农田土壤重金属污染化学钝化修复研究进展

土壤重金属化学钝化修复是指向污染土壤中添加钝化剂,使重金属由活性向稳定化形态转化,以降低重金属的迁移和生物可利用性,从而修复重金属污染土壤的方法。本文综述了近些年国内外各类钝化材料修复重金属污染土壤的作用效果和机理、实例等方面的研究进展,并讨论了原位修复土壤重金属中亟待解决的问题,旨在为农田土壤重金属污染的化学钝化剂筛选与应用提供参考依据。     

中碱性镉污染农田原位钝化修复材料研究进展

农田土壤重金属污染威胁人类健康,其修复成为环境领域的研究热点。钝化修复因具有修复速率快、成本低、操作简单、不影响农业生产等特点,广泛应用于大面积重金属污染农田尤其是酸性农田修复治理中。相应,针对酸性重金属污染土壤的钝化修复材料也得到了广泛研究,然而,针对中碱性重金属污染土壤的钝化材料研究相对较少。从无机类、有机类以及复合型3种类型的修复材料概述了钝化修复材料在中碱性Cd污染土壤中的研究进展。总结了中碱性重金属污染土壤钝化修复材料以选用复合型材料为宜,且以钙镁磷肥、椰壳生物炭、油菜秸秆生物炭、腐殖酸形成有机-无机复合效果较好且经济环保。其次,从钝化剂的合理施用、风险评估等方面提出展望,以期为中碱性农田土壤重金属污染修复提供参考。     

贝壳类废弃物用于钝化土壤重金属的研究进展

本文综述了贝壳类废弃物钝化农田土壤中重金属的应用,介绍了其钝化重金属的机理、效果以及提升材料性能的加工处理方式。贝壳类废弃物修复重金属污染农田土壤的机理主要包括石灰效应、沉淀效应和吸附效应,但微观固化的分子机制尚不清楚。采用物理(如粉碎、球磨)和化学(如煅烧、溶剂反应)法的处理工艺可以大幅提高贝壳的吸附能力及中和土壤酸性的能力。另外,贝壳废弃物与高效、专性、安全的重金属钝化材料进行复配,可提高钝化材料的长期稳定性,实现农产品安全生产。未来的研究应更多地关注贝壳材料钝化重金属的稳定性及经济性。     

黏土矿物在土壤重金属污染中的应用研究进展

黏土矿物作为土壤的重要组成成分之一,因其自身的组成和结构特性在土壤重金属污染钝化修复中有较为广泛的应用。目前常见的黏土矿物包括高岭石、蒙脱石、沸石、海泡石等。详细介绍了各类黏土矿物在重金属钝化修复治理中的应用,阐述了黏土矿物对土壤重金属污染的修复机理,包括离子交换、共沉淀和配合反应等。此外还探讨了黏土矿物钝化修复的影响因素,包括重金属种类、黏土矿物类型、土壤性质等。从修复实际出发,展望了黏土矿物在土壤修复应用中的未来发展,今后应多关注黏土矿物对土壤-作物系统的潜在环境风险和黏土矿物修复效果的田间长期稳定性。     

生物炭复配矿物质钝化修复重金属复合污染土壤的研究

选取稻壳生物炭、木屑生物炭、羟基磷灰石及蒙脱石作为钝化材料,按钝化剂5:土壤100的重量比添加到重金属复合污染土壤中,通过测定土壤重金属形态变化,研究了钝化材料修复重金属复合污染土壤的效果及其机理。结果表明:生物炭和矿物质均能有效固定土壤中重金属,其中羟基磷灰石的钝化效果最好,对土壤镉、铜和铅的固定化率分别为76.24%、74.26%和98.13%。蒙脱石的钝化效果最差。添加钝化剂后土壤重金属中的酸可提取态和可还原态向着更加稳定的可氧化态和残渣态转化,土壤重金属活性态比例下降。生物炭复配矿物质处理对土壤重金属的钝化效果介于单一生物炭处理和单一矿物质处理之间。此外,生物炭及矿物质均能有效地提高土壤pH,pH可能是影响土壤修复效果的关键因素。     

改性纳米黑碳应用于钝化修复重金属污染土壤中的问题探讨

通过有关文献资料调研,综述纳米黑碳在钝化修复污染土壤中的应用,分析其应用于钝化修复重金属污染土壤时尚待弄清的几个问题。结果表明：（1）由于纳米黑碳是疏水的非极性吸附剂,选择纳米黑碳作为土壤重金属钝化修复剂时,需对其进行氧化改性,以进一步提高其钝化能力。目前常用的氧化剂为氧化性无机酸、酸性高锰酸钾、双氧水、臭氧等,强烈的氧化过程,会破坏纳米黑碳微孔结构,一定程度上降低其吸附量。（2）为了明确其应用的可能性和适用范围,需揭示改性纳米黑碳对土壤中重金属的钝化机理及其影响因素。土壤CEC、pH、重金属离子的性质等可能是影响改性纳米黑碳对土壤中重金属吸附性能的主要因素。（3）充分利用改性纳米黑碳在土壤修复中的有益作用的同时,还需考虑其可能存在的生态环境负面效应,研究其在土壤中的径流迁移、渗漏等,明确其污染地表水和地下水的可能性,研究其生物效应和将吸附钝化后的纳米黑碳从土壤中移除的可能性,明确其潜在的生态环境风险。     

壳聚糖修复重金属污染土壤的研究进展

壳聚糖是一种来源广泛、具有良好的生物相容性、生物降解性的高分子材料,其含有大量氨基、羟基等活性基团,能与重金属离子进行螯合,发生吸附作用。壳聚糖还具有改良土壤、促进植物生长,诱导植物抗逆的作用,在重金属污染农田土壤修复中具有独特的应用优势。综述了近年来国内外有关壳聚糖修复重金属污染土壤的研究进展,探讨了壳聚糖对土壤重金属污染修复的潜力,阐述了壳聚糖在重金属原位钝化修复、土壤淋洗修复、强化植物提取修复三个方面的应用,并指出壳聚糖在重金属污染土壤修复中存在的问题以及对其在未来修复重金属污染土壤的发展进行了展望,以期为壳聚糖重金属修复技术的推广和应用提供参考。     

赤泥颗粒对韭菜吸收污染土壤中铅锌的抑制效应研究

采用盆栽试验方法,通过添加赤泥颗粒修复铅锌污染土壤,按照火焰原子吸收分光光度法测定不同时期种植韭菜的土壤中重金属的含量,分析赤泥颗粒对土壤中重金属的钝化行为与机理,确定赤泥颗粒对土壤修复和对韭菜生长促进最佳的添加量。结果表明,赤泥颗粒能缓释OH-,促进重金属铅、锌化学形态转化和抑制生物吸收。铅、锌污染土壤修复的最佳赤泥颗粒添加量为5%,此时,土壤中铅、锌的生物有效态含量在修复期内分别降低了41.03%、26.55%;结合铅锌污染土壤修复与韭菜生长影响,初步确定赤泥颗粒的最佳施用量为1%,此时,土壤中铅、锌的生物有效态含量在修复期内分别降低了24.81%、15.9%;赤泥颗粒对铅锌污染土壤的修复能力大小为铅〉锌。     

硅酸盐钝化剂在土壤重金属污染修复中的研究与应用

土壤重金属污染治理是目前我国土壤污染治理的重点,黏土矿物、单硅酸盐及硅肥等硅酸盐钝化修复材料是重要的土壤重金属化学稳定剂。本文通过综述硅酸盐钝化剂的分类与特点,阐明了硅酸盐钝化剂在土壤重金属污染修复过程中的吸附、沉淀及植物-微生物作用机理与影响因素,提出将土壤重金属污染修复与农作物增产相结合,开发具有枸溶、缓释特性,对重金属具备吸附、沉淀与生物抑制功能且有利于农作物生长的长效硅酸盐土壤重金属钝化剂具有重要的实际意义。     

镉砷复合污染土壤钝化材料研究进展

我国土壤重金属污染严重,尤以镉砷污染最为突出。镉砷复合污染土壤中各元素间表现为拮抗和协同等作用,其有效态含量受土壤pH变化和氧化还原电位等的影响,增加了镉砷复合污染土壤的修复难度,严重威胁我国粮食安全。综述了常见的镉砷复合污染土壤钝化修复材料的优缺点及其对镉砷复合污染土壤钝化修复效果和机理。常见的钝化材料有生物质炭类、磷酸盐类、金属及其氧化物类、含硅类材料、黏土矿物类、有机肥类和新型材料等。有大量研究表明生物质炭材料对镉有良好的吸附效果,为了同时钝化镉砷,通常使用改性生物质炭或与其他材料配合施用,常见的改性/配施材料有金属及其氧化物、黏土矿物、家禽粪便、复合肥等,其钝化反应机制包括离子交换、共沉淀和表面络合等;磷酸盐类主要与铁盐或铁粉配施,通过吸附和同晶替代钝化镉、点位竞争机制钝化砷;金属及其氧化物类多与生物质炭、石灰和黏土矿物等配施,通过专性吸附和共沉淀钝化镉、氧化还原和络合作用等钝化砷;铁硅肥、硅钙肥、硅钾肥等通过共沉淀钝化镉、专性吸附和点位竞争机制钝化砷;黏土矿物中多施用海泡石,主要与金属氧化物和钙镁磷肥等配施,通过离子交换、沉淀和络合反应钝化镉砷;污泥和动物粪便中含有腐殖化程度较高的有机质,主要通过吸附、氧化还原和有机络合以及微生物作用钝化镉砷;此外,富含巯基和氨基、谷聚多以及富含硫和硒的物质也可有效钝化镉砷。本文对镉砷复合污染土壤钝化修复材料进行总结,归纳了镉砷钝化材料特性,以期为镉砷复合污染土壤修复提供一定的指导。     

固定剂及其在重金属污染土壤修复中的应用

由于人类的过度开发,部分地区土壤重金属污染日趋严重。采用向污染土壤中施加各类固定化试剂,通过其对重金属的吸附、沉淀(共沉淀)、离子交换及络合作用等将重金属固定在土壤中,降低其在环境中的迁移性和生物可利用性,最终达到减少重金属污染环境风险的目标,是修复重金属污染土壤的有效手段之一。本文概述了近年来国内外报道的各种土壤固定剂及其在重金属污染土壤修复中的应用和修复机理,并从构效关系等角度出发,展望了固定剂在土壤修复应用中的未来发展。     

利用粘粒矿物修复重金属污染农业土壤研究进展

Heavy metal contamination of agricultural soils poses risks and hazards to humans.The remediation of heavy metal-polluted soils has become a hot topic in environmental science and engineering.In this review,the application of clay minerals for the remediation of heavy metal-polluted agricultural soils is summarized,in terms of their remediation effects and mechanisms,influencing factors,and future focus.Typical clay minerals,natural sepiolite,palygorskite,and bentonite,have been widely utilized for the in-situ immobilization of heavy metals in soils,especially Cd-polluted paddy soils and wastewater-irrigated farmland soils.Clay minerals are able to increase soil pH,decrease the chemical-extractable fractions and bioavailability of heavy metals in soils,and reduce the heavy metal contents in edible parts of plants.The immobilization effects have been confirmed in field-scale demonstrations and pot trials.Clay minerals can improve the environmental quality of soils and alleviate the hazards of heavy metals to plants.As main factors affecting the immobilization effects,the pH and water condition of soils have drawn academic attention.The remediation mechanisms mainly include liming,precipitation,and sorption effects.However,the molecular mechanisms of microscopic immobilization are unclear.Future studies should focus on the long-term stability and improvement of clay minerals in order to obtain a better remediation effect.     

生物质炭修复重金属及有机物污染土壤的研究进展

生物质炭是生物质原料在完全或部分缺氧条件下高温热解后的固体产物,它具有丰富的孔隙结构和较高的碳含量。该物质具有巨大的表面积和较强的阳离子交换能力等特殊性质,对受污染土壤中的重金属和有机物都具有很强的吸附能力,有效地降低这些污染物的生物有效性和在环境中的迁移,对改善土壤环境具有重大意义。近年来我国土壤污染严重,利用生物质炭修复受污染土壤的技术得到了广泛的关注。本文简述了生物质炭修复土壤污染的基本原理,探讨了与其他修复方法相比存在的优势,阐述了国内外近年来利用生物质炭修复污染土壤的研究进展,最后展望了今后需要进一步研究的领域。     

Soil Immobilization of Heavy Metal Using Soil Amendments in a Greenhouse Study

ABSTRACT

The application of soil amendments to immobilize heavy metals is a promising technology to meet the requirements for environmentally sound and cost-effective remediation. The present work was carried out to evaluate the effect of phosphogypsum (PG) used alone and in combination with compost (CP) at a mix ratio of 1:1 wet weight ratio (PG+CP) at 10 and 20 g dry weight kg^?1 dry soil, on heavy metal immobilization in contaminated soil, and on canola growth (Brassica napus). The results were then compared with untreated soil (control). The results revealed that the Pb, Cd, and Zn uptake of canola plants was reduced by the application of PG alone and when it was mixed with CP. At an application rate of 10 g dry weight kg^?1 dry soil of (PG+CP), the dry weight of canola plants increased by 66.8%, which was increased in comparison on its weight in the untreated soil (control). The addition of PG alone resulted in more pronounced immobilization of heavy metals as compared to PG mixed with CP. Plant growth was improved with CP addition but heavy metals immobilization was greatest in PG alone treatments. Results suggest that PG may be useful for the immobilization of heavy metals in contaminated soils.     

重金属污染土壤的螯合剂诱导植物修复研究进展

植物修复作为一种生态友好型原位绿色修复技术成为重金属污染土壤修复研究的热点。然而,目前最具有推广价值的超积累植物因生物量低、生长缓慢、对重金属的积累具有专一性等缺点,大大限制了植物修复技术在重金属污染尤其是复合重金属污染土壤治理方面的推广应用。利用生长速度快、生物量大的普通植物借助其它技术辅助的联合植物修复便成了有效可行的替代途径和研究焦点。近年来,金属螯合剂诱导的化学-植物联合修复技术备受关注。本文综述了螯合剂诱导植物修复技术的研究进展、修复机理和目前存在的问题,并对该项技术的未来研究方向给予了展望。     

镉砷复合污染水稻土原位钝化修复技术研究进展

随着工农业的发展,稻田土壤正面临严重的重金属污染问题,水稻作为南亚和东南亚的主要粮食作物,稻米安全问题显得尤为突出。镉和砷两者在生物地球化学循环上有明显差异,因此镉和砷复合污染水稻土的修复一直是一个棘手的问题。综述了镉砷复合污染水稻土原位钝化技术的研究现状,将钝化技术梳理为氧化还原型、微生物转化累积型、材料型和耦合钝化技术四类。氧化还原型钝化技术重点指出稻田水分调控驱动的氧化还原电位Eh和pH变化、不同元素的生物地球化学循环、有机质等对镉和砷的迁移转化机制;微生物转化累积型钝化技术重点阐明功能微生物对砷和镉的吸收、转化、区室化、菌表吸附等作用机制;材料型钝化技术重点分析现有钝化材料的分类及其与镉和砷的固定化机制;耦合型钝化技术重点总结上述三种技术综合体系下,镉和砷的协同钝化应用。同时对未来镉砷复合污染水稻土的原位钝化修复提出展望,进一步探讨了镉砷在稻田土壤生物地球化学循环过程涉及的新型机制研究方向、修复钝化技术的创新延展趋势;期望在稳产、增产的基础上,寻求一种深度融合现代农业生产模式、保障稻田安全利用的土壤钝化改良技术体系或模式。     

Remediation of Lead Contaminated Soils by Stabilization/Solidification

Most available remediation technologies for treatment of heavymetal contaminated soils are very expensive and result in residues requiring further treatment. Stabilization/solidification (immobilization) techniques however, which aredesigned to decrease leaching potential of heavy metals from soil by addition of chemical additives, provide very cost-effective solutions for heavy metal contaminated soils. Thisstudy investigates the most efficient additive for immobilization of lead. To achieve this goal, several leachingexperiments were conducted for mixtures of different additives(lime, activated carbon, clay, zeolite, sand and cement) withartificially Pb contaminated (spiked) soil samples in accordancewith the Toxicity Characterization Leaching Procedure (TCLP) developed by U.S. EPA. Results showed that among the additivestried, activated carbon, clay, zeolite and sand are not very efficient for Pb immobilization. On the other hand, lime andcement are significantly effective in Pb immobilization with 88% efficiency at 1:21 lime:soil ratio and 99% efficiency at1:15 cement:soil ratio, respectively.     

Heavy Metal Immobilization in Contaminated Soils using Phosphogypsum and Rice Straw Compost

The application of soil amendments to immobilize heavy metals is a promising technology to meet the requirements for environmentally sound and cost‐effective remediation. The present study was carried out to evaluate the result of phosphogypsum (PG) used alone and in combination with compost (CP) at a mix ratio of 1:1 wet weight ratio (PG + CP) at 10 and 20 g dry weight kg⁻¹ dry soil, on heavy metal immobilization in contaminated soil and on canola growth. The results revealed that the Pb, Cd and Zn uptake of canola plants was reduced by the application of PG alone and when it was mixed with CP as compared with untreated soil. At an application rate of 10 g dry weight kg⁻¹ dry soil of (PG + CP) the dry weight of canola plants increased by 66·8% was increased in comparison with its weight in the untreated soil. The addition of PG alone resulted in more pronounced immobilization of heavy metal as compared with PG mixed with CP. Plant growth was improved with CP addition, but heavy metals immobilization was the greatest in PG alone treatments. Results suggest that PG may be useful for the immobilization of heavy metals in contaminated soils. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.     

固化/稳定化修复后土壤重金属稳定性及再活化研究进展

固化/稳定化技术是一种经济、有效、快捷的重金属污染主流修复技术,随着我国以风险管控为主导策略的土壤污染防治工作的推进,该技术正发挥着极其重要的作用。固化/稳定化技术处置后土壤中的重金属并未移除,存在再活化的风险。本文对固化/稳定化技术特点、修复效果评估方法、评价标准等进行了系统总结,概述了修复后重金属赋存形态、生物有效性、微观形态等特征,着重阐述了冻融、水环境和酸雨淋溶3类环境胁迫下重金属的再活化行为和影响因素。在此基础上,讨论了当前固化/稳定化修复后土壤和场地环境监管体系构建的现状、不足和发展需求,提出需注重修复后重金属环境行为、再活化定量化等研究方向。