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修复知识:土壤中重金属的来源及存在形态

访问量:328 次发布时间:2021-04-09

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一、土壤中重金属的来源
 
土壤中重金属来源于大气污染的干湿沉降,工业废水、废弃物的任意排放和堆放,地表径流带来的污染,生活垃圾的堆放与填埋,农药和化肥的过度施用以及污泥污水的施用等。环境污染分为化学污染、生物污染和物理污染。化学污染占比超过80%,从污染物区分,化学污染包括重金属及其他无机物、有机污染物以及营养元素。重金属污染物种类有限,有机污染物包括碳氢化合物、含卤素化合物、含氧化合物、含氮化合物、含硫化合物和含磷化合物,种类繁多。

列入地表、具有环境毒理学意义的八大重金属元素包括:汞、镉、铅、锌、铜、钴、镍、钡、锡、锑等,从毒性角度通常将砷、铍、锂、硒、硼、铝等也包括在内。最新研究显示,近20多年,我国粮食主产区耕地土壤重金属污染呈上升趋势,点位超标率从7.16%增加至21.49%。污染物以镉(Cd)、镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)和汞(Hg)为主,南方土壤重金属污染重于北方。

根据我国五大粮食主产区----三江平原、松嫩平原、长江中游及江淮地区、黄淮海平原和四川盆地的土壤重金属污染现状发现,总体来看我国五大粮食主产区以轻度污染为主。不过,绝大多数重金属元素污染比重呈上升趋势,其中镉(Cd)的污染比重增加趋势最为显著,点位超标比重从1.32%增至17.39%,20多年间增加了16.07%。镍(Ni)、铜(Cu)、锌(Zn)和汞(Hg)的点位超标比重分别增加了4.56%、3.68%、2.24%和1.96%。

可通过同位素比值法进行污染源解析,结果发现:

1、化肥和农药不是研究区农田Cd污染的主导来源,可能因为其实际施加进入农田的通量过小。
2、大气沉降和灌溉水可能携带元素Hg对农田环境造成污染;有机和无机化肥对土壤Hg的影响不同,有机肥引起土壤Hg污染可能性更大;工业废弃物和农药对农田中Hg的影响较小。
3、土壤Cd主要污染源:工业废弃物、灌溉水。
4、土壤Hg主要污染源:大气沉降,其次有机肥、灌溉水与GIS空间分析法识别污染源结果一致。
5、农产品Cd主要污染源:土壤农产品。Hg主要污染源:土壤(主导)、大气沉降。
 
重金属污染土壤修复方案
 
二、土壤中重金属的形态
 
由于金属不可被微生物降解,所以一旦进入土壤环境,则很难去除。重金属污染的特点:重金属大多为过渡元素,它们多有变价,有较高的化学活性,能参与多种反应和过程。随环境的Eh、pH、配位体的不同,常有不同的价态、化合态和结合态,形态不同重金属的稳定性和毒性也不同。

土壤是高度不均一的体系,污染物在土壤中的形态存在高度的分化。采用不同强度的溶剂对样品进行连续提取处理,可得到不同结合状态的金属形态的含量,最常用的方法为“Tessier”提出的五步提取法,对应的结合状态包括,一般包括可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物结合态和残渣态,不同的研究采用的溶剂也略有不同,所采用的溶剂为MgCl2、NaAC、NH2OH·HCI、HNO3+H2O2+NHaOAC、HNO3+HCI+HF其操作条件,如pH和温度需要严格控制。

Cambrell认为将土壤中的重金属分为7种形态,为水溶态、易交换态、无机化合物沉淀态、大分子腐殖质结合态、氢氧化物沉淀吸附态、硫化物沉淀态和残渣态。人们希望采用单一的提取剂配方预测生物有效性。

单一萃取剂根据性质可以分为:
(1)酸试剂浸提法(常用稀硝酸、稀盐酸等);
(2)整合剂浸提法(EDTA、TEA等无机鳌合剂,以及柠檬酸及NTA有机整合剂);
(3)中性盐(NH,OAC、CaCl2、NaNO3、BaCl2等);
(4)缓冲剂浸提法以及微乳液(皂化椰子油等表面活性剂)浸提法等4类。
(5)复合提取剂可兼备不同单一提取剂的特性,并可以通过灵活调整试剂的比例,反映重金属对不同植物的生物可利用性,因此越来越受到重视。
 
来源:《重金属污染土壤修复理论与实践》 作者孙红文
 
清楚的了解土壤中重金属的来源及存在形态后,才能有针对性的修复一块被污染土壤,选择更合适高效的土壤修复方案
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