生物质炭修复重金属及有机物污染土壤的研究进展
本文将针对我国土壤的重金属污染和有机物污染现状,对比考察目前常用修复手段和生物质炭修复手段的优缺点,其简述了生物质炭修复土壤污染的基本原理,并对其发展趋势进行综述,为我国研究和控制土壤污染问题提供重要的科学依据。
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近年来,工业生产中排放的大量废弃物、矿业废水废渣处理不当流失、污水灌溉、农业生产中使用的大量农药以及化学用品的泄露,使土壤受到了严重的污染。土壤中的污染物质通过水流搬运、淋溶和挥发作用导致地表水、地下水以及大气污染,不仅危害农业生产,对人们的居住环境也造成了严重影响。在造成土壤污染的物质当中,以重金属污染和有机物污染对土壤的危害最大,并且难以治理。据我国农业部进行的全国污灌区调查,在约140万hm2的污灌区中,遭受重金属污染的土地面积占污灌区面积的64.8%,其中轻度污染46.7%,中度污染9.7%,严重污染8.4%[1]。目前,遭受重金属污染的耕地面积也已接近2000万hm2,约占耕地总面积的1/5[2]。造成土壤污染的成因复杂,往往是有机污染与无机污染并存,治理难度大,影响范围广。我国自建国初期至20世纪70年代使用的主要为不易分解、稳定性强的无机类和有机氯农药,特别是有机氯农药水溶性高、脂溶性低,表现高残留、易迁移的特性,致使此类农药禁用近20年后全国大部分地区土壤中仍有残留[3–5]。目前由不同种类污染物引起的土壤污染问题已经十分严重,在我国现有的约1×108hm2耕地中,近1/5受到不同程度的污染,每年造成粮食减产达2.5×109kg,农业总损失每年达1×107万元以上[6]。初步统计全国有机物污染农田达3600万hm2,主要农产品的农药超标率达16%~20%[7],农产品中的农药残留可以通过食物链在人体中富集,从而对人体健康造成危害。应对以上问题,近年来,不少学者对污染土壤的修复展开了大量的研究,并取得了一些研究成果和经验。本文将针对我国土壤的重金属污染和有机物污染现状,对比考察目前常用修复手段和生物质炭修复手段的优缺点,并对其发展趋势进行综述,为我国研究和控制土壤污染问题提供重要的科学依据。1目前污染土壤的修复方法目前比较常用的污染土壤的修复方法有物理修复、化学修复、生物修复及其联合修复[8]。物理修复和化学修复方法是通过热脱附、微波加热、蒸汽浸提[9–11]、土壤固化-稳定化技术、淋洗技术、氧化还原技术、光催化降解技术和电动力学修复[8]等物理化学过程将有机污染物从土壤中去除,从而修复有机污染土壤。此方法过程较为复杂,费用高昂,且化学降解虽然可以降低土壤污染物的毒性或含量,但是可能形成毒性更大的副产物[6,12],对环境造成不良影响。生物修复方法包括植物修复和微生物修复。植物修复方法是利用植物的植物代谢积累、微生物降解、植物-微生物联合效应,转化、转移污染物而修复土壤[13–18],该技术虽然是一种经济、有效、非破坏型的修复技术,但修复时间较长,其效果很大程度上受污染物的生物可利用性影响。微生物修复方法是通过微生物分泌的酶来完成对污染物的降解[19],由于微生物以有机污染物为主要碳源和能源或者与其他有机物质进行共同代谢,因此,该方法主要用于修复有机物污染的土壤[8,20]。但是,自然环境在污染物浓度、环境温度、pH等方面与实验室条件截然不同[21],而这些因素均是影响微生物分泌酶活性的关键因素。影响因素的不稳定导致该项技术的实施比较难控制,修复效果也难以预料。2生物质炭对污染土壤的修复生物焦(biochar),又名生物质炭,一般指生物质如木材、农林废弃物、植物组织或动物骨骼等在缺氧条件下高温热解而形成的产物。生物质炭作为一种绿色的可再生能源,对许多研究领域都具有重要意义。一方面它可以通过农林废弃物资源化利用制备,避免造成资源浪费的同时减轻环境污染;另一方面也可以作为土壤改良剂,改善土壤的结构、提高土壤肥力,修复受污染土壤。由于重金属和有机污染物对土壤造成的污染最为严重,因而及时对重金属及有机污染物污染的土壤进行修复是目前全球关注的重要问题。研究发现[22]生物质炭的多孔结构和它表面丰富的含氧官能团使其对有毒物质具有较强的吸附力,通过吸附固定作用使有毒物质固定在生物质炭内部,从而降低这些污染物在土壤中的化学活性和毒性,修复污染土壤。生物质炭作为一种新型的修复物质,对土壤污染的修复起着重大的作用,用生物质炭修复污染土壤已经成为全世界的研究热点。
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