耕地重金属污染修复与应用

耕地重金属污染修复与应用第一章耕地重金属污染及防治策略耕地重金属污染定义耕地是指种植农作物的土地，包括熟地、开发、复垦、整治地、休闲地（轮作、轮歇），临时种植药材、草皮、花卉、苗木等耕地，以及其他临时改变用途的耕地。重金属是指比重等于大于的金属，如铁、锰、锌等，砷是一种类金属，但由于其化学性质和环境行为与重金属多有相似之处，故也包含在重金属之内。耕地重金属污染是指由于污水灌溉、不合理施用农用物资等农业措施导致重金属在耕地土壤中过量积累而引起的土壤污染。不同土地利用类型土壤的点位污染情况《公报》

我国土壤污染严重省份（蓝色部分）1.2重金属元素来源及危害：

汞：含汞废水镉、铅：冶炼排放和汽车废气沉降砷：杀虫剂、杀菌剂、除草剂等过量重金属引起植物生理功能紊乱、营养失调镉、汞等在籽粒中富集系数高，即使超标，但不影响植物生长、发育和产量减弱和抑制土壤中硝化、氨化细菌的活动在土壤中移动性小、不易淋溶、不易降解，易通过食物链进入人体，危害极大耕地重金属污染现状2005.4-2013.13调查面积：630万平方千米调查区域：覆盖全部耕地、部分林地、草地、未利用地和建设用地2014年发布《全国土壤污染状况调查公报》：耕地总超标率：19.4%，其中轻微、轻度、重度和重度污染点位分别是13.7%、2.8%、1.8%和1.1%。主要污染物：镉、镍、砷、汞、铅、DDT、PAHs污染分布：南方大于北方，长三角、珠三角、东北老工业基地等污染突出，而这些地区是我国主要粮食产区。耕地重金属来源（可用于调查报告分析）自然因素：成土母质人为因素：1.大气沉降；2.污水灌溉；3.固体废弃物污染；4.农用物资使用耕地重金属污染治理难点

污染特性：形成复杂性、长期累积性、发生的隐蔽性、毒性缓效性、诊断的复杂性、恢复的长期性。1.法律法规缺失，难操作；2.监测水平滞后，调查精度不高；3.标准体系不健全，缺乏依据；4.成熟实用技术缺乏，工程化、产业化应用难；5.资金投入不足，治理难度大。耕地重金属防治策略1.加强源头管控，减少新增污染2.提升耕地质量，增加环境容量3.加快环境立法，加强重金属防控4.加强基础研究，提供技术支持5.制定评价标准，完善后评估环节6.建立补偿机制，提升民众参与度二、耕地重金属污染修复政策分析2009年之前，我国尚无专门针对重金属污染的政策法规。2008年以来一系列重金属污染事件发生。2009年，国家部委《重金属污染防治综合实施方案》2010年，建立重金属污染防治部际联席会议制度2011年，国务院批复《重金属污染综合防治“十二五”规划》2011年，国务院批准《湘江流域重金属污染治理实施方案》2011年，国务院印发《国家环境保护“十二五”规划》2014年，农业部、财政部批复同意《湖南重金属污染耕地修复及农作物种植结构调整试点2014年实施方案》2015年，国务院印发《关于推行环境污染第三方治理的意见》2015年，农业部制定《耕地质量保护与提升行动方案》2016年，国务院正式发布《土壤污染防治行动计划》（“土十条”）2016年，环保部公布《全国生态保护“十三五”规划纲要》政策未来发展方向目前我国关于土壤重金属污染防治的立法仍不健全，在很多关键问题上还有所缺失，这也是造成土壤修复产业一直不温不火的原因之一。1.完善法规体系（土壤污染防治法）2.明确责任主体3.健全管控体系（监测预防体系、污染举报制度、过程管理和监督、源头控制）三、耕地重金属污染修复技术耕地重金属修复技术方法物理修复：通过对土壤物理性质和物理过程的调节和控制，使污染物在土壤中分离，转化为低毒或无毒物质的过程。耕地土壤物理修复技术主要包括客土法、电热修复、电动修复。1.客土法2.电动修复：在电场的作用下，土壤中的重金属离子和无机离子以电渗透和电迁移的方式向电极运输，然后集中收集处理（国内停留在小试、中试阶段）。适用于低渗透的黏土和淤泥土。3.电热修复：利用高频电压产生电磁波，产生热能，对土壤进行加热。可以修复被汞和铯等重金属污染的土壤。化学修复：利用化学试剂降低重金属迁移性、生物可利用性。1.淋洗-提取法：常用试剂：EDTA、酸、弱酸盐、水、金属离子螯合剂。2.化学稳定化技术：吸附、沉淀、离子交换、腐殖化、氧化-还原等反应，固定有毒重金属或降低其生物有效性，阻止重金属向作物地上部迁移积累。常用稳定化药剂：黏土矿物、石灰、铁锰氧化物、磷肥类物质、硅素类物质等（修复效果的长期稳定性需要进行长期监控评估）3.氧化还原：常用还原剂：硫酸亚铁、硫代硫酸钠、亚硫酸氢钠、二氧化硫等生物修复1.植物修复：以植物忍耐和超积累某种或某些化学元素为理论基础，利用植物及其共存的微生物体系，清除污染物。我国发现的铜积累植物：海州香薷、鸭拓草；砷超积累植物：蜈蚣草、大叶井口边草；镉和锌超积累植物：伴矿景天、东南景天、龙葵2.微生物修复：土著或添加功能微生物，创造适宜条件，强化微生物代谢。方式：使用土著微生物进行自然生物修复、补充营养盐、电子受体、添加人工培养菌或基因工程菌等。3.动物修复：利用蚯蚓等低等动物和其体内的微生物，在污染土壤中生长、繁殖，然后对污染物进行转移和富集，最后集中处理这些动物。农业生态修复农艺措施：水分管理（土壤Eh对变价重金属元素的活动性有很大的影响，尤其是根际Eh，可以改变重金属的价态和存在形态，并影响重金属在土壤中的溶解度及植物根系对重金属的吸收）施肥调控（合理施用化肥、施用生物有机肥、）低积累品种替换（筛选重金属低积累作物品种和耐性作物品种）、调节土壤pH（加入石灰性物质，提高土壤pH，促进重金属生成碳酸盐、氢氧化物沉淀，降低土壤重金属的有效性；但是连续长期大量施用石灰，可能会引起土壤有机质分解过速、腐殖质不易积累、土壤结构破坏等）秸秆还田调整种植结构：如采用轮作休耕培肥地力、深耕措施、采用不进入食物链的植物进行调整微生物联合植物修复微生物联合植物修复可以分为以下两类，细菌联合植物修复和菌根真菌联合植物修复。细菌分泌的植物生长调节剂、螯合剂、抗生素等物质能够增强植物的环境适应能力，并且能够有效缓解土壤中重金属的毒性和供给植物营养物质，从而提高了植物的修复效率。耕地重金属修复技术存在的难点1.重金属污染复杂，单一技术修复难2.技术直接引用，缺乏风险评估：国外技术引用后缺乏对土壤土著生物的影响和生物多样性的威胁、农产品安全问题等研究3.标准体系缺失，效果评价困难4.技术缺乏系统研究，推广难与工业场地重金属污染相比，耕地重金属污染面积巨大，但主要以中轻度污染为主，其修复技术与方式的选择需要首先考虑农业生产方式和类型，其次兼顾有效性、经济性和推广性。修复技术的选择不仅要全面考虑技术的特点，同时还应考虑污染程度和修复周期、修复成本、修复目标、未来土地利用方式等一系列因素。四、耕地重金属污染修复行业市场分析我国耕地土壤修复市场处于起步阶段1.场地修复开展多年，耕地修复涉足较少2.耕地修复治理周期长，市场潜在需求大3.技术创新和产业化，将是核心竞争力4.龙头企业正在崛起，区域竞争格局初步形成5.耕地修复市场前景空间广阔我国土壤修复商业模式探索1.方案设计与工程实施分离2.EPC设计-采购-施工-试运行-业主验收5.第三方治理模式：推进环保设施建设和运营专业化、产业化，主要包括企业购买环境服务（把排污者的直接责任转化为间接的经济责任）和政府购买环境服务进一步思考（如何让土地增值？）：“土十条”明确了2020年前完成1000万亩受污染耕地的修复目标。实现该目标任重道远，耕地修复商业模式需尽快得到解决。通过引入社会资本进行耕地修复缓解政府财政压力当为现阶段解决耕地修复问题的主要方法。土壤修复公司可与地方政府合作成立农业合作社或农业公司，合作单位负责耕地修复及后续农作物开发种植工作，在修复后的耕地上种植经济价值较高的农作物获得收益。在耕地修复过程中也可根据实际情况对土壤进行改造提高农作物质量。目前，我国有土壤修复企业正在尝试在修复土壤中适当加入硒元素，生产富硒作物。关于耕地修复成本控制可考虑集中修复。通过土地流转，受污染耕地集中至具有资金实力的企业或个人，通过耕地集中修复降低修复成本。并且在修复受污染的耕地过程中国家应给予相应的财政补贴，从而降低修复成本，促进土壤修复行业的健康稳定发展。土壤修复基金来源的几点设想：1)对石油行业、无机化学行业等容易造成土壤污染的行业内的企业额外征收土壤污染防治税；2)对造成土壤污染的企业进行罚款计入土壤修复基金；3)计提土地出让金。政府从土地出让的收益中按照一定比例作为土壤修复专项费用，补充土壤修复基金；4)接受社会捐款，对积极承担社会责任的企业予以表彰。五、耕地土壤重金属污染修复工程案例1.湖南郴州砷污染修复项目规模：4亩污染程度：重度污染修复时间：5年承担单位：中科院地理所修复方案：蜈蚣草+田间管理（水肥管理、除草、冬季覆膜）修复效果：最初超标国标2~3倍，种植蜈蚣草一年后土壤砷含量下降10%；三年后下降至30~40%；五年将至安全范围。2.浙江路桥固废拆解污染项目规模：4140m2污染程度：镉、铜、铅超标，重度污染修复时间：3年承担单位：浙大环资院总投资：120万元修复方案：动植物-微生物联合修复动物：蚯蚓，每平方米2万条；植物：苋菜修复效果：达到农用地标准3.甘肃白银市城郊东大沟流域耕地重金属污染修复项目项目规模：65亩污染程度：镉、铜、铅重度污染修复时间：1年5个月承担单位：凯天+珠海中科信息技术开发公司总投资：1100万修复方案：化学淋洗-化学固定-生物质改性耦合方法修复27亩；化学淋洗-土壤改良方法修复38亩；同时切断污水灌溉来源修复效果：第六章耕地重金属修复行业发展前景1.行业产业化影响因素国内目前对耕地修复技术的储备和应用工程案例的积累非常有限，所谓的耕地土壤修复示范项目普遍存在着过程不公开、技术部披露、成本不清晰等诸多问题，借鉴和推广的意义不大。

对于修复企业来说缺乏一下三个方面的导向指标：（1）修复示范案例：中国耕地重金属面积大，牵扯大量农户，操作起来复杂，没有涉及到如果大面积污染的修复示范案例可供参考。（2）商业模式2.产业展望对于耕地重金属污染治理，管理部门应该制定一套体系：对于污染严重的要进行种植结构调整的污染耕地，要有配套的技术和市场开发。对于重度污染耕地，通过修复剂或低积累品种等途径治理和利用，应该考虑修复和治理的技术安全性，不要只关注短期效益，忽略潜在风险，更加针对性治理。对于轻度污染耕地，关键是周围污染物的源头控制，防治污染程度加剧，同时也要控制农业措施带入的重金属，比如一些保护地、耕地中肥料、农药的大量投入。修复企业情况：在工程治理与修复市场方面，缺少正在有效的技术储备及行业规范，技术治理火修复公司出现不少，但真正有技术、有责任、有能力的不多；治理工程项目前期调研不足，影响项目实施质量；治理目标不明确，实施内容与治理目标关联性差；项目实施周期普遍过短；技术路线模糊，示范或推广性、可复制性差；治理工程的实效与时效关注度不够，后评估少。3.未来工作重点（1）分区、分类（耕地污染类型）、分级（污染程度）制定耕地土壤重金属污染治理战略思路、技术路线，建立土壤污染管理和防治技术支撑体系，编制修复技术指南，制定污染土壤的修复技术、治理目标，开展环境风险与治理效益后评估等。（2）在全国分区域分类型建立规模化治理重金属污染耕地示范区。