土壤修復(fù)的地球化學(xué)“魔法”

1、.土壤修復(fù)的地球化學(xué)“魔法土壤危機(jī)，是土地危機(jī)，也是農(nóng)業(yè)危機(jī)，“向土壤污染宣戰(zhàn)直接關(guān)系到人民身體安康和國(guó)家經(jīng)濟(jì)平安，這也大大催生了各類污染治理和修復(fù)技術(shù)，催生了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的開(kāi)展和繁榮。 國(guó)土資源部生態(tài)地球化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室國(guó)家地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心生態(tài)地球化學(xué)研究室，多位常年從事土壤污染調(diào)查、評(píng)價(jià)、修復(fù)的地質(zhì)科技人員劉曉端、楊永亮、譚科艷、黃園英、劉斯文，從地質(zhì)科技的角度，解讀人們高度關(guān)注的土壤污染修復(fù)問(wèn)題。?1、觀點(diǎn)之一：具有“廉價(jià)、高效、管理簡(jiǎn)單、無(wú)二次污染等特點(diǎn)的地球化學(xué)工程技術(shù)，是當(dāng)前重要且極具應(yīng)用前景的土壤修復(fù)手段。 劉曉端：從污染物種類來(lái)看，我國(guó)土壤污染類型大致可分為有機(jī)污染、無(wú)機(jī)污染及兩者均

2、存在的復(fù)合污染。既有重金屬、農(nóng)藥、抗生素和持久性有機(jī)物等污染，又有放射性、病原菌等污染類型。土壤污染途徑多，原因復(fù)雜，控制難度大。污染類型多樣化和污染原因復(fù)雜化導(dǎo)致土壤污染修復(fù)工作難度增大。 采取何種有效可行的污染治理措施，是我國(guó)目前土壤污染修復(fù)治理的關(guān)鍵和亟待解決的問(wèn)題。 土壤重金屬污染傳統(tǒng)的治理通常采用物理、化學(xué)的方法，如客土換土法、淋濾法、吸附固定法、熱處理法、絡(luò)合浸提法、氧化復(fù)原法、電化學(xué)法等。雖然這些方法治理效果較好，歷時(shí)較短，但往往投資大，難以管理，易造成二次污染。 與傳統(tǒng)方法相比，生物修復(fù)技術(shù)具有本錢(qián)低、來(lái)源廣、無(wú)二次污染的特點(diǎn)，尤其適用于低濃度重金屬的去除。目前，生物修復(fù)技術(shù)的

3、主體主要包括植物、動(dòng)物、微生物。其中應(yīng)用較為廣泛、治理效果顯著的是植物修復(fù)和微生物修復(fù)。現(xiàn)場(chǎng)水樣品濁度測(cè)試 黃園英：我們利用地球化學(xué)工程技術(shù)原理，挑選出了同時(shí)對(duì)多種重金屬具有很好去除效果的礦物材料，建立了對(duì)復(fù)合重金屬污染水體具有特征吸附和固定作用的處理系統(tǒng)，從而阻斷了重金屬污染元素向生態(tài)鏈的運(yùn)移。 與傳統(tǒng)物理、化學(xué)和生物技術(shù)相區(qū)別，基于地球化學(xué)原理和技術(shù)，提出的低本錢(qián)建造、低本錢(qián)運(yùn)行、快速、高效、簡(jiǎn)單的重金屬污染環(huán)境的地球化學(xué)工程技術(shù)，迎合了時(shí)代開(kāi)展對(duì)環(huán)保技術(shù)“廉價(jià)、高效、管理簡(jiǎn)單、無(wú)二次污染的需求。我們已建立的示范工程運(yùn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)一步說(shuō)明，以黏土礦物作為反響材料對(duì)酸性礦山廢水中的重金屬離子

4、去除是非常有效的，水處理本錢(qián)約為0.55元/噸，非常合適今后在工程上大規(guī)模推廣應(yīng)用。 劉曉端：我們的目的是，逐步建立基于地球化學(xué)工程技術(shù)的水、土環(huán)境污染控制和土壤修復(fù)技術(shù)體系和示范基地，強(qiáng)化已有技術(shù)方法的推廣應(yīng)用，推動(dòng)技術(shù)方法的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。?2、觀點(diǎn)之二：不一定要把土壤中的污染物提取出來(lái)，可以通過(guò)對(duì)土壤中的重金屬元素進(jìn)展吸附、固定、隔離，設(shè)置地球化學(xué)障，阻斷污染元素向生態(tài)鏈的運(yùn)移。 劉曉端：中國(guó)開(kāi)展土壤污染修復(fù)工程始于2019年，當(dāng)時(shí)采用的是生物修復(fù)的方法。我們大約是在本世紀(jì)初開(kāi)場(chǎng)進(jìn)入污染土壤和水體的環(huán)境控制與地球化學(xué)修復(fù)技術(shù)研究領(lǐng)域的。 我們的整體思路是：根據(jù)地球化學(xué)原理，充分利用地質(zhì)體或自

5、然介質(zhì)的作用，通過(guò)對(duì)修復(fù)材料、修復(fù)工藝和控制技術(shù)中的關(guān)鍵問(wèn)題的研究，建立具有對(duì)重金屬元素有特征吸附、固定、隔離作用的地球化學(xué)障，阻斷污染元素向生態(tài)鏈的運(yùn)移，從而保障農(nóng)作物的安康。這也說(shuō)明，改善土壤環(huán)境質(zhì)量不一定非要把重金屬元素等“毒素運(yùn)移出來(lái)，只要把它們固化在土壤內(nèi)，阻止它們進(jìn)入食物鏈，就能保障人們的餐桌平安。 楊永亮：我們?cè)谏蜿?yáng)進(jìn)展東北重工業(yè)城市地球化學(xué)環(huán)境生態(tài)平安監(jiān)測(cè)與修復(fù)治理技術(shù)研究時(shí)，針對(duì)污染地區(qū)建立了水土植物生態(tài)保護(hù)與治理技術(shù)應(yīng)用示范點(diǎn)。 開(kāi)展了土壤重金屬污染修復(fù)方法的研究和飲用地下水中重金屬離子的去除技術(shù)的研究，最終形成了磷酸鹽巖化學(xué)固定法對(duì)鉛、鋅、鎘的土壤污染治理技術(shù)，以及納米鐵

6、材料修復(fù)淺層地下水和對(duì)深層飲用地下水中的重金屬元素的取出技術(shù)，獲得了非常好的效果。修復(fù)后土壤上長(zhǎng)出的多種蔬菜，原土中所含的多種重金屬元素均未超標(biāo)，可以放心食用。這一成果受到當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的肯定和歡送?？蒲腥藛T在金屬礦山重金屬污染土壤地球化學(xué)工程控制修復(fù)技術(shù)開(kāi)發(fā)示范基地 劉斯文：在贛南地區(qū)，我們建立了離子型稀土礦山的環(huán)境修復(fù)示范區(qū)，將地球化學(xué)工程技術(shù)用于離子型稀土礦山環(huán)境污染的控制與修復(fù)，即通過(guò)在注液坑中設(shè)置地球化學(xué)障，改善坑內(nèi)土壤環(huán)境，阻止污染物的遷移，保證植物的生長(zhǎng)條件，為礦山復(fù)綠提供了根本保證。 稀土礦山污染土壤的修復(fù)分為四步：一是通過(guò)添加自然黏土礦物，調(diào)整土壤地球化學(xué)屬性，同時(shí)，挑選修復(fù)植被;

7、二是調(diào)整修復(fù)場(chǎng)地的土壤地球化學(xué)屬性，將調(diào)整后的好土壤裝入生態(tài)袋中，利用柔性構(gòu)造技術(shù)將生態(tài)袋固定在修復(fù)場(chǎng)地上，形成護(hù)坡，并在生態(tài)袋上進(jìn)展植被噴播;三是利用地球化學(xué)障技術(shù)阻斷污染，改善土壤環(huán)境，并嘗試種植林木;四是長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)修復(fù)效果。 地質(zhì)工作者在稀土礦區(qū)污染土壤的修復(fù)理論證明：土壤修復(fù)有效地改善了部分土壤地球化學(xué)環(huán)境，防止了水土流失，降低了潛在生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)的強(qiáng)度。?3、觀點(diǎn)之三：自然環(huán)境是互相聯(lián)絡(luò)、互相作用的整體，解決土壤污染問(wèn)題不能就土論土。 黃園英：在江西某銅礦附近，我們建立了酸性礦山廢水重金屬污染治理示范工程，以對(duì)大塢河流域土壤影響最大的重金屬污染源酸性礦山廢水為研究對(duì)象，利用地球化學(xué)工程技術(shù)，

8、分別對(duì)酸性礦山廢水和土壤中重金屬污染治理進(jìn)展了研究，挑選出水體和土壤中重金屬修復(fù)材料，形成了一整套重金屬污染控制與防治技術(shù)方案。 示范工程運(yùn)行5個(gè)月的監(jiān)測(cè)結(jié)果說(shuō)明，以價(jià)格低廉的黏土礦物材料凹凸棒土作為反響介質(zhì)，可以對(duì)水土中重金屬具有很好的治理效果，重金屬錳的平均去除率為93%。經(jīng)示范工程處理后的河水可以到達(dá)我國(guó)綜合污水一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，水體環(huán)境和重金屬含量都符合?國(guó)家農(nóng)田灌溉水標(biāo)準(zhǔn)?。當(dāng)?shù)剞r(nóng)民可以放心地用處理后的河水澆地，徹底改變了大塢河水“禍害農(nóng)田的現(xiàn)狀。而且，原來(lái)大塢河魚(yú)蝦絕跡，經(jīng)處理水質(zhì)得到明顯改善后，不僅魚(yú)能生存，且可大量繁殖。 譚科艷：針對(duì)示范區(qū)內(nèi)受重金屬污染的土壤，我們通過(guò)改善土壤pH

9、值，施用土壤改進(jìn)劑，添加特定的修復(fù)材料，對(duì)土壤中重金屬進(jìn)展固定。經(jīng)修復(fù)后的土壤種植的蔬菜，測(cè)得處理后土壤中可食用部分蔬菜中重金屬含量可以滿足?食品中污染物限量?的標(biāo)準(zhǔn)。 在某鉛鋅礦冶煉廠原址，我們對(duì)受鎘、鉛和砷等重金屬污染的土壤進(jìn)展了修復(fù)，修復(fù)后種植的馬尾松和紅葉石楠生長(zhǎng)茂盛，而未經(jīng)修復(fù)土壤種植的馬尾松成活率非常低，且難以生長(zhǎng)，充分說(shuō)明了，地球化學(xué)工程技術(shù)可以大大減少土壤中重金屬對(duì)植物的危害，可以抑制土壤中重金屬的遷移才能，到達(dá)保護(hù)植物和保障人民安康的作用。 劉曉端：土壤修復(fù)工作針對(duì)的對(duì)象不僅是土壤，而且要同時(shí)考慮到大氣和水體污染的問(wèn)題。解決土壤污染的問(wèn)題不能“就土論土，我們的研究是“水土不分

10、家。 楊永亮：在人類活動(dòng)強(qiáng)烈地區(qū)，工農(nóng)業(yè)活動(dòng)是造成土壤重金屬快速累積和污染超標(biāo)的原因，尤其是現(xiàn)今情況下，大氣中有毒元素的沉降是極其重要的污染途徑。 為了研究污染物傳輸?shù)募竟?jié)性變化，我們選取青藏高原東部邊緣的阿壩州臥龍高海拔地區(qū)及假設(shè)爾蓋高原濕地作為研究對(duì)象，研究了不同季節(jié)大氣、降水、地表水、土壤、植被、牦牛中持久性有機(jī)污染物的變化特征，并通過(guò)后向氣流軌跡分析以及應(yīng)用鉛同位素示蹤原理，對(duì)近地表大氣氣溶膠污染來(lái)源進(jìn)展了討論。?4、觀點(diǎn)之四：地球化學(xué)技術(shù)方法不是萬(wàn)能的，應(yīng)打破專業(yè)所局限，因地制宜研究復(fù)合型技術(shù)。 劉曉端：不僅自然環(huán)境是一個(gè)整體，科學(xué)也應(yīng)該沒(méi)有界限，不要局限在自己的專業(yè)中。就土壤修復(fù)技

11、術(shù)來(lái)看，地球化學(xué)技術(shù)方法不是萬(wàn)能的，應(yīng)該積極交融諸多相關(guān)學(xué)科的思路和方法，研究復(fù)合型技術(shù)。當(dāng)然，根據(jù)我們的學(xué)科特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，我們的研究方向是以地球化學(xué)技術(shù)方法為主，綜合生物修復(fù)等其他各類手段。 譚科艷：地球化學(xué)技術(shù)方法和綜合生物修復(fù)已經(jīng)有了一定的打破。 我們選擇工業(yè)污染嚴(yán)重的湖南株洲某地作為研究區(qū)，開(kāi)展了水土重金屬污染的地球化學(xué)生物結(jié)合技術(shù)研究。研究使用不同黏土礦物和微生物修復(fù)材料同時(shí)修復(fù)土壤中重金屬污染的效果。同時(shí)開(kāi)展了地球化學(xué)微生物法處理工業(yè)廢水中錳和鎘的修復(fù)技術(shù)研究，綜合地球化學(xué)工程技術(shù)和生物的優(yōu)勢(shì)，到達(dá)修復(fù)的最正確效果和最低能耗的綜合治理目的。 在深度去除廢水中鎘、錳的實(shí)驗(yàn)中，我們采用錳氧化一級(jí)生物濾池對(duì)鎘錳嚴(yán)重超標(biāo)的水進(jìn)展修復(fù)，使其可以滿足國(guó)家?生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)?中對(duì)水中金屬鎘含量和錳含量的要求。有關(guān)專家評(píng)價(jià)，這項(xiàng)技術(shù)解決了環(huán)境污染錳和鎘修復(fù)的難點(diǎn)，是地球化學(xué)生物結(jié)合修復(fù)重金屬污染技術(shù)上的一項(xiàng)重大打破。 在土壤修復(fù)試驗(yàn)中，我們也采用了地