤Cd含量≥1.0mg/kg),其中严重污染面积(可能产生的稻米Cd含量≥1.0mg/kg的农田)占13%[6];江西大余县污灌引起的Cd污染面积为5.5×103公顷,其中严重污染面积占12%[7].另外,土壤中的作物受Cd污染导致“镉米”的地区还有:上海的沙川灌区、广东的广州和韶关地区、广西的阳朔、湖南的衡阳等.在日本,受Cd污染的农田有472125公顷,占重金属污染总面积的82%[8].
华南某矿区周围农田土壤中锌含量达690～4000mg/kg;华北某污灌区土壤中锌含量超过1500mg/kg;长期施用污泥的土壤中锌含量达370～470mg/kg.受汞污染的面积达3.2×104公顷,每年生产汞米1.95×108kg[9].
表1 世界各国土壤镉的环境标准和最大允许浓度[10]
Table1 The environmental standard and maximum allowed concentration of soil heav y metal
in some countries and areas of the world
单位:mg/kg 国家和地区镉(Cd)铅(Pb)铜(Cu)锌(Zn)汞(Hg)
德国 1.5100602002
英国 1.75550552001
欧洲1—350—30050—140150—3001—1.5
美国 3.56—73730 5.34
加拿大 1.6601503000.5
前苏联5背景值+20—— 2.1
中国0.3—1.030—50050—400200—5000.1—1
由于土壤重金属污染的严重性和土壤系统的复杂性,世界各国根据本国的实际情况制定了相应的土壤重金属的环境标准和最大允许浓度(见表1).
1.2 重金属在土壤中的形态
重金属污染土壤后,在农田生态系统中的迁移和对人体的危害,不仅取决于污染元素的化学性质、迁移系数,更重要的是取决于土壤的环境因素及其理化特性.重金属进入土壤通过溶解、沉淀、凝聚、络合吸附等各种反应,形成不同的化学形态.土壤中重金属的形态影响它的活性和对植物的有效性.因此,研究土壤重金属的形态的转化对于分析其环境效应及污染土壤的治理修复具有重要意义.目前,国内外的学者根据Tessler 的方法把土壤中重金属的形态分为:总量 可交换态、碳酸盐态、铁锰氧化物结合态、有机硫化物态和残留态[11].重金属在土壤中的存在形态十分复杂,受土壤组分及其在土壤中的化学行为影响,各形态之间处于一个动态平衡中,随环境条件的变化而互相转化.研究结果表明,随着土壤总Cd 含量增加,残渣态百分率减少,交换态百分率显著上升,这说明土壤Cd 污染越重,非残渣态的相对含量越高,将相对增加Cd 的毒性.淹水后增加了有机质结合Cd 的能力,使交换态Cd 所占比例明显下降[12].
2 重金属污染土壤的治理途径
在通常情况下,重金属镉(Cd )、铅(Pb )和汞(Hg )均为危险的环境污染元素,铜(Cu )、锌(Zn )在含量达到一定值后也成为有害的环境污染元素.当重金属进入植物并积累到一定程度,就会产生毒害症状,表现出生长受到抑制、植株矮小、失绿、产量下降等症状.土壤重金属污染防治,应坚持预防为主,综合防治的原则.要严格控制矿山粉尘、工业企业含重金属废水和固体废弃物的排放.重金属污染土壤的治理途径有两种:一种是将污染物清除,即去污染(decontamination ),另一种是改变重金属在土壤中的存在形态,使其固定,将污染物的活性降低,减少在土壤中的迁移性和生物可利用性,即稳定化(stabilization ).围绕这两种途径产生了不同的治理措施和方法.由于重金属镉(Cd )的危害性最大,世界各国对土壤重金属镉(Cd )污染的治理及植物修复的报导较多.
2.1 工程治理措施
重金属在土壤中具有稳定、易于累积和不易去除的特点,通过食物链对人畜产生慢性中毒.为了降低和消除土壤重金属的污染和危害,人们最初采取改土法、电化法、冲洗络合法等工程措施降低重金属的溶解性.
2.1.1 改土法 此法适用于小面积污染严重的土壤治理,一种方法是在被污染的土壤上覆盖一层非污染土壤;另一种方法是将污染土壤部分或全部换掉,覆土和换土的厚度应大于耕层土壤的厚度.此方法最早在英国、荷兰、美国等国家应用,对于降低作物体内重金属含量,治理土壤重金属污染是一种切实有效的方法.但是,由于该方法需花费大量的人力与财力,并且在换土过程中,存在着占用土地、渗漏、污染环境等不良因素的影响[9].因而,并不是一种理想土壤重金属污染的治理方法.
2.1.2 电化法 此法是由美国路易斯安那州立大学研究出的一种净化土壤污染的原位修复的方法,也可称为电动修复(Electroremediation )[13].此法在欧美一些国家发展很快,已经进入商业化阶段.其原理是,在水分饱和的污染土壤中插入一些电极,然后通一低
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强度的直流电,金属离子在电场的作用下定向移动,在电极附近富集,从而达到清除重金属的目的,对Cr的清除效果要优于其它几种重金属.采用的电极最好是石墨,因为金属电极本身容易被腐蚀,容易引起二次土壤污染.电极的多少、间距及深度,电流的强度一般根据实际需要而定.此法经济合理,特别适合于低渗透性的黏土和淤泥土,每立方米污染土壤需要100美元左右.而且,可以回收多种重金属元素.但对于渗透性高、传导性差的砂质土壤清除重金属的效果较差.
2.1.3 冲洗络合法 用清水冲洗重金属污染的土壤,使重金属迁移至较深的根外层,减少作物根区重金属的离子浓度.为防止二次污染,再利用含有一定配位体的化合物冲淋土壤,使之与重金属形成具有稳定络合常数的络合物;或用带有阴离子的溶液,如碳酸盐、磷酸盐冲洗土壤,使重金属形成化合物沉淀,已有研究表明,CaCO3在酸性红壤和K2HPO4对碱性的碳酸盐褐土重金属Cd污染的治理效果较为显著[9].此种方法适用于对面积小、污染重的土壤治理,但同时也容易引起某些营养元素的淋失和沉淀.
2.1.4 热处理法 对于具有挥发性的重金属汞,热处理法可将其有效地从土壤中清除去.其原理是向汞污染土壤通入热蒸汽或用低频加热的方法,促使其从土壤中挥发并回收再处理.在处理土壤时,首先将土壤破碎,向土壤中加入能够使汞化合物分解的添加剂.然后,再分两个阶段通入低温气体和高温气体使土壤干燥,去除其它易挥发物质,最后使土壤汞汽化,并收集挥发的汞蒸汽.有试验表明,应用热处理法可使砂性土、粘土、壤土中Hg 含量分别从15000mg/kg、900mg/kg、225mg/kg降至0.07mg/kg、0.12mg/kg和0.15mg/ kg,回收的汞蒸汽纯度达99%.热处理法对于修复Hg污染土壤是一种行之有效的方法,并可以回收Hg.它的不足之处是易使土壤有机质和土壤水遭到破坏,而且需消耗大量能量.
总之,用工程治理土壤重金属污染,对于污染重、面积小的土壤具有治理效果明显、迅速的优点,但对于污染面积较大的土壤则需要消耗大量的人力与财力,而且容易导致土壤结构的破坏和土壤肥力的下降.
2.2 农艺调控措施
作物从土壤中吸收重金属,不仅取决于其在土壤中的含量,而且也受土壤的性质、水分条件、施肥的种类和数量、栽培的植物种类、栽培方式以及耕作制度等农艺措施的影响.因此,可以通过调节土壤p H、有机质、CEC、质地、CaCO3等因素,改变土壤重金属活性,降低其生物有效性,减少从土壤向作物的转移.
2.2.1 提高土壤pH Cd的活性通常受土壤酸碱性的影响很大,一方面随着p H升高,可增加土壤表面负电荷对Cd2+吸附;另一方面则由于是生成CdCO3沉淀,使其活性逐渐降低.Naidu在Cd污染的土壤上施用碱性物质如石灰,一般每公顷土壤施用750kg 石灰,使土壤中重金属有效态含量降低15%左右,从而使酸性土壤可被植物利用的Cd的活性降低,对减少Cd被作物吸收具有一定的作用[15].在发育于不同母质的旱地黄筋泥、水田黄筋泥、旱地红砂土、水田红砂土上施加石灰,有效态Cd明显减少[16].因此,在被镉污染的土壤上施用石灰是降低植物吸收镉有效措施之一.
2.2.2 调节土壤Eh 土壤中重金属的活性也受土壤的氧化还原状况的影响,因而与土壤的水分状况有着密切的联系.陈涛(1980)的水稻盆栽试验结果表明,在抽穗后进行落
干,籽实的含镉量比正常灌水的高出12倍.在水田灌溉时,由于水层覆盖形成了还原性的
环境,土壤中的SO 2-4还原为S
2 ,有机物不能完全分解而产生硫化氢,与镉生成溶解度很小的CdS 沉淀;水中的Fe 3+还原成Fe 2 与S 2 生成FeS 沉淀,由于镉在土壤中具有很强的亲硫性质,与之形成共沉淀,降低镉的活度,而难于被作物吸收[17].可见,通过调节土壤水分可以控制重金属在土壤2植物系统中的迁移,旱田改水田降低土壤的氧化还原电位,能够降低重金属Cd 的活性,减小对植物的危害.
2.2.3 增施有机肥 有机肥不仅可以改善土壤的理化性状、增加土壤的肥力,而且可以影响重金属在土壤中的形态及植物对其的吸收.向Cd 污染土壤中加入有机肥,由于有机肥中大量的官能团和较大比表面积的存在,可促进土壤中的重金属离子与其形成重金属有机络合物,增加土壤对重金属的吸附能力,提高土壤对重金属的缓冲性,从而减少植物对其的吸收,阻碍它进入食物链[18].因此,在Cd 污染土壤中施加有机肥是一种十分有效的治理方法.
但利用有机肥改良Cd 污染土壤存在一定的风险,主要是由于有机肥在矿化过程中分解出的低分子量的有机酸和腐殖酸组分对土壤中的Cd 起到了活化作用,关键取决于腐殖酸组分和土壤环境条件,如果能够系统地研究不同p H 、Eh 、质地等土壤条件下,腐殖酸组分对Cd 的移动性和生物有效性的影响,合理施用有机肥就可以一方面对农田Cd 污染起到了净化的作用,另一方面也克服了传统治理方法中既需消耗大量资金,又造成营养元素流失、二次污染等问题[19].
2.2.4 离子拮抗 当土壤中某种重金属含量较高,对土壤的污染较为严重时,可利用另一种对作物危害较轻,且浓度低时对作物生长有利的微量元素拮抗它.由于Cd 和Zn 通常是伴随而生的,具有相似的化学性质和地球化学行为,因而Zn 具有拮抗Cd 被植物吸收的特性.已有试验证明[20],土壤中适宜的Cd/Zn 比,可以抑制植物对Cd 的吸收,因此,可以通过向Cd 污染土壤中加入适量Zn ,调节Cd/Zn ,减少Cd 在植物体内的富集.
总之,重金属污染土壤的改良是一个十分困难的问题.实践表明,采取适宜的农艺调控措施,是合理利用和改良严重重金属污染土壤的良好途径,它有效地减少重金属通过食物链进入人体和家畜的机会,并可获得较好的经济、社会和环境效益.
3 重金属污染土壤植物修复研究进展
3.1 植物修复的概念和类型
随着人们对环境保护日益重视,一些科学工作者开始寻找在不破坏土壤生态环境,保持土壤结构和微生物活性的状况下治理重金属污染的新途径.植物修复则为开辟这一新途径提供了希望.植物修复是指用植物吸收土壤中的重金属,并将其带走,最终达到清除土壤中重金属的一类技术总称,也称绿色修复或生物修复[21222].它是一门新兴的环境污染治理应用技术,用来进行修复的植物可以包括高等植物界的一切植物,如野生的草、蕨以及栽培的树木、草皮和作物[23225],作为修复植物它们应具备在污染土壤上能正常生长,自身生长没有被抑制的特点.植物修复的机理通常包括以下几个方面:
3.1.1 植物萃取作用(Phytoextraction) 是指利用重金属超积累植物从土壤中吸取一种或几种重金属,并将其转移、储存到地上部,随后收割地上部并集中处理,连续种植这种
741No.2 顾继光等:土壤重金属污染的治理途径及其研究进展
植物,以使土壤中重金属含量降低到可接受水平.
3.1.2 植物挥发作用(Phytovolatilization) 是利用植物的吸收、积累和挥发而减少土壤中一些挥发性污染物(如Hg 和Se ),即植物将污染物吸收到体内后将其转化为气态,释放到大气中
3.
1.3 根际过滤作用(Rhizof iltration) 植物通过改变根际环境(p H 、Eh )使重金属的形态发生化学改变,通过在植物的根部积累和沉淀,减少重金属在土壤中的移动性.
目前,植物修复主要是指植物萃取作用[26227],即利用某些特定的植物对重金属超富集能力清除土壤重金属污染的技术.
3.2 重金属污染土壤植物修复研究进展
超积累植物(hyperaccumulator )是指能够超量吸收和积累重金属的植物,Brooks 等人1977年最早提出了这一概念[28].利用超积累植物对重金属的富集比普通植物高出几十倍到几百倍的能力,对重金属污染土壤进行修复.到目前为止,在美国、澳大利亚、新西兰等国已发现能富集重金属的超积累植物500多种[29],其中有360多种是富集Ni 的植物,就对Cd 而言,公认100DWmg/kg 作为其筛选超积累植物的临界标准.Baker 在欧洲中西部发现了能富集Cd 高达2130DWmg/kg 的十字花科植物天蓝褐蓝菜(T.caerulescens )[30].目前,在世界各地已发现多种对重金属具有强富集能力的超积累植物(见表2).
表2 在世界各地已发现的重金属超积累植物[30]
Table 2 The discovered hyperaccumulator of heavy metal in the world [30]
植物种
发现地重金属含量/mg/kg Cd Pb Cu Zn Cr
T.caeruleucum
欧洲中西部2130274043710Mi nuaritia verna
南斯拉夫11400T.rot undif oli m subsp
奥地利/意大利820017300Aeollanthus bif ormif oli 非洲砂坝哈3920Haumaniast rum
robertti 非洲砂坝哈2070Dicoma niccolif era Wild
津巴布韦1500S utera f odi na Wild 津巴布韦2400植物修复技术的处理费用很低,与常规的填埋法相比具有明显的优势,尤其适合于在发展中国家应用;植物修复技术属于原位修复技术,具有保护表土、减少侵蚀和水土流失的功效,对环境影响小,可广泛应用于矿山的复垦、重金属污染土壤的改良,是目前最清洁的污染处理技术;与其它处理方法相比,植物修复技术产生的废物量较少,并且可以回收重金属[31].
3.3 植物修复的研究展望
虽然现已筛选的超积累植物对重金属的富集能力很强,随着研究的深入,人们发现超积累植物往往植株矮小,生物量较低,生长速度慢,生长周期长,而且受到土壤水分、盐度、酸碱度的影响,很难在实际中应用[31234].如果能够根据污染土壤特性、污染的程度、当地的农业生产习惯、气候条件、经济技术水平及预期达到的修复目标综合考虑,将植物修复
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技术与电化法、冲洗络合法、农艺调控措施等重金属污染土壤治理法结合起来应用到土壤的修复中,可以做到取长补短,比单一的方法效果好,达到高效、低耗的效果.同时,人们注意到能否应用现代生物技术将超积累植物的相关基因克隆,然后转移到生物量较大的植物或作物体内,培养出新的超积累植物品种,将其应用到污染土壤的修复上,必将大大提高对污染土壤的修复能力,减少重金属在食物链中的积累.
有研究表明,根际分泌物在根际环境中具有降低Cd 的有效性,减少植物对Cd 吸收的作用[35].因此,与超积累植物相反,筛选以体外抗性为主导机制的重金属排异植物,特别是农作物,减少其向可食用部位转移、积累,降低在食物链中的数量,对于人类寻找一种既对污染物有较高的抗性,又能保证生物产品具有较高的安全性,为污染土壤的再利用提供了一种崭新的广阔的途径.进而通过了解抗金属作物的抗性机制,选育抗性强、吸收少的作物品系在金属污染区推广种植.同时研究低吸收的遗传机制及基因定位,并通过基因工程等分子生物学技术进行遗传育种,培育出抗性强、吸收少、产量高、品质好的作物品种,以保证日益严重的重金属污染条件下的农业生产顺利进行,对于保护生态环境、治理环境污染和生产出合格的绿色食品具有重要的意义.
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R eused Path of H eavy Metal Pollution
in Soils and its R esearch Advance
GU Jiguang , ZHOU Qixing , WAN G Xin
(K ey Laboratory of Terrestrial Ecological Process ,Institute of Applied Ecology ,
Chinese Academy of Sciences ,Shenyang 110016,China )
Abstract
Heavy metal contamination of agricultural soils as a result of industrial
discharge is a serious threat to human and animals ′health because of bioaccumulation in the food chain.Current status of heavy metal pollution ,remedial mechanisms ,advantages and disadvantages of different methods ,and feasibility of application are reviewed in this article.In addition ,principle ,characteristics and new biotechnological methods involving genetic engineering used in phytoremediation of soils contaminated by heavy metal and future prospect are discussed in details.The alternative methods provide novel approaches to restore the polluted ecological systems using highly efficient techniques.
K eyw ord :heavy metal ;soil pollution ;phytoremediation
1
51No.2 顾继光等:土壤重金属污染的治理途径及其研究进展
2011高教社杯全国大学生数学建模竞赛 承诺书 我们仔细阅读了中国大学生数学建模竞赛的竞赛规则. 我们完全明白，在竞赛开始后参赛队员不能以任何方式（包括电话、电子邮 件、网上咨询等）与队外的任何人（包括指导教师）研究、讨论与赛题有关的问 题。 我们知道，抄袭别人的成果是违反竞赛规则的, 如果引用别人的成果或其他 公开的资料（包括网上查到的资料），必须按照规定的参考文献的表述方式在正 文引用处和参考文献中明确列出。 我们郑重承诺，严格遵守竞赛规则，以保证竞赛的公正、公平性。如有违反 竞赛规则的行为，我们将受到严肃处理。 我们参赛选择的题号是（从A/B/C/D中选择一项填写）： A 我们的参赛报名号为（如果赛区设置报名号的话）： 所属学校（请填写完整的全名）：重庆交通大学 参赛队员 (打印并签名) ：1. 陈训教 2. 范雷 3. 陈芮 指导教师或指导教师组负责人 (打印并签名)：胡小虎 日期：2011 年9 月 12日赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）：
2011高教社杯全国大学生数学建模竞赛 编号专用页 赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）： 评 阅 人 评 分 备 注 全国统一编号（由赛区组委会送交全国前编号）： 全国评阅编号（由全国组委会评阅前进行编号）：
城市表层土壤重金属污染分析 摘要 本文针对城市表层土壤重金属污染做出了详细的分析，对于本题中所提出的问题一，我们利用MATLAB软件对所给的数值进行空间作图，然后分别作出了八种重金属元素的空间分布特征，然后，我们利用综合指数（内梅罗指数）评价的方法，对五个区域进行了综合评价，得出结果令人满意。对于问题二，我们根据第一问和题目所给的数据进行综合分析，得出了重金属污染的主要原因来自于交通区含铅为主的大量排放，和工业区污水的大量排放等等。对于问题三，我们通过对问题一中的八张重金属元素空间分布的图可以看出，发现大多数金属都呈中心发散性传播，同时经过分析，我们发现，如果考虑大气传播和固态传播，很难得出结论，在交通区，由于是汽车尾气造成的传播，发现重金属的传播无规律可循等，所以，我们考虑液态形式的传播，以针对地表水污染物的物理运动过程，以偏微分方程为建模基础，通过和假设和模型参数的估计，得出了可能污染源位置，最后，我们对模型进行了稳定性检验即灵敏性分析和拟合检验，发现在参数变化在10%左右，模型的稳定性良好。最后我们全面分析了模型的优缺点，，最后可以用MATLAB软件得出相应的结果。为更好地研究城市地质环境的演变模式，测定污染源范围还应收集该地区的每年生活、工业等重要污染源的垃圾排放量，地下水流动方向以及每年的生物降解量，降雨量对重金属元素扩散的影响。一但有污染证据，我们可以在该污染源附近沿地下水流动方向设定更多采样点，由此，我们可以构造一个三维公式来计算污染物质浓度的浮动就可以模拟三维空间内的重金属分布影响。 关键字：表层土壤重金属污染 MATLAB 内梅罗指数偏微分方程稳定性检验灵敏性分析地质演变生物降解量
( 安全论文 ) 单位：_________________________ 姓名：_________________________ 日期：_________________________ 精品文档 / Word文档 / 文字可改 金属矿山土壤重金属污染现状及治理对策(通用版) Safety is inseparable from production and efficiency. Only when safety is good can we ensure better production. Pay attention to safety at all times.
金属矿山土壤重金属污染现状及治理对策 (通用版) 摘要：矿山开采为经济发展提供了资源保证,但同时也带来了一系列生态环境问题。文章介绍了我国部分地区日益发达的金属矿业造成的土壤重金属污染状况,分析了重金属元素的在环境中的存在形态、释放机理、污染特征及其生物危害。指出了金属矿山土壤重金属污染目前尚存在的问题并提出了防治土壤重金属污染的具体措施。 关键词：重金属污染；修复技术；土壤；金属矿山 CurrentSituationofHeavyMetalPollutioninSoils andCountermeasures Abstract：Miningforeconomicdevelopmenttoprovidetheresources,butalsob
ringsaseriesofecologicalenvironmentproblems.Thispaperintro ducestheareaofourcountrypartincreasinglydevelopedmetalmini ngcausedthesoilheavymetalpollutionstatus,analysisofheavyme talelementsintheenvironmentofexistenceform,releasemechanis m,thepollutioncharacteristicsandbiologicalhazards.Metalmin esoilheavymetalpollutionispointedoutexistingproblemsandput sforwardspecificmeasurestocontrolsoilheavymetalpollution. 金属矿山既是资源集中地,又是天然的土水生态环境污染源。在开采过程中流失的重金属Ｐｂ、Ｈｇ、Ａｓ、Ｃｄ、Ｃｒ等是土水生态环境的重要毒害元素。。随着矿山开采年份的增加,矿山周边土壤环境中重金属不断积累,污染现象日趋严重。重金属进入土壤环境后,扩散迁移比较缓慢,且不被微生物降解,通过溶解、沉淀、凝聚、络合、吸附等过程后,容易形成不同的化学形态。当其在土壤中积累到一定程度时,就有可能通过土壤—植物(作物)系统,经食物链为动物或人体所摄入,潜在危害性极大。因此,金属矿山土壤的重金属污染问题必须引起高度关注,并采取相应措施加以防治。
论文课题土壤重金属污染现状及其治理方法 小组组长12549025 李思远 小组成员12549026 李康 12549028 王鑫 12549030 吴义超 土壤重金属污染现状及其治理方法随着社会的快速发展，土壤重金属污染日益严重。针对此，涌现了许多修复技术，而生物修复前景广阔，正日益受到重视。 现代工农业等快速发展的同时，土壤重金属污染的形势也越来越严峻。其治理方法很多，而生物修复以其无可比拟的优势正受到关注，应用前景广阔。但生物修复仍存在许多问题待解决，如超积累植物吸收重金属的机理还未研究清楚。所有这些，都阻碍了生物修复的大规模应用。 土壤重金属污染是指土壤中重金属过量累积引起的污染。污染土壤的重金属包括生物毒性显著的元素如Cd、Pb、Hg、Cr、As，以及有一定毒性的元素如Cu、Zn、Ni。这类污染范围广、持续时间长、污染隐蔽、无法被生物降解，将导致土壤退化，农作物产量和质量下降，并通过径流、淋失作用污染地表水和地下水。过量重金属将对植物生理功能产生不良影响，使其营养失调。汞、砷能抑制土壤中硝化、氨化细菌活动，阻碍氮素供应。重金属可通过食物链富集并生成毒性更强的甲基化合物，毒害食物链生物，最终在人体内积累，危害人类健康。 1现状 1.1国内
国家环境保护部抽样监测30万公顷基本农田保护区土壤，发现有3.6万公顷土壤重金属超标，超标率达12.1%。 据国土资源部消息，目前全国耕地面积的10%以上已受重金属污染，约有1.5亿亩，污水灌溉污染耕地3250万亩，固体废弃物堆积占地和毁田200万亩，其中多数集中在经济相对发达地区。 据我国农业部调查数据，在全国约140万公顷的污灌区中，受重金属污染的土地面积占污灌区面积的64.8%，其中轻度污染46.7%，中度污染9.7%，严重污染8.4%。 华南部分城市50%的耕地遭受镉、砷、汞等有毒重金属污染；长三角地区有些城市大片农田受多种重金属污染， 10%的土壤基本丧失生产力。 2005年，长三角等地土壤重金属污染严重的情况，曾见诸报端，并引发舆论普遍关注和争议。土壤污染立法迫在眉睫。 对浙北、浙东和浙中的236.5万公顷农用地调查发现，不适合种农作物的农用地面积为47.2万公顷，占20%；浙北、浙中、浙东沿海三个区域中，属轻度、中度与重度重金属污染的面积分别占38.12%、9.04%、1.61%，城郊传统的蔬菜基地、部分基本农田都受到了较严重的影响。 第九届亚太烟草和健康大会中一项名为《中国销售的香烟：设计、烟度排放与重金属》的研究报告称：13个中国品牌国产香烟中铅、砷、镉等重金属成分含量严重超标，其含量最高超过拿大产香烟3倍以上！ 2009年8月，陕西凤翔县发现大量儿童血铅含量严重超标，后确认是附近的陕西东岭冶炼公司的铅排放所导致。 1.2国外 英国早期开采煤炭、铁矿、铜矿遗留下的土壤重金属污染经过300年依然存在。1996到1999年间，英格兰和威尔士尝试挖出污染土壤并移至别处，但并未根本解决问题。从20世纪中叶开始，英国陆续制定相关的污染控制和管理的法律法规，并进行土壤改良剂和场地污染修复研究。 日本的土地重金属污染在上世纪六七十年代非常严重。其经济的快速增长导致了全国各地出现许多严重环境污染事件，被称为四大公害的痛痛病、水俣病、第二水俣病、四日市病，就有三起和重金属污染有关。 荷兰在工业化初期土地污染问题严重。从20世纪80年代中期开始，加强土壤的环境管理，完善了土壤环境管理的法律及相关标准。国土面积4.15万平方
土壤重金属污染现状及其治理方法摘要随着社会的快速发展，土壤重金属污染日益严重。针对此，涌现了许多修复技术，而生物修复前景广阔，正日益受到重视。 关键词土壤重金属污染生物修复超积累植物 Abstract: With the rapid development of the society, the heavy metal pollution of the soil is growing worse and worse. Facing this situation, there have been many repairing technologies. The Bioremediation has a broad prospect and is at a premium. Keywords:heavy metal pollution of the soil；Bioremediation；hyper accumulator 现代工农业等快速发展的同时，土壤重金属污染的形势也越来越严峻。其治理方法很多，而生物修复以其无可比拟的优势正受到关注，应用前景广阔。但生物修复仍存在许多问题待解决，如超积累植物吸收重金属的机理还未研究清楚。所有这些，都阻碍了生物修复的大规模应用。 土壤重金属污染是指土壤中重金属过量累积引起的污染。污染土壤的重金属包括生物毒性显著的元素如Cd、Pb、Hg、Cr、As，以及有一定毒性的元素如Cu、Zn、Ni。这类污染范围广、持续时间长、污染隐蔽、无法被生物降解，将导致土壤退化，农作物产量和质量下降，并通过径流、淋失作用污染地表水和地下水。过量重金属将对植物生理功能产生不良影响，使其营养失调。汞、砷能抑制土壤中硝化、氨化细菌活动，阻碍氮素供应。重金属可通过食物链富集并生成毒性更强的甲基化合物，毒害食物链生物，最终在人体内积累，危害人类健康。 1现状 1.1国内 国家环境保护部抽样监测30万公顷基本农田保护区土壤，发现有3.6万公顷土壤重金属超标，超标率达12.1%。 据国土资源部消息，目前全国耕地面积的10%以上已受重金属污染，约有1.5亿亩，污水灌溉污染耕地3250万亩，固体废弃物堆积占地和毁田200万亩，其中多数集中在经济相对发达地区。 据我国农业部调查数据，在全国约140万公顷的污灌区中，受重金属污染的
土壤修复技术及优缺点 The Standardization Office was revised on the afternoon of December 13, 2020
土壤是植物生长繁育的自然基地，是农业的基本生产资料，是人类赖以生存的极其重要的自然资源。随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质种类、数量的增加，土壤重金属污染日益严重。土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性的特点。土壤中有害重金属积累到一定程度，不仅会导致土壤退化，农作物产量和品质下降，而且还可以通过径流、淋失作用污染地表水和地下水，恶化水文环境，并可能直接毒害植物或通过食物链途径危害人体健康。 不同污染类型的土壤污染，其具体治理措施不完全相同，目前，重金属土壤的修复技术主要有工程措施，物理化学方法，植物修复方法以及微生物修复方法。 工程措施主要包括客土、换土和深耕翻土等措施。通过客土、换土和深耕翻土与污土混合，可以降低土壤中重金属的含量，减少重金属对土壤-植物系统产生的毒害，从而使农产品达到食品卫生标准。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，在这方面日本取得了成功的经验。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。 物理化学方法是当前重金属污染土壤修复研究的热点，也是最为成熟工程上应用最为广泛的修复技术，主要包括固化/稳定化技术，土壤淋洗技术，电动修复技术和电热修复技术等。 固化/稳定化技术是通过固态形式在物理上隔离污染物或者将污染物转化成化学性质不活泼的形态，从而降低污染物质的毒害程度。如通过施加水泥等固化土壤重金属的固化修复技术，或向土壤投入无机或有机改良剂，改变土壤的
土壤重金属污染现状及其治理进展 摘要：土壤作为人类赖以生存的关键资源，在人类的生产生活中占据着至关重 要的位置。然而，现阶段我国土壤重金属污染问题日渐严重，引起社会各界的广 泛关注。毋庸置疑，土壤重金属污染一方面严重影响农作物的正常产量，另一方 面对人类的身体健康造成了严重的威胁。因此，怎样合理治理土壤重金属污染问 题成为当前重点研究的对象。本文针对现阶段我国土壤重金属污染现状加以分析，并提出相应的解决策略，希望能够保护我国土壤资源的良性发展。 关键词：土壤；重金属污染；污染现状；治理方法 1、何为重金属污染 重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染。重金属指比重大于 5 的 金属，（一般指密度大于 4.5 克每立方厘米的金属），约有 45 种，如铜、铅、锌、铁、钴、镍、钒、铌、钽、钛、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等。尽管锰、铜、 锌等重金属是生命活动所需要的微量元素，但是大部分重金属如汞、铅、镉等并 非生命活动所必须，而且所有重金属超过一定浓度都对人体有毒，汞，镉，铅，砷，铬称为“五毒”元素，含有汞、镉、铬、铅及砷等生物毒性显著的重金属元素 及其化合物对环境的污染较大。 2 重金属污染的特点 2.1重金属污染的特点 重金属产生毒性的浓度范围较低；一般情况下，重金属不能被微生物降解， 只能发生形态的转化；毒性与存在的形态和价态有关；重金属污染多为复合污染，来源较为复杂，常以无机和有机混合物的形式进入环境，同时含有多种金属，共 同产生一定的协同作用或拮抗作用，对生物和生态系统产生影响；重金属通过食 物链进行生物放大，进入人体，对人体产生慢性中毒。 2.2 重金属污染在土壤中的特点 在土壤环境中重金属污染特点可以分为两部分：一是土壤环境中重金属自身 的特点，二是区别与水体和大气等介质中的特点。重金属在土壤中形态变换较为 复杂，多为过渡元素，有着较多的价态变化，且随环境 Eh，pH 配位体[2]的不同 呈现不同的价态、化合态和结合态，毒性与价态和化合物的种类有关，有机态比 无机态的毒性大；重金属在土壤环境不易被察觉，不会降解和消除，迁移转化形 式多样化，分布呈区域性；在生物体内积累和富集，在人体内呈慢性毒性过程。 3土壤重金属污染的现状 根据相关调查研究表明，现阶段我国约有近 20% 的土地已经受到了严重的重 金属污染，其总计面积约为 0.11 亿 km2，其将引起的后果不堪设想。不仅如此， 我国农业粮食产量正在以每年一千万吨产量的速度持续锐减，遭受重金属污染的 粮食产量达到了上千万吨，直接导致经济损失达到 200 亿余元。土壤重金属污染 详细的表现如下： 3.1土壤重金属污染呈现区域性分布 根据可靠数据调查表明，我国土壤重金属污染总体呈现区域性分布的现象。 其中，我国的东、中、西部地区由于区域不同，污染程度存在一定的差异性，以 中部地区污染较为严重，东部与西部地区的污染相对较弱。究其原因在于，中部 地区的煤炭矿区与金属矿区较多，其开采过程中导致土壤受到重金属的污染。
2011高教社杯全国大学生数学建模竞赛 编号专用页 赛区评阅编号（由赛区组委会评阅前进行编号）： 全国统一编号（由赛区组委会送交全国前编号）：全国评阅编号（由全国组委会评阅前进行编号）：
城市表层土壤重金属污染分析 摘要 随着城市经济的快速发展和城市人口的不断增加，人类活动对城市环境质量的影响日显突出。城市工业、经济的发展，污水排放和汽车尾气排放等均能引起城市表层土壤重金属污染。而重金属污染对城市环境和人类健康造成了严重的威胁，因此对城市表层土壤重金属污染的研究具有重大意义。 对于问题1，先用MATLAB软件对所给数据进行处理，插值拟合得出8种主要重金属元素在该城区的空间分布图；再用内梅罗综合污染指数评价法建立模型进行求解。首先用EXCEL对数据进行分析，得出各区的8种重金属的平均浓度；然后结合MATLAB软件求出各 各种元素之间及其与海拔之间的相关系数矩阵和相关度；然后结合第一问给出的空间分布图和区域散点图，参照主要重金属含量土壤单项污染的指数，分析得出各重金属污染的主要原因主要来自工业区、主干道路区和生活区。 对于问题3，由上述问题的分析可以认为重金属的分布是连续的，物质的扩散从高浓度向低浓度进行。在模型一数据处理基础上建立遍历搜索模型，结合MATLAB软件求出重金属空间分布中的极值点即可能的污染源，得出极值点后再结合《国家土壤环境质量标准》通过MATLAB软件对极值点进行筛选，得出8种重金属元素的主要污染源。 对于问题4，对所建立的模型进行分析，找出了各个模型的优缺点。然后分析影响城市地质演化模型的因素，为更好地研究城市地质环境的演变模式，从动态和多元的角度出发，还应搜集采样点的长期动态数据和岩石、土壤、大气、水和生物等因素的相关信息，分别建立动态动态传播模型和城市地质环境的综合评价预测模型。 关键词：梅罗综合污染指数评价法污染等级相关矩阵遍历搜索模型污染源
金属矿山土壤重金属污染现状及治理对策 罗珊环境1001 1013020124 摘要：矿山开采为经济发展提供了资源保证,但同时也带来了一系列生态环境问题。文章介绍了我国部分地区日益发达的金属矿业造成的土壤重金属污染状况, 分析了重金属元素的在环境中的存在形态、释放机理、污染特征及其生物危害。指出了金属矿山土壤重金属污染目前尚存在的问题并提出了防治土壤重金属污染的具体措施。 关键词：重金属污染；修复技术；土壤；金属矿山 Current Situation of Heavy Metal Pollution in Soils and Countermeasures Abstract：Mining for economic development to provide the resources, but also brings a series of ecological environment problems. This paper introduces the area of our country part increasingly developed metal mining caused the soil heavy metal pollution status, analysis of heavy metal elements in the environment of existence form, release mechanism, the pollution characteristics and biological hazards. Metal mine soil heavy metal pollution is pointed out existing problems and puts forward specific measures to control soil heavy metal pollution. 金属矿山既是资源集中地 ,又是天然的土水生态环境污染源。在开采过程中流失的重金属Ｐｂ、Ｈｇ、Ａｓ、Ｃｄ、Ｃｒ等是土水生态环境的重要毒害元素。。随着矿山开采年份的增加,矿山周边土壤环境中重金属不断积累,污染现象日趋严重。重金属进入土壤环境后,扩散迁移比较缓慢,且不被微生物降解,通过溶解、沉淀、凝聚、络合、吸附等过程后,容易形成不同的化学形态。当其在土壤中
土壤重金属污染及治理修复技术 摘要：由于冶炼、电镀、制革和电子等工业中三废的排放，以及各种金属矿山开采活动的增多，导致含有很多重金属的物质进入土壤，并由土壤间接进入周围的环境中，给周围环境造成很大的破坏，同时也在危害着人类的健康。本文重点讲述了土壤中重金属的存在形式和转移形式，并系统地介绍了传统的重金属污染修复技术和新型的重金属污染修复技术。 关键词：土壤;重金属污染;治理修复技术 1、土壤中的重金属存在形态和转移形式 重金属物质在土壤介质中的存在形态是衡量其对周围环境影响程度的关键指标，重金属在土壤中的主要存在形态有自由离子形态、可溶化合物形态、可交换离子形态、有机束缚形态或与其它离子形成氧化物硅酸盐氮化物等形态。一般情况下，可以通过重金属形态的探测和提取法将一些交换态和结合态的或者残渣态的金属络合物进行提取和分析，可用于这类技术方法提取的重金属有铅、镉、铜、锌等。[1]目前已知的重金属在土壤中有三种迁移方式，即由于植物对周围金属离子有吸附作用，重金属离子被移入植物体内，并随着食物链进入动物或人体内，也可能会随着植物的枯萎和腐朽再次回到土壤中。一些重金属物质以离子形式存在于地
下水和河流中，并随地下水和河流的四处流动而进行扩散，这就加重了对重金属污染进行治理的难度。最后一种方式就是重金属物质残留在土壤中，随着时间的推移慢慢氧化作用或者进行其他化学作用，在化学作用后与其他物质进行化合，最后将毒害作用减少。 2、传统的土壤重金属污染修复技术 2.1物理化学修复技术 物理化学修复过程即通过各种物理和化学手段从土壤 中除去或者分离含重金属的污染物，比如利用淋洗液将土壤中的固相重金属转移到土壤的液相中，再利用络合或者沉淀的方法使土壤富集，然后将富集液中含重金属的沉淀进行过滤并除去。在进行淋洗时，淋洗剂的选择是非常关键的问题。除此之外，可以用电动修复的方法，就是在固液相的土壤中插入电极，利用重金属导电性的原理，充分在电场的作用下引导并从土壤中移动出。然后进行筛选和过滤。也可以利用重金属与某些非金属阴离子在土壤中化合形成化合物的方法，在土壤中掺入适量的含有非金属阴离子的物质，使重金属阳离子和非金属阴离子不易分解的无害的化合物，或者可直接分离提取的化合物[2]。 2.2农业化学修复技术 农业化学修复技术就是采用大面积种植一些可以对重 金属物质进行有利吸收的农作物，从而利用植物自身的吸收
重金属污染土壤修复方案 小组成员： 一、修复目标 一定区域内植被覆盖率95%以上，蜈蚣草种植2亩、黑麦草种植2亩、向日葵种植3亩、本土植物3亩。 二、修复必要性 随着工业废水和城市垃圾的大量排放，污水的农业灌溉，土地的重金属污染已成为突出的环境问题。土壤的重金属污染不仅危害农作物的生产物，而且通过食物链危害人类的健康和生命。由于重金属对植物危害的表现常常现象不明显，土壤重金属污染的问题往往被人们所忽略，而且重金属在土壤中的污染过程具有隐蔽性、长期性和不可逆性等特点，治理也比较困难。 三、实施内容 根据区域内重金属污染区的地形地貌因子（地面坡度、覆土厚度、土层物质组成、灌溉条件）、土壤物理性质（容量、分散系数、初始入渗速度、孔隙度）、土壤化学性质（酸碱度、水溶性钙含量、氮磷钾含量）、生物因子（酶活性、微生物总量、呼吸强度）等指标判定影响区域土壤修复与植被恢复的主要限制性因子。并结合当地的气候条件及相关重金属污染土壤治理修复研究技术等相关资料确定总体思路。 四、方案具体实施调查 1、现状作采样工作图和标注采样点位图 针对示范区现状进行实地调查测量：确实示范区地形、地貌、面积、形状、地面坡度、覆土厚度、土层物质组成、灌溉条件、土壤物理性质、土壤化学性质、生物因子等指标。绘制示范区草图。 2、现状监测 环境质量现状监测采样点1个，共布设4个监测点位进行土壤环境质量现状监测。 3、采样器具准备 工具类：铁锹、铁铲、圆状取土钻、螺旋取土钻、竹片以及适合特殊采样要求的工具等。器材类、GPS、罗盘、照相机、卷尺、铝盒、样品袋、样品箱等。 文具类：样品标签、采样记录表、铅笔、资料夹等。 4 采样、土壤采样样品流转、运输中防损、样品交接、样品制备、制样工具及容器、制样程序、风干、细磨样品、样品分装、样品保存。 五、土壤分析测定 1、测定项目 镉、铅、砷、锌 2、样品处理
土壤重金属治理方法 摘要：土壤重金属污染问题是环境和土壤科学研究者关注的热点问题。根据历年来学者们对湖南省土壤重金属污染的相关研究报道,综述了土壤中重金属的污染现状、主要污染来源、分布和重金属治理的主要方法及相关性研究。并就存在的问题和今后的研究重点进行了分析研究。 关键词：重金属；土壤；污染 1引言 近20年来，长沙的土地利用、土地覆盖格局发生了前所未有的快速变化，给城市土壤带来了严重的环境污染问题。湖南省是有色金属大省，全省受重金属污染土地面积高达13 %。魏本杰等对湘江流域某冶炼厂周边土壤重金属污染情况研究表明，重金属污染物主要积累在土壤耕作层（0~30），下层土壤污染较轻[1]。 在各种污染因素中，重金属污染范围广、持续时间长，又不易在生物循环和能量交换中分解，受到有关专家们的广泛关注。湖南土壤重金属的早期污染可追溯至湖南工业初期的作坊，如电镀、化工、印染、皮革、搪瓷、制药、冶炼、仪表厂等，这些作坊对土壤环境造成潜在的重金属污染。随着改革开放与经济发展，这些企业的生产规模不断扩大，二三十年来的积累效应，显著增加了重金属在土壤中的含量。随着湖南各城市的都市化迅速发展，郊区乡镇工业兴起，加快了工业“三废”的排放、城市生活垃圾以及汽车尾气等，这些已经逐渐取代农药和污水灌溉，成为现在湖南土壤重金属污染的主要来源。本文主要阐述了土壤中重金属的污染现状和主要污染来源以及总结了相关土壤重金属处理方法。 2 重金属污染的治理和修复 按照重金属在土壤中的赋存形态不同和土壤的性质不同。重金属污染土壤的修复和治理方法可分为三大类：土壤农化调控法、工程物理化学法及生物修复法。 2.1 工程物理化学法 工程物理化学法是指通过机械法、物理化学法等手段治理土壤重金属污染的方法，在土壤重金属污染初期应用该方法效果较好。主要包括：客土法、淋洗沉淀法等。 2.1.1 客土法 客土法是以非污染土壤将污染土壤覆盖或以非污染土壤置换污染土壤，使污染土壤得到恢复的方法。此法治理效果显著，但是需要大量的人力与财力，同时恢复土壤结构和肥力所需时间较长，而且不能断绝二次污染的可能，仅适合小面积污染的治理。 2.1.2 淋洗沉淀法 淋洗沉淀法是用清水或酸性溶液冲洗被污染过的土壤，使重金属溶解或增加重金属的溶解性，然后经过络合或沉淀作用使重金属富集而去除的过程。清水冲洗可以降低土壤中重金属的浓度，在一定程度上减轻其危害性；另一方面，可以增强重金属在土壤中的溶解度，再冲洗，从而减轻重金属污染。 除此之外，热处理法、电动化学法、污染物固化也属于物理化学法。它们各有优缺点，应根据实际情况选用适当方法。 2.2 农业化学调控法 农业化学调控法指通过调节土壤pH、有机质、CEC、土壤水分等因索。从而改变土壤重金属的水溶性，降低或升高其生物有效性，消减重金属污染危害或净化土壤的方法。 2.2.1 土壤pH值调节 土壤液的pH值能显著影响重金属在土壤中的溶解度。当pH小于5 时，土壤中重金属的活性提高，生物有效性增大，尤其是部分碳酸盐结合态将变成水溶态。此时若用碱性物质中和，提高其pH，将大大增强土壤对重金属的吸附。据研究表明，施用石灰、矿渣等碱性
土壤重金属污染现状及其治理进展 发表时间：2019-05-21T11:17:27.280Z 来源：《防护工程》2019年第3期作者：韩立杰 [导读] 对工矿行业的排污情况加以控制，提升人们的环保意识，促进土壤污染的防治，进而恢复土壤健康，确保环境可持续发展。 摩天众创（天津）检测服务有限公司天津市 300300 摘要：土壤作为人类赖以生存的关键资源，在人类的生产生活中占据着至关重要的位置。然而，现阶段我国土壤重金属污染问题日渐严重，引起社会各界的广泛关注。毋庸置疑，土壤重金属污染一方面严重影响农作物的正常产量，另一方面对人类的身体健康造成了严重的威胁。因此，怎样合理治理土壤重金属污染问题成为当前重点研究的对象。本文针对现阶段我国土壤重金属污染现状加以分析，并提出相应的解决策略，希望能够保护我国土壤资源的良性发展。 关键词：土壤；重金属污染；污染现状；治理方法 1、何为重金属污染 重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染。重金属指比重大于 5 的金属，（一般指密度大于 4.5 克每立方厘米的金属），约有 45 种，如铜、铅、锌、铁、钴、镍、钒、铌、钽、钛、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等。尽管锰、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微量元素，但是大部分重金属如汞、铅、镉等并非生命活动所必须，而且所有重金属超过一定浓度都对人体有毒，汞，镉，铅，砷，铬称为“五毒”元素，含有汞、镉、铬、铅及砷等生物毒性显著的重金属元素及其化合物对环境的污染较大。 2 重金属污染的特点 2.1重金属污染的特点 重金属产生毒性的浓度范围较低；一般情况下，重金属不能被微生物降解，只能发生形态的转化；毒性与存在的形态和价态有关；重金属污染多为复合污染，来源较为复杂，常以无机和有机混合物的形式进入环境，同时含有多种金属，共同产生一定的协同作用或拮抗作用，对生物和生态系统产生影响；重金属通过食物链进行生物放大，进入人体，对人体产生慢性中毒。 2.2 重金属污染在土壤中的特点 在土壤环境中重金属污染特点可以分为两部分：一是土壤环境中重金属自身的特点，二是区别与水体和大气等介质中的特点。重金属在土壤中形态变换较为复杂，多为过渡元素，有着较多的价态变化，且随环境 Eh，pH 配位体[2]的不同呈现不同的价态、化合态和结合态，毒性与价态和化合物的种类有关，有机态比无机态的毒性大；重金属在土壤环境不易被察觉，不会降解和消除，迁移转化形式多样化，分布呈区域性；在生物体内积累和富集，在人体内呈慢性毒性过程。 3 土壤重金属污染的现状 根据相关调查研究表明，现阶段我国约有近 20% 的土地已经受到了严重的重金属污染，其总计面积约为 0.11 亿 km2，其将引起的后果不堪设想。不仅如此，我国农业粮食产量正在以每年一千万吨产量的速度持续锐减，遭受重金属污染的粮食产量达到了上千万吨，直接导致经济损失达到 200 亿余元。土壤重金属污染详细的表现如下： 3.1 土壤重金属污染呈现区域性分布 根据可靠数据调查表明，我国土壤重金属污染总体呈现区域性分布的现象。其中，我国的东、中、西部地区由于区域不同，污染程度存在一定的差异性，以中部地区污染较为严重，东部与西部地区的污染相对较弱。究其原因在于，中部地区的煤炭矿区与金属矿区较多，其开采过程中导致土壤受到重金属的污染。 3.2 以无机元素作为主要污染物 现阶段，就我国土壤污染现状来说，存在土壤点位超标的情况，主要以无机元素作为主要污染源，其中主要包括铅、铬、锌、砷、汞、镉、镍、铜等无机元素。其中，以镉元素超标点位最多。按照地区分布情况来说，污染物在地区间的分布仍然存在一定的差异性。如华南地区受到砷、汞等重金属污染较为严重；东北地区如吉林、辽宁等老工业基地，受到铬、砷、汞等重金属污染较为严重；西部地区如云南等地受到砷、汞、镉等金属污染物较为严重。 3.3 土壤重金属污染治理相对复杂 一旦土壤遭受重金属污染以后，是难以轻易降解的，而耕地如果遭受重金属污染，基本无法恢复。与此同时，由于土壤之中富含胶体，使重金属不断富集，长此以往，重金属污染会越发严重。随着人类的正常生产与生活等，耕地 PH 值会发生一定的变化，土壤中重金属含量会因化学反应使其价态与形态都受到不同的影响。除此之外，因土壤重金属污染是无法通过感官进行轻易识别的，因此重金属污染往往是长时间以后才被发现，这使土壤重金属污染治理难度不断加大。 4 土壤重金属污染的治理策略 4.1 采用工程法治理金属污染 所谓工程治理法，主要是指替换土壤、客土、深耕翻土等方法。在实际的土壤治理过程中，可以按照土壤的污染程度不同而选择不同的治理方法。对于轻度土壤污染来说，可以运用深耕翻土法；对于重度土壤污染来说，可以运用客土或者换土法。工程治理法是一种原始型的土壤重金属污染治理法，具备治理效果高、治理彻底等优势；缺点在于：破坏土质结构、治理成本高、治理工程量大、换土无法处理等， 使得土壤水肥严重失衡。 4.2 采用物理化学法治理金属污染 对于土壤重金属污染，采用的物理化学治理法有：热解修复、土壤淋洗、电动修复以及化学改良等。其中，电动修复技术是一种创新性的原位复原技术，主要是运用低功率电流在土壤中引导金属离子不断向电极运输，进而消除土壤重金属污染物。这一技术的优势有：治理成本低、技术原理简易；缺点在于：治理过程繁琐、土壤性质复杂，技术不成熟。而热解修复技术，主要是加热土壤，使土壤达到温度沸点后充分发挥气体，然后经过冷却处理隔离出土壤污染物。这种方法治理质量与处理效率较高，但是工艺繁琐，需要较高的处理成本。
精心整理 重金属污染土壤修复方案 小组成员： 一、修复目标 一定区域内植被覆盖率95%以上，蜈蚣草种植2亩、黑麦草种植2亩、向日葵种植3亩、本土植物3亩。 二、修复必要性 随着工业废水和城市垃圾的大量排放，污水的农业灌溉，土地的重金属污染已成为突出的环境问题。土壤的重金属污染不仅危害农作物的生产物，而且通过食物链危害人类的健康和生命。由于重金属对植物危害的表现常常现象不明显，土壤重金属污染的问题往往被人们所忽略，而且重金属在土壤中的污染过程具有隐蔽性、长期性和不可逆性等特点，治理也比较困难。 三、实施内容 根据区域内重金属污染区的地形地貌因子（地面坡度、覆土厚度、土层物质组成、灌溉条件）、土壤物理性质（容量、分散系数、初始入渗速度、孔隙度）、土壤化学性质（酸碱度、水溶性钙含量、氮磷钾含量）、生物因子（酶活性、微生物总量、呼吸强度）等指标判定影响区域土壤修复与植被恢复的主要限制性因子。并结合当地的气候条件及相关重金属污染土壤治理修复研究技术等相关资料确定总体思路。 四、方案具体实施调查 1、现状作采样工作图和标注采样点位图 针对示范区现状进行实地调查测量：确实示范区地形、地貌、面积、形状、地面坡度、覆土厚度、土层物质组成、灌溉条件、土壤物理性质、土壤化学性质、生物因子等指标。绘制示范区草图。 2、现状监测 根据初步调查结果将示范区划分为近乎等面积的四个区块，在每个区块中心布设土壤环境质量现状监测采样点1个，共布设4个监测点位进行土壤环境质量现状监测。 3、采样器具准备 工具类：铁锹、铁铲、圆状取土钻、螺旋取土钻、竹片以及适合特殊采样要求的工具等。
器材类、GPS、罗盘、照相机、卷尺、铝盒、样品袋、样品箱等。 文具类：样品标签、采样记录表、铅笔、资料夹等。 4、监测项目镉、砷、铅、锌 采样、土壤采样样品流转、运输中防损、样品交接、样品制备、制样工具及容器、制样程序、风干、细磨样品、样品分装、样品保存。 五、土壤分析测定 1、测定项目 镉、铅、砷、锌 2、样品处理 普通酸分解法 准确称取0.5g(准确到0.1mg以下都与此相同)风干土样于聚四氟乙烯坩埚中，用几滴水润湿后，加入10mLHClρ1.19g/ml于电热板上低温加热,蒸发至约剩5ml时加入15mLHNO3ρ1.42g/ml继续加热蒸至近粘稠状,加入10mlHFρ1.15g/ml并继续加热,为了达到良好的除硅效果应经常摇动坩埚。最后加入5mlHClO4ρ1.67g/ml并加热至白烟冒尽。对于含有机质较多的土样应在加入HClO4之后加盖消解，土壤分解物应呈白色或淡黄色(含铁较高的土壤)倾斜坩埚时呈不流动的粘稠状。用稀酸溶液冲洗内壁及坩埚盖，温热溶解残渣冷却后，定容至100ml或50ml最终体积依待测成分的含量而定。 3、分析方法 标准方法(即仲裁方法)按土壤环境质量标准中选配的分析方法 六、土壤环境质量 1、根据土壤应用功能和保护目标划分为三类 I类为主要适用于国家规定的自然保护区原有背景重金属含量高的除外、集中式生饮用水源地、茶园、牧场和其他保护地区的土壤土壤质量基本上保持自然背景水平。 Ⅱ类主要适用于一般农田、蔬菜地、茶园果园、牧场等到土壤土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染。 Ⅲ类主要适用于林地土壤及污染物容量较大的高背景值土壤和矿产附近等地的农田土壤蔬菜地除外。土壤质量基本上对植物和环境不造成危害和污染。 2、区块划分 特重污染区：采用淋洗法进行修复试验。
1 / 5 土壤重金属污染的危害 1.对植物的危害 土壤中的重金属会对植物产生一定的毒害作用，引起株高、主根长度、叶面积等一系列生理特征的改变，高浓度的重金属会引起植物体营养不足，酶的有效性降低。 2.对人体的危害 土壤尤其是表层土壤中的重金属极易进入人体，直接对人体健康造成威胁，会引起呼吸系统紊乱，免疫力降低，各器官一系列病变等。摄入过量的Ｃｄ，可引发以骨矿密度降低和骨折发生机率增加为特征的骨效应。Ｐｂ能导致人的生殖功能下降、机体免疫力降低出现头晕、头疼、记忆力减退和腹疼等一系列症状。 Ｃｒ能导致不同程度的皮肤和呼吸道系统病变，并且出现溃疡和炎症。长期吸入Ｎｉ可以引起鼻癌、肺癌，并且可以引起接触性皮炎、肺炎等病症。当金属Ｈｇ进入人体后，可与体内酶或蛋白质中许多带负电的基团如巯基等结合，使能量生成、蛋白质和核酸合成受到影响，从而影响细胞正常的功能和生长。人在Pb 中毒会出现高级神经机能障碍。严重中毒时，引起血管管壁抗力减低，发生动脉内膜炎、血管痉挛和小动脉硬化。 3.对土壤动物的危害 重金属污染对土壤动物群落和多样性构成危害，土壤动物群落的组成与数量随着污染的加重而减少，优势类群与常见类群的类明
显减少；重金属对土壤动物群落的多样性指数、均匀性指数、密度类群指数都有减少的趋势。 4.对土壤环境的危害 大多数重金属在土壤中相对稳定，一旦进入土壤，很难在生物物质循环和能量交换过程中分解，难以从土壤中迁出。从而对土壤的理化性质、土壤生物特性和微生物群落结构产生明显不良影响，影响土壤生态结构和功能的稳定。重金属复合污染影响了农田土壤生态系统的细菌丰富度，改变了土壤环境的优 2 / 5 势菌群，从而使农田土壤微生物群落结构多样化发生变化。土 壤重金属污染的防治措施 近年来，中国在三废处理、污灌控制、农药安全使用等方面取得了显著的成绩。随着人们环境意识和生活水平的不断提高，对土壤重金属污染和食品安全问题也更加关注。因此，各级政府和有关部门对土壤重金属污染问题应该予以高度重视。 4．1加强宣传、监督和管理工作 各级政府应加大对土壤污染的监督和管理力度，加强宣传教育工作，提高公众的环保和健康意识，以此来促进土壤环境保护工作的深入开展。建立和完善土壤污染防止、控制和治理的有关法规和政策措施。中国矿藏资源丰富，在矿山开采和冶炼时要规范管理，避免在开采和冶炼时造成土壤的污染。 4．2严格控制工业“三废”排放
土壤重金属污染常见治理方法 土壤重金属污染治理途径主要有两种，一是改变重金属在土壤中的存在状态，使其由活化态转为稳定态；二是从土壤中除去重金属。 常采用的物理及物理化学的方法是热解吸法、电化学法和提取法。对于挥发性重金属可用加热方法从土壤中解吸出来。若重金属渗透性不高且传导性差则用电化学法除去。提取法可利用试剂和土壤中的重金属作用，形成溶解性的重金属离子或金属试剂络合物，回收再利用。(二)工程物理化学法 工程物理化学法是利用物理、化学等方法治理重金属污染土壤的方法。在重金属污染的初期，由于污染较集中，这种方法较为普遍采用，主要方法有：客土法、冲洗络合法、电动化学法、热处理法、物理固化法等。对于污染重、面积小的土壤运用物理化学法具有治理效果明显、迅速的优点，但对于污染面积较大的土壤则需要消耗大量的人力与财力，而且容易导致土壤结构的破坏和土壤肥力的下降，因此对于大面积重金属污染地不宜采用这种方法。 热处理法是将污染土壤加热，使土壤中的挥发性污染物挥发并收集起来进行回收或处理；电解法是使土壤中重金属在电解、电迁移、电渗和电泳等的作用下在阳极或阴极被移走。（三）生物修复法 生物修复是指利用生物的新陈代谢活动减少土壤中重金属的浓度或使其形态发生改变，从而使污染的土壤环境能够部分或完全恢复到原始状态的过程。修复措施主要包括植物修复、微生物修复和动物修复等。因其具有效果好、投资省、费用低、易于管理与操作、不产生二次污染等优点，日益受到人们的重视，成为污染土壤修复研究及工程运用的热点。 1、植物修复措施 植物修复措施是以植物忍耐和超量积累某种或某些化学元素理论为基础，一些重金属污染区存在着对重金属具耐性的植物，这些植物通过排斥或在局部使重金属富集，使重金属在植株根部细胞壁沉淀而“束缚”其跨膜吸收，或与某些蛋白质、有机酸结合生成不具生物活性的解毒形式，从而提高了对重金属伤害的忍耐度。利用植物及其共存微生物体系清除环境中的污染物是一门新兴起的环境应用技术。植物治理措施的关键是寻找合适的超积累或耐重金属植物，超积累植物可吸收积累大量的重金属，但植物修复措施也有局限性，如超积累植物通常生物量低，生长缓慢，效果不显著。
浅谈重金属污染土壤修复方法 摘要：随着我国社会经济的不断发展，工农业的发展也取得十足的进步，而伴 随着工农业的发展，大量化学药剂的使用特别是重金属对土壤的污染问题也日益 突出。如不及时对土壤中重金属进行治理并对污染土壤进行修复，一方面将造成 土地资源的浪费，另一方面将导致人们生存环境的恶化。因此，在减少土壤污染 的前提下，如何对重金属污染的土壤进行修复是一个值得研究的方向。通过对土 壤的修复治理，减少环境污染，不仅可以改善人们生活环境而且会促进经济建设 的可持续发展。本文主要介绍几种现阶段比较实际的重金。 关键词：重金属污染、土壤修复、研究 概述：随着我国工农业的不断发展，现阶段重金属污染物种类不断的增加，污染源变得复杂且形式多样，增加了土壤修复工作的难度。 污染的土壤通过与大气以及水之间的交换将污染源传输给农作物，造成了人 与污染源的直接或者间接接触，将严重危害人的身体健康。通过不断研究，人们 已经认识到土壤中的重金属污染源存在一定的关联性，换句话说就是在土壤重金 属的污染源中，各重金属元属土壤修复方法，希望对从事相关工作人员有所帮助。 素之间是有关联性，并且污染作用是相互联系的。因此，掌握这种关联性并 影响其之间的相互作用可以有效减少其对土壤的污染，进而采取不同的方法修复 污染的土壤。 1 重金属污染土壤的修复技术 国内外用于修复污染土壤的方法很多，现阶段比较实际的修复方法有以下几种： 1.1添加化学改性剂 添加化学改性剂是为了可以有效的改变被污染土壤中重金属的存在状态和形态，使其固化或钝化，或使用物理修复等方法来稳定土壤中的重金属，并有效的 降低对植物和人类的毒性。 这种方法是采用向重金属污染的土壤中添加化学改性剂，并通过吸附，氧化 还原，对抗或沉淀重金属来改变土壤中重金属的存在，从而减少其迁移到深土壤 中和钝化后的地下水，降低其生物学效力。常用的化学改性剂包括石灰，碳酸钙，沸石，硅酸盐和磷酸盐，不同的改性剂对重金属有不同的作用机制。 石灰或碳酸钙的应用主要是提高土壤的pH值，并促进土壤中的水合物，碳 酸盐和其他合并的盐沉淀物的形成，如镉，铜，汞和锌。 当pH值高于6.5时，Hg会形成氢氧化物或碳酸盐沉淀，沸石是通过吸附， 离子交换等降低土壤中重金属生物有效性的碱土金属矿物。黄占斌指出，对铅镉 污染土壤来说，环境物质腐植酸对铅具有显着的固着作用，高分子材料SAP与材 料组合（腐殖酸，高分子材料SAP和沸石）对固定起着明显的作用。 1.2生物修复技术 生物修复技术是通过使用新型的重金属对被污染土壤中存在的一些原有重金 属的有效吸收，通过植物或动物的分解，以此来达到修复土壤的效果，被修复的 土壤还可以进行二次利用，同时被吸收的重金属还可以参与工业生产中的回收利 用生产中。 （1）植物修复。植物修复土壤法是利用植物对土壤中重金属污染物的吸收作用，对被污染土壤的一种有效的修复方法，在被污染的土壤上进行栽种植物，植 物在生长的过程中对土壤中的重金属元素有一定的吸附作用，通过植物的吸附和