重金属污染农田土壤的稳定化修复技术及其修复实践研究

doi:10.11924/j.issn.1000-6850.casb2020-0162

摘要/Abstract

摘要：

为研究重金属污染农田土壤的稳定化修复技术,通过实施云南省某农田土壤重金属污染修复项目,对各修复技术进行比选,对优选出的稳定化修复技术涉及的稳定化药剂进行归纳分析,并开展了小试—中试—工程实施系统的工艺研究、技术应用。结果表明：该技术保证了修复效果并降低了修复成本,实现了污染农田土壤的安全利用。形成了控源—减量—降活—低吸—农产品安全达标生产的修复模式,构建了具有针对性的稳定化—植物—农艺调控的联合修复技术体系,实现了重金属污染农田土壤修复、生态建设、经济效益的有机结合。

关键词: 农田, 土壤修复, 重金属, 固化/稳定化, 修复实践

Abstract:

To study the stabilization remediation technology of heavy metal contaminated farmland soil, the remediation project of heavy metal contaminated farmland soil in Yunnan Province is carried out, to compare remediation technologies and summarize and analyze stabilization agents through the systematic process research and technical application of small-scale experiment, pilot-scale experiment and project implementation. The results show that the remediation technology could ensure the remediation effect and reduce the cost, and the safe utilization of heavy metal contaminated farmland soil has been achieved. The remediation mode of source reduction, concentration reduction, availability reduction, absorption reduction and safe production of agricultural products has been formed. The combined remediation technical system of heavy metal contaminated farmland soil has been established which includes stabilization, phytoremediation and agricultural ecological restoration technologies, to realize the dynamic integration of the remediation of heavy metal contaminated farmland soil, ecological improvement and economic benefits.

Key words: farmland, soil remediation, heavy metal, solidification/stabilization, remediation practice

中图分类号:

黄迪, 黄志红, 孔辉, 易浩, 龙翔, 杨燕群, 肖惠宁. 重金属污染农田土壤的稳定化修复技术及其修复实践研究[J]. 中国农学通报, 2021, 37(8): 72-78.

Huang Di, Huang Zhihong, Kong Hui, Yi Hao, Long Xiang, Yang Yanqun, Xiao Huining. Stabilization Remediation Technology and Remediation Practice of Heavy Metal Contaminated Farmland Soil[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2021, 37(8): 72-78.

图/表 8

参考文献 48

[1]	环境保护部, 国土资源部. 全国土壤污染状况调查公报[R]. 北京:环境保护部,国土资源部, 2014.
[2]	李笑诺, 丁寿康, 陈卫平, 王夏晖, 吕斯丹, 刘睿. 土壤环境质量预警体系构建与应用[J]. 环境科学, 2020,41(6):2834-2841.
[3]	陈卫平, 杨阳, 谢天, 等. 中国农田土壤重金属污染防治挑战与对策[J]. 土壤学报, 2018,55(02):261-272.
[4]	赵其国, 骆永明. 论我国土壤保护宏观战略[J]. 中国科学院院刊, 2015,30(4):452-458.
[5]	Zhao Fang-Jie, Ma Yibing, Zhu Yong-Guan, et al. Soil contamination in China: current status and mitigation strategies.[J]. Environmental science & technology, 2015,49(2). doi: 10.1021/es504481n URL pmid: 25525972
[6]	Li X N, Jiao W T, Xiao R B, et al. Soil pollution and site remediation policies in China:A review[J]. Environmental Reviews, 2015,23(3):263-274.
[7]	庄国泰. 我国土壤污染现状与防控策略[J]. 中国科学院院刊, 2015,30(4):477-483.
[8]	吴永红, 靳少非. 基于CiteSpace的重金属污染土壤修复研究文献计量分析[J]. 农业环境科学学报, 2020,39(3):454-461.
[9]	中华人民共和国国家环境保护局. GB/T 17141—1997土壤质量铅、镉的测定石墨炉原子吸收分光光度法[S]. 北京: 中国环境科学出版社, 1998.
[10]	中华人民共和国国家环境保护局, 中华人民共和国国家技术监督局. GB/T 17138-1997土壤质量铜、锌的测定火焰原子吸收分光光度法[S]. 北京: 中国环境科学出版社, 1998.
[11]	中华人民共和国国家环境保护总局. HJ/T 166-2004土壤环境监测技术规范[S]. 北京: 中国环境科学出版社, 2004.
[12]	中华人民共和国环境保护部. HJ 776—2015水质 32种元素的测定电感耦合等离子体发射光谱法[S]. 北京: 中国环境科学出版社, 2015.
[13]	中华人民共和国生态环境部, 中华人民共和国国家市场监督管理总局. GB 15618—2018土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)[S]. 北京: 中国环境科学出版社, 2018.
[14]	中华人民共和国农业部. NY/T 1377-2007土壤PH的测定[S]. 北京: 中国标准出版社, 2007.
[15]	中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会. GB 5009.15—2014食品安全国家标准食品中镉的测定[S]. 北京: 中国标准出版社, 2015.
[16]	中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会, 中华人民共和国国家食品药品监督管理总局. GB 5009.12—2017食品安全国家标准食品中铅的测定[S]. 北京: 中国标准出版社, 2017.
[17]	中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会, 中华人民共和国国家食品药品监督管理总局. GB 5009.14-2017食品安全国家标准食品中锌的测定[S]. 北京: 中国标准出版社, 2017.
[18]	中华人民共和国农业部. NY 861-2004粮食(含谷物、豆类、薯类)及制品中铅、镉、铬、汞、硒、砷、铜、锌等八种元素限量[S]. 北京: 中国标准出版社, 2005.
[19]	梁媛. 重金属污染土壤与地下水一体化修复新技术研究[D]. 上海交通大学, 2015: 11-13.
[20]	Ma Yan, Liu Z H, Xu Y Q, et al. Remediating Potentially Toxic Metal and Organic Co-Contamination of Soil by Combining In Situ Solidification/Stabilization and Chemical Oxidation: Efficacy, Mechanism, and Evaluation.[J]. International journal of environmental research and public health, 2018,15(11):2595.
[21]	闫淑兰, 赵秀红, 罗启仕. 基于文献计量的重金属固化稳定化修复技术发展动态研究[J]. 农业环境科学学报, 2020,39(2):229-238.
[22]	黄迪, 杨燕群, 肖选虎, 等. 土壤重金属污染治理修复剂技术[J]. 现代化工, 2018,38(11):39-43.
[23]	周静, 崔红标, 梁家妮, 等. 重金属污染土壤修复技术的选择和面临的问题——以江铜贵冶九牛岗土壤修复示范工程项目为例[J]. 土壤, 2015,47(2):283-288.
[24]	黄益宗, 郝晓伟, 雷鸣, 等. 重金属污染土壤修复技术及其修复实践[J]. 农业环境科学学报, 2013,32(3):409-417.
[25]	串丽敏, 赵同科, 郑怀国, 等. 土壤重金属污染修复技术研究进展[J]. 环境科学与技术, 2014,37(S2):213-222.
[26]	杨海, 黄新, 林子增, 等. 重金属污染土壤微生物修复技术研究进展[J]. 应用化工, 2019,48(6):1417-1422.
[27]	樊霆, 叶文玲, 陈海燕, 等. 农田土壤重金属污染状况及修复技术研究[J]. 生态环境学报, 2013,22(10):1727-1736.
[28]	郝汉舟, 陈同斌, 靳孟贵, 等. 重金属污染土壤稳定/固化修复技术研究进展[J]. 应用生态学报, 2011,22(3):816-824.
[29]	秦樊鑫, 魏朝富, 李红梅. 重金属污染土壤修复技术综述与展望[J]. 环境科学与技术, 2015,38(S2):199-208.
[30]	邵云, 郝真真, 王文斐, 等. 土壤重金属污染现状及修复技术研究进展[J]. 北方园艺, 2016(17):193-196.
[31]	Inyang M I, Gao B, Yao Y, et al. A review of biochar as a low-cost adsorbent for aqueous heavy metal removal[J]. Critical Reviews in Environmental Science & Technology, 2016,46(4):406-433.
[32]	Jin Hee Park, Girish Choppala, Seul Ji Lee, et al. Comparative Sorption of Pb and Cd by Biochars and Its Implication for Metal Immobilization in Soils[J]. Water, Air, & Soil Pollution, 2013,224(12).
[33]	王红, 夏雯, 卢平, 等. 生物炭对土壤中重金属铅和锌的吸附特性[J]. 环境科学, 2017,38(9):3944-3952.
[34]	陈志良, 袁志辉, 黄玲, 等. 生物炭来源、性质及其在重金属污染土壤修复中的研究进展[J]. 生态环境学报, 2016,25(11):1879-1884.
[35]	沈凯旋. 纳米铁改性水葫芦生物碳的制备表征及对镉的吸附性能研究[D]. 广州:华南理工大学, 2017: 47-48.
[36]	杨永军. 生物炭负载铁锰氧化物对铅、铜污染土壤的稳定化研究[D]. 杨凌:西北农林科技大学, 2018: 42-43.
[37]	陈远其, 张煜, 陈国梁. 石灰对土壤重金属污染修复研究进展[J]. 生态环境学报, 2016,25(8):1419-1424.
[38]	武成辉, 李亮, 雷畅, 等. 硅酸盐钝化剂在土壤重金属污染修复中的研究与应用[J]. 土壤, 2017,49(3):446-452.
[39]	任露陆, 吴文成, 陈显斌, 等. 碳酸钙与氢氧化钙修复重金属污染土壤效果差异研究[J]. 环境科学与技术, 2016,39(5):22-27,99.
[40]	梁学峰. 黏土矿物表面修饰及其吸附重金属离子的性能规律研究[D]. 天津:天津大学, 2015: 14-22.
[41]	杨越晴, 董颖博, 林海. 黏土矿物对土壤中重金属的钝化作用研究进展[J]. 金属矿山, 2018(9):33-40.
[42]	朱维, 刘代欢, 陈建清, 等. 黏土矿物在土壤重金属污染中的应用研究进展[J]. 土壤通报, 2018,49(2):499-504.
[43]	魏明俐. 新型磷酸盐固化剂固化高浓度锌铅污染土的机理及长期稳定性试验研究[D]. 南京:东南大学, 2017: 29-32.
[44]	李瑞, 赵中秋, 张鹏飞, 等. 磷矿粉修复重金属污染土壤的研究进展[J]. 环境污染与防治, 2017,39(4):426-431.
[45]	何茂. 磷酸盐固定重金属污染土壤中Pb和Cd的研究[D]. 西安西安建筑科技大学, 2013: 8-11.
[46]	乔德波. 施用有机肥对设施菜地土壤养分、重金属含量及其分布特征的影响[D]. 沈阳:沈阳农业大学, 2014:. 96-97.
[47]	鲁洪娟, 周德林, 叶文玲, 等. 生物有机肥在土壤改良和重金属污染修复中的研究进展[J]. 环境污染与防治, 2019,41(11):1378-1383.
[48]	姜佰文, 陆磊, 王春宏, 等. 施用有机肥对土壤重金属累积的影响及风险评价[J]. 东北农业大学学报, 2020,51(4):37-44.

检测指标	总量^[9,10]				有效态含量^[11,12]	标准值^[13]
检测指标	最大值	最小值	平均值	超标率/%	平均值	筛选值	管制值
pH^[14]	7.42	6.08	6.67	—	6.67	6.5~7.5	6.5~7.5
Cd/(mg/kg)	76.81	3.63	9.61	100%	6.22	0.3	3
Pb/(mg/kg)	1848	26	343	90.90%	23	120	700
Zn/(mg/kg)	5940	37	899	99.80%	336	250	—

检测指标	总量^[9,10]				有效态含量^[11,12]	标准值^[13]
检测指标	最大值	最小值	平均值	超标率/%	平均值	筛选值	管制值
pH^[14]	7.42	6.08	6.67	—	6.67	6.5~7.5	6.5~7.5
Cd/(mg/kg)	76.81	3.63	9.61	100%	6.22	0.3	3
Pb/(mg/kg)	1848	26	343	90.90%	23	120	700
Zn/(mg/kg)	5940	37	899	99.80%	336	250	—

检测指标	总量
检测指标	0~20 cm	20~60 cm	60~100 cm
pH	6.78	6.91	7.04
Cd/(mg/kg)	9.42	5.44	1.87
Pb/(mg/kg)	356	202	99
Zn/(mg/kg)	857	514	223

检测指标	总量
检测指标	0~20 cm	20~60 cm	60~100 cm
pH	6.78	6.91	7.04
Cd/(mg/kg)	9.42	5.44	1.87
Pb/(mg/kg)	356	202	99
Zn/(mg/kg)	857	514	223

检测指标	重金属含量^[15,16,17]				标准值^[18]
检测指标	最大值	最小值	平均值	超标率/%	标准值^[18]
Cd/(mg/kg)	0.689	0.003	0.067	58.70%	0.05
Pb/(mg/kg)	1.987	—	0.171	21.50%	0.4
Zn/(mg/kg)	162.8	11.3	20.4	27.80%	50