镉污染农田修复方案

1、镉污染农田修复方案实验背景随着社会经济的迅速发展，我国对土地的利用强度呈现逐年递增的态势，由此引起的土壤污染问题也越来越突出和严重。中国土壤环境质量总体不容乐观，受污染的耕地约有1.5亿亩，占我国耕地总量的8.3%。土壤污染会直接导致土壤的组成和理化性质发生变化，破坏土壤的正常功能，最终影响到农作物的生长和质量，造成农产品的污染和减产，导致严重的经济损失。土壤重金属污染因其污染的隐蔽性、长期性和不可逆性而备受世界的关注，它不仅退化土壤肥力、降低作物产量和品质，而且引发水资源的污染，并通过食物链危害人类的生命和健康。镉是人体非必需元素，主要在自然界中常以化合物状态存在，一般含量很低，正常环境状态

2、下，不会影响人体健康。可随着采矿、冶炼精炼和电镀工业的不断发展，大量的含镉废水排入河流而造成镉的污染。当环境受到镉污染后，镉可在生物体内富集，通过食物链进入人体引起慢性中毒。镉被人体吸收后，在体内形成镉硫蛋白，选择性地蓄积肝、肾中。从而影响肝、肾器官中酶系统的正常功能，使骨骼的生长代谢受阻碍，从而造成骨骼疏松、萎缩、变形等。研究目标拟定污染农田的情况30平方公里，假设受污染土壤的密度为1.3Mm3且重金属污染主要集中发生位于根际20cm土壤处、土壤中镉含量为1.72mg/kg（根据GB156181995国家土壤环境质量标准镉超标约为4.7倍）属于轻度污染。拟定农田中的镉污染来源生产投入品污染农

3、药、肥料、覆膜等生产投入品所含污染物质进入土壤，可造成土壤镉污染。如因磷肥中镉含量较高（磷俊含镉7.5-156mg/kg,过磷酸钙含镉84-144mg/kg,普通过磷酸钙含镉9.5mg/kg,重过磷酸钙含镉24.5mg/kg）,大量施用磷肥，促使土壤镉含量提高。污灌生活污水以及养殖废水中含有作物可以吸收利用的N、P、K、cu、zn等多种营养元素，经适当处理后作为灌溉的替代性水源，已成为缓解农业水资源紧缺的重要途径，但同时污水中也含有重金属、非金属、有毒物质和无机盐类等物质，长期的污灌使得拟定地区农田中镉含量升高。修复目标通过合适的治理手段有针对性的缓解或去除土壤中的镉污染研究方法针对研究区域的

4、地理位置、功能区、生态环境破坏情况、水文条件、气候条件等因素进行了解，通过咨询当地的政府机构、污染农田周边调查、群众问卷调查等方式了解当地的镉污染来源。结合研究区域的土壤地形选择合理的采样方法进行土壤采样。在实验室对采回的土样进行分析并制定修复方案。镉污染农田修复技术选择重金属污染场地土壤修复技术土壤混合/稀释技术(1)技术原理：土壤混合/稀释技术是指用清洁土壤取代或者部分取代污染土壤，覆盖在土壤表层或者混匀，使污染物浓度降低到临界危害浓度以下的一种修复技术。通过混合和稀释，减少污染物与植物根系的接触，并减少污染物进入食物链。(2)技术特点：土壤混合/稀释修复技术可以是单一的修复技术，也可以作

5、为其他修复技术的一部分，如固定化稳定化、氧化还原等。(3)适用范围：土壤中的污染物不具危险特性，且含量不高(一般不超过修复目标值的2倍)。该技术适合于土壤渗流区，即土壤含水量较低的土壤，当土壤含水量较高时，混合不均匀会影响混合效果。填埋法(LandfillCap)(1)技术原理：填埋法是将污染土壤进行掩埋覆盖，采用防渗、封顶等配套设施防止污染物扩散的处理方法。填埋法不能降低土壤中污染物本身的毒性和体积，但可以降低污染物在地表的暴露及其迁移性。(2)技术特点：填埋法是修复技术中最常用的技术之一。通常干旱气候条件要求填埋系统简单一些，湿润气候条件可以设计比较复杂的填埋系统。填埋法的费用通常少于其他

6、技术。(3)适用范围：在填埋场合适的情况下，可以用来临时存放或者最终处置各类污染土壤。该技术通常适用于地下水位之上的污染土壤。固化稳定化技术(Solidi6cation/Stabilization)(1)技术原理：固化稳定化技术是指将污染土壤与黏结剂混合形成凝固体而达到物理封锁(如降低孔隙率等)或发生化学反应形成固体沉淀物(如形成氢氧化物或硫化物沉淀等)，从而达到降低污染物迁移性和活性的目的。(2)技术特点：固定化/稳定化方法可单独使用，也可与其他处理和处置方法结合使用。在众多重金属修复技术中，稳定化技术具有花费少、环境损失小、占地面小、修复后土地可规划利用率高、适用范围广等优势。(3)适用范

7、围：固化稳定化技术适用性较强，原位异位均可使用。该技术主要应用于处理无机物污染的土壤，被广泛应用于Pb,cd等重金属污染场地的治理中，并取得了显著成效微生物降解(Bioremediation)(1)技术原理：微生物降解是利用原有或接种微生物(即真菌、细菌其他微生物)降解(代谢)土壤中污染物，并将污染物质转化为无害的末端产品的过程。可通过添加营养物、氧气和其它添加物增强生物降解的效果。(2)技术特点：微生物降解技术一般不破坏植物生长所需要的土壤环境，污染物的降解较为完全，具有操作简便、费用低、效果好、易于就地处理等优点。生物降解在低温下进程缓慢，修复时间长，通常需要几年。(3)适用范围：对能量的

8、消耗较低，可以修复面积较大的污染场地。高浓度重金属可能对微生物有毒。不能降解所有进入环境的污染物，特定微生物只降解特定污染物，受各种环境因素的影响较大，污染物浓度太低不适用，低渗透土壤可能不适用。植物修复技术(Phytoremediation)(1)技术原理：植物修复主要是利用特定植物的吸收、转化、清除或降解土壤中的污染物，从而实现土壤净化、生态效应恢复的治理技术。(2)技术特点：植物修复技术与物理和化学修复技术相比，具有成本低、效率高、无二次污染、不破坏植物生长所需的土壤环境等特点，非常易于就地处理污染物，操作方便。因此植物修复多只用于低污染水平的区域。污染深度不能超过植物根之所及。较之其他

9、修复技术，具有良好的美学效果和较低的操作成本，比较适合与其他技术结合使用。(3)适用范围：植物修复对于特定重金属具有较好的效果和应用，目前植物修复大多只能针对一种或两种重金属进行累积，对于几种重金属的复合污染的处理效果一般。植物对铜蓄积能力较强的绿化乔木为榆叶梅、垂柳、旱柳和银杏等，对铜蓄积能力较强的绿化灌木为大叶女贞、小叶女贞和紫叶小集等本技术一般仅适用于浅层污染的土壤。电动力学修复技术(ElectrokineticSeparation)(1)技术原理：电动力学修复技术利用插入土壤中的两个电极在污染土壤两端加上低压直流电场，在电化学和电动力学的复合作用下，水溶的或吸附在土壤颗粒表层的污染物根

10、据所带电荷的不同向正负电极移动，使污染在电极附近富集或被回收利用，从而达到清洁土壤的目的。(2)技术特点：电动力学修复技术具有较多优点，对现有景观和建筑的影响较小，污染土壤本身的结构不会遭到破坏，处理过程不需要引人新的物质，原位异位均可使用。土壤含水量、污染物的溶解性和脱附能力对处理效果有较大影响，因此使用过程中需要电导性的孔隙流体来活化污染物。(3)适用范围：可高效处理重金属污染(包括铭、汞、镉、铅、锌、钮、铜、锲等)，去除率可达90%。目标污染物与背景值相差较大时处理效率较高。可用于水力传导性较低或黏土含量较高的土壤。电动力学修复技术去除土壤中的重金属污染物如汞污染物，需要一些强化措施，提

11、高重金属的迁移效率，从而提高电动力学修复效果。玻璃化(Vitri6cation)(1)技术原理：玻璃化是指利用等离子体、电流或其他热源在16002000c的高温下熔化土壤及其污染物，使污染物在此高温下被热解或蒸发而去除，产生的水汽和热解产物收集后由尾气处理系统进行进一步处理后排放。熔化的污染土壤冷却后形成化学惰性的、非扩散的整块坚硬玻璃体，有害无机离子得到固定化。(2)技术特点：玻璃化是一种较为实用的短期技术，加热过程土壤和淤泥中的有机物含量要超过5%10%(质量比)。该技术可用于破坏、去除受污染土壤、污泥、其他土质物质、废物和残骸，以实现永久破坏、去除和固定化有害和放射性污染的目的。(3)适

12、用范围：可处理大部分重金属和放射性元素。砾石含量大于20%会对处理效率产生影响。低于地下水位的污染修复需要采取措施防止地下水反灌。制度控制措施(InstitutionalContmls)(1)技术原理：制度控制措施是指地方政府或环保部门通过法律或者行政手段来限制人体和生态要素在污染场地中的暴露，必要时对场地内的土壤进行定期监测，以保证修复工程的顺利完成和实现潜在污染暴露最小化的方法。(2)技术特点：制度控制措施在国外应用较多，且大都有相关法律条文进行规定，在执行过程中作为强制性措施由政府部门进行监控。考虑到我国国情，建议应在政府或环保部门的监督下，采用通知、颁布条例、宣传等方法，对民众进行告知

13、，保护受体远离污染场地。同时，在场地土壤存在风险时，宜由政府或环保部门委托相关部门对污染土壤进行监钢，控制风险，降低人群和生态环境在污染物中的暴露。适度采取制度控制措施，既可以保护人体健康和生态要素，又可以降低成本。(3)适用范围：一般适用于污染物超过修复标准，但可以通过控制人类活动降低污染物暴露风险的场地。修复方案目前，理论和技术上可行的修复技术主要有物理修复、化学修复、生物修复污染场地土壤修技术的选择须结合具体环境情况以及治理技术、资金情况来考虑最终得到最佳的治理方案。筛选评估指标体系如图所示。环境指标技术指标修复技术筛选评估指标体系社会认可情况经济指标投入成本资源负担爱时间二次污染技木成

14、熟度可操作性社会认可度考虑到农田镉污染地区范围较广，修复过程中不宜对土壤造成二次污染，需要尽可能不破环植物生长所需的土壤环境，且已发现能对重金属镉进行富集的植物。因此选择植物修复技术对镉污染土壤进行修复以达到对镉污染农田的修复的目的。对于还未产生的污染，政府加强对相关排污企业的监管，让企业严格按照排污标准进行排污，高污染低效率企业应及时整改或淘汰，加大环保宣传提高公民的环保意识。针对农田污灌地区土壤重金属镉污染，可以利用超富集植物伴矿景天进行修复。研究表明修复植物伴矿景天茎叶中Cd的含量均值达到8.80m”kg,约为玉米茎叶的58倍，芹菜茎叶的135倍；土壤一植物系统中Cd的迁移量由高到低的顺

15、序为：伴矿景天玉米芹菜。具有多年生、生物量大、生长速率快等优点，是进行重金属修复的良好资源。因此选择伴矿景天进行农田修复。先根据具体情况对农田进行一定的处理，确保伴矿景天能够较好的生长。伴矿景天采取10株/m3的方式进行杆插并结合天气情况给伴矿景天浇水，1年间4次收获的伴矿景天。污染土壤修复效果评定：敏感植物、动物监测法以及土壤微生物法、生物标记法都可作为土壤污染修复效果的指标。根据以这几种方法结合实际情况选择一种或多种方法对修复后的农田进行评价。植物毒性评定法利用植物的生长状况监测土壤污染，是从植物生态学角度评定污染土壤修复效果的重要方法。植物毒性评定法包括植物受害状况评定法、植物体内污染物

16、含量评定法、藻类毒性评定法3种“习。植物受害状况评定主要是通过肉眼观察植物体受污染影响后发生的形态变化；植物体内污染物含量评定主要是通过分析修复后土壤中生长的植物体内污染物的含量来判断污染土壤的修复效果；藻类毒性评定主要是利用藻类作为水生生态系统污染诊断的指示生物，通过适当改进用于评定污染土壤的修复效果。陆生无脊椎动物评定法以不同陆生无脊椎动物毒理试验评价土壤修复状况，是将对土壤污染具有敏感指示作用的物种作为指示动物，将它们暴露于土壤污染物中，以适当的试验系统准确地、精确地记录污染土壤对栖息动物危害与风险，从而达到对土壤修复状况（污染或清洁）的指示作用。用陆生无脊椎动物对修复后的土壤进行评定，

17、不仅是使用存活率的测定，也包括生长、繁殖、动物群落构成等重要参数的分析。土壤微生物评定法土壤中微生物种类繁多、数量庞大，微生物在土壤功能及重要土壤过程中直接或间接地起重要作用，包括对动植物残体的分解、养分的贮藏转化、水分入渗、气体交换、土壤结构的形成与稳定、有机物的合成及异源生物的降解等。当土壤污染后，污染物可对土壤微生物产生不同影响。因此，微生物学参数可作为评定污染土壤修复效果的指标。生物标记评定法生物标记物可以通过体液、组织或整体生物体来表征对一种或多种化学污染物的暴露或其效应的生化、细胞、生理、行为或能量上的变化，是衡量环境污染物暴露及效应的生物反应。它能同时指示母体污染物与代谢产物的暴