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编译服务: 农业立体污染防治 编译者: 季雪婧 编译时间: Sep 9, 2019 点击量: 342

摘要:在众多的废物利用及处理方法中,土地利用是一种比较常见的方法,土壤中的重金属得到了人们的重点关注,重金属可能会随着动植物进入到食物链中,伴随着人们生活质量的不断提升,人们对自身健康提出了更高的要求,土壤污染也受到了人们的重视,污染修复技术被广泛运用到土壤修复治理中。生物修复技术主要借助土壤微生物及植物的力量来改善重金属的利用率,充分发挥有机改良剂的作用能够有效提升重金属污染土壤修复治理工作水平,有机改良剂分为很多种,其中的堆肥、污泥以及一些固体废物是比较常见的,能够提升土壤的自身肥力,还能降低土壤中重金属的利用率。下面本文主要针对有机改良剂在重金属污染土壤修复治理中的运用进行了探讨。

关键词:重金属;有机改良剂;生物利用率

在废物管理工作中,土地处理方式的重要性逐渐凸显出来,食物中的重金属主要来自于土壤中。土壤污染在人类健康及生态系统发展中起到了不可替代的作用,土壤修复治理工作也得到了人们的重点关注。土壤修复的方法通常是通过改善土壤条件以降低重金属的生物利用率。减少或消除有毒物质经人类活动进入土壤的传统方法主要包括土壤蒸汽提取、焚烧等,但这些传统方法均存在一定的风险。本文主要介绍了有机改良剂对重金属污染场地修复的潜在价值,简要概述土壤重金属、有机改良剂的来源以及重金属在土壤中的一系列反应。描述通过有机改良剂强化重金属生物修复的机制,针对重金属在土壤中的生物有效性进行了讨论。

1探讨土壤中重金属的主要来源

一般情况下,土壤系统中金属浓度直接受到自然环境的一ing想爱你过,由于重金属本身的溶解度较低,也不容易被植物吸收,因此土壤中生物受到的影响较小。人类活动给土壤带来的重金属具有很高的生物活性,如施加在农业土壤中的污泥、粪便等机改良剂是植物生长的必需品,也是土壤中金属物质的主要来源。污泥中受关注的重金属有Pb、Ni、Cd、Cr、Cu和Zn,它们主要来自于工业废水中的污染物。L.Gove等人报道,土壤中的污泥对Ni和Cr的总浓度影响不大,但对增大Cd、Cu、Pb和Zn的浓度有明显效果,污泥中这些元素有很高的活性。这些元素通常被固化在土壤中,但它们对土壤微生物群落是有毒的,且可以在动植物中积累。粪便亦被认为是重金属输入土壤的主要来源,粪便在土壤中的大量使用,导致重金属浓度升高。由于重金属主要通过粪便和尿液排出,粪便中的重金属的浓度主要取决于饮食中的的浓度。Li等指出,猪饲料铜浓度和粪便铜浓度呈显著相关性(R2=0.89,P<0.05),铜在猪粪和饲料中的浓度分别为6.86 mg/kg和395.19 mg/kg,猪粪中的Cu含量大于5倍猪饲料。同样,在猪和家禽中过度使用生长促进剂,可导致污水和粪便中Cu含量增加。

2探究有机改良剂的自身功效

2.1有机改良剂的钝化作用

有机改良剂具有较为明显的钝化作用,在重金属污染土壤修复治理过程中,使用有机改良剂能够提升重金属的钝化水平。例如,褚艳春等发现施加污泥堆肥能够增加土壤的表面电荷。然而,碱性稳定化污泥堆肥施如土壤后,由于在碱性条件下土壤有机质的溶解性增加,其电荷改变与施入量的增加不成比例。陈健等研究表明,黏土经污泥处理后,其p H和有机质的含量增加,且其重金属的有效性随时间的推移而降低。有机改良剂通过形成有机铜配合物增强对铜的钝化效果,将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),形成氢氧化镉沉淀,从而将其钝化。土壤经堆肥处理后,其质地、孔性等物理性质得到了改善。土壤结构特性改善后通过形成水稳团聚体阻止污染颗粒的转移。堆肥能够促进黑麦草和高羊茅的生长,并能降低Cd、Pb在其体内的含量。

同时,王忠强等人研究表明泥炭堆肥能降低土壤中Pb的生物利用率从而降低油菜地上部的Pb含量。

2.2有机改良剂的还原功效

在重金属物探土壤的修复治理工作中,有机改良剂的还原功效非常关键,能够给微生物提供所需的碳源,并促进重金属的还原。大量研究表明,施加畜禽粪便、作物秸秆等有机改良剂能够促进Cr、Se的还原。畜禽粪便和污泥等生物废料作为溶解性有机碳(DOC)的来源能提高土壤中有机碳DOC的含量,同时也能增加土壤有机质的溶解性从而提高DOC含量,溶解性有机质和天然有机质能改变水陆环境中Hg的存在形态和生物利用率。微生物在土壤还原反应中起主导作用。在有机物的代谢过程,通过酶促反应还原土壤中重金属。Cr(Ⅵ)在厌氧条件下被还原为Cr(Ⅲ),市政固废能增强微生物的活性,从而促进重金属的厌氧还原。

2.3有机改良剂的挥发功效

大部分的重金属都无法挥发掉,但是有部分重金属能够通过一些方式挥发出来,比如,微生物能够把Hg(Ⅱ)还原为气态Hg(0)挥发进入大气。As经微生物的甲基化作用形成挥发性化合物烷基砷,与五价砷相比,有更大的迁移性、生物利用率和毒性,但其毒性不如As(Ⅲ),在空气中能迅速被氧化和去甲基化。因此,生物挥发能对As污染土壤和水体提供有效的修复技术。同样,Se经过生物甲基化作用后,形成气态甲基化合物释放进入大气。微生物在还原和甲基化过程中起着至关重要的作用,有机化合物的加入能够提高重金属的挥发损失。例如Dhlillon等人发现施加有机改良剂能增强土壤中硒的挥发,如畜禽粪便、植物叶和农家肥能增加硒的挥发,从而明显减少玉米和豇豆的吸收。

3把有机改良剂运用到重金属污染土壤修复中的效果

针对有机改良剂在重金属污染土壤修复中的效果,不同的研究人员持有不同的看法,有一些研究人员认为,有机改良剂能够有效提升土壤的生产力。污泥和城市生活垃圾等有机改良剂能提供微量营养元素,并常有一定的p H缓冲能力。作物生长在有机废物(如污泥、城市生活垃圾和一些工业废料)的处理下,得到了改善。有机改良剂能促进植物生长,提高微生物活性,特别适用于处理酸性和低肥力土壤,同时也能提高对盐碱性和石灰性土壤的生产力。虽然大量研究表明有机副产物可作为重金属钝化的材料,但其在土壤中的使用仍受到质疑。一方面,有机改良剂(如污泥、粪便等)通常含有氮、磷、有机污染物和重金属等环境污染物;另一方面,随着时间的推移有机质降解,钝化的无机物会被再次活化,有机副产物固定重金属污染物的能力降低。研究表明,腐殖化程度影响有机废弃物的长期稳定性和对重金属的吸附能力。也有研究表明,污泥的施加能提高溶解性有机碳(DOC)的浓度,增强其与重金属的络合螯合作用,从而增强重金属的淋溶损失。因此,施加有机改良剂后生物的吸收量减少,但污染物质的淋溶仍是一个严重的问题。因此,有机改良剂对改善土壤理化性质,提高土壤生产力具有明显效果,但也存在潜在风险,使用时需要谨慎考虑。

结束语:伴随着我国污水处理技术水平的提升,动物饲料的利用率也得到了进一步提升,饲料中的重金属含量经过处理之后明显下降了很多,有机改良剂的出现及运用能够有效提升土壤修复治理效率。有机改良剂通过吸附、络合作用降低了重金属的生物利用率,从而减少其由通过植物吸收和淋溶带来的迁移。有机改良剂也能促进硒和汞还原,从而形成挥发性化合物从土壤中去除。世界各地重金属污染土壤不断增加,出现了一些高成本工程修复措施(如土壤淋洗、电动修复等),同时植物修复技术在田间试验中也得到了一定的成效。鉴于有机改良剂在当前重金属污染土壤修复上的广泛应用,以下领域应得到进一步的研究:第一,在有机改良剂化学动力学影响下,微生物群落的类型及微生物对土壤矿物有机质的作用机理;第二,深入研究有机改良剂与土壤组分之间的相互作用机理,提高有机改良剂的长期有效性;第三,从动力学角度研究有机改良剂在植物根际与重金属的生物化学效应。

 

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