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1、土壤重金属污染修复第1页，本讲稿共30页主要内容土壤重金属污染的现状土壤重金属污染的来源、特点及危害土壤重金属污染的修复技术展望第2页，本讲稿共30页1 1、现状、现状土壤重金属污染是指比重大于土壤重金属污染是指比重大于5 5的金属或其化合物在土壤环境中所造成的的金属或其化合物在土壤环境中所造成的污染。污染。目前，全世界平均每年排放目前，全世界平均每年排放HgHg约约1.51.5万万t,Cu340t,Cu340万万t,Pb500t,Pb500万万t,t,Mn1500Mn1500万万t,Ni100t,Ni100万万t t。据农业部的调查结果，目前我国污水灌区面积约。据农业部的调查结果，目前我国污
2、水灌区面积约140140万万hmhm2 2，遭受重金属污染的土地面积占污灌总面积的，遭受重金属污染的土地面积占污灌总面积的64.8%64.8%。其中，轻度污染面积。其中，轻度污染面积占占46.7%46.7%，中度污染面积占，中度污染面积占9.7%9.7%，严重污染面积占，严重污染面积占8.4%8.4%，并且以汞和镉的污，并且以汞和镉的污染面积最大，部分地区的重金属污染已经相当严重。染面积最大，部分地区的重金属污染已经相当严重。第3页，本讲稿共30页污染的土壤污染的土壤工业污染源工业污染源农业污染源农业污染源生活污染源生活污染源 图图1 土壤中重金属污染来源土壤中重金属污染来源 自然污染源自然污
3、染源2.1 土壤中重金属主要来源于以下几个方面：土壤中重金属主要来源于以下几个方面：交通污染源交通污染源第4页，本讲稿共30页生活中的重金属这么漂亮的嘴唇暗藏杀机电脑的蓄电池，线路板日光灯中充着汞蒸气第5页，本讲稿共30页2.2 2.2 土壤重金属污染特点土壤重金属污染特点 土壤重金属污染特点累积性不可逆性难治理性隐蔽性和滞后性第6页，本讲稿共30页重金属污染的危害第7页，本讲稿共30页骨痛病第8页，本讲稿共30页 3、土壤重金属污染修复方法工程措施物理化学修复生物修复农业生态修复第9页，本讲稿共30页3.1 3.1 工程措施工程措施 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
4、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10页，本讲稿共30页3.2 3.2 物理化学修复物理化学修复A A 电动修复电动修复 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 钱署强等建立了土壤电修复试验装置，并以Cu2+为模拟污染物进行试验研究，以柠檬酸为清洗液，在适宜的操作条件下，土壤中Cu2+的去除率可达89.9%。第11页，本讲稿共30页B B 电热电热修复修复 污染土壤高频电压产生电磁波热能对土壤加热污
5、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12页，本讲稿共30页C C 土壤淋洗土壤淋洗 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13页，本讲稿共30页D D 化学修复化学修复 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例石灰就是一种很好的改良剂。在施用石灰之后，土壤pH升高，土壤中镉,锌转变为植物不易吸收的形态，从而减少作物对镉,锌的吸收。而在重金属污染的土壤上施用有机肥，肥料中的胡敏酸和胡敏素能使污染土壤的重金属离子发生络合作用形成难溶的络合物，重金属离子的生物有效性也因此降低。第14页，本讲稿共30页3.3 3.3 生
6、物修复生物修复 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、微生物修复技术和动物修复技术三种方法。第15页，本讲稿共30页3.3.1 3.3.1 植物修复技植物修复技术术 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。植物提取植物提取 即利用重金属超积累植物超积累植物(hyperaccumulators)(hyperaccumulators)从土壤中吸取金属污染物，随后收割地上部并进行集中处理，连续种植该
7、植物，达到降低或去除土壤重金属污染的目的。第16页，本讲稿共30页植物植物挥发挥发 其机理是利用植物根系吸收金属，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HgHg和SeSe。植物植物稳稳定定 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17页，本讲稿共30页常用的修复植物商陆能富集镉香雪球能富集镍水葫芦能在水中吸收多种重金属第18页，本讲稿共30页重金属重金属Zn/CdZn/Cd超超积积累植物十字花科的天累植物十字花科的天蓝蓝遏遏蓝蓝菜菜 铜草铜草 （海洲香薷）（海洲香薷）第19页，本讲稿共30页 微生物在
8、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。3.3.2 3.3.2 微生物修复技微生物修复技术术第20页，本讲稿共30页微生物修复的三种形式一是投菌法，通过微生物对污染物的降解和代谢达到去除污染物的目的;二是生物吸食法，主要采用当地微生物或培养后具有特异功能的菌株降解污染物；三是生物通气法，结合了蒸气浸提技术的优点，将空气和营养物质添加到污染土壤中以达到给微生物提供氧气和营养物质的目的，促使微生物繁殖，进而达到修复的目的。第21页，本讲稿共30页用于
9、修复的微生物 淡紫拟青霉淡紫拟青霉 链格孢霉链格孢霉第22页，本讲稿共30页3.3.2 3.3.2 动动物修复技物修复技术术动物修复技术是利用土壤中某些低等动物(如蚯蚓,鼠类等)能吸收土壤中的重金属，从而在一定程度上降低污染土壤中重金属的含量，但低等动物吸收重金属后可能会通过再次释放到土壤中而造成二次污染。有研究表明：饲养在牛粪和生活垃圾中的蚯蚓对Se和Cu元素的富集能力很强，其最高富集Se和Cu量分别为332.5 mg/kg和1376.0mg/kg。第23页，本讲稿共30页3.4 3.4 农业生态修复农业生态修复农业生态修复指采用一些因地制宜的改变耕作管理制度以减轻重金属危害，在污染土壤上种
10、植不进入食物链的植物，减轻污染危害。第24页，本讲稿共30页通过以下措施实现农业生态修复。控制土壤水分，调节其氧化还原电位，达到降低重金属污染的目的。在不影响供肥的情况下，选择最能降低土壤重金属污染的化肥，利用有机肥能够固定土壤中多种重金属以降低污染的措施。选择抗污染的植物和不在重金属污染的土壤上种植进入食物链的植物。第25页，本讲稿共30页4 4 土壤重金属污染修复技术研究展望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
11、。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26页，本讲稿共30页4.1 4.1 超累超累积积植物植物筛选筛选与培育与培育 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
12、临界值（表1）。元素CdNiPbCuZnMn临界值1001000100010001000010000表表1 超积累植物重金属含量临界值超积累植物重金属含量临界值 mg/kgmg/kg-1-1 第27页，本讲稿共30页4.2 4.2 转基因植物转基因植物(Transgenic plants)(Transgenic plants)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28页，本讲稿共30页3.4 3.4 生物修复综合技术的研究生物修复综合技术的研究 重金属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，辅以物理化学、微生物及农业生态措施，增加重金属的生物有效性，促进植物的生长和吸收，从而提高植物修复的综合效率。因此，生物修复综合技术将是今后重金属污染土壤修复技术的主要研究方向。第29页，本讲稿共30页 谢谢 谢！谢！第30页，本讲稿共30页