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關(guān)鍵詞:壤污染;危害;植物修復(fù);修復(fù)機(jī)理
1 土壤污染的含義以及危害
土壤污染是指通過多種途徑進(jìn)入土壤的有毒有害污染物的數(shù)量和速度超過了土壤的容納能力和凈化速度, 造成土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)、組成及性狀等發(fā)生變化, 破壞土壤的自然動(dòng)態(tài)平衡, 從而導(dǎo)致土壤自然功能失調(diào)、土壤質(zhì)量惡化、作物的生長發(fā)育受到影響、產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量下降, 產(chǎn)生一定的環(huán)境效應(yīng) , 并可通過食物鏈對(duì)生物和人類構(gòu)成危害。
土壤污染的危害包括隱蔽性和滯后性、累積性和不可逆性、不易治理性和后果嚴(yán)重性。
2 植物修復(fù)的研究和機(jī)理
2.1 植物修復(fù)的研究 植物修復(fù)是利用植物修復(fù)有毒重金屬、有機(jī)物、放射性核素污染土壤、沉積物、地表水、地下水的一項(xiàng)綠色技術(shù),它是一項(xiàng)利用太陽能動(dòng)力的處理系統(tǒng)。石油烴類作為早期有機(jī)污染植物修復(fù)的研究對(duì)象, 其修復(fù)機(jī)理已有較清楚的認(rèn)識(shí)。
2.2 植物修復(fù)機(jī)理 植物修復(fù)技術(shù)是一種綠色的修復(fù)技術(shù),引起人們極大興趣和關(guān)注,是污染土壤修復(fù)技術(shù)中發(fā)展最快的領(lǐng)域。土壤污染的植物修復(fù)機(jī)理包括植物提取作用、根際降解作用、植物揮發(fā)等作用。
2.3 植物修復(fù)技術(shù)的局限性 植物修復(fù)不僅是一條綠色的,生態(tài)的凈化途徑,一種符合公眾心理需求的新技術(shù) ,而且也是一種經(jīng)濟(jì)有效的凈化的方案。對(duì)環(huán)境擾動(dòng)少,可謂是真正意義上的“綠色修復(fù)技術(shù) ”。植物修復(fù)技術(shù)也具有其局限性, 主要表現(xiàn)在。
1)目前發(fā)現(xiàn)的超富集植物所能累積的元素大多較單一,而土壤污染通常是多元素的復(fù)合污染。2)超富集植物生產(chǎn)緩慢,生物量低,而且生長周期長,因此從土壤中提取的污染物的總量有限。3)目前發(fā)現(xiàn)的超富集植物幾乎都是野生植物,人們對(duì)其農(nóng)藝性狀、病蟲害防治、育種潛力以及生理學(xué)等方面的了解有限,難以優(yōu)化栽培和培育。4)超富集植物的根系比較淺,只能吸收淺層土壤中的污染物,對(duì)較深層土壤中的污染物則無能為力。5)異地引種對(duì)生物多樣性的威脅 , 也是一個(gè)不容忽視的問題。6)植物器官往往會(huì)通過腐爛、落葉等途徑使重金屬污染物重返土壤, 因此富集重金屬的超富集植物需收割并作為廢棄物妥善處理。
3 植物修復(fù)技術(shù)發(fā)展前景
1)植物修復(fù)涉及一系列技術(shù),包括不同的植被類型,其作用對(duì)象、修復(fù)機(jī)理和能力各不相同。2)利用放射性同位素標(biāo)記技術(shù),加強(qiáng)植物體內(nèi)各種生理生化代謝途徑對(duì)污染物脅迫下的適應(yīng)性反應(yīng)的研究,如光合反應(yīng)、呼吸代謝、激素應(yīng)激對(duì)污染物脅迫是如何做出適應(yīng)性改變的,通過這種改變的機(jī)制,研究污染物脅迫下植物次生代謝途徑反應(yīng)以及逆境信號(hào)傳導(dǎo)途徑也是理解植物污染物耐性機(jī)理的一個(gè)重要方面。3)從分子生物水平加強(qiáng)對(duì)植物解毒機(jī)理等基礎(chǔ)理論的研究。植物吸收污染物首先要經(jīng)過根系, 因此, 應(yīng)重點(diǎn)圍繞根系來探索解毒機(jī)制和污染物在植物體內(nèi)的運(yùn)輸機(jī)制, 了解植物、土壤、微生物整個(gè)體系下各物質(zhì)之間的相互作用。4) 植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)可以成為一種很有發(fā)展前途的新型生物修復(fù)技術(shù), 但由于降解微生物的群落組成和變化動(dòng)態(tài)的了解甚少, 為降解機(jī)理的闡明帶來了困難, 所以其理論體系、修復(fù)機(jī)制和修復(fù)技術(shù)需進(jìn)一步完善。5)在基礎(chǔ)研究方面, 除了篩選耐受性高的植物和高效微生物以外, 如何通過遺傳學(xué)、分子生物學(xué)、基因工程等手段進(jìn)一步提高生物的活性和環(huán)境適應(yīng)性, 也是今后研究的重點(diǎn)。
4 結(jié)論
綜上所述土壤污染的植物修復(fù)技術(shù)發(fā)展前景十分寬廣,并且與其他修復(fù)技術(shù)相比有許多優(yōu)點(diǎn),根據(jù)我國國情,也是十分適用于中國的一項(xiàng)值得開發(fā)的新技術(shù)。隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展, 有毒有害污染物通過各種途徑進(jìn)入土壤, 持久性污染物的危害開始顯現(xiàn), 土壤污染面積擴(kuò)大。土壤污染不但影響農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量與品質(zhì), 而且涉及大氣和水環(huán)境質(zhì)量, 并可通過食物鏈危害動(dòng)物和人類的健康, 影響環(huán)境安全和社會(huì)穩(wěn)定。發(fā)展植物修復(fù)技術(shù)能有效解決我國目前和未來面臨的嚴(yán)峻的環(huán)境保護(hù)問題, 對(duì)我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)都有著重大意義。
關(guān)鍵詞:土壤污染;土壤修復(fù);植物修復(fù)技術(shù)
中圖分類號(hào):Q958.116文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: A
引言
我國土壤污染的總體形勢(shì)嚴(yán)峻,部分地區(qū)土壤污染嚴(yán)重,在重污染企業(yè)或工業(yè)密集區(qū)、工礦開采區(qū)及周邊地區(qū)、城市和城郊地區(qū)出現(xiàn)了土壤重污染區(qū)和高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)。土壤污染類型多樣,呈現(xiàn)出新老污染物并存、無機(jī)有機(jī)復(fù)合污染的局面。土壤污染途徑多,原因復(fù)雜,控制難度大。土壤環(huán)境監(jiān)督管理體系不健全,土壤污染防治投入不足,全社會(huì)防治意識(shí)不強(qiáng)。由土壤污染引發(fā)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題和逐年增多,成為影響群眾身體健康和社會(huì)穩(wěn)定的重要因素。由于污染,土壤的營養(yǎng)功能,凈化功能,緩沖功能和有機(jī)體的支持功能正在喪失。土壤是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的有機(jī)組成部分,是人類生存與發(fā)展最重要和最基本的綜合性自然資源。我們不能坐以待斃,要加強(qiáng)研究,采取措施,切實(shí)阻止土壤污染繼續(xù)擴(kuò)大的趨勢(shì),清除被稱為“化學(xué)定時(shí)炸彈”的土壤污染。
1.造成我國土壤污染的原因
1.1過量施用化肥
雖然施用化肥是農(nóng)業(yè)增產(chǎn)的重要措施,但長期大量使用氮、磷等化學(xué)肥料,會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu),造成土壤板結(jié)、耕地土壤退化、耕層變淺、耕性變差、保水肥能力下降、生物學(xué)性質(zhì)惡化,增加了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本,影響了農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量;未被植物吸收利用和根層土壤吸附固定的養(yǎng)分,都在根層以下積累或轉(zhuǎn)入地下。殘留在土壤中的氮、磷化合物,在發(fā)生地面徑流或土壤風(fēng)蝕時(shí),會(huì)向其他地方轉(zhuǎn)移,擴(kuò)大了土壤污染范圍。過量使用化肥還使飼料作物含有過多的硝酸鹽,妨礙牲畜體內(nèi)氧氣的輸送,使其患病,嚴(yán)重導(dǎo)致死亡。
1.2農(nóng)藥是土壤的主要有機(jī)污染物
全國每年使用的農(nóng)藥量達(dá)50萬~60萬t,使用農(nóng)藥的土地面積在2.8億hm2以上,農(nóng)田平均施用農(nóng)藥13.9 kg/hm2。直接進(jìn)入土壤的農(nóng)藥,大部分可被土壤吸附,殘留于土壤中的農(nóng)藥,由于生物和非生物的作用,形成具有不同穩(wěn)定性的中間產(chǎn)物或最終產(chǎn)物無機(jī)物。噴施于作物體上的農(nóng)藥,除部分被植物吸收或逸入大氣外,約有1/2左右散落于農(nóng)田,又與直接施用于田間的農(nóng)藥構(gòu)成農(nóng)田土壤中農(nóng)藥的基本來源。農(nóng)作物從土壤中吸收農(nóng)藥,在植物根、莖、葉、果實(shí)和種子中積累,通過食物、飼料危害人體和牲畜的健康。
1.3重金屬元素引起的土壤污染
全國320個(gè)嚴(yán)重污染區(qū)約有548萬hm2土壤,大田類農(nóng)產(chǎn)品污染超標(biāo)面積占污染區(qū)農(nóng)田面積的20%,其中重金屬污染占80%,糧食中重金屬鎘、砷、鉻、鉛、汞等的超標(biāo)率占10%。被公認(rèn)為城市環(huán)境質(zhì)量?jī)?yōu)良的公園存在著嚴(yán)重的土壤重金屬污染。汽油中添加的防爆劑四乙基鉛隨廢氣排出污染土壤,使行車頻率高的公路兩側(cè)常形成明顯的鉛污染帶。砷被大量用作殺蟲劑、殺菌劑、殺鼠劑和除草劑,硫化礦產(chǎn)的開采、選礦、冶煉也會(huì)引起砷對(duì)土壤的污染。汞主要來自廠礦排放的含汞廢水。土壤組成與汞化合物之間有很強(qiáng)的相互作用,積累在土壤中的汞有金屬汞、無機(jī)汞鹽、有機(jī)絡(luò)合態(tài)或離子吸附態(tài)汞,所以,汞能在土壤中長期存在。鎘、鉛污染主要來自冶煉排放和汽車尾氣沉降,磷肥中有時(shí)也含有鎘。
1.4污水灌溉對(duì)土壤的污染
我國污水灌溉農(nóng)田面積超過330萬hm2。生活污水和工業(yè)廢水中,含有氮、磷、鉀等許多植物所需要的養(yǎng)分,所以合理地使用污水灌溉農(nóng)田,有增產(chǎn)效果。未經(jīng)處理或未達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)污水中含有重金屬、酚、氰化物等許多有毒有害的物質(zhì),會(huì)將污水中有毒有害的物質(zhì)帶至農(nóng)田,在灌溉渠系兩側(cè)形成污染帶。
1.5大氣污染對(duì)土壤的污染
大氣中的二氧化硫、氮氧化物和顆粒物等有害物質(zhì),在大氣中發(fā)生反應(yīng)形成酸雨,通過沉降和降水而降落到地面,引起土壤酸化。冶金工業(yè)排放的金屬氧化物粉塵,則在重力作用下以降塵形式進(jìn)入土壤,形成以排污工廠為中心、半徑為2~3 km范圍的點(diǎn)狀污染。
1.6固體廢物對(duì)土壤的污染
污泥作為肥料施用,常使土壤受到重金屬、無機(jī)鹽、有機(jī)物和病原體的污染。工業(yè)固體廢物和城市垃圾向土壤直接傾倒,由于日曬、雨淋、水洗,使重金屬極易移動(dòng),以輻射狀、漏斗狀向周圍土壤擴(kuò)散。
1.7牲畜排泄物和生物殘?bào)w對(duì)土壤的污染
禽畜飼養(yǎng)場(chǎng)的廄肥和屠宰場(chǎng)的廢物,其性質(zhì)近似人糞尿。利用這些廢物作肥料,如果不進(jìn)行物理和生化處理,則其中的寄生蟲、病原菌和病毒等可引起土壤和水域污染,并通過水和農(nóng)作物危害人群健康。
1.8放射性物質(zhì)對(duì)土壤的污染
土壤輻射污染的來源有鈾礦和釷礦開采、鈾礦濃縮、核廢料處理、核武器爆炸、核實(shí)驗(yàn)、燃煤發(fā)電廠、磷酸鹽礦開采加工等。大氣層核試驗(yàn)的散落物可造成土壤的放射性污染,放射性散落物中,90Sr、137Cs的半衰期較長,易被土壤吸附,滯留時(shí)間也較長。
2.植物修復(fù)機(jī)理及優(yōu)點(diǎn)
植物修復(fù)是利用可超富集重金屬的植物吸收、積累環(huán)境中的污染物,并降低其毒害的環(huán)保生物技術(shù)。根據(jù)修復(fù)植物在某一方面的修復(fù)功能和特點(diǎn)可將植物修復(fù)分為三種基本類型:植物提取修復(fù),植物穩(wěn)定修復(fù)和植物揮發(fā)修復(fù)。
2.1植物修復(fù)機(jī)理
2.1.1植物提取修復(fù)
利用重金屬積累植物或超積累植物將土壤中的重金屬提取出來,富集并搬運(yùn)到植物根部可收割部分和植物地上的枝條部位。植物提取修復(fù)是目前研究最多且最有發(fā)展前途的一種植物修復(fù)技術(shù)。
2.1.2植物揮發(fā)修復(fù)
植物揮發(fā)是利用植物的吸收、積累和揮發(fā)而減少土壤中一些揮發(fā)性污染物,即植物將污染物吸收到體內(nèi)后將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)釋放到大氣中。目前,在這方面研究最多的是金屬元素汞和非金屬元素硒。植物揮發(fā)修復(fù)技術(shù)只限于揮發(fā)性重金屬的修復(fù),應(yīng)用范圍較小,而且將汞、硒等揮發(fā)性重金屬轉(zhuǎn)移到大氣中有沒有環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)仍有待于進(jìn)一步研究。
2.1.3植物穩(wěn)定修復(fù)
利用重金屬耐性植物降低重金屬的活性,從而減少重金屬被淋濾到地下水或通過空氣載體擴(kuò)散進(jìn)一步污染環(huán)境的可能性。目前,該技術(shù)在礦區(qū)大量使用,如廢棄礦山的復(fù)墾工程,各種尾礦庫的植被重建等。值得注意的是植物穩(wěn)定也并沒有將重金屬從土壤中徹底清除,當(dāng)土壤環(huán)境發(fā)生變化時(shí)仍可能重新活化并恢復(fù)毒性。植物穩(wěn)定修復(fù)的作用主要有兩方面:一是通過根部累積、沉淀、轉(zhuǎn)化重金屬,或通過根表面吸附作用固定重金屬。二是保護(hù)污染土壤不受風(fēng)蝕、水蝕,減少重金屬滲漏污染地下水和向四周遷移污染周圍環(huán)境。植物穩(wěn)定修復(fù)并沒有從土壤中將重金屬去除,只是暫時(shí)將其固定,在減少污染土壤中重金屬向四周擴(kuò)散的同時(shí),也減少其對(duì)土壤中的生物的傷害。但如果環(huán)境條件發(fā)生變化,重金屬的可利用性可能又會(huì)發(fā)生變化,因而,沒有徹底解決重金屬污染問題。重金屬污染土壤的植物穩(wěn)定修復(fù)是一項(xiàng)正在發(fā)展中的技術(shù),若與原位化學(xué)鈍化技術(shù)相結(jié)合可能會(huì)顯示出更大的應(yīng)用潛力。未來的研究方向可能是耐性植物、特異根分泌植物的篩選,以及穩(wěn)定修復(fù)植物與原位鈍化聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的研究。
2.2植物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
植物修復(fù)技術(shù)較其他物理的,化學(xué)的和生物的方法更受社會(huì)歡迎。該技術(shù)成本較低,據(jù)美國的實(shí)踐,植物修復(fù)比物理化學(xué)處理的費(fèi)用低了幾個(gè)數(shù)量級(jí),此技術(shù)在清潔土壤中金屬的同時(shí),還可清楚污染土壤周圍的大氣或水體中的污染物,有美化環(huán)境的作用,易為社會(huì)所接受。
此外,植物修復(fù)重金屬污染的過程也是土壤有機(jī)質(zhì)含量及土壤肥力增加的過程,被植物修復(fù)過得干凈農(nóng)田更適合多種農(nóng)作物生長。生物固化技術(shù)能使地表長期穩(wěn)定,控制風(fēng)蝕,水蝕,有利于生態(tài)環(huán)境改善,而且維持成本較低。植物的蒸騰作用還可以防止污染物向下遷移,同時(shí),植物把氧氣供給根際可促進(jìn)根際有機(jī)物的降解。
3.植物修復(fù)技術(shù)的局限性及影響因素
3.1植物修復(fù)技術(shù)的局限性
植物是活的生物體,需要有合適的生存條件,因此植物修復(fù)有其局限性:要針對(duì)不同污染狀況的突然選擇不同的生態(tài)型植物。重金屬污染嚴(yán)重的土壤,適宜選用超積累植物,而污染較輕的土壤則需要選用耐重金屬植物;植物修復(fù)過程通常較為緩慢,對(duì)土壤肥力,氣候,水分。鹽度,酸堿度,排水與灌溉系統(tǒng)等條件和認(rèn)為條件有一定的要求;植物修復(fù)往往會(huì)受土壤毒物毒性的限制,一種植物常常只能吸收一種或兩種重金屬,對(duì)土壤中其他濃度較高的重金屬會(huì)表現(xiàn)出某些中毒癥狀,從而限制了植物修復(fù)技術(shù)在多種重金屬污染土壤治理方面的應(yīng)用;用于清理重金屬污染土壤的超累積植物通常都比較矮小,生物量低,生長緩慢,生長周期較長的類型,因而修復(fù)效率低,不利于機(jī)械作業(yè);用于清理重金屬污染的植物往往會(huì)通過器官腐爛,落葉等途徑使重金屬污染物重返土壤。因此必須在植物落葉前收割處理。
3.2植物修復(fù)技術(shù)的影響因素
為了植物修復(fù)修復(fù)污染土壤的效率,在設(shè)計(jì)植物修復(fù)技術(shù)方案時(shí)必須事先考慮如下因素:首先了解受重金屬污染的土壤所處的地理,海拔條件,以便選擇合適生長在該條件下的耐受重金屬植物和超累積植物種類進(jìn)行污染土壤的植物修復(fù);將整個(gè)需要治理的污染土壤納入土地使用和規(guī)劃管理方案中進(jìn)行總體設(shè)計(jì)與考慮;對(duì)土壤的酸堿度,植物的耐鹽度進(jìn)行調(diào)查;了解治理土壤的含水量及水分供給狀況;掌握擬治理土壤的營養(yǎng)供給狀況,以便擬定合適的施肥計(jì)劃;調(diào)金屬污染土壤的污染狀況,了解重金屬的化學(xué)形態(tài)及植物的可利用性,以便從土壤化學(xué)的角度采取相應(yīng)措施增加植物對(duì)重金屬的吸收量。此外,對(duì)植物遭受自然災(zāi)害的復(fù)原能力,植物病蟲害,良好的灌溉與排水系統(tǒng)也是需要考慮的因素。
關(guān)鍵詞:土壤污染、生物修復(fù)、研究進(jìn)展
前言
土壤重金屬污染是指由于人類活動(dòng)將金屬加入到土壤中,致使土壤中重金屬明顯高于原生含量、并造成生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化的現(xiàn)象。加之重金屬離子難移動(dòng)性,長期滯留性和不可分解性的特點(diǎn),對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境造成了極大破壞,同時(shí)食物通過食物鏈最終進(jìn)入人體,嚴(yán)重危害人體健康,已成為不可忽視的環(huán)境問題。隨著我國人民生活水平的提高,生態(tài)環(huán)境保護(hù)日趨受到重視,國家對(duì)污染土壤治理和修復(fù)的人力,物力的投入逐年增加,土壤污染物的去除以及修復(fù)問題,已成為土壤環(huán)境研究領(lǐng)域的重要課題。而生物修復(fù)技術(shù)是近20年發(fā)展起來的一項(xiàng)用于污染土壤治理的新技術(shù),同傳統(tǒng)處理技術(shù)相比具有明顯優(yōu)勢(shì),例如其處理成本低,只為焚燒法的1/2-1/3,處理效果好,生化處理后污染物殘留量可達(dá)到很低水平;對(duì)環(huán)境影響小,無二次污染,最終產(chǎn)物CO2、H2O和脂肪酸對(duì)人體無害,可以就地處理,避免了集輸過程的二次污染,節(jié)省了處理費(fèi)用,因而該技術(shù)成為最有發(fā)展?jié)摿褪袌?chǎng)前景的修復(fù)技術(shù)。
1.污染土壤生物修復(fù)的基本原理和特點(diǎn)
土壤生物修復(fù)的基本原理是利用土壤中天然的微生物資源或人為投加目的菌株,甚至用構(gòu)建的特異降解功能菌投加到各污染土壤中,將滯留的污染物快速降解和轉(zhuǎn)化成無害的物質(zhì),使土壤恢復(fù)其天然功能。由于自然的生物修復(fù)過程一般較慢,難于實(shí)際應(yīng)用,因而生物修復(fù)技術(shù)是工程化在人為促進(jìn)條件下的生物修復(fù),利用微生物的降解作用,去除土壤中石油烴類及各種有毒有害的有機(jī)污染物,降解過程可以通過改變土壤理化條件(溫度、濕度、pH值、通氣及營養(yǎng)添加等)來完成,也可接種經(jīng)特殊馴化與構(gòu)建的工程微生物提高降解速率。
2.污染土壤生物修復(fù)技術(shù)的種類
目前,微生物修復(fù)技術(shù)方法主要有3種:原位修復(fù)技術(shù)、異位修復(fù)技術(shù)和原位-異位修復(fù)技術(shù)。
2.1原位修復(fù)技術(shù):
原位修復(fù)技術(shù)是在不破壞土壤基本結(jié)構(gòu)的情況下的微生物修復(fù)技術(shù)。有投菌法、生物培養(yǎng)法和生物通氣法等,主要用于被有機(jī)污染物污染的土壤修復(fù)。投菌法是直接向受到污染的土壤中接入外源污染物降解菌,同時(shí)投加微生物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì),通過微生物對(duì)污染物的降解和代謝達(dá)到去除污染物的目的。生物培養(yǎng)法是定期向土壤中投加過氧化氫和營養(yǎng)物,過氧化氫則在代謝過程中作為電子受體,以滿足土壤微生物代謝,將污染物徹底分解為CO2和H2O。生物通氣法是一種加壓氧化的生物降解方法,它是在污染的土壤上打上幾眼深井,安裝鼓風(fēng)機(jī)和抽真空機(jī),將空氣強(qiáng)行排入土壤中,然后抽出,土壤中的揮發(fā)性有機(jī)物也隨之去除。在通入空氣時(shí),加入一定量的氨氣,可為土壤中的降解菌提供所需要的氮源,提高微生物的活性,增加去除效率。
2.2異位修復(fù)技術(shù):
異位修復(fù)處理污染土壤時(shí),需要對(duì)污染的土壤進(jìn)行大范圍的擾動(dòng),主要技術(shù)包括預(yù)制床技術(shù)、生物反應(yīng)器技術(shù)、厭氧處理和常規(guī)的堆肥法。預(yù)制床技術(shù)是在平臺(tái)上鋪上砂子和石子,再鋪上15-30cm厚的污染土壤,加入營養(yǎng)液和水,必要時(shí)加入表面活性劑,定期翻動(dòng)充氧,以滿足土壤微生物對(duì)氧的需要,處理過程中流出的滲濾液,即時(shí)回灌于土層,以徹底清除污染物。生物反應(yīng)器技術(shù)是把污染的土壤移到生物反應(yīng)器,加水混合成泥漿,調(diào)節(jié)適宣的pH值,同時(shí)加入一定量的營養(yǎng)物質(zhì)和表面活性劑,底部鼓入空氣充氧,滿足微生物所需氧氣的同時(shí),使微生物與污染物充分接觸,加速污染物的降解,降解完成后,過濾脫水這種方法處理效果好、速度快,但僅僅適宜于小范圍的污染治理。厭氧處理技術(shù)適于高濃度有機(jī)污染的土壤處理,但處理?xiàng)l件難于控制。常規(guī)堆肥法是傳統(tǒng)堆肥和生物治理技術(shù)的結(jié)合,向土壤中摻入枯枝落葉或糞肥,加入石灰調(diào)節(jié)pH值,人工充氧,依靠其自然存在的微生物使有機(jī)物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化,是一種有機(jī)物高溫降解的固相過程。上述方法要想獲得高的污染去除效率,關(guān)鍵是菌種的馴化和篩選。由于幾乎每一種有機(jī)污染物或重金屬都能找到多種有益的降解微生物。因此,尋找高效污染物降解菌是生物修復(fù)技術(shù)研究的熱點(diǎn)。
3.影響污染土壤生物修復(fù)的主要因子
3.1污染物的性質(zhì):
重金屬污染物在土壤中常以多種形態(tài)貯存,不同的化學(xué)形態(tài)對(duì)植物的有效性不同。某種生物可能對(duì)某種單一重金屬具有較強(qiáng)的修復(fù)作用。此外,重金屬污染的方式(單一污染或復(fù)合污染),污染物濃度的高低也是影響修復(fù)效果的重要因素。有機(jī)污染物的結(jié)構(gòu)不同,其在土壤中的降解差異也較大。
3.2環(huán)境因子:
了解和掌握土壤的水分、營養(yǎng)等供給狀況,擬訂合適的施肥、灌水、通氣等管理方案,補(bǔ)充微生物和植物在對(duì)污染物修復(fù)過程中的養(yǎng)分和水分消耗,可提高生物修復(fù)的效率。一般來說土壤鹽度、酸堿度和氧化還原條件與重金屬化學(xué)形態(tài)、生物可利用性及生物活性有密切關(guān)系,也是影響生物對(duì)重金屬污染土壤修復(fù)效率的重要環(huán)境條件。
3.3生物體本身:
微生物的種類和活性直接影響修復(fù)的效果。由于微生物的生物體很小,吸收的金屬量較少,難以后續(xù)處理,限制了利用微生物進(jìn)行大面積現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)的應(yīng)用,
植物體由于生物量大且易于后續(xù)處理,利用植物對(duì)金屬污染位點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)成為解決環(huán)境中重金屬污染問題的一個(gè)很有前景的選擇。但由于超積累重金屬植物一般生長緩慢,且對(duì)重金屬存在選擇作用,不適于多種重金屬復(fù)合污染土壤的修復(fù)。因此,在選擇修復(fù)技術(shù)時(shí),應(yīng)根據(jù)污染物性質(zhì)、土壤條件、污染程度、預(yù)期修復(fù)目標(biāo)、時(shí)間限制、成本及修復(fù)技術(shù)的適用范圍等因素加以綜合考慮。
4.發(fā)展中存在的問題:
生物修復(fù)技術(shù)作為近20年發(fā)展起來的一項(xiàng)用于污染土壤治理的新技術(shù),雖取得很大進(jìn)步和成功,但處于實(shí)驗(yàn)室或模擬實(shí)驗(yàn)階段的研究結(jié)果較多,商業(yè)性應(yīng)用還待開發(fā)。此外,由于生物修復(fù)效果受到如共存的有毒物質(zhì)(Co-toxicants)(如重金屬)對(duì)生物降解作用的抑制;電子受體(營養(yǎng)物)釋放的物理;物理因子(如低溫)引起的低反應(yīng)速率;污染物的生物不可利用性;污染物被轉(zhuǎn)化成有毒的代謝產(chǎn)物;污染物分布的不均一性;缺乏具有降解污染物生物化學(xué)能力的微生物等因素制約。因此,目前經(jīng)生物修復(fù)處理的污染土壤,其污染物含量還不能完全達(dá)到指標(biāo)的濃度要求。
5.應(yīng)用前景及建議:
隨著生物技術(shù)和基因工程技術(shù)的發(fā)展,土壤生物修復(fù)技術(shù)研究與應(yīng)用將不斷深入并走向成熟,特別是微生物修復(fù)技術(shù)、植物生物修復(fù)技術(shù)和菌根技術(shù)的綜合運(yùn)用將為有毒、難降解、有機(jī)物污染土壤的修復(fù)帶來希望。為此,建議今后在生物修復(fù)技術(shù)的研究和開發(fā)方面加強(qiáng)做好以下幾項(xiàng)工作:
(1)進(jìn)一步深入研究植物超積累重金屬的機(jī)理,超積累效率與土壤中重金屬元素的價(jià)態(tài)、形態(tài)及環(huán)境因素的關(guān)系。
(2)加強(qiáng)微生物分解污染物的代謝過程、植物-微生物共存體系的研究以及植物-微生物聯(lián)合修復(fù)對(duì)污染物的修復(fù)作用與植物種類具有密切關(guān)系。
(3)應(yīng)用現(xiàn)代分子生物學(xué)與基因工程技術(shù),使超積累植物的生物學(xué)性狀(個(gè)體大小、生物量、生長速率、生長周期等)進(jìn)一步改善與提高,培養(yǎng)篩選專一或廣譜性的微生物種群(類),并構(gòu)建高效降解污染物的微生物基因工程菌,提高植物與微生物對(duì)污染土壤生物修復(fù)的效率。
(4)創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境,協(xié)調(diào)土著微生物和外來微生物的關(guān)系,使微生物的修復(fù)效果達(dá)到最佳,并充分發(fā)揮生物修復(fù)與其他修復(fù)技術(shù)(如化學(xué)修復(fù))的聯(lián)合修復(fù)作用。
(5)盡快建立生物修復(fù)過程中污染物的生態(tài)化學(xué)過程量化數(shù)學(xué)模型、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)及安全評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)和管理指標(biāo)體系。
結(jié)論
綜上所述,我們不難發(fā)現(xiàn)由于土壤重金屬來源復(fù)雜,土壤中重金屬不同形態(tài)、不同重金屬之間及與其它污染物的相互作用產(chǎn)生各種復(fù)合污染物的復(fù)雜性增加了對(duì)土壤重金屬治理和修復(fù)難度,且重金屬對(duì)動(dòng)植物和人體的危害具有長期性、潛在性和不可逆性,同時(shí)進(jìn)一步惡化了土壤條件,嚴(yán)重制約了我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的加速發(fā)展,所以要更好的防治土壤重金屬污染還需要廣大科研工作者不懈的努力,研發(fā)出更好的效率更高的修復(fù)治理技術(shù),同時(shí)我們還不應(yīng)該忘記必須加強(qiáng)企業(yè)自身的環(huán)保意識(shí),提高企業(yè)自我約束能力,始終將防治污染積極治理作為企業(yè)工作的頭等大事來抓,把企業(yè)對(duì)環(huán)境的污染程度降到最低限度,形成全社會(huì)都來重視土壤污染問題的良好環(huán)保氛圍,逐步改善我們的土壤生態(tài)環(huán)境。
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關(guān)鍵詞:耕地資源;重金屬污染;修復(fù)技術(shù)
耕地是人類賴以生存和從事農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ),對(duì)于保障糧食生產(chǎn)和糧食安全具有重要的意義,在經(jīng)濟(jì)社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展過程中,優(yōu)質(zhì)耕地資源減少,具備可利用條件的耕地資源也存在不能滿足生產(chǎn)活動(dòng)和社會(huì)發(fā)展需求的問題[1-3]。此外,有毒害物質(zhì)對(duì)耕地土壤造成污染也成為引起耕地質(zhì)量下降的重要因素[4-5]。引起耕地污染的原因眾多,其中土壤重金屬污染由于對(duì)土壤中微生物活動(dòng)、作物生長發(fā)育甚至人類身體健康均能產(chǎn)生損害,已逐漸成為造成耕地污染最主要的途徑[6-7]。在工業(yè)化進(jìn)程的不斷推動(dòng)下,廢棄物通過地表水、地下水或大氣循環(huán)排放至自然界,由于廢棄物中含有重金屬污染物,對(duì)耕地資源的破壞往往不可逆,同時(shí),重金屬污染物可通過作物生態(tài)循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)入人體,其危害程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他污染影響。據(jù)了解,我國每年僅因污水灌溉引發(fā)的重金屬污染面積達(dá)90萬hm2,每年造成的糧食損失超過2000萬kg[8-9]。2016年我國啟動(dòng)《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》,將土壤重金屬污染物的治理提到了新的高度,也為我國耕地保護(hù)和污損耕地土壤修復(fù)提供了重要指引。筆者從植物修復(fù)技術(shù)、物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)以及生物修復(fù)技術(shù)在耕地重金屬污染防治中的應(yīng)用進(jìn)行綜述,以期為耕地保護(hù)和污損耕地修復(fù)提供必要的借鑒。
1植物修復(fù)技術(shù)在耕地重金屬污染的應(yīng)用
相關(guān)研究表明,植物可通過自身根系吸附固定作用降低耕地中重金屬元素含量,對(duì)耕地重金屬污染程度的降低十分顯著。張穎等[10]對(duì)竹類植物修復(fù)重金屬污染土壤進(jìn)行了綜述。由于竹類植物對(duì)耕地環(huán)境擾動(dòng)影響較小,且竹類植物生長周期短,生物量較大,應(yīng)用于耕地重金屬污染修復(fù)中成本較低,與其他植物相比具有較大的優(yōu)勢(shì)。張治國等[11]研究了6種菊科植物對(duì)采煤塌陷區(qū)土壤重金屬污染物吸附作用的效果,結(jié)果表明,6種菊科植物對(duì)重金屬污染物Ni、Cr、Pb、Cd具有顯著的吸附效果(P<0.05),其中洋姜和一年蓬對(duì)重金屬污染物Cd的吸附效果最好。王娟等[12]研究了不同農(nóng)作物對(duì)5種土壤重金屬污染物的吸附效果,研究結(jié)果表明,水稻對(duì)耕地土壤中Cr、Cd和Pb的吸附效果最好,玉米、蔬菜與鳳丹對(duì)耕地土壤中Cr的吸附效果最佳。吳興玉等[13]對(duì)土荊芥和大葉醉魚草在鉛鋅礦廢渣中土壤污染物的吸附效果進(jìn)行了研究,結(jié)果表明,土荊芥和大葉醉魚草可有效吸附土壤中的Cu、Pb、Zn。楊丹等[14]研究了綠蘿、吊蘭、吊竹梅和花葉萬年青等園林植物對(duì)河道淤泥中重金屬污染物的吸附效果,結(jié)果表明,4種植物對(duì)淤泥中重金屬污染物均表現(xiàn)出一定的耐受性,其中綠蘿對(duì)重金屬Zn的吸附效果最為顯著(P<0.05),吊竹梅對(duì)重金屬Pb的吸附效果最為顯著(P<0.05),且對(duì)重金屬Zn的修復(fù)效率最高。植物吸附重金屬污染物效果顯著,且較為環(huán)保,但由于植物生長周期較長,對(duì)重金屬污染物的吸附時(shí)間較長。
2物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)在耕地重金屬污染的應(yīng)用
物理化學(xué)修復(fù)方法是耕地土壤重金屬污染修復(fù)中較為常用的一種方法,羅志遠(yuǎn)[15]應(yīng)用物理篩分和EDTA淋洗聯(lián)合修復(fù)技術(shù)對(duì)土壤中Pb、Cd、As的修復(fù)效果進(jìn)行研究,研究表明,物理篩分和EDTA淋洗聯(lián)合修復(fù)技術(shù)對(duì)>0.074mm粒級(jí)土壤中重金屬污染物的修復(fù)效果較為顯著(P<0.05),但采用單一修復(fù)方法則無法實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤中重金屬污染物的修復(fù)效果。許中堅(jiān)等[16]進(jìn)行了基于淋洗法的檸檬酸與皂素聯(lián)合修復(fù)作用對(duì)土壤重金屬污染物的吸附效果。研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)濃度為40mmol·L-1的檸檬酸與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%的皂素在體積比達(dá)到1∶5條件下,對(duì)土壤中重金屬污染物Pb和Zn的修復(fù)效果最佳,相同條件下,當(dāng)其體積比達(dá)到1∶1時(shí)對(duì)重金屬污染物Cu的吸附效果最佳。臧曉梅等[17]研究了沸石粉、生物炭和鎘康對(duì)重金屬污染物Cu、As、Cd和Pb的修復(fù)效果,研究表明,3種材料對(duì)重金屬污染物均有一定的修復(fù)效果,但總體來看,沸石粉和生物炭對(duì)重金屬污染物的吸附效果最佳。芮大虎等[18]通過凍融-淋洗土柱試驗(yàn)研究了EDTA和BCR作為淋洗材料對(duì)黏性土中重金屬污染物Cd、Pb的修復(fù)效果,研究結(jié)果表明,EDTA在土體反復(fù)凍融狀態(tài)下更有利于對(duì)土壤中重金屬污染物的淋洗,在7次凍融后,對(duì)Cd和Pb的吸附效率分別達(dá)到77.24%和37.78%。BCR材料對(duì)土壤中Cd和弱酸提取態(tài)Pb的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別降低了32.32%和41.46%。
3生物修復(fù)技術(shù)在耕地重金屬污染的應(yīng)用
生物修復(fù)技術(shù)是一種較為安全且綠色健康的修復(fù)方法,在新常態(tài)下具有較好的應(yīng)用前景。常晨等[19]研究了NTA和微生物共同作用下種植高羊茅對(duì)土壤中重金屬污染物Cd、Cu、Zn含量吸附效果的影響,研究表明,濃度為10mmol·kg-1NTA+菌液聯(lián)合處理?xiàng)l件下,高羊茅地上部分對(duì)土壤中Cd的吸附量達(dá)到最大值,當(dāng)濃度達(dá)到15mmol·kg-1時(shí),高羊茅根部對(duì)土壤重金屬Cd的吸附量達(dá)到最大,單獨(dú)施加15mmol·kg-1NTA時(shí),對(duì)Cu的吸附效果最佳,以修復(fù)效果和經(jīng)濟(jì)成本角度來考慮,10mmol·kg-1NTA+菌液聯(lián)合修復(fù)性價(jià)比最高。周鑫等[20]利用蚯蚓和不同比例的稻殼炭聯(lián)合修復(fù)工業(yè)污泥中的重金屬,研究結(jié)果表明,在兩者共施條件下可顯著降低污泥中Zn、Cu、Pb、Cd含量(P<0.05),在稻殼比例為4%時(shí),對(duì)重金屬污染物Zn、Cu、Pb、Cd的吸附效果和轉(zhuǎn)化能力均最佳。段靖禹等[21]在室內(nèi)試驗(yàn)條件下研究了不同生物炭和青霉菌梯度對(duì)土壤重金屬污染物As的固化吸附效果,結(jié)果表明,與CK相比,添加生物炭和青霉菌后土壤中As含量表現(xiàn)出顯著降低(P<0.05),重金屬污染物As中微生物多樣性隨施加生物炭濃度的增大表現(xiàn)為先增加后降低的變化規(guī)律,接菌量在10%和20%條件下對(duì)As的中生物群落的影響無顯著差異(P>0.05),2%生物炭+10%青霉菌處理土壤中微生物群落功能多樣性、碳源利用豐度最高。陳任連等[22]分析探究了土壤重金屬Pb和Cd與土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)性,研究表明,土壤中重金屬污染物Pb主要以弱酸可提取態(tài)和可還原態(tài)的形式存在,Cd以弱酸可提取態(tài)為主,結(jié)腸菌群對(duì)土壤重金屬污染物Pb、Cd具有較高的耐受性。
4結(jié)語
我鎮(zhèn)工業(yè)基礎(chǔ)比較薄弱,現(xiàn)有企業(yè)基本上還是以勞動(dòng)密集型為主,所以說起來工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展確實(shí)不太好展開。通過對(duì)照區(qū)高質(zhì)量發(fā)展工作方案,結(jié)合我鎮(zhèn)現(xiàn)實(shí)情況,有以下幾點(diǎn)思考。
一、要有高質(zhì)量的發(fā)展規(guī)劃
“抓項(xiàng)目、轉(zhuǎn)作風(fēng)、促發(fā)展”,工業(yè)的發(fā)展必須依靠企業(yè)項(xiàng)目做支撐,做好發(fā)展規(guī)劃尤為重要。實(shí)體經(jīng)濟(jì)才能創(chuàng)造價(jià)值,促進(jìn)就業(yè)。
高質(zhì)量,低投入、高產(chǎn)出;低污染,高產(chǎn)出,綠色可持續(xù)。不能走先污染后治理的老路,現(xiàn)在水體、土壤、空氣已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重,對(duì)比發(fā)達(dá)國家,我們要及早著手治理,減少對(duì)賴以生存環(huán)境的損害。池塘、溝渠的水體污染要系統(tǒng)治理,土壤污染要防治。
持之以恒抓項(xiàng)目,工業(yè)入園,圍繞鎮(zhèn)區(qū)、徐豐徐沛公路沿線,好長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃,做好與銅山區(qū)重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目(電子信息、高端裝備制造、汽車及核心零部件、安全科技產(chǎn)業(yè)等)的對(duì)接,力爭(zhēng)引進(jìn)配套的無污染的上下游企業(yè)。
繼續(xù)培育做強(qiáng)我鎮(zhèn)特色產(chǎn)業(yè)。桑拿設(shè)備制造、醫(yī)用機(jī)箱、電子器件制造行業(yè),經(jīng)過整治治理,污染已經(jīng)降到最小,有一定的發(fā)展空間,需要企業(yè)穩(wěn)中做強(qiáng),盡最大努力扶持好,由小到大,集聚優(yōu)勢(shì),占領(lǐng)市場(chǎng)。
二、做好招商、引商、選商工作,不斷加強(qiáng)鎮(zhèn)區(qū)工業(yè)發(fā)展
好的項(xiàng)目不會(huì)自己來,需要走出去、選擇好、引進(jìn)來,要穩(wěn)定一支招商隊(duì)伍,開拓思維,做好類比對(duì)比,結(jié)合我鎮(zhèn)實(shí)際,選擇真正無污染、促就業(yè)、前景好、有稅收的企業(yè)入駐。
有計(jì)劃,雄安新區(qū)項(xiàng)目對(duì)接,可能性、可行性有多大?需要走出去、了解深。
走出去,還要有與高校、科研單位的對(duì)接,做好項(xiàng)目轉(zhuǎn)化。運(yùn)城蔬菜種植。土壤改善、菜葉處理設(shè)施。工業(yè)上也是有的,醫(yī)用機(jī)箱的改進(jìn)、桑拿設(shè)備的設(shè)計(jì)、其他項(xiàng)目的轉(zhuǎn)化。
三、提升營商環(huán)境,加強(qiáng)服務(wù)意識(shí)
企業(yè)從無到有、從弱到強(qiáng),離不開政府部門的支持和引導(dǎo),今年全市都在提改善營商環(huán)境,為經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù),在我們鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級(jí),還是有很大努力空間。
1有機(jī)蔬菜的特點(diǎn)
①有機(jī)蔬菜維生素C含量比一般蔬菜高,維生素和礦物質(zhì)含量也比較高。②有機(jī)蔬菜水分含量比一般蔬菜低,但甜味比較高,所以有機(jī)蔬菜吃起來比較有味道。③有機(jī)蔬菜沒有殘留農(nóng)藥的危害。④有機(jī)蔬菜保存時(shí)間較久,不易腐爛。
2種植有機(jī)蔬菜的必要性
我國是世界上的人口大國,人口總量已經(jīng)達(dá)到14億,有機(jī)蔬菜的市場(chǎng)前景是非常廣闊的。目前,我國在有機(jī)蔬菜種植技術(shù)研究上成果繁多,種植技術(shù)這塊還是比較成熟。但對(duì)種植技術(shù)的運(yùn)用、普及,以及對(duì)蔬菜有機(jī)種植的過程還缺少監(jiān)督管理。傳統(tǒng)蔬菜種植技術(shù)已經(jīng)不能適應(yīng)市場(chǎng)需求了,與傳統(tǒng)的蔬菜種植技術(shù)相比,有機(jī)蔬菜種植技術(shù)有著市場(chǎng)需求上的優(yōu)勢(shì),而正是因?yàn)橛袡C(jī)蔬菜的市場(chǎng)需求量大,對(duì)有機(jī)蔬菜種植技術(shù)的普及度要求就非常高,必須要改革傳統(tǒng)的蔬菜種植技術(shù),大力發(fā)展有機(jī)蔬菜種植技術(shù),進(jìn)行無公害種植,提高土地利用的可持續(xù)發(fā)展,蔬菜的種植才能可持續(xù)發(fā)展,才能滿足消費(fèi)者的要求。
3有機(jī)蔬菜種植關(guān)鍵技術(shù)
3.1品種選擇
要想做好有機(jī)蔬菜的種植,應(yīng)首先選擇優(yōu)良的品種。通常來說,在條件允許的情況下,應(yīng)優(yōu)先選擇具有相關(guān)認(rèn)證機(jī)構(gòu)進(jìn)行認(rèn)證的種子,這樣才能確保種子的優(yōu)良品種,不會(huì)因?yàn)榉N子問題影響了蔬菜的栽培種植。在對(duì)有機(jī)蔬菜種子選取時(shí),應(yīng)做好以下幾個(gè)方面:第一,應(yīng)有效保障蔬菜種子是原始條件下自然形成,未經(jīng)過基因改造或相關(guān)技術(shù)處理。第二,在進(jìn)行種子選擇時(shí),應(yīng)優(yōu)先選擇具有良好的抗旱、抗旱、抗病等特性的品種。第三,種子的選取還應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)進(jìn)行確定,選擇適合在當(dāng)?shù)胤N植生長的種子。
3.2科學(xué)制定輪作計(jì)劃
科學(xué)的輪作計(jì)劃能夠有效實(shí)現(xiàn)土地資源的合理利用,提高土地資源的利用效率,從而有利于有機(jī)蔬菜的成功種植。一般來說,土地應(yīng)該根據(jù)季節(jié)的不同進(jìn)行換茬。制定輪作計(jì)劃有以下幾方面優(yōu)點(diǎn):第一,能夠有效防治病蟲害。在蔬菜種植過程中,病蟲害的防治是需要注意的問題,而通過土地輪作,可以有效減少病蟲害發(fā)生,有利于蔬菜種植。第二,有利于保持地力。任何土地都不是可以無限進(jìn)行蔬菜種植的,如果地力下降,蔬菜收成也會(huì)下降。通過施行土地輪作制度,使土地地力得到調(diào)節(jié),有利于土地的可持續(xù)利用。
3.3土地清潔
有機(jī)栽培不用化肥、農(nóng)藥及生長調(diào)節(jié)劑等無機(jī)化肥農(nóng)藥,全部施用農(nóng)家肥(人畜糞尿、草木灰等)天然的肥料,沒殘留及污染。采取積極的措施防止水土流失、土壤污染,重視生態(tài)環(huán)境和生物多樣化的保護(hù),提倡運(yùn)用秸稈覆蓋或間作的方法避免土壤等措施,以保證土壤及水資源的持續(xù)利用及清潔。
3.4配套栽培技術(shù)
有機(jī)蔬菜配套栽培技術(shù)主要是指通過改善農(nóng)作物配套條件,提高蔬菜的品質(zhì)和產(chǎn)量。一是,做好配套栽培技術(shù)就必須要做好植物生長外部條件的調(diào)節(jié)。植物外部主要的生產(chǎn)條件主要是光和熱??梢酝ㄟ^大棚蔬菜,無土栽培等方式,進(jìn)行調(diào)節(jié)控制。二是,做好配套栽培技術(shù)就必須要做好植物生長內(nèi)部條件的調(diào)節(jié)。目前,主要的方式有培育壯苗、嫁接換根、起壟栽培、地膜覆蓋、合理密植、植株調(diào)整等技術(shù)。配套栽培技術(shù)還包括緩沖帶。緩沖帶是指有機(jī)蔬菜基地建設(shè)過程中,在有機(jī)蔬菜土地與常規(guī)蔬菜土地或者其他土地進(jìn)行一定距離的隔離,通過緩沖帶,有機(jī)蔬菜基地可以有效隔離外部物理污染,保證有機(jī)蔬菜的獨(dú)立性、無污染性。目前,有機(jī)蔬菜基地的緩沖帶的范圍不同國家有不同標(biāo)準(zhǔn),但大多在8米以上。
3.5肥料選擇
有機(jī)蔬菜的肥料選擇非常嚴(yán)格。一是,有機(jī)蔬菜的栽培必須使用專業(yè)生產(chǎn)的肥料,這些肥料大多采用的糞便及殘?bào)w、植物漚制肥、綠肥、草木灰、餅肥等,保證肥料的有機(jī)性。二是,肥料不能立即投入有機(jī)蔬菜中作為底肥,必須經(jīng)過堆肥。一般堆肥需要將有機(jī)蔬菜的肥料需要在使用之前的兩個(gè)月前進(jìn)行消毒作業(yè),然后通過堆肥形式,使肥料在充分發(fā)酵的基礎(chǔ)上,將自帶的病蟲害危害降到最低。三是,施肥。有機(jī)蔬菜的施肥是非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹J紫?,要控制施肥量。有機(jī)蔬菜施肥為底肥,底肥雖然可以補(bǔ)充土地多種元素,改善土壤條件,防治土地板結(jié)現(xiàn)象的發(fā)生,同時(shí),過多的施肥容易出現(xiàn)燒根現(xiàn)象,造成有機(jī)蔬菜的減產(chǎn)。因此,有機(jī)蔬菜的肥料使用量必須要綜合土地和植物實(shí)際需要,進(jìn)行科學(xué)施用。其次,針對(duì)底肥的養(yǎng)分釋放和元素補(bǔ)充需要一定過程的情況,要做好追肥工作。比如,在蔬菜長至3~4片葉時(shí)進(jìn)行,可開溝條施或開穴穴施,亦可將肥料均勻撒到菜地,并及時(shí)澆水。
1.1畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染現(xiàn)狀
畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染的環(huán)境影響主要集中在水體污染、大氣污染、土壤污染等幾個(gè)方面。畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)污水屬于高濃度有機(jī)廢水,含有大量的N、P等營養(yǎng)物質(zhì)。養(yǎng)殖場(chǎng)廢水一方面通過地表徑流污染地表水,從而導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化;另一方面通過土壤滲入地下污染地下水,使水中NO2-、NO3-濃度升高,人若長期或大量飲用,可能會(huì)誘發(fā)癌癥[1]。研究認(rèn)為,養(yǎng)殖業(yè)污染是導(dǎo)致水源氮污染的關(guān)鍵影響因子[2]。此外,糞便中的病原微生物也是養(yǎng)殖場(chǎng)污水的主要污染源之一。畜禽養(yǎng)殖中大氣污染源主要是CO2、CH4、NH3、H2S等氣體,它們主要來源于畜禽飼料中氨的轉(zhuǎn)換及畜禽糞尿在微生物作用下的降解。畜禽養(yǎng)殖產(chǎn)生的廢氣CO2、CH4能加重溫室效應(yīng),NH3、H2S可以引起環(huán)境酸化。并且空氣中的病原微生物嚴(yán)重影響了動(dòng)物和居民的健康[3]。畜禽養(yǎng)殖業(yè)中大量添加劑如Cu、Zn、Fe、As的使用,導(dǎo)致畜禽糞便中重金屬元素含量較高[4~5]。畜禽糞便中的重金屬和微量元素在土壤中累積,影響到土壤中各有機(jī)物的代謝,破壞土壤平衡,從而嚴(yán)重影響了農(nóng)作物的生長及農(nóng)產(chǎn)品的安全性,進(jìn)而危害人類健康[6~8]。目前,畜禽廢棄物已成為農(nóng)業(yè)土壤重金屬污染的一個(gè)重要來源。面對(duì)畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染的嚴(yán)峻形勢(shì),“十二五”期間,國家將農(nóng)業(yè)源污染納入了減排范圍,核算指標(biāo)為化學(xué)需氧量和氨氮。據(jù)全國環(huán)境統(tǒng)計(jì)公報(bào)(2012年)數(shù)據(jù)顯示,2012年,中國化學(xué)需氧量排放總量為2423.7萬噸。其中,農(nóng)業(yè)源化學(xué)需氧量排放量1153.8萬噸,占化學(xué)需氧量排放總量的47.6%,是工業(yè)化學(xué)需氧量排放量的3.4倍。氨氮排放總量253.6萬噸。其中,農(nóng)業(yè)源氨氮排放量80.6萬噸,占氨氮排放總量的31.8%,是工業(yè)氨氮排放量的3.1倍。而畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染又占農(nóng)業(yè)源污染的95%以上。因此,畜禽養(yǎng)殖業(yè)已成為排污之首,其污染物排放量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了城鎮(zhèn)生活與工業(yè)的污染物排放量之和。
1.2畜禽養(yǎng)殖污染防治存在的問題
1.2.1畜禽養(yǎng)殖污染防治設(shè)施配套不全
我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)缺乏相關(guān)的引導(dǎo)和規(guī)劃,大部分養(yǎng)殖場(chǎng)都是自由發(fā)展,普遍缺乏配套的污染防治設(shè)施,如固定的防雨、防滲糞便堆放場(chǎng)和污水、尿液儲(chǔ)存池。固體糞便堆放在露天場(chǎng)地,且無防滲措施;污水、尿液儲(chǔ)存在無防滲措施的儲(chǔ)液池中。在降雨過程中,畜禽糞便及尿液中的氮、磷、重金屬及其他污染物質(zhì)通過地表徑流及地下滲漏的方式發(fā)生轉(zhuǎn)移,導(dǎo)致大量污染物質(zhì)進(jìn)入周邊及地下水體。
1.2.2畜禽養(yǎng)殖污染防治資金投入不夠
由于傳統(tǒng)養(yǎng)殖習(xí)慣,大部分老養(yǎng)殖場(chǎng)內(nèi)部的環(huán)境管理比較粗放,加之畜禽養(yǎng)殖業(yè)受市場(chǎng)因素的影響,效益波動(dòng)較大。因此,畜禽養(yǎng)殖單位主動(dòng)建設(shè)污染防治設(shè)施的意識(shí)不強(qiáng),積極性不高。而目前畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染治理資金投入力度不夠,污染減排工程建設(shè)推進(jìn)工作存在較大的阻力,進(jìn)展緩慢。
1.2.3畜禽養(yǎng)殖污染防治法規(guī)體系不完善
隨著畜禽養(yǎng)殖污染問題的不斷加重,相關(guān)政策和法律法規(guī)陸續(xù)出臺(tái)。如《畜禽養(yǎng)殖污染防治管理辦法》、《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》、《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染防治技術(shù)規(guī)范》(HJ/T-2001)、《畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染治理工程技術(shù)規(guī)范》(HJ497-2009)等。目前,最新的法律法規(guī)是國務(wù)院于2013年的《畜禽規(guī)模養(yǎng)殖污染防治條例》,這是我國首部國家層面上的農(nóng)業(yè)環(huán)境保護(hù)類法律法規(guī)。此條例將激勵(lì)我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)廢棄物的進(jìn)一步資源化利用,引導(dǎo)畜禽養(yǎng)殖業(yè)走向健康、可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)養(yǎng)殖之路。因畜禽養(yǎng)殖污染防治工作起步較晚,目前的相關(guān)政策和法律法規(guī)還需要不斷地完善,以增加其可操作性和執(zhí)行力度,才能有效應(yīng)對(duì)畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染治理工作。
1.2.4畜禽養(yǎng)殖單位污染防治觀念淡薄
受傳統(tǒng)養(yǎng)殖觀念的影響,大部分養(yǎng)殖單位缺乏對(duì)畜禽養(yǎng)殖廢棄物污染治理的意識(shí)。建場(chǎng)時(shí)只考慮養(yǎng)殖,沒有考慮養(yǎng)殖廢棄物的儲(chǔ)存、處理及利用的問題,糞便隨意堆放、污水、尿液不經(jīng)處理隨意排放。對(duì)畜禽養(yǎng)殖污染治理缺乏主觀能動(dòng)性,對(duì)政府的要求能拖即拖。因此,畜禽養(yǎng)殖業(yè)污染治理推動(dòng)工作存在較大的困難。
2養(yǎng)殖廢棄物處理利用技術(shù)途徑
2.1能源化
2.1.1沼氣工程
畜禽養(yǎng)殖沼氣工程是以畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)的糞便污水為原料,在厭氧條件下,通過微生物發(fā)酵,將其中的高分子碳化合物分解為小分子物質(zhì)的過程[9]。沼氣工程是集污水處理、沼氣生產(chǎn)和資源化利用為一體的系統(tǒng)工程。通過沼氣工程不僅減少了環(huán)境污染,而且產(chǎn)生了新型能源-沼氣。沼氣是一種優(yōu)質(zhì)清潔能源,可以用作照明、炊事或生產(chǎn)用能,以減少對(duì)煤炭、天然氣、電力等能源的消耗[10]。目前,沼氣技術(shù)在我國已經(jīng)非常成熟,養(yǎng)殖場(chǎng)可以根據(jù)自己的養(yǎng)殖規(guī)模建設(shè)相應(yīng)大小、相應(yīng)種類的沼氣池,并配備相應(yīng)面積的沼渣、沼液消納土地,使養(yǎng)殖場(chǎng)的污染物達(dá)到零排放。
2.1.2微生物燃料電池
微生物燃料電池是一種利用微生物將有機(jī)物中所含的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化成電能的綠色產(chǎn)能技術(shù)[11~12]。該技術(shù)具有能量轉(zhuǎn)化效率高、反應(yīng)條件溫和、清潔無污染等優(yōu)勢(shì)。目前,微生物燃料電池尚處于起步階段,燃料電池功率低是制約其發(fā)展的一大瓶頸。通過研究非貴金屬催化劑、陰陽極材料的優(yōu)化、質(zhì)子交換膜的改善、微生物的篩選和培育、生物膜固化技術(shù)等,可以突破燃料電池發(fā)展的瓶頸,促進(jìn)其進(jìn)一步發(fā)展。南開大學(xué)的金濤通過對(duì)陰陽極材料修飾改性,對(duì)微生物燃料電池進(jìn)行了優(yōu)化,獲得了該技術(shù)處理畜禽廢水迄今為止最高的功率密度[13]。隨著微生物燃料電池技術(shù)的發(fā)展及推廣,畜禽養(yǎng)殖廢水不僅得到了處理,而且產(chǎn)生了新的能源-電能,同時(shí)解決了環(huán)境污染和能源危機(jī)問題,實(shí)現(xiàn)了雙贏。
2.2肥料化
畜禽糞便中含有大量的有機(jī)物及豐富的氮、磷、鉀等營養(yǎng)物質(zhì),是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中需要的寶貴資源。我國傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的施肥方式是簡(jiǎn)單的堆肥后還田,或者是直接還田。由于畜禽糞便中含有大量病原菌和蟲卵,還田后對(duì)農(nóng)作物及人體健康存在一定的危害。目前應(yīng)用較為廣泛且最具有市場(chǎng)前景的是生物有機(jī)肥法。生物有機(jī)肥是畜禽糞便經(jīng)生物肥菌種發(fā)酵、除臭和完全腐熟后加工而成的有機(jī)肥料。能夠調(diào)理土壤、提高土壤肥力,使農(nóng)作物大幅度增產(chǎn)。生物有機(jī)肥法是一種集處理和資源循環(huán)再生利用于一體的生物方法。這種方法處理糞便的優(yōu)點(diǎn)在于最終產(chǎn)物無毒無味,且干燥,易包裝、使用,而且有利于作物的生長發(fā)育[14]。由于畜禽糞便中含有重金屬,而目前缺乏有效的去除重金屬的方法,畜禽糞便生產(chǎn)有機(jī)肥具有一定的危害性,大量使用易引起土壤重金屬污染。因此,生物有機(jī)肥技術(shù)還需進(jìn)一步完善。隨著國家對(duì)有機(jī)肥生產(chǎn)、使用等稅收、補(bǔ)貼政策的推廣,有機(jī)肥生產(chǎn)技術(shù)的開發(fā)研究,生物有機(jī)肥產(chǎn)業(yè)將會(huì)進(jìn)一步得到推廣。
2.3飼料化
研究證明,畜禽糞便含有大量未消化的蛋白質(zhì)、B族維生素、礦物質(zhì)元素、粗脂肪和一定數(shù)量的碳水化合物,經(jīng)過加工處理可成為較好的飼料資源[15]。但由于畜禽糞便作飼料存在能量低,礦物質(zhì)含量較高等營養(yǎng)不平衡,此外,畜禽生產(chǎn)過程中大量使用各種添加劑,其大部分殘留在糞便中,糞便再作為飼料使用時(shí),可能會(huì)出現(xiàn)超標(biāo)甚至中毒的問題[16],所以目前發(fā)達(dá)國家已不主張使用畜禽糞便作飼料[17]。
3污染防治對(duì)策及建議
3.1合理布局,種養(yǎng)結(jié)合
針對(duì)地方環(huán)境特點(diǎn),對(duì)畜禽養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展進(jìn)行合理規(guī)劃,合理布局,劃定禁養(yǎng)區(qū)和限養(yǎng)區(qū)。根據(jù)養(yǎng)殖業(yè)規(guī)模、養(yǎng)殖廢棄物的特點(diǎn)決定地方種植業(yè)結(jié)構(gòu)。通過農(nóng)牧結(jié)合,以農(nóng)養(yǎng)牧的方式來解決養(yǎng)殖業(yè)污染,使養(yǎng)殖業(yè)廢棄物充分得到資源化利用。
3.2引導(dǎo)養(yǎng)殖專業(yè)戶向規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)(小區(qū))轉(zhuǎn)變
目前我國畜禽養(yǎng)殖規(guī)?;?、專業(yè)戶程度不高,根據(jù)《中國畜牧業(yè)年鑒2012》數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),2011年我國生豬規(guī)?;瓿鰴凇?00頭)養(yǎng)殖場(chǎng)(小區(qū))戶數(shù)為23.7806萬戶,非規(guī)模化養(yǎng)殖戶數(shù)為5763.6539萬戶,占總養(yǎng)殖戶數(shù)的99.6%。畜禽養(yǎng)殖散養(yǎng)化程度較高,給畜禽廢棄物集中處理帶來了不便。因此,積極鼓勵(lì)、引導(dǎo)家庭養(yǎng)殖戶向規(guī)模化養(yǎng)殖場(chǎng)(小區(qū))轉(zhuǎn)變,向規(guī)?;F(xiàn)代化、集約化的方向發(fā)展,改變傳統(tǒng)的養(yǎng)殖模式,走清潔、生態(tài)養(yǎng)殖之路,是目前亟需解決的問題。
3.3加大資金扶持力度,積極建設(shè)廢棄物綜合治理設(shè)施
對(duì)于沒有足夠的土地來消納養(yǎng)殖廢棄物,政府要加大資金扶持力度,積極引導(dǎo)規(guī)?;B(yǎng)殖單位建立廢棄物綜合治理設(shè)施,如:沼氣池、微生物燃料電池、生物有機(jī)肥廠等處理設(shè)施。發(fā)展一批規(guī)模較大、污染防治設(shè)施齊全、養(yǎng)殖業(yè)廢棄物綜合利用規(guī)范的示范企業(yè),以帶動(dòng)周圍區(qū)域畜禽業(yè)循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。使養(yǎng)殖廢棄物轉(zhuǎn)換成能源及肥料,既避免了環(huán)境污染,又緩解了能源危機(jī)。
3.4積極宣傳和推廣畜禽養(yǎng)殖污染防治技術(shù)
通過電視、網(wǎng)絡(luò)、宣傳欄、培訓(xùn)班等方式,大力宣傳和推廣畜禽養(yǎng)殖污染的科普知識(shí)和防治技術(shù)。讓人們了解并熟悉養(yǎng)殖業(yè)可能造成的各種環(huán)境污染及危害,掌握畜禽養(yǎng)殖清潔生產(chǎn)技術(shù)和污染防治技術(shù),以加強(qiáng)養(yǎng)殖單位污染防治的主動(dòng)性、積極性。提高廣大養(yǎng)殖戶的環(huán)保意識(shí),激發(fā)養(yǎng)殖戶的治污緊迫感和責(zé)任心,變要我治污為我要治污[18]。
3.5加強(qiáng)技術(shù)開發(fā)與研究
雖然我國畜禽養(yǎng)殖污染防治技術(shù)已取得了較大的進(jìn)展,但是,還存在一定的不足。由于畜禽糞便中部分重金屬超標(biāo),要加強(qiáng)重金屬鈍化技術(shù)研究,確保安全后,糞便才能制作肥料或飼料[19]。利用微生物燃料電池處理畜禽廢水的技術(shù)尚處于起步階段,它的推廣與應(yīng)用還需進(jìn)一步研究。各地區(qū)加大科研投入力度,根據(jù)自身環(huán)境和養(yǎng)殖特點(diǎn),深入開展研究適合本地區(qū)的畜禽養(yǎng)殖廢棄物綜合治理及利用核心技術(shù)。這也是目前我國畜禽養(yǎng)殖污染防治的關(guān)鍵之路。
4結(jié)論
【關(guān)鍵詞】Nox;土壤凈化;吸附;等離子技術(shù)
NOx pollutants inside the tunnel processing research progress
Cui Jian-ning1,Han Xu2
(1.Jiangsu Economic and Trade Vocational and Technical College Nanjing Jiangsu 211168;
2.Engineering Institute of Engineering Corps, PLA University of Science and Technology Nanjing Jiangsu 210007)
【Abstract】With the gradual tension of urban land, more and more underground tunnels emerging, the tunnel is often the accumulation of NOx in place, ventilation dilution to eliminate the method not only can not cure the huge energy consumption, but will also cause the expansion of pollution. Based on the requirements of the NOx purification in the tunnel, the processing of domestic and foreign, including: soil decontamination method, material adsorption, catalytic reduction method, the plasma method, proposed a joint treatment envisaged for the tunnel NOx purification provides a certain get ideas.
【Key words】Nox;Soil purification;Adsorption;Plasma technology
1. 引言
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,城市的汽車保有量越來越高,如CO、NOx、HC、微粒PM、SO2、醛類等已成為城市特別是大城市空氣污染的主要來源[1][2]。在隧道、停車場(chǎng)等相對(duì)封閉空間顯得尤為突出。
今后隨著城市用地的緊張,地下空間將會(huì)越來越被重視利用,地下隧道將越來越多。如何有效防治隧道內(nèi)的空氣污染已成為亟待解決的問題。目前,廣泛應(yīng)用的以稀釋隧道內(nèi)有害氣體成分的濃度為目標(biāo)的通風(fēng)換氣法不僅投資巨大,營運(yùn)費(fèi)用高,且環(huán)境效益差,特別是在城市區(qū)域內(nèi),在隧道洞內(nèi)或廢氣排出口附近可能會(huì)出現(xiàn)超出容許濃度的有害雜質(zhì)加劇其周圍環(huán)境污染現(xiàn)狀的進(jìn)一步惡化。
探索經(jīng)濟(jì)效益好、環(huán)境效益佳的隧道內(nèi)空氣污染物凈化處理對(duì)城市空氣環(huán)境的改善具有重要意義。
2. 隧道內(nèi)空氣凈化的主要任務(wù)
隧道內(nèi)空氣污染物主要包括:一氧化碳(CO)、氮氧化物(NOx)、碳?xì)浠衔?HC)和碳煙顆粒物等。其中Nox造成的污染最為嚴(yán)重[3][4]:(1)破壞大氣臭氧層,導(dǎo)致溫室效應(yīng);(2)引起水質(zhì)和土質(zhì)惡化;(3)Nox進(jìn)入人體會(huì)對(duì)呼吸器官造成不可恢復(fù)的損害;(4)導(dǎo)致人的生理反應(yīng)能力下降,增加隧道內(nèi)交通事故發(fā)生的概率。
因此基于汽車尾氣的排放主要內(nèi)容和隧道內(nèi)的主要污染物是NOX,污染物凈化的主要任務(wù)就是建立收集排放的汽車尾氣系統(tǒng)、并采用合理的方法消除NOX。通過對(duì)目前國內(nèi)外主要的NOX去除技術(shù)進(jìn)行了研究,總結(jié)了不同的隧道內(nèi)NOX去除凈化方法,探討更合理的隧道內(nèi)污染物凈化方法。
3. 通風(fēng)稀釋的方法
相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)隧道的通風(fēng)內(nèi)的污染物控制提出了明確的要求。1999年交通部《公路隧道通風(fēng)照明設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定了CO的稀釋標(biāo)準(zhǔn)如表1所示:
該標(biāo)準(zhǔn)沒有將NOX作為空氣質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn),而是間接消除了NOX。近年來對(duì)隧道污染物通風(fēng)和火災(zāi)通風(fēng)的研究較多[5][6][7],然而通風(fēng)只是將污染物在局部?jī)?nèi)稀釋,實(shí)際是將污染物的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大了,對(duì)整個(gè)城市的環(huán)境造成了更大的影響,并不是治本的辦法,因此研究高效的隧道內(nèi)污染物凈化策略具有重要意義。目前常用的方法有土壤凈化法、吸附處理法、催化還原法和等離子技術(shù)去除法等。
4. 隧道內(nèi)NOx凈化法
4.1 土壤凈化法。
土壤凈化法(EPA)[8]處理廢氣是近年來發(fā)達(dá)國家開展的前沿?zé)狳c(diǎn)課題之一,并且該法已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于廢水處理領(lǐng)域。土壤內(nèi)含有大量的植物根系和微生物,能夠?qū)OX轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì),利用土壤凈化的方法被認(rèn)為是最環(huán)保的方法。處理過程如圖1所示,首先將中的NO轉(zhuǎn)化為NO2[9],利用引風(fēng)設(shè)備將污染物通入土壤層,經(jīng)土壤顆粒表面吸附、土壤水溶解、土壤微生物代謝以及植物吸收而得到凈化[10]。
與現(xiàn)有的污染空氣凈化技術(shù)相比,土壤凈化法具有以下優(yōu)點(diǎn):1凈化效率較高,相關(guān)研究表明土壤凈化法的處理效果明顯優(yōu)于光觸媒法和機(jī)械式化學(xué)吸附法;2投資少土壤凈化法的造價(jià)僅為機(jī)械吸附法的70%,運(yùn)行費(fèi)用為機(jī)械吸附法的30%[11]。
為了更進(jìn)一步增強(qiáng)土壤對(duì)NOX的吸附效果,因此有必要在土壤中摻加吸附劑,從而增強(qiáng)整個(gè)土壤處理系統(tǒng)對(duì)污染物的吸附性能,以提高去除效率,因此合理的土壤添加劑,進(jìn)一步提高土壤凈化法對(duì)汽車尾氣中NOX的去除效率,同時(shí)研究與其他凈化技術(shù)聯(lián)合使用進(jìn)一步去除碳煙和CO等汽車尾氣污染成為重要的研究方向。
4.2 吸附材料處理NOX。
活性炭是一種吸附效率高的吸附劑[12],常常被用來處理室內(nèi)污染,但是其具有非極性的、疏水性的,對(duì)NOX的吸附并不理想[13]。沸石分子篩是一種良好的吸附劑可以有效地處理碳?xì)浠衔?、硫氧、氮氧、一氧化碳、硫化氫等有害氣體[14][15][16]。某研究所采用冷凍沸石分子篩處理利民化工廠排放的硝酸尾氣,可使NOX的含量由2.5~17ml/l下降至50ul/l[17][18]。
以沸石分子篩為載體,其上面負(fù)載金屬物質(zhì)處理有害氣體的技術(shù)也是處理污染物的一種有效方法,其典型方法即光觸媒法,其通常將TiO2負(fù)載在沸石分子篩上,對(duì)有害環(huán)境的有機(jī)物實(shí)施氧化、分解,達(dá)到凈化空氣的目的。
4.3 催化還原NOx技術(shù)。
(1)NH3選擇性催化還原技術(shù)
(NH3-SCR)使用V2O5負(fù)載型催化劑[19],該技術(shù)是以NH3作為還原劑,使尾氣中的NO和NO2還原成N2和H2O:
4NH3+4NO+O24N2+6H2O
2NO2+4NH3+O23N2+6H2O
該方法在200-550°C的溫度范圍內(nèi)具有較高的凈化效率,NOx的最高轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到90,適合于固定源排放,如大型發(fā)電站、化工廠、大型船舶等,但這種技術(shù)不適合移動(dòng)源NOx排放控制[20]。然而該方法的不足是費(fèi)用較高,NH3的注入和儲(chǔ)存設(shè)備投資較大;需要優(yōu)良的管和噴嘴,容易造成管路堵塞[21];存在氨氣容易泄漏等危險(xiǎn)因素;在排放物中仍然含有未反應(yīng)的NH3也是污染物。因此該方法在隧道污染物NOx處理中的可應(yīng)用性不強(qiáng)。
(2)應(yīng)用碳?xì)浠衔镞x擇催化還原NOx。
應(yīng)用于烴類選擇催化還原NO、反應(yīng)的催化劑主要有分子篩系列催化劑、金屬氧化物
系列催化劑、貴金屬系列催化劑等[22]。
Cu-ZSM-5催化劑是分子篩系列催化劑中研究最多的催化劑,其可用于NO的直接分解又可用于烴類的選擇催化還原,對(duì)烴類選擇催化還原NO、有很高的活性和選擇性,但其在高溫有水蒸氣存在下,很容易失活。
金屬氧化物催化劑[23]具有較好的水熱穩(wěn)定性,包括單金屬氧化物、雙金屬氧化物。單金屬氧化物催化劑普遍存在活性低和反應(yīng)溫度過高的問題,理想的金屬氧化物催化劑必須通過金屬氧化物之間的組合或者負(fù)載其他的金屬來改變活性都較低的缺點(diǎn)。
總的來說,金屬氧化物系列催化劑低溫活性差;活性較低;對(duì)SO2敏感,易中毒;高溫老化后會(huì)因表面積損失而導(dǎo)致失活。同時(shí)由于經(jīng)濟(jì)性的原因限制了其在隧道NOx處理方面的應(yīng)用。
(3)碳顆粒催化還原NOx技術(shù)。
由于機(jī)車的排放污染物含有大量的碳煙顆粒,隧道內(nèi)甚者由于碳煙濃度過大導(dǎo)致司機(jī)視線受阻,且排放環(huán)境為富氧環(huán)境,因此NOx和碳煙顆粒在富氧環(huán)境中發(fā)生氧化還原反應(yīng),生成無害的CO2和N2將是一種有前途的尾氣后處理技術(shù)[24]。用過濾器上收集的碳顆粒在富氧條件下還原NOx的理念是由Yoshida首次提出的,他對(duì)碳煙-O2-NOx三組分之間反應(yīng)的可能性進(jìn)行了試驗(yàn)研究和探討。東京研究工作者也開展了同時(shí)去除NOx和碳煙顆粒的研究工作[25],研究證明了AB2O4尖晶石氧化物和鈣鈦礦型復(fù)合金屬氧化物是比較理想的NOx和碳煙顆粒同時(shí)去除的催化劑。
4.4 低溫等離子體技術(shù)。
低溫等離子體技術(shù)[26]處理污染物具有處理效果好、范圍廣、能同時(shí)處理多種污染物和凈化徹底等優(yōu)點(diǎn),利用低溫等離子體技術(shù)處理污染物成為近年來研究的熱點(diǎn)。目前產(chǎn)生低溫等離子體最常用的方法是電暈放電和介質(zhì)阻擋放電[30][31]。
圖2 介質(zhì)阻擋放電的一般結(jié)構(gòu)圖
介質(zhì)阻擋放電具有放電比較均勻穩(wěn)定、放電過程易于控制、能量利用率高等特點(diǎn)其一般結(jié)構(gòu)如圖2所示。當(dāng)電極間加上電壓時(shí),會(huì)產(chǎn)生大量活性粒子,這些活性粒子對(duì)CO、NOx、HC進(jìn)行氧化、降解反應(yīng),從而最終將污染物轉(zhuǎn)化為無害物[27][28]。
非平衡等離子體[29]過程是目前尾氣處理中最有前景的方法,它能脫除煙氣中的SO2和NOx,同時(shí)對(duì)煙氣中其它有害氣體也有脫除作用。電子束輻照、電暈放電、介質(zhì)阻擋放電均可產(chǎn)生非平衡等離子體。
等離子凈化技術(shù)也可采用兩級(jí)凈化,即將兩個(gè)等離子體反應(yīng)器并聯(lián)起來[32],這樣就有效提高了氣體通過反應(yīng)器的時(shí)間,凈化效率將會(huì)得到很大的提高,如圖3所示。
5. 方案比較分析
通過以上的方法分析,可知土壤凈化法環(huán)保效果明顯,可節(jié)約大量能源,并可利用隧道附近的土地綠化資源?;诜惺肿雍Y的活性炭吸附法祛除效率高,并且采用一定的技術(shù)可以循環(huán)使用。催化還原的技術(shù)使用范圍廣,技術(shù)成熟,然而其對(duì)材料和技術(shù)的要求高,往往導(dǎo)致投資費(fèi)用高,運(yùn)行管理困難。等離子法技術(shù)先進(jìn),效率最高,然而其需要高壓電源能耗大。
圖3 等離子體去除NOx流程圖
通過對(duì)國內(nèi)外隧道內(nèi)NOx去除技術(shù)的研究技術(shù)的分析,發(fā)現(xiàn)大多研究只關(guān)注一種技術(shù)的祛除效果,而對(duì)多種技術(shù)的聯(lián)合祛除技術(shù)的研究偏少,相關(guān)的研究應(yīng)關(guān)注聯(lián)合祛除技術(shù)的研究比如土壤凈化法+材料吸附法或者土壤凈化法+等離子技術(shù)。
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關(guān)鍵詞:污水灌溉;環(huán)境問題;安全性
1 污水灌溉研究背景
1.1我 國水資源情況
我國是一個(gè)人均儲(chǔ)水量低南北分布不均勻的國家。南方降水量多,洪澇災(zāi)害嚴(yán)重;北方降雨量少,干旱頻發(fā)。目前我國年缺水總量約為300億至400億立方米。我國城鎮(zhèn)污水排放量逐年增加,2010 年我國污水排放總量為 617.3億t,比上年增加4.7%。缺水的同時(shí)水污染不斷加重,嚴(yán)重影響了我國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展。
1.2 污水灌溉的定義
污水灌溉是指以經(jīng)過處理加工并達(dá)到灌溉水標(biāo)準(zhǔn)要求的水源進(jìn)行灌溉。因?yàn)槌鞘形鬯泻写罅康牡?、磷、鐵等營養(yǎng)元素,所以使用污水灌溉可以節(jié)省有機(jī)肥,降低成本。污水灌溉的水主要來自生活污水與工業(yè)廢水,并且近來科技的不斷發(fā)展水中含有的砷、鎳、鎘等有害元素也會(huì)對(duì)人類有很大的危害。要想加大污水灌溉就必須加強(qiáng)對(duì)污水的處理。
1.3 我國污水灌溉的發(fā)展
相對(duì)于最先運(yùn)用污水處理的美國、德國、日本等國,我國的起步比較晚。我國污水灌溉分為四個(gè)階段:自發(fā)階段(1957年以前) 、初步發(fā)展階段(1957―1972年) 北京附近地區(qū)利用生活污水與工業(yè)廢水自發(fā)開始農(nóng)田灌溉、迅速發(fā)展階段(1972年―20世紀(jì)末)為了給農(nóng)田增加農(nóng)肥尋找出路,污水灌溉開始迅速發(fā)展、理性發(fā)展階段(21世紀(jì)初至今)隨著污水處理技術(shù)的進(jìn)一步提高,極大的加強(qiáng)了污水灌溉的迅猛發(fā)展而且土壤污染也相對(duì)減少。
2 污水灌溉的影響
2.1 地下水的影響
2.1.1污水灌溉的滲入機(jī)理
污水灌溉對(duì)地下水的滲入機(jī)理是污水先將上層的土壤淋溶,滲透水及水中的重金屬離子隨之向下層淋溶,由于下層土壤的淋溶逐漸減弱所以在土壤下7-8米處,灌溉的淋溶作用基本消失。所以地下水位在七米以上的地下水容易受污水的影響。
2.1.2地下水的污染因素
地下水被污染主要是受污水中的C、N、S、H元素的影響。其中氮的污染是因?yàn)?,交換性陽離子銨態(tài)氮一般在土壤水由上層土壤到下層土壤的入滲過程中易被土壤吸附,遷移能力差,移動(dòng)性弱不易進(jìn)入地下水中;而氮素的最終產(chǎn)物,經(jīng)硝化、土壤及植物消解吸附作用轉(zhuǎn)化的硝態(tài)氮為陰離子,移動(dòng)性較強(qiáng)且不易被土壤吸附,易被淋洗至深層土壤或地下水中導(dǎo)致氮污染。而磷的污染主要是因?yàn)槲鬯械牧字饕且匀芙庑粤椎男问酱嬖冢˙iswar的研究表明),從而容易和污水中的鐵、鈣離子發(fā)生逆反應(yīng)從而降低了土壤中的磷含量,就目前來說,磷的污染較小。
2.2植被的影響
為了了解污水灌溉是否對(duì)植被有影響大學(xué)農(nóng)牧學(xué)院對(duì)青稞和油菜的漲勢(shì)進(jìn)行了分析及對(duì)照。研究通過對(duì)植被葉子的面積大?。ㄈ~子面積越大,光合作用越強(qiáng),植被生長越好)發(fā)現(xiàn)只有在適當(dāng)?shù)奈鬯疂舛认?,植被才能快速生長。如果污水濃度過高或過低都會(huì)對(duì)植被的生長產(chǎn)生一定的影響。周新偉,沈明星等對(duì)白菜用污水灌溉進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)再生水替代化肥的各處理間產(chǎn)量達(dá)顯著差異(P
但是我們同樣應(yīng)該意識(shí)到如果污水處理不夠徹底植物吸收了污水中的重金屬等有害物質(zhì),這些有害物質(zhì)將隨著植被進(jìn)入人體內(nèi),對(duì)人體產(chǎn)生危害。同時(shí)有實(shí)驗(yàn)證明長時(shí)間用污水灌溉,植被將會(huì)生長緩慢,漲勢(shì)變差,葉子發(fā)黃。
2.3 土壤的影響
污水灌溉會(huì)破壞土壤的酸堿平衡,長期污灌下污水中較高的全鹽量會(huì)使土壤發(fā)生次生鹽堿化,總堿度和鈉堿度急劇升高,進(jìn)而導(dǎo)致土壤板結(jié)、土壤滲透性降低。但是石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院藍(lán)明菊,李明思等人對(duì)土壤的保水性能進(jìn)行了實(shí)驗(yàn),污水灌溉增加了土壤的粘性,使土壤的持水性能增加。灌水的初期對(duì)土壤有一個(gè)密實(shí)作用,多次灌水會(huì)使持水率增高,但是田間持水率并非隨著灌溉次數(shù)的增高而增高,而是穩(wěn)定在一個(gè)數(shù)值。
人們總擔(dān)心污水灌溉是不是對(duì)土壤中的微生物有一定的影響,土壤中含有大量的微生物,他們作為分解者在土壤中的轉(zhuǎn)化起了至關(guān)重要的作用??梢哉f沒有土壤微生物的存在,就不會(huì)有高等生命的存在。土壤中微生物的組成和數(shù)量與作物的生長有著密切的關(guān)系,尤其是在作物根部周圍的微生物,它們能直接將根系周圍的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為作物可以吸收利用的無機(jī)物,并且可以產(chǎn)生生長刺激素和抗生素,從而抑制病原微生物生長,刺激作物生長。正是因?yàn)橥寥牢⑸锱c作物生長有這種密切的關(guān)系。所以在這里對(duì)污水灌溉區(qū)土壤中不同微生物類群數(shù)量的變化與非污水灌溉區(qū)作一比較,我們發(fā)現(xiàn) 土壤中的微生物與污水灌溉并沒有太大的關(guān)系,但是我們也一定要對(duì)污水中的重金屬離子進(jìn)行防范和消除。
3 總論
我國的水資源狀況,水資源短缺,分布不均給生產(chǎn)生活帶來了很大的考驗(yàn),研究開發(fā)污水灌溉就是希望解決這一問題,污水灌溉可以節(jié)約成本,當(dāng)有機(jī)肥使用,更可以節(jié)省淡水的浪費(fèi),但我們同時(shí)也應(yīng)該意識(shí)到污水灌溉由于污水處理的不成熟帶給了我們很多安全問題。近幾年以來由于污水灌溉引發(fā)的食物中毒事故頻發(fā),如2013年5月24號(hào)湖南毒大米事件,化工廠附近農(nóng)民用污水灌溉結(jié)果使大米中重金屬含量超標(biāo)。2005年3月污水灌溉使山西千畝麥田顆粒無收。但是我們從上文中可以看到,決定污水灌溉是否可行的是污水處理技術(shù)的成熟。在目前的污水處理中脫氮除磷如使用A2O可以有效的降低水中的N、P含量。在灌溉農(nóng)田前首先應(yīng)該了解當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)標(biāo)準(zhǔn),確定污水是否可以農(nóng)用而不是盲目灌溉。同時(shí)污水處理廠應(yīng)該提高本廠的污水處理技術(shù),國家應(yīng)該加強(qiáng)投入并采取相關(guān)的強(qiáng)制措施等,這樣在多方面協(xié)作下污水灌溉技術(shù)的研究應(yīng)用將會(huì)發(fā)展更快,前景更為廣闊。
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