重金属污染土壤的修复途径探讨

第一章土壤重金属污染现状/1

第一节土壤中重金属的来源1

一、大气沉降2

二、污水灌溉2

三、固体废物3

四、农用物资3

第二节土壤重金属的污染现状4

一、国外土壤重金属污染情况及经验借鉴4

二、我国土壤重金属污染现状5

第三节重金属的危害7

一、对微生物的危害8

二、对植物的危害9

三、对人体的危害9

第四节重金属污染物在土壤环境中的归趋10

一、土壤中重金属的赋存形态10

二、土壤重金属生物有效性的影响因素11

第二章土壤重金属污染的修复技术/13

第一节物理修复技术13

一、工程措施13

二、电动技术14

三、电热技术14

第二节化学修复技术14

一、土壤淋洗技术14

二、化学固定技术15

第三节生物修复技术16

一、植物修复技术16

二、微生物修复技术17

第三章土壤重金属污染的生物强化修复技术/20

第一节生物强化技术的研究进展20

一、国外应用实例20

二、国内应用实例21

第二节生物强化技术的实施方式22

一、直接施加活性微生物22

二、施加辅助营养源23

三、构建基因工程菌23

四、利用载体固定23

第三节生物强化系统中微生物群落结构解析技术的发展24

一、传统培养分离方法24

二、现代分子生物学方法24

三、荧光标记示踪技术24

第四章高效诱变菌对土壤重金属污染修复的应用/27

第一节高效诱变菌对重金属污染物的吸附行为27

一、菌株的培养及生长曲线研究28

二、吸附动力学模型30

三、环境因素的影响35

四、吸附等温线模型42

五、竞争吸附效应44

六、傅里叶变换-红外光谱（FT-IR）对吸附前后吸附剂表面官能团变化表征48

第二节高效诱变菌对土壤重金属污染修复的应用49

一、受污染土壤的理化性质50

二、利用盆栽实验对土壤重金属污染修复的小试应用51

三、对土壤性质的影响55

四、受污染土壤的重金属污染水平与生物有效性表征56

五、老化过程对土壤重金属形态的影响59

六、利用田间实验对土壤重金属污染修复的中试应用60

第三节高效诱变菌在土壤中的生长繁殖情况调查62

一、DNA扩增-变形梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）表征土壤微生物多样性62

二、荧光标记技术示踪诱变菌在土壤中的生长变化情况65

第五章生物炭质材料的环境影响/72

第一节生物炭的环境特性72

一、生物炭概述72

二、生物炭的物理化学性质73

第二节生物炭对土壤环境的影响79

一、生物炭对土壤肥力的影响79

二、生物炭对土壤微生物的影响80

三、生物炭对土壤重金属的影响81

第六章生物炭质材料辅助诱变菌的生物强化修复应用/83

第一节生物炭载带诱变菌对重金属污染物的吸附行为83

一、生物炭剂量对吸附的影响84

二、B38活体菌株负载量对吸附的影响85

三、吸附动力学模型86

四、环境因素的影响89

五、吸附等温线模型93

六、竞争吸附效应96

七、傅里叶变换-红外光谱（FT-IR）表征吸附前后吸附剂表面官能团变化97

八、X射线光电子能谱（XPS）研究吸附前后吸附剂表面元素组成变化100

第二节生物炭辅助诱变菌对土壤重金属污染修复的应用105

一、受污染土壤的理化性质107

二、生物炭辅助诱变菌对土壤重金属污染修复的效果107

三、土壤改良剂对土壤性质的影响112

四、受污染土壤的重金属污染水平与生物有效性表征113

五、老化过程对土壤重金属形态的影响115

第三节高效诱变菌在土壤中的生长繁殖情况调查116

一、DNA扩增-变形梯度凝胶电泳（PCR-DGGE）表征土壤微生物多样性116

二、荧光标记技术示踪诱变菌在土壤中的生长变化情况118

第七章发展潜力与展望/122

参考文献/1252100433B

全书共分为七章，内容主要包括土壤重金属污染现状、土壤重金属污染的修复技术、土壤重金属污染的生物强化修复技术、高效诱变菌对土壤重金属污染修复的应用、生物炭质材料的环境影响、生物炭质材料辅助诱变菌的生物强化修复作用等。

本书可作为环境保护领域的技术人员的参考书，也可供农业及相关专业的人员阅读。

第一章绪论/1

第一节土壤重金属污染问题1

一、土壤重金属污染1

二、土壤重金属污染治理初步提上议事日程3

第二节土壤重金属污染治理与修复研究进展7

一、土壤重金属污染治理与修复概述7

二、土壤重金属污染修复技术研究进展7

三、土壤重金属污染修复技术研究展望12

第三节我国土壤中重金属相关问题研究历程13

一、萌芽起步阶段(1949～1979年)13

二、奠定基础阶段(1979～2000年)14

三、快速发展阶段(2000至今)14

第四节土壤重金属污染修复与治理对策18

一、进一步提高全社会对土壤重金属污染防治问题的认识18

二、尽快颁布《中华人民共和国土壤污染防治法》依法保护土壤环境19

三、完善土壤环境质量标准和污染土壤修复标准等标准体系19

四、广开渠道筹集重金属污染土壤修复治理资金20

五、联合攻关研发重金属污染土壤修复关键实用技术20

五、培养能够从事重金属污染土壤修复的应用型人才20

六、培育与扶持从事土壤污染修复的产业与龙头企业21

第二章土壤重金属元素的性质、来源与危害/22

第一节土壤中常见重金属元素的基本性质22

一、重金属在土壤中的基本特征与形态22

二、常见重金属元素的基本性质23

第二节土壤中重金属的污染来源28

一、重金属的一般来源29

二、常见五毒重金属元素的来源31

第三节土壤重金属的污染危害35

一、重金属对土壤肥力的影响35

二、重金属对农作物和植物的危害35

三、重金属对土壤微生物和酶的影响38

四、重金属对人体健康的危害40

第四节五毒重金属元素的污染危害42

一、土壤镉污染的危害42

二、土壤铅污染的危害44

三、土壤铬污染的危害45

四、土壤汞污染的危害46

五、土壤砷污染的危害48

第三章土壤重金属元素背景值与环境容量/51

第一节土壤重金属元素环境背景值51

一、土壤环境背景值概述51

二、中国土壤环境背景值及分异规律55

三、土壤环境背景值实际应用59

第二节土壤重金属元素环境容量65

一、土壤环境容量的概念65

二、对土壤环境容量的新认识66

三、土壤环境容量的模型与方法67

四、土壤环境容量的应用71

第三节土壤环境质量与重金属污染判别73

一、制定土壤环境标准方案的依据和原则73

二、对我国土壤汞、镉、铅、砷环境标准的建议方案74

三、建议标准与已有土壤环境质量标准的比较75

四、以山西省土壤环境质量标准的制定为例76

第四章重金属在土壤中的迁移转化行为/78

第一节重金属在土壤中的形态78

一、土壤中重金属的形态78

二、重金属形态分析方法80

第二节影响重金属形态分布的因素81

一、pH值的影响81

二、有机质的影响81

三、土壤酶的活性影响82

四、外源重金属的影响82

第三节重金属在土壤中的迁移转化82

一、重金属在土壤环境中的迁移转化过程82

二、重金属在土壤-植物系统中的循环迁移85

三、主要重金属在土壤中的迁移转化过程89

第五章土壤重金属污染物理修复/97

第一节土壤重金属污染物理修复技术97

一、物理分离修复技术97

二、土壤蒸气浸提修复技术101

三、固化/稳定化土壤修复技术102

四、玻璃化修复技术104

五、热力学修复技术106

六、热解吸修复技术108

七、电动力学修复技术109

八、冰冻修复技术111

第二节我国土壤重金属污染物理修复发展113

一、行业发展113

二、网络发展114

三、技术研讨115

四、应用实例115

第六章重金属污染土壤化学修复/117

第一节化学修复概念及特点117

一、化学淋洗技术117

二、土壤改良修复技术119

三、电动化学修复技术122

第二节化学修复原理及方法124

一、化学淋洗技术124

二、土壤改良修复技术125

三、电动化学修复技术127

第三节化学修复重金属污染土壤应用实例128

一、化学淋洗技术的应用128

二、化学改良技术的应用129

三、电动化学修复的应用132

四、尾矿库重金属污染土壤原位钝化 植物修复技术134

第七章重金属污染土壤植物修复/137

第一节植物修复的概念与特点137

一、植物修复的概念及类型137

二、植物修复的特点138

第二节植物修复的原理与方法138

一、植物萃取139

二、植物固定147

三、植物挥发149

第三节植物修复重金属污染土壤应用实例152

一、湖南郴州蜈蚣草植物提取修复示范工程152

二、云南个旧尾矿库复垦植物固定修复示范工程153

三、美国加利福尼亚州中部农业排水沉积物中硒的植物挥发154

第八章重金属污染土壤微生物修复/157

第一节微生物修复的概念与特点158

一、土壤微生物的种类与功能158

二、微生物修复的概念与特点160

三、微生物修复存在问题与展望161

第二节微生物修复技术的原理与方法162

一、微生物固定163

二、微生物转化165

三、微生物强化167

第三节微生物修复重金属污染土壤应用实例170

一、微生物固定170

二、微生物转化修复171

三、微生物强化修复173

四、微生物表面展示技术175

第九章重金属污染土壤联合修复/176

第一节植物-微生物联合修复176

一、植物与专性降解菌的联合修复177

二、植物-菌根真菌联合修复178

三、重金属污染土壤植物-微生物联合修复技术的影响因素179

第二节化学诱导强化植物修复技术180

一、螯合剂强化植物修复181

二、表面活性剂强化植物修复183

三、酸碱调节剂强化植物修复184

第三节农艺措施强化植物修复技术184

一、利用水肥进行强化修复184

二、植物栽培与田间管理措施强化修复186

参考文献/191

附录/217

附录一217

附录二220

附录三232

附录四243

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地方标准《耕地土壤重金属污染风险管控与修复—总则》（DB44/T 2263.1-2020）规定了耕地土壤重金属污染风险管控与修复的基本原则、风险管控与修复目标、工作程序、前期调查、风险评级与等级划分、分类管理与风险管控（或修复）方案、风险管控（或修复）工程实施和验收的要求。该标准适用于耕地土壤重金属污染的风险管控与修复。

治理土壤重金属污染的途径主要有两种：一是改变重金属在土壤中的存在形态，使其固定．降低其在环境中的迁移性和生物可利用性；二是从土壤中去除重金属。围绕这两种治理途径，已提出各自的物理、化学和生物的治理方法。

1.汞污染的防治主要有以下措施：

（1）对土壤进行灌溉和施肥时，要严格控制使用汞含量高的污水和污泥。

（2）对已受汞污染的土壤，可施用石灰-硫磺合剂，其中硫是降低汞由土壤向作物迁移的一种有效方法。在施入硫以后，汞即被更牢固地固定在土壤中。

（3）施用石灰以中和土壤的酸性，可降低作物根系对汞的吸收。当土壤pH提高到6.5以上时，可能形成碳酸汞、氢氧化汞或水合碳酸汞等汞的难溶化合物。另外，钙离子能与任何微量的汞离子争夺植物根系表面的交换位，从而降低汞向作物内的迁移。

（4）施入硝酸盐，可使土壤内汞化合物的甲基化过程减弱，因高浓度的硝酸盐能抑制甲基化微生物的生长，从而减少汞向作物体内的迁移及毒害。

（5）施用磷肥，由于汞的正磷酸盐比其氢氧化物或碳酸盐的溶解度小，所以施用磷肥也是降低土壤中汞化合物毒害作用的一种有效办法。

2.镉污染的防治

土壤镉污染的防治对策重点在于防，而不在于治。因为进入土壤中的镉，由于土壤的强吸附作用，常常积累于土壤表层，而很少发生输出迁移，也不可能像有机污染那样可能发生降解作用。主要对策如下：

（1）采用客土法或换土法，使高背景或污染区土壤中镉的浓度下降，但这种措施的经济支出太高，故只适用于小面积严重污染土壤的治理。

（2）在土壤中加入石灰性物质，提高土壤环境的pH，使镉生成不易被植物吸收的Cd（OH）₃或CdCO₃沉淀，此法较适合在旱田条件下使用。

（3）在土壤中使用促进还原的有机物，使土壤中的镉与土壤中的硫生成CdS沉淀。

（4）在土壤中施加磷酸盐类物质，使之生成磷酸镉沉淀，在水田条件下更重要。

（5）种植富集镉的植物如苋科植物，以吸收污染土壤中的镉，但应注意植物残体的处理。

3.铅污染的防治

铅在土壤中的迁移性较差，进入土壤中的铅主要累积于土壤表层。土壤中铅的污染主要是通过空气、水等介质形成的二次污染。对于已污染的土壤，应根据污染程度及土地利用类型，采取相应的治理措施，主要措施如下：

（1）采取客土法或换土法，有效的改善或消除铅污染。

（2）种植某些非食用但可富集铅的植物，以逐渐降低土壤中铅的污染程度。

（3）提高土壤的pH，当pH>6时，重金属离子很易被黏土矿物吸附而阻止植物对铅的吸收。

（4）在铅污染的土壤中施用钙、镁及磷肥等改良剂，以降低土壤中铅的活性，减少作物对铅的吸收。

4.铬污染的防治

（1）在Cr³ 污染的土壤中，施用石灰石、硅酸钙或磷肥等调节土壤呈微碱性，使铬形成Cr(OH)₃状态而加以固定，可减少铬对作物的危害。

（2）施用有机肥，使土壤处于还原环境，有效减轻或消除六价铬对植物的危害。 另外，有机肥能够通过吸附作用．降低六价铬对植物的毒害

（3）选择种植非食用植物，利用植物累积铬的作用净化污染的土壤。

（4）实行水旱轮作是轻度铬污染的有效改良措施。水旱轮作使土壤pH增高，EC值下降，有利于铬的吸附固定．从而降低土壤中铬的含量。

5.砷污染的防治

（1）施加砷的吸附剂，提高土壤对砷的吸附能力，降低砷的活性，从而避免砷害。

（2）在土壤中施加硫粉，降低土壤pH，加强土壤排水，可提高土壤固砷的能力，降低砷的活性，从而避免砷害。

（3）在土壤中施加各种铁、铝、钙和镁的化合物，可使砷生成不溶性物质而加以固定从而降低砷的活性。

（4）采用客土、深耕，利用增加低砷土壤的手段，稀释含砷土壤中的砷含量，降低砷的污染。 2100433B