求一環(huán)境污染論文

【專家解說(shuō)】：1923 年開(kāi)始在汽油中加入鉛用作抗爆劑以后, 更加速了全球性鉛的污染。因此可以說(shuō)如今世界 上已難找到土壤鉛含量不受人類活動(dòng)影響的一片“凈土”。Kabata - Pendias 和Rendias[5 ]報(bào)道在靠 近公路的某一塊土壤鉛含量高達(dá)7000μg/ g。潘如圭等[6 ]研究了汽車尾氣中鉛對(duì)公路兩側(cè)蔬菜的 污染情況。試驗(yàn)結(jié)果表明: 在公路兩側(cè)200 m 范圍內(nèi)生長(zhǎng)的蔬菜均受到汽車尾氣中鉛的污染。管 建國(guó)[7 ]等研究了在金屬冶煉廠周圍和公路兩側(cè)200 m 范圍內(nèi)蔬菜的受污染情況, 發(fā)現(xiàn)所調(diào)查的普 通葉菜的鉛含量均超過(guò)國(guó)家食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。彭珊珊等[8 ]對(duì)我國(guó)一些常用茶中Pb 進(jìn)行了測(cè)定, 結(jié) 果表明茶葉中的鉛超過(guò)一般標(biāo)準(zhǔn), 應(yīng)引起重視。 土壤中的鉛大部分形成PbS , 少部分形成PbCO3 、PbSO4 和PbCrO4 等無(wú)機(jī)化合物, 或與有機(jī) 物螯合。鉛的無(wú)機(jī)化合物大多難以溶解, 而且因受到下列因素影響, 鉛在土壤中的遷移能力也很 弱: (1) 土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)鉛的絡(luò)合作用。土壤有機(jī)質(zhì)的-SH , -NH2 基因能與鉛離子形成穩(wěn)定的 絡(luò)合物。(2) 土壤粘土礦物對(duì)鉛的吸附作用。粘土礦物的陽(yáng)離子交換位點(diǎn)可對(duì)鉛離子進(jìn)行交換性 吸附。另外, 鉛離子進(jìn)入水合氧化物的配位殼, 直接通過(guò)共價(jià)鍵或配位鍵結(jié)合于固體表面。由于 鉛在土壤中遷移能力弱, 而且溶解度低, 因而人為因素造成的鉛污染大多停留在土壤表層, 隨土 壤深度的增加其含量急劇降低, 20 cm 以下趨于自然水平。 進(jìn)入土壤中的鉛有可能被植物吸收, 或溶解到地表水中, 通過(guò)食物鏈和飲用水進(jìn)入動(dòng)物和人 體, 進(jìn)而影響人類健康。近年來(lái)的研究發(fā)現(xiàn), 鉛對(duì)人類健康的影響具有不可逆性和遠(yuǎn)期效應(yīng)[9 ] 。 Page[2 ]等研究表明, 人體血鉛與土壤鉛含量存在一定關(guān)系: 0112 (Pb - B , μg/ 100mg) = ln (Pb - S ,μg/ g) - 4185 這一關(guān)系式僅說(shuō)明了某一地區(qū)的特殊情況, 并無(wú)廣泛適用價(jià)值, 但它足以表明土壤鉛含量與 人體健康有直接關(guān)系。 2 鉛污染土壤的修復(fù)技術(shù) 由于鉛對(duì)人體具有很強(qiáng)的毒性, 近年來(lái)對(duì)鉛污染土壤的修復(fù)引起了人們的普遍關(guān)注。鉛污染 土壤的修復(fù)技術(shù)可以分為兩大類: 物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)和生物修復(fù)技術(shù)。物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)又可分 為隔離包埋技術(shù)、固化穩(wěn)定技術(shù)、Pyrometallurgical Separation 、化學(xué)穩(wěn)定技術(shù)和電動(dòng)修復(fù)技術(shù)等。 生物修復(fù)技術(shù)又可分為微生物修復(fù)技術(shù)和植物修復(fù)技術(shù)等。 211 隔離包埋技術(shù)(isolation and containment) 該法采用物理方法將鉛污染土壤與其周圍環(huán)境隔離開(kāi)來(lái), 減少鉛對(duì)周圍環(huán)境的污染或增加鉛 的土壤環(huán)境容量。具體措施為: 以鋼鐵、水泥、皂土或灰漿等材料, 在污染土壤四周修建隔離 墻, 并防止污染地區(qū)的地下水流到周圍地區(qū)。其中以水泥最為便宜, 應(yīng)用也最為普遍。為減少地 表水的下滲, 還可以在污染土壤上覆蓋一層合成膜, 或在污染土壤下面鋪一層水泥和石塊混合 層。 212 固化穩(wěn)定技術(shù)(solidification and stabilization) 固化穩(wěn)定技術(shù)包括兩個(gè)方面: 采用化學(xué)方法降低鉛在土壤中的可溶性和可提取性, 同時(shí)采用 物理方法將污染土壤包埋在一個(gè)堅(jiān)固基質(zhì)中。Wheeler 報(bào)道[10 ]將水泥、爐渣和石灰混合物加入污 染土壤中, 攪拌均勻凝固之后, 形成一個(gè)大石塊, 將污染土壤包埋在其中。也有人采用電導(dǎo)產(chǎn)熱 原理給土壤加熱升溫, 當(dāng)土壤冷卻后, 土壤凝固成玻璃樣塊狀結(jié)構(gòu), 稱之為玻璃化。該方法包括 三個(gè)具體步驟: (1) 在土壤兩端插上電極電流通過(guò)土壤形成環(huán)路, 土壤溫度上升并熔化。(2) 在 自然冷卻過(guò)程中, 土壤凝固形成玻璃樣土塊。(3) 在土塊上覆蓋一層干凈土壤。這一技術(shù)已經(jīng)實(shí) 際應(yīng)用于鉛污染土壤的修復(fù)。 ·13 · 廣東微量元素科學(xué) 2001 年 GUANGDONG WEILIANG YUANSU KEXUE 第8 卷第9 期 © 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 213 Pyrometallurgical Separation 在一定溫度下, 金屬就會(huì)熔解或升華為氣態(tài)。Pyrometallurgical separation 技術(shù)利用這一原理, 將鉛等重金屬?gòu)奈廴就寥乐小罢舭l(fā)”出來(lái)以達(dá)到凈化土壤的目的?！罢舭l(fā)”出來(lái)的金屬可以再回 收或固定, 同時(shí)富含金屬的剩余爐渣也可用于進(jìn)一步提煉[11 ] 。鉛污染土壤在高溫熔化之前要進(jìn) 行預(yù)處理, 以促進(jìn)鉛的熔解。這一技術(shù)主要應(yīng)用于具有較高回收效率的嚴(yán)重污染土壤(5 %~ 20 %) 。 214 化學(xué)穩(wěn)定技術(shù)(chemical stabilization) 化學(xué)穩(wěn)定技術(shù)就是應(yīng)用化學(xué)反應(yīng)將污染土壤中的重金屬氧化或還原, 從而達(dá)到降低土壤中重 金屬的活性[11 ] 。對(duì)于鉛污染土壤, 可用還原劑(二氧化硫、亞硫酸鹽或硫酸亞鐵) 將鉛離子還 原, 以減少土壤中鉛的可提取量。這一技術(shù)也可作為其他修復(fù)技術(shù)(如固化穩(wěn)定技術(shù)) 的前處理 步驟。但必須注意的是, 還原劑的施用可能會(huì)造成二次污染。初步研究表明, 施用石灰調(diào)節(jié)土壤 PH7 可降低鉛在土壤中的溶解度, 減少植物對(duì)鉛的吸收[13 ] 。研究表明, 施用羥基磷灰石[14 ] 、水 合氧化錳[15 ] 、磷灰?guī)r[16 ,17 ]也可促進(jìn)鉛的沉淀, 減少土壤中的可溶態(tài)和可提取態(tài)鉛。Vidac 和 Pohland[18 ]已將這一技術(shù)運(yùn)用于地下水的修復(fù)。 215 電動(dòng)修復(fù)技術(shù)(electrokinetice technology) 在污染土壤兩端插上電極, 接通電源后, 土壤中的帶電粒子向電性相反的電極移動(dòng), 最終積 聚或沉淀在電極上, 以達(dá)到清除污染土壤中重金屬的目的。在歐洲, 這一技術(shù)不僅應(yīng)用于鉛污染 土壤[19 ] , 同時(shí)也應(yīng)用于銅、鋅、鉻、鎳和鎘等污染土壤的修復(fù)。 216 微生物修復(fù)技術(shù)(microremediation) 微生物修復(fù)主要是借助微生物的生化反應(yīng)來(lái)清除或穩(wěn)定環(huán)境中的有害物質(zhì)。根據(jù)原理不同可 分為生物還原沉淀、生物甲基化和生物吸附三種。生物還原沉淀是應(yīng)用硫酸還原菌(SRB) 將硫 酸根還原為HS - 再與鉛生成不溶性的Pb2S。生物甲基化是利用微生物將土壤中的重金屬甲基化, 甲基化的金屬更容易蒸發(fā), 可做為Pyrometallurgical Separation 的預(yù)處理。生物吸附是利用細(xì)菌細(xì) 胞和藻類來(lái)吸附地下水或其他污染水體中的有害物質(zhì)。Leusch 等[20 ]報(bào)道一種海藻( S . f luitans ) 對(duì)鉛的最大吸附量可達(dá)到369 mg/ g。Rahmani 等[21 ]研究了浮萍(Lemna minor) 對(duì)污染水體中鉛 的清除能力。結(jié)果表明浮萍在亞致死水平下也能有效清除水體中的鉛。 217 植物提取修復(fù)技術(shù)(phytoextration) 植物提取修復(fù)技術(shù)主要是利用超積累植物, 將土壤中各種過(guò)量元素或化合物大量轉(zhuǎn)移到植株 體內(nèi)特別是地上部分, 從而修復(fù)污染土壤[22 ] 。超積累植物相當(dāng)于一個(gè)太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)泵將土壤中的 過(guò)量元素不斷泵到植株體內(nèi)[23 ] 。植物修復(fù)技術(shù)可分為兩種, Salt 等[24 ]把利用超積累植物來(lái)吸收 土壤重金屬的方法稱之為持續(xù)植物提取(continuous phytoextraction) ; 而把利用螯合劑來(lái)促進(jìn)植物 吸收土壤重金屬的方法稱之為誘導(dǎo)植物提取(inducced phytoextraction) 。 21711 持續(xù)植物提取(continuous phytoextraction) 運(yùn)用持續(xù)植物提取技術(shù)來(lái)修復(fù)鉛污染土壤的關(guān)鍵是植物超積累鉛的能力。一般認(rèn)為, 只有鉛 積累量達(dá)到1000μg/ g (干重) 才能稱為鉛超積累植物[25 ] 。已見(jiàn)報(bào)道的鉛超積累植物有Brassica . nigua [26 ] , Brassica . pekinensis [27 ] , Brassica . juncea [27 ]和T. rotungifolium [28 ] 。其中T. rotungi2 folium 的鉛積累量最大, 可達(dá)到8200μg/ g (干重) [28 ] 。目前對(duì)于植物吸收、運(yùn)輸和積累鉛以及耐 鉛脅迫的機(jī)制研究甚少。Liu 等[29 ]研究發(fā)現(xiàn)印度芥菜( Brassica juncea) 可在根部積累大量的鉛 但只有極少部分運(yùn)輸?shù)降厣喜?。原因一方面可能是由于根部?xì)胞內(nèi)存在高濃度磷酸鹽或碳酸鹽, 在細(xì)胞內(nèi)近中性pH 條件下, 鉛主要以磷酸鹽或碳酸鹽形式沉淀在根細(xì)胞壁或細(xì)胞內(nèi); 另一方面 ·14 · 廣東微量元素科學(xué) 2001 年 GUANGDONG WEILIANG YUANSU KEXUE 第8 卷第9 期 © 1995-2006 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 鉛從根部向中柱遷移的過(guò)程還會(huì)受到內(nèi)皮層凱氏帶的阻攔。Wozny 等[30 ]認(rèn)為鉛進(jìn)入中柱后隨蒸 騰流被動(dòng)運(yùn)輸?shù)降厣喜糠?。運(yùn)輸過(guò)程中鉛可能會(huì)與中柱內(nèi)的陽(yáng)離子交換位點(diǎn)結(jié)合, 從而被固定在 莖部中柱內(nèi)。研究表明, 鉛可與多種小分子有機(jī)物螯合[31~33 ] 。推測(cè)鉛也有可能與各種小分子有 機(jī)酸、植物螯合肽結(jié)合, 減少與陽(yáng)離子交換位點(diǎn)結(jié)合的機(jī)會(huì), 從而增加進(jìn)入了葉部的數(shù)量。作者 在對(duì)浙江西部的某一鉛鋅礦土壤進(jìn)行調(diào)查時(shí), 發(fā)現(xiàn)一種可高濃度積累鉛和鋅的植物, 據(jù)初步調(diào)查 結(jié)果, 其地上部分鋅和鉛的最高積累量分別達(dá)到了5000μg/ g 和1182μg/ g。對(duì)于這種植物超積 累鋅和鉛的生理生化機(jī)制, 正在進(jìn)一步的研究中。 21712 誘導(dǎo)植物提取(inducced phytoextraction) 對(duì)于在土壤中極難移動(dòng)的鉛元素, 施用螯合劑可促進(jìn)植物對(duì)其的吸收。施用螯合劑誘導(dǎo)植物 超富集作用被稱為螯合誘導(dǎo)修復(fù)技術(shù)。Romheld 和Marschner[34 ]認(rèn)為螯合物與金屬結(jié)合后, 金屬 螯合物可以從內(nèi)皮層裂口處進(jìn)入根內(nèi), 然后被迅速地轉(zhuǎn)移到莖葉。在用14C - EDTA - Pb 作標(biāo)記 的試驗(yàn)中, Blaylock 等[35 ]發(fā)現(xiàn), 在含這種標(biāo)記物的介質(zhì)中生長(zhǎng)的植物地上部能快速積累鉛, 表明 鉛與螯合物結(jié)合有利于植物對(duì)鉛的吸收。Salt 等[36 ]認(rèn)為金屬與螯合物結(jié)合后阻止了金屬的沉淀 和吸附, 從而提高了金屬的可提取性。螯合誘導(dǎo)修復(fù)技術(shù)既可選用一般植物也可選用超積累植 物。在土壤鉛濃度為2500μg/ g 的污染土壤上種植玉米和豌豆, 加入EDTA 后, 植物地上部鉛的 濃度從500μg/ g 提高到10000μg/ g ; 而且EDTA 還能極大的提高鉛從根系向地上部的運(yùn)輸能力, 每千克土中加入110 g EDTA , 24 h 后, 玉米木質(zhì)部中鉛的濃度是對(duì)照的100 倍, 從根系到地上 部的運(yùn)輸轉(zhuǎn)化量是對(duì)照的120 倍[37 ] 。不同螯合劑促進(jìn)植物對(duì)鉛吸收的效應(yīng)與螯合劑促進(jìn)鉛從土 壤解吸的效應(yīng)相一致: EDTA > HEDTA >DTPA > EGTA > EDDHA。螯合誘導(dǎo)技術(shù)對(duì)超積累植物吸 收金屬的強(qiáng)化效應(yīng)也很明顯。印度芥菜是一種可富集多種金屬的植物。Blaylock 等[35 ]研究了檸檬 酸、蘋(píng)果酸、乙酸、EDTA、EGTA、CDTA 對(duì)印度芥菜( Brassica juncea) 吸收Cd 和Pb 的效應(yīng), 發(fā)現(xiàn)土壤酸化與施加螯合物相結(jié)合可顯著增加鉛的吸收效率。Vassil 等[38 ]報(bào)道用鉛和EDTA 共同 處理印度芥菜, 其地上部分含量高達(dá)55 mmol/ kg (干重) , 相當(dāng)于培養(yǎng)液鉛濃度的75 倍。對(duì)印度 芥菜莖部提取液的直接測(cè)定證明, 莖部的大部分鉛是與EDTA 結(jié)合的形式運(yùn)輸?shù)?。由于螯合劑? 價(jià)格一般較貴, Blaylock 等[35 ]指出螯合劑( EDTA 和乙酸) 將使每噸鉛污染土壤修復(fù)成本增加 715 美元。此外螯合劑在增加土壤中重金屬生物有效性的同時(shí), 也增加了重金屬離子的移動(dòng)性。 因而對(duì)于螯合誘導(dǎo)修復(fù)技術(shù)的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)加以系統(tǒng)評(píng)價(jià)。 由于已發(fā)現(xiàn)的鉛超積累植物種類極少, 而且植物生長(zhǎng)慢、生物量小, 因而螯合誘導(dǎo)修復(fù)技術(shù) 比持續(xù)提取技術(shù)更引人注目。但不論哪種植物修復(fù)技術(shù)都具有其它物理化學(xué)方法所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn): (1) 成本低。據(jù)估計(jì), 如果某種植物的莖部鉛積累量達(dá)到1 % , 且每年產(chǎn)量40 t/ hm2 , 那么通過(guò) 10 年種植將土壤鉛含量從114 %下降為014 %所需費(fèi)用是245000 美元, 而用物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)則 需要1600000 美元。(2) 植物利用太陽(yáng)能, 不破壞生態(tài)平衡, 同時(shí)還能美化環(huán)境, 易為公眾所接 受。(3) 將富鉛植物殘?bào)w用于植物煉礦, 可產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益。相比之下, 雖然植物修復(fù)技術(shù)所需時(shí) 間較長(zhǎng), 而且植物的生長(zhǎng)要受到環(huán)境的影響, 但這些缺點(diǎn)都不成為重要問(wèn)題?？梢灶A(yù)言, 植物修 復(fù)將成為一種應(yīng)用廣泛、環(huán)境良好和經(jīng)濟(jì)有效的修復(fù)鉛污染土壤的方法。 參考文獻(xiàn):[3 ] 陳懷滿等. 土壤- 植物系統(tǒng)中的重金屬污染[M] . 北京: 科學(xué)出版社, 1996. 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