矿山土壤重金属修复技术研究进展.docx
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矿山土壤重金属修复技术研究进展
矿山土壤重金属修复技术研究进展
矿山土壤重金属修复技术研究进展
曹晓雅12曹俊雅1解强1
1中国矿业大学北京化学与环境工程学院化学工程系北京100083
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2中国科学院过程工程研究所中国科学院绿色过程与工程重点实验室北京100190
摘要矿山固体废弃物和酸性废水导致矿区土壤富集了大量的重金属金属矿区土壤的重金
属污染已成为严重的环境问题目前修复重金属污染土壤的方法很多文章介绍了一些重
金属污染的单一修复技术和联合修复技术对比分析了各种修复技术的优缺点提出联合修
复技术的使用可以在一定程度上克服单一修复手段存在的缺点提高修复效率降低修复成
本为针对矿区土壤重金属污染的修复技术提供了理论依据
关键词重金属矿区联合修复土壤
中图分类号X53
文献标识码A
Remediationtechnologyofsoilcontaminatedbyheavymetal
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inmineAreview
CAOXiaoya12CAOJunya1XIEQiang1
1SchoolofChemicalEnvironmentalEngineeringChinaUniversityofMiningTechnology
BeijingBeijing100083
2KeyLaboratoryofGreenProcessandEngineeringInstituteofProcessEngineeringChinese
AcademyofSciencesBeijing100190
AbstractEnrichmentofheavymetalsinmineandsurroundingareacausedbysolidwasteand
acidminedrainagehasbecomeaseriousenvironmentalproblemInthispapersomesingle
remediationtechnologiesandcombinedremediationtechnologieswereindroducedadvantages
anddisadvantagesofremediationtechnologieswereanalysedcombinedremediationtechniques
wasproposedwhichcanovercometheshortcomingsofasingleremediationenhancethe
remediationefficiencyreducethereasonablecostandprovideatheoreticalbasisforremediation
technologiesofheavymentalpollution
Keywordsheavymetalmineandsurroundingareaintergratedremediationsoil
0引言
随着我国工农业生产的发展含有重金属的污染物已经通过各种途径进入土壤其中矿
业活动是重金属污染的主要来源[1]我国受重金属污染的耕地面积近2000万hm2约占耕
地面积的15我国矿产资源总量丰富但矿产资源的开发在为国家提供重要战略资源的同
时也造成了环境污染生态破坏地质灾害等严重的后果[2]彭桂香等[3]发现一般有色
金属矿区附近的土壤中Pb含量为正常土壤含量的1040倍Cu含量为520倍Zn含量
为510倍大量的重金属元素由于其具有移动性差滞留时间长不易降解在土壤中不
断积累等特点给生态系统造成了严重的负面影响[4]矿山开采产生的废石选矿产生的尾
矿及冶炼废渣含有CuPbZnNiCoAgCdAs等有害元素经风化淋滤使有
害元素转移到土壤中造成土壤质量下降的同时也污染了农作物最后通过食物链进入人体
影响人类健康国内外专家常采用换土法客土法热处理法和淋洗络合法等物理方法固
化技术化学冲洗电动力学法热解吸等化学方法以及植物修复和微生物修复等生物方法
解决土壤重金属的污染问题[5-7]但仍然存在成本高难度大和不易实施等一系列问题考
基金项目高等学校博士学科点专项科研基金新教师类201XXXXXXXXXX6国家自然科学基金
51174185973课题2010CB630904863课题2012AA061503
作者简介曹晓雅1987-女硕士研究生主要研究方向生物冶金
通信联系人曹俊雅1981-女讲师主要研究方向生物冶金E-mailcaojyccom
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虑到土壤环境的复杂性用原有的物理化学植物以及微生物等单一的方法对复合污染进
行修复都很难达到较好的效果如何将各种修复技术进行合理的结合真正在土壤污染修复
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方面取得突破性进展成为现阶段的研究热点之一[8]
1重金属污染的单一修复
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物理修复
物理修复主要包括换土法客土法热处理法和淋洗络合法实践证明换土法和客土
法是治理农田重金属严重污染的切实有效的方法换土厚度越大作物中重金属修复效果越
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显著热处理技术主要应用于Hg污染土壤的修复刘磊等[9]研究发现该法可使砂性土
黏土中Hg含量分别从15000和900mgkg降到107和112μgkg回收的Hg蒸气纯度达99
淋洗络合法中常用的提取剂包括硝酸盐酸磷酸硫酸氢氧化钠草酸柠檬酸EDTA
乙二胺四乙酸和DTPA二乙三胺五三乙酸等[10]研究表明EDTA和DTPA能有效
的去除Hg以外的重金属元素同时能提取出大量的土壤营养元素[11]
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化学修复
化学修复主要包括固化技术化学冲洗电动力学法热解吸使用改良剂等固化技
术中使用的固化剂的种类很多主要包括卜特兰水泥硅酸盐高炉矿渣石灰窑灰飘
尘沥青等化学冲洗是利用化学试剂淋洗污染土壤在深层土壤中添加固定剂将耕作层
淋下的重金属固定Virkutyte等[12]证明电动力学法对CrCdCuZnHg等重金属以
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及TrichloroetheneTCE苯酚甲苯等有机物有比较好的去除效果热解析技术避免了
较长的溶剂洗脱时间向土壤中加入改良剂后可以降低土壤中重金属的迁移性和生物可利用
率常用的改良剂有石灰沸石碳酸钙磷酸盐硅酸盐等[13]研究表明在Cd污染的
土壤上施用碱性物质如石灰可使土壤中Cd有效态含量降低15左右[14]在重金属污染严
重的土壤中加入含硫物料使土壤中的CdHg形成CdSHgS沉淀膨润土海泡石粉
煤灰等对土壤重金属有较好的吸附结合效果
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生物修复
生物修复法主要是指利用某些特殊的微生物和植物等通过新陈代谢作用吸收去除土壤
中的重金属或使重金属形态转化降低毒性从而达到净化土壤的效果土壤中微生物种类
繁多数量庞大最早报道真菌可以通过分泌氨基酸有机酸以及其他代谢产物溶解重金属
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及含重金属的矿物耿春女等[15]利用菌根吸收和固定重金属FeMnZnCu并取得了良
好的效果范文宏等[16]研究发现在SRB的修复作用下Cd从可交换态转化为铁锰氧化物
结合态各组土壤中可交换态的Cd含量明显降低可交换态去除率在5580之间利
用SRB修复重金属污染的土壤具有修复效率高技术简便的优点是一种具有广阔应用
前景的修复技术植物修复技术中最重要的是发现超累积植物目前已发现700多种超累积
重金属植物积累CrCoNiCuPb的量一般在01以上MnZn可达到1以上[17]
研究中关于Ni的超累积植物最多[18]邢前国等[19]研究发现最重要的超积累植物十字花科
遏蓝菜属Thlaspicaerulescens具有较强的吸收Zn和Cd的能力世界上研究最多的植物
主要在芸苔属Brassica庭芥Alyssuns及遏蓝菜属Thlaspi
土壤重金属污染治理的传统单一方法具有周期短操作简单适用范围广等快速高效的
去污效果但由于费用昂贵难度大不易实施对土壤扰动大并且容易形成毒性更大的
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副产物造成二次污染降低土壤有机质的水平等限制了它们的大面积使用生物修复技
术费用相对低廉不破坏土壤结构不造成地下水的二次污染能起到美化环境的作用但
微生物修复技术难以对重金属有机物复合污染土壤进行彻底的治理修复另外超累积植
物通常具有生物量低生长缓慢对重金属具有选择性等特点[20]并且植物修复土壤只局
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限在植物根系所能延伸到的范围内一般不超过20cm的土壤厚度且经常伴有有机污染
也限制了生物修复技术的发展为了克服重金属单一修复技术中的不足很多科学家提出了
重金属的联合修复技术为最大限度的除去土壤中的重金属和短期进入应用推广提供可能
2重金属修复的联合修复
联合修复方法适用的污染因子广泛费用相对较低不仅适用于重金属污染同时也适
用于有机物污染联合技术用于修复矿区重金属污染土壤是土壤修复领域的研究热点
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物理-化学联合修复
单一的物理和化学修复技术存在修复费用高易产生二次污染破坏土壤及微生物结构
等特点将一些物理和化学的修复方法结合可以有效的克服某些单一修复方法存在的问题
Dadkhah等[21]用亚临界的热水作为介质先将PolycuclicAromaticHydrocarbonsPAHs从
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土壤中提取出来然后用O2H2O2来处理含有污染物的水结果显示土壤中991999
的PAHs都被提取到了水中经过氧化之后在水中的残留不超过10卫泽斌等[22]利用
混合试剂MC对污染土壤进行缓慢淋洗可以有效去除土壤中的重金属一次淋洗可去除
土壤中2046mgZn00422mgCd和6797mgPb经过不同固定剂处理的深层土壤其
COD和重金属含量都有明显的降低因此化学淋洗和深层固定联合技术是一种新的有
效地重金属污染土壤高效低成本的修复技术
22
化学-生物联合修复
化学生物联合修复技术是一种全新的修复复合污染物土壤的方法主要是将传统的化学
修复法与微生物降解等生物修复法进行了技术联合以及部分的工艺改造[23]美国加利福尼
亚州Sonoma地区工厂废弃遗址土地中含有污染物PAHs1800mgkgPentachlorophenol
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PCP3300mgkg利用氧化剂O3修复后670995的PAHs被去除3998的
PCP被去除O3的消耗率为90[24]有研究发现加入化学改良剂后羽衣甘蓝和小白菜
各部分Cr浓度与对照相比都有增加幅度在24倍不等其中根部浓度增加的最多在重
金属胁迫下改良剂能不同程度地提高植物叶片中过氧化氢酶活性促进植物富集和积累土
壤中的重金属杜瑞英等[25]发现施用改良剂可以显著提高土壤微生物群落的活性种植
麻疯树后土壤微生物活性也发生了变化白云石和麻疯树联合使用修复效果会更加的显著
用化学与微生物相结合的修复技术可以加快污染物的降解[26]
土壤重金属的联合修复技术与单一的修复技术相比有较高的修复效率将电化学土壤
淋洗法和植物提取法综合应用到土壤修复中比任何单一修复效果都好Nam等[27]利用O3原
位化学修复与生物修复法联合使用浓度为6mgL的O3处理含苯并芘的土样24h后再
用生物法处理得到苯并芘的降解率为3而直接用生物处理降解率不到1若将O3浓
度和通气时间都增加1倍则降解率可达到16但联合修复过程会受到一系列外界条件
的影响如温度pH值湿度等土壤的渗透性匀质性及地下水位等也可能不太适应化
学药剂的添加同时这些外界条件也会影响相关化学反应植物以及微生物正常的共代谢
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3结论
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进入工业化以来由于人们大量使用农药化肥以及工矿企业排放的大量重金属和有毒有
机物造成了生态环境的严重恶化重金属污染土壤修复的研究已经成为环境科学日益活跃
的领域在修复被重金属污染的矿区土壤中单一的修复方法很难达到去除重金属污染物的
目的物理化学生物等多种技术的联合利用将会成为未来的发展趋势与单一的修复法
相比较联合修复法汲取了单一修复法的优点费用相对较低应用范围也更广可以更好
地用于污染土壤的修复过程中采用联合修复法既能修复土壤中有毒有机物污染又能去除
土壤中的重金属使这两类污染物的浓度大幅度降低达到标准值在具体的修复过程中
要根据实际的污染状况选择相应的修复技术尽可能兼顾所有单一修复都能满足的要求从
而有效经济安全的对矿区污染土壤进行治理修复
[参考文献]References
[1]ShotykWWeissDApplebyPGetalHistoryofatmosphericleaddepositionsince1237014CyrBPfrom
apeatbogJuraMountainsSwitzerland[J]Science19982811635-1640
[2]仇荣亮仇浩雷梅等矿山及周边地区多金属污染土壤修复研究进展[J]农业环境科学学
报20092861085-1091
QiuRongliangQiuHaoLeiMeietalAdvancesinresearchonremediationofmulti-metalcontaminatedsoilin
mineandsurroundingarea[J]JournalofAgro-EnvironmentScience20092861085-1091inChinese
[3]彭桂香蔡婧林初夏超累积植物和化学改良剂联合修复锌镉污染土壤后的微生物特性[J]生态环
境2005145654-657
PengGuixiangCaiJingLinChuxiaMicrobialcharacteristicsofaZnandCdcontaminatedsoilchemically
amendedforgrowthofaheavymetal-hyperaccumulatingplant[J]EcologyandEnvironment2005145
654-657inChinese
[4]董文娟赵保卫土壤污染的植物修复[J]环境科学与技术200528128-130
DongWenjuanZhaoBaoweiPhytoremediationofcontaminatedsoil[J]EnvironmentalScienceand
Technology200528128-130inChinese
[5]KWTGouldingLBlaakeLanduselimingandthemobilizationofpotentiallytoxicmetals[J]
AgricultureEcosystrmsandEnvironment199867135-144
[6]JDMckinleyHRTomasKPWilliamsetalChemicalanalysisofcontaminatedsoilstrengthenedbythe
additionsoflime[J]EngineeringGeology2001604181-192
[7]MAKarimLutfulIKhanRemovalofheavymetalsfromsandysoilusingCEHIXMprocess[J]Journalof
HazardousMaterials200181283-102
[8]庄绪亮土壤复合污染的联合修复技术研究进展[J]生态学报200727114871-4876
ZhuangXuliangNewapproachesforremediationofsoilswithmultiplepollutants[J]ActaEcologicaSinica
200727114871-4876inChinese
[9]刘磊肖艳波土壤重金属污染治理与修复方法研究进展[J]长春工程学院学报200910173-78
LiuLeiXiaoYanboAdvanceinthestudyonrecoveryandremediationofheavymetalspollutioninsoil[J]
JournalofChangchuninstituteofTechnology200910173-78inChinese
[10]龙新宪杨肖娥倪吾钟重金属污染土壤修复技术研究的现状与展望[J]应用生态学报2002136
757-762
LongXinxianYangXiaoeNiWuzhongCurrentsituationandprospectontheremediationofsoilscontaminated
byheavymetals[J]ChineseJournalofAppliedEcology2002136757-762inChinese
[11]丁华吴景贵土壤重金属污染及修复研究现状[J]安徽农业科学201139137665-76667756
DingHuaWuJingguiCurrentresearchforheavymetalpollutionandremediationinsoil[J]JournalofAnhui
AgricultureScience201139137665-76667756inChinese
[12]JurateVirkutyteMikaSillanpaaPetriLatostenmaaElectrokineticsoilremediation-criticaloverview[J]The
ScienceoftheTotalEnvironment200228997-121
[13]杨海琳土壤重金属污染修复的研究[J]环境科学与管理2009346130-135
YangHailinRemediationofheavymetalpollutedsoil[J]EnvironmentalScienceandManagement2009346
130-135inChinese
[14]NaiduRKookanaRSSumnerMECadniumsorptionandtransportinvariablechargesoils[J]Environ
Qual199726602-617
[15]耿春女李培军陈素华等菌根生物修复技术在沈抚污水灌区的应用前景[J]环境污染治理技术与设
备20023751-55
GengChunnvLiPeijunChenSuhuaApplicationofmycorrhizalbioremediationtechniquetoShenfusewage
irrigatedarea[J]TechniquesandEquipmentforEnvironmentalPollutionControl20023751-55inChinese
-4-
175
180
185
190
195
200
205
210
215
[16]范文宏姜维王宁硫酸盐还原菌修复污染土壤过程中镉的地球化学形态分布变化[J]环境科学学报
200828112291-2298
FanWenhongJiangWeiWangNingChangesofcadmiumgeochemicalspeciationintheprocessofsoil
bioremediationbySulfate-ReducingBacteria[J]ActaScientiaeCircumstantiae200828112291-2298in
Chinese
[17]崔斌王凌张国印等土壤重金属污染现状与危害及修复技术研究进展[J]安徽农业科
学2012401373-375447
CuiBinWangLingZhangGuoyinStatusandharmofheavymetalpollutioninsoilandresearchprogressin
remediationtechnology[J]JournalofAnhuiAgriSci2012401373-375447inChinese
[18]McGrathSPLombiEGrayCWCaillcetalFieldevaluationofCdandZnphytoextractionpotentialby
thehyperaccumulatorsThlaspicaerulescensandArabidopsishalleri[J]EnvironmentalPollution20061412
115-125
[19]邢前国潘伟斌张太平重金属污染土壤的植物修复技术[J]生态科学2003223275-279
XingGuoqianPanWeibinZhangTaipingOnphytoremediationofheavymetalcontaminatedsoils[J]Ecologic
Science2003223275-279inChinese
[20]唐世荣黄昌勇朱祖祥利用植物修复污染土壤研究进展[J]环境科学进展19964610-16
TangShirongHuangChangyongZhuZuxiangPhytoremediationoncontaminatedsoilsanditsresearch
advance[J]AdvancesinEnvironmentalScience19964610-16inChinese
[21]D
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