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关键词:土壤污染修复 铁锰氧化物 作用
随着工业的发展和人们对于环境保护不当导致我国的土壤污染逐渐严重,但是我国的土壤污染治理工作并没有发挥出应有的作用。铁锰氧化物在当前的土壤污染修复中占据着十分重要的位置,对于改善土壤的质量有着十分重要的作用。但是由于当前我国的土壤污染缺少规范的治理导致污染土壤难以及时有效地恢复。在今后的土壤污染治理工作中需要采取有效的措施,保障土壤污染质量工作的顺利进行。
一、当前我国土壤污染现状
随着我国工业的发展,当前我国的土壤污染情况逐渐严重,这对于我国的环境建设和人们的生活造成了十分不利的影响。尤其是在农村等人们依靠土地生活的地方,土壤污染严重影响了人们的正常生活。一些土壤污染很难进行短时间的修复,这对于环境的保护有着十分不利的影响。当前土壤污染比较严重的主要是以下两种情况:
1.重金属对于土壤的污染
重金属对于土壤的污染在当期的土壤污染治理中比较难治理,由于重金属在土壤中具有难降解,毒性强和积累效应等等特征。我国土壤的重金属污染主要是当前一些化工企业的污染五未能及时合理的处理,将一些污染物进行掩埋等造成的土壤污染。但是重金属对于土壤的污染十分严重并且难以治理,这对于土壤污染治理部门提出了众多的挑战。当前对于我国土壤重金属污染的主要治理方法就是一方面在土壤中去除重金属另一方面改变重金属在土壤中的存在状态。当前主要的技术就是采用物理方法,化学方法,生物方法等等,但是并没有取得比较好的效果,土壤污染现状并没有得到有效地改善。
2.土壤的有机污染
当前我国土壤污染的另一重大来源就是有机物污染,相对于重金属污染,这一污染更加严重,污染的种类比较繁多。在有机物污染中其中塑料对于土壤的污染十分严重,而且大部分的塑料污染物是难以降解的,这对于土壤污染的治理工作造成了十分不利的影响,并且这一污染还会对人们的生活造成伤害甚至伤害人们的身体健康。另外由于化学农药对于土壤的污染也是土壤污染的重要原因之一,这对于土壤的危害十分严重,甚至会影响到地下用水,影响人们的生活健康。但是当前我国的土壤有机污染并没有得到合理的整治,一些相关的治理方法仍然存在一定的缺陷性,并且治理并不彻底。
二、铁锰氧化物在土壤污染修复中的重要作用
铁锰氧化物在当前的土壤污染修复中逐渐得到应用,并发挥出一些作用,大大改善了当前的土壤质量。但是铁锰氧化物对于土壤污染的治理并没有得到充分的利用,铁锰氧化物的应用范围还有待于进一步扩展。
1.铁锰氧化物在治理土壤重金属污染中的应用
铁锰氧化物作为土壤中的主要矿物元素,在当前的土壤污染修复中发挥着十分关键的作用。当土壤被重金属污染之后,土壤吸持重金属例子时,土壤中的铁锰氧化物会发挥重要的作用,土壤中Cu、Ni、Zn、Cr、Co 元素的吸附主要受铁氧化物的控制。土壤中沉积的铁锰氧化物对于土壤中重金属元素的吸附作用,可以有效地控制重金属污染物的迁移和富集,这对于减少重金属对于土壤的污染有着十分重要的作用。铁锰氧化物及其水化物和层状硅酸盐矿物质对于吸附土壤中的重金属元素有着十分重要的作用,但是由于人工合成的铁锰氧化物和天然的铁锰氧化物有着不同的作用,导致我国的土壤中铁锰氧化物应用于重金属的土壤污染修复中仍然存在一定的问题,需要进一步加强对铁锰氧化物对于吸附重金属作用的研究,尽量充分发挥铁锰氧化物在重金属土壤污染修复中的重要作用。
2.铁锰氧化物在治理土壤有机物污染中的应用
铁锰氧化物对于土壤有着一定的净化作用,当前土壤的有机物污染逐渐严重,严重影响了土壤的肥力和土壤的正常应用。铁锰氧化物对于环境中的有机毒害物有一定的降解功能,可以利用于土壤污染的修复工作中。在污染土壤的修复工作中利用铁锰氧化物对于土壤的修复作用和净化工作,充分提高土壤自身的治污能力和降污能力。当前土壤中含有一些天然的铁锰氧化物可以充分利用自然规律,降解土壤中的有机污染物。铁锰氧化物在土壤污染治理中有着节约成本,效果明显的优势,在今后的土壤污染治理工作中需要进一步提倡这一方法,充分利用铁锰氧化物对于土壤污染的治理,缓解当前土壤污染严重的现状。
3.土壤污染治理的其他措施
土壤污染对于人们的生活和农业的发展造成了十分不利的影响,特别是当前国家逐渐重视可持续发展的前提下,土壤污染更需要进一步加强治理。在今后的土壤污染治理工作中一方面需要建立完善的土壤污染治理法律法规。建立健全土壤污染治理法律可以有效地规范土壤污染治理工作,同时为土壤污染治理工作提供一定的保障。这在一定程度上也可以提高一些企业的污染治理积极性,减少企业污染物的排放,督促企业加强对污染物的处理工作。另一方面需要对于污染比较严重的企业进行严格的惩治。对于一些对土壤污染比较严重的企业需要加强治理,对于企业的污染物处理要进行严格的监督,对于一些特别严重的企业可以进行关闭,减少污染物的排放。除此之外还需要加强企业和工作人员的环境保护意识,尤其是土壤污染的教育,对于土壤污染造成的危害进行宣传教育,使企业和工作人员认识到土壤污染的严重危害性。在土壤污染治理工作中还需要进一步开发和研究一些新的土壤污染修复措施和方法,尽量减少污染物对于土壤的污染,保障人们的正常生活。
三、结语
随着当前工业的发展,我国的土壤污染逐渐严重,对人们的生活造成了十分不利的影响。当前我国的土壤污染修复措施并不十分完善,一些方法的效果并不十分明显,这导致我国的土壤污染治理工作难以进行。铁锰氧化物作为土壤中的一种丰富的物质对于环境当前的土壤污染有一定的作用,并且这一土壤污染修复的方法具有成本低,效果好的优势。在今后的土壤污染修复工作中需要进一步充分利用铁锰氧化物的土壤修复作用,同时还需要积极开发一些新的土壤污染修复方法,尽量减少土壤的污染程度。
参考文献
【Key words】Electroplating industry soil remediation bioremediation combined remediation plants and microorganisms
1 前言
土壤重金属污染是我国亟待解决的环境问题。电镀行业是产生重金属污染的主要行业之一。由于电镀行业使用了大量强酸、强碱、重金属等有毒有害化学品,在工艺过程中排放了高毒物质和危害人类健康的废水、废气和废渣,对人类的生存环境产生了巨大危害。尤其是重金属镍污染后果相当严重,镍可引起接触性皮炎,直接进入血液的镍盐毒性较高,胶体镍或氯化镍毒性较大,可引起中枢性循环和呼吸紊乱,使心肌、脑、肺、肾出现水肿、出血和变性,长期接触、吸入或注射镍化物均有致癌作用。电镀企业关闭后遗留的重金属污染土壤对环境构成严重威胁。然而如何针对性地有效进行修复治理,是人类面临的又一大问题。电镀厂污染场地属于重污染行业污染场地,急需进行环境综合治理与土壤修复[1]。
本文通过对某电镀厂厂区土壤样品监测结果的分析研究和修复治理方法的探讨,为进一步开展污染土壤修复工作以及合理规划和利用该场地提供科学的理论依据,同时,对于改善和提高当地城镇环境质量、保障人体健康和维护社会稳定也将具有重大意义。
2 企业基本情况
该电镀厂于2003年3月投产,厂区面积约3500m2,主要从事各种五金件产品的来料电镀加工。全厂共3个电镀车间,8条电镀生产线,其中7条半自动电镀生产线、1条全自动电镀生产线。主要镀种为镀锡、镀镍、镀铬、镀锌。电镀加工产品方案见表1。
使用的主要原辅料有金属镍板、硫酸镍、氯化镍、电解铜、硫酸铜、硫酸、盐酸、铬酐、氰化钠、氰化亚铜、氰化钾等。产生的电镀废水经废水处理站处理达标后排放。根据当地电镀行业环境整治要求,该电镀厂已停产待迁。
3 土壤污染现状及成因分析
为了解该电镀厂所在地土壤污染现状,委托澳实分析检测(上海)有限公司对其厂区土壤进行了监测。
3.1 监测项目
pH值、总氰化物、锑、砷、铍、镉、铬、铜、铅、镍、硒、银、铊、锌、汞等。
3.2 监测地点
厂区废水处理站边和电镀车间旁各设一个采样点,编号分别为Z1、Z2。按0~20cm、40~60cm、80~100cm采样深度各采一个样品,对应样品编号Z1-1~Z1-3和Z2-1~Z2-3。
3.3 监测结果
厂区土壤样品监测结果见表2和图1。
表2 厂区土壤监测结果
图1 土壤监测结果对比分析图
土壤样品监测结果表明,除镍指标外,其余指标监测值均符合《浙江省污染场地风险评估技术导则》(DB33/T892-2013)表A.1部分关注污染物的土壤风险评估筛选值中的住宅及公共用地筛选值。
土壤监测结果镍超标原因主要为企业生产过程中涉及到镀镍等工序,生产废水和废气中含有镍等重金属。车间地面、排水沟渠等没有按规范进行防渗处理,镀镍废水没有进行有效收集容易渗漏到地面,等等,各种因素导致土壤受到重金属污染。根据《浙江省污染场地风险评估技术导则》(DB33/T892-2013)以及有关文件要求,企业场地需要进行土壤污染修复治理。
4 土壤重金属污染治理方法
目前针对土壤重金属污染修复方法较多,主要包括物理方法、化学方法和生物方法[3]。生物修复方法因其效果好、投资省、费用低、易于管理和操作、不产生二次污染等被公认为是生态友好型原位绿色修复技术[4]。生物修复方法主要有植物修复、微生物修复、植物与微生物联合修复。
4.1 植物修复
植物修复技术主要有植物稳定、植物提取、植物挥发等类型[5]。植物稳定是利用植物来降低重金属在土壤中的迁移,但是随着时间或环境的改变,可能仍会发生渗漏和扩散,这种方法并没有减少重金属的含量,只是改变了重金属的存在形态;植物提取是指利用对重金属富集能力强的超积累植物吸收土壤中的重金属,并将重金属转运储存在地上部分,然后通过收获地上部分进行焚烧,来达到去除重金属的目的;植物挥发是指利用植物吸收、转运、积累、挥发来去除土壤中一些挥发性的重金属[6]。
4.2 微生物修复
微生物修复技术是利用土壤中某些微生物对重金属的吸收、沉淀、氧化还原等作用,以达到降低土壤重金属的毒性。某些微生物能代谢产生柠檬酸、草酸等物质[7]。这些代谢产物能与重金属产生螯合或形成草酸盐沉淀,从而减轻重金属的伤害。Siegel等研究表明,真菌可以通过分泌氨基酸、有机酸以及其他代谢产物来溶解重金属以及含重金属的矿物[8]。微生物修复的局限性在于:微生物有些情况下不能将污染物全部去除;微生物对环境的变化响应比较强烈,环境条件的改变能大大影响微生物修复效果。
4.3 植物与微生物联合修复
鉴于植物修复和微生物修复各自在重金属污染修复中的不足,植物与微生物联合技术通过发挥植物和微生物各自的优点,最大限度弥补其在重金属污染修复中的不足,有效提高植物修复的效果。土壤中许多细菌不仅能够刺激并保护植物的生长,而且还具有活化土壤中重金属污染物的能力。最近俄罗斯科学家培育出一种耐重金属污染并保护植物生长的细菌,这种细菌能够在Zn、Ni、Cd和Co存在的条件下产生抗生素细菌的细胞不具备稳定的基因,但是位于染色体外能够自动复制的环状DNA分子,可以有效阻止重金属离子进入细胞,同时能够刺激并保护植物的生长[9];Ma等成功地从Ni污染土壤中分离得到耐受重金属污染的细菌,并发现这些细菌在较高水平重金属污染的土壤中能够促进植物生长;Idris等在遏蓝菜属植物Thlaspigoesingense根际分离出大量对Ni耐受性较强细菌,包括Cytophaga、F lexibacter、Bacte2roides等,这些细菌可以明显提高Thlaspigoesingense对Ni的富集能力[10]。虽然菌根化植物抗逆性强、吸收降解能力强,但不容易获得,因此,菌根与植物修复体系的选择与建立有非常广阔的应用价值,也是重金属污染土壤生态恢复的一个新的研究方向[11]。
5 结论与展望
关键词:土壤;镉;污染;修复技术
1 引言
土地是人类生存和发展的主要资本和物质基础,为人类生存和发展提供了重要的物质和数量基础。随着工农业的迅速发展,人类把带有大量有毒有害的物质排入到环境中。这在相当多的领域造成了大量的土壤污染,土壤环境污染的问题越来越严重。
2 国内外土壤镉污染状况
镉是生物生长和发育过程中的非必需元素,它也是自然界中最有害的重金属之一,它在土壤中与Hg、As、Cr和Pb一起称为“五毒元素”[1,2]。Cd在自然环境中分布极广,地壳中的平均含量为0.2 mg/kg,广泛存在于岩石、沉积物及土壤中[3]。近年来,由于在环境中Cd的含量增加,在许多国家中已经广泛关注,由于这些国家对食品中重金属的安全性的普遍了解,已经为农田土壤作物制定了一套严格的标准见表1[4]。
在我国土壤重金属污染事件频繁发生,土壤Cd污染状况也一直较为严重。例如2013 年5月“镉大米”事件、2014年广西大新县重金属污染事件等[5]。土壤重金属污染问题威胁到人民群众“舌尖上的安全”,成为全社关注的焦点。据不完全统计,我国农田重金属镉污染面积已达2万hm2,年产量镉含量超标的农产品达14.6亿kg,且有日益加重的趋势[6]。2014年4月17日环境保护部和国土资源部联合的《全国土壤污染状况调查公报》显示,全国土壤重金属的超标率为16.1%的重金属,西南、中南地区土壤重金属镉、汞、砷、铅4种无机污染含量的范围从西北到东南,从东北到西南方增加。在所有污染物中,镉的超标率最高,占7.0%,是我国耕地、林地、草地和未利用地的主要污染物之一[7]。依据《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)中规定A适用于一般农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场等土壤中Cd的质量标准应在0.3~0.6 mg/kg范围内,但是我国有些地区土壤中的Cd含量超标,Cd污染土壤状况比较严峻[8]。我国部分地区污染农田土壤和农作物镉含量见表2[9]。
3 土壤中镉的来源
土壤中的Cd主要有天然来源和人为来源两种[10]。天然来源主要是指含Cd的矿物或岩石通过长期风化释放到土壤中,这构成了土壤中Cd的背景值。土壤中镉在不同地区的背景值差异很大,世界范围内土壤中镉的背景值含量为0.01~2.0 mg/kg,平均水平约为0.35 mg/kg[7]。我国土壤中Cd的背景值低于世界平均值,约为0.097 mg/kg[11]。
人为来源较为广泛,包括采矿、选矿、有色金属冶炼、电镀、合金制造、含镉蓄电池生产等行业的生产,以及污水、污泥、大气沉降、农药化肥固体废弃物等,预计排放的镉(Cd)约有82%~94%进入到了土壤[12,13]。众多研究关注了土壤镉污染的人为来源[14],陈怀满,郑春荣等学者研究表明我国因污灌受到污染的耕地约占总污灌面积的45%,其中以Cd和Hg的污染尤为严重;王初,邵莉等研究发现受交通尾气和污染物排放影响,公路沿线农田土壤重金属污染呈现距离公路越近的地方污染越严重的规律,交通对土壤环境的影响距离从几十米到数百米不等[15~17];颜世红等通过对矿区土壤中重金属镉来源的研究发现矿区附近土壤主要受矿石挖掘与加工产生大量的粉尘、污水、废气、固体废弃物排放镉污染影响[13,14,18]。
4 土壤中镉的危害
对于植物,其会抑制植物的光合作用以及植物的酶活性等。植物的光合作用降低使得植物对养分和水分的吸收受到阻碍,导致植物的营养代谢失调,使得植物生长和产量降低。
对于动物和人类,镉元素通过食物链进入人和动物体内富集。镉元素的吸收对人体骨骼、肾、肝、免疫系统和生殖系统具有毒害作用,会引发骨痛、糖尿病、肺气肿以及高血压等病症,严重的会引发癌症等疾病[19]。联合国环境规划署(UNEP)也将镉列为12种具有全球性的危险物质中的首位危险物质[20](图1)。
5 土壤镉污染修复技术研究现状
土壤中镉污染危害的严重性及解决的迫切性在国内外被广泛的研究[21]。土壤修复是指使用能让土壤中的污染物转移、吸收、降解和转化的物理,化学和生物等的修复方法,将其浓度降低到可接受水平,或将有毒和有害的污染物转化为无害的物质[22]。目前,对含重金属土壤的修复技术主要有物理、化学、电动法、生物和农业生态修复等技术[21]。
5.1 物理修复
土壤物理修复通常用于镉污染的修复。如客土法、换土法、翻土法等。通过加入净土,除去旧土和深土,以便减少土壤镉污染。Wang等进行了土壤深度改良实验,使白菜镉的平均浓度降低了50%~80%[23]。目前,这种方法的应用已经在英国、美国、荷兰和日本实现。但是成本高,易于二次污染和降低土壤肥力,难以广泛推广[24]。镉污染土壤的物理修复方法简单和快速,但它不能真正从土壤中清除镉污染。这种方法有潜在的危险,此种方法需要大量的资金,人力和物质资源,不适合大规模镉污染的土壤治理。
5.2 化学修复
化学修复是指在污染土壤中使用化学改性剂将重金属进行固定转换、溶解抽提和提取分离,减少污染土壤中的重金属,改变土壤环境条件。化学固定、淋洗和提取是对土壤镉污染进行化学修复最常见的方法[25]。例如,硅肥、钙镁磷肥、石灰和骨炭粉可以不同程度地抑制玉米对镉的吸收[26]。
较为常用的镉污染修复化学材料有碱性改良剂(石灰、钙镁磷肥等)、黏土矿物(沸石、海泡石等)、拮抗物质(硫酸锌、稀土镧等)和有机质(泥炭、有机堆肥等)[25,27];除此之外,一些金属螯合剂和表面活性清洗剂目前也逐渐应用于镉污染土壤修复[28]。化学修复的治理效果和费用都适中,且简单易行,但它没有起到真正意义上去除镉污染的作用,只是改变了土壤中镉存在的形态,可能由于土壤环境的变化,有可能再次活化,造成二次污染危险。此外,化学方法也可能导致化合物造成的微量元素损失和造成土壤的复合污染,而不能作为一种永久的修复措施。
5.3 电动修复
电动修复是一个多学科的研究领域,其原理是将电极插入污染土壤和适当大小的DC,发生土孔隙水和带电离子迁移,土壤污染物在外电场作用下取向并积聚在电极附近,电极进行常规处理,从而清洁土壤[21,29]。Apostlols G等探讨了添加十二烷基硫酸钠和天然表面活性剂腐殖酸对动电修复污染土壤修复的影响,得出的结果表明,两种试剂可以促进修复过程中镉污染的去除[30]。电动修复是通过向污染土壤的两侧施加直流电压以从污染的土壤中去除重金属,使得土壤中的污染物在电场的作用下在电极的两端富集。该技术已应用于Cu、Cd、Pb、Zn、Cr、Ni等重金属污染土壤修复[25]。该技术具有采用的化学试剂少、消耗低,修复完善的优点,是具有良好发展前景绿色修复技术。但是受影响的因素比较多,例如土壤的类型、电流的大小、电极材料和结构等,会在一定程度上影响修复的效率和速度。
5.4 生物修复
生物修复是指利用生物的某些特征,来吸收、降解、转化、抑制和改善重金属污染。镉污染土壤的生物修复一般分为动物修复、植物修复和微生物修复三种类型[31]。
5.4.1 动物修复
动物修复是利用土壤中的一些低等动物,如蚯蚓和啮齿动物,可以吸收土壤中的重金属,并在一定程度上减少污染土壤中重金属的比例。这项技术达到了重金属污染土壤的游镄薷吹哪康摹8梦廴拘薷醇际跹芯咳匀痪窒抻谑笛槭医锥[32]。敬佩等通过重金属污染土壤接种蚯蚓发现:蚯蚓具有很强的富集能力,富集量与蚯蚓培养时间成正比[33]。但由于动物生长环境等因素的影响,修复效率一般,并不是理想的修复技术。
5.4.2 微生物修复
微生物修复是指许多微生物与重金属具有很强的亲合性,对重金属进行吸收、沉淀、氧化还原作用,可以降低土壤中重金属的毒性[25,34]。许多学者研究发现这项修复技术主要通过改变土壤中重金属离子的活性,微生物细胞吸附富集和促进超富集植物对重金属的吸收。微生物修复作为绿色环保的修复技术,引起了国内外相关研究机构的极大关注,具有广泛的应用前景,但修复见效速度慢、修复效果不稳定等,使得大部分微生物修复技术还局限在科研和实验室阶段,能应用到的实例很少。
5.4.3 植物修复
植物修复是指利用植物吸收、吸取、分解、转化,或固定土壤、沉积物、污泥、地表、地下水中有毒有害污染物的技术的总称[35]。植物修复技术是由Chaney R.L在1983年首先提出[25]。植物修复主要包括植物的提取、挥发、降解、根滤和根际微生物降解。植物修复涉及使用超累植物的特性来修复重金属污染的土壤是最广泛使用的。超积累植物的概念首先由Brooks等在1977 年首先提出,目前文献报道的超积累植物有近20科、500种,其中十字花科、禾本科居多,主要集中于庭芥属、芸苔属及遏蓝菜属[36,37],人们更常见的超积累植物[38~44]见表3。
印度芥菜吸收200 mg/kg的镉,当黄化现象出现时,镉富集达52倍;英国的高山属类,可以吸收高浓度的镉[45]。生物修复的优点是更简单的实施,更少的投资和更少的对环境的损害。缺点是治疗效果不明显,治疗时间太长,效果太慢。
5.5 农业生态修复
农业生态恢复措施是指根据当地条件选择农业管理系统,减少重金属危害,包括农艺修复措施和生态恢复措施。农艺修复措施通常通过改变作物系统,通过植物物种的间作、轮作,或通过向镉污染的土壤中添加有机肥料以形成游离形式的有机络合物,从而减少土壤中镉含量的目的,实现镉在土壤中的迁移,吸收和降解[46,47]。在我国,有许多关于生态修复措施的研究。一般来说,是通过调整土壤含水量等生态因子来控制污染物的环境介质[48]。农业生态恢复措施不仅能保持土壤肥力,而且能促进自然生态循环和系统协调的运行。它易于操作和低成本,但是存在许多缺点,如修复时间长缓慢的效果。
6 展望
国内外在土壤Cd污染修复技术研究取得了一些进步,但是我国的土壤Cd污染面积仍有增加的趋势,切实有效的污染修复技术亟待开展。物理修复、化学修复、电动法修复方法投资昂贵,所需设备复杂。生物修复中的植物修复技术因其保护环境,经济性和有效性而受到高度推崇。但是,植物修复技术仍有一些缺点,如植物在Cd污染胁迫下,经常生长缓慢,生物量低,而且经常受到竞争性杂草的威胁。如果能将现代分子生物学方法相关的富集基因的分离和分子克隆应用到植物修复技术上,产生大量适用于Cd污染土壤的恢复转基因植物,这对于土壤Cd污染的研究具有深远的意义。此外,应进一步研究修复过程中的影响因素,寻找土壤Cd污染的来源,从污染源头、污染特征、污染程度等方面进行治理;在已有的修复方法中,总结经验,开发新技术;每一个修复技术都有优缺点,在土壤Cd污染中注重多项技术联合修复土壤镉污染的研究。
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Present Situation and Prospect of Soil Cadmium Pollution and
Remediation Technology at Home and Abroad
Wang Weiwei1,2,3,Lin Qing1,2,3
(1.Key Laboratory of Environmental Change and Resource Utilization of Ministry of Education,
Guangxi Normal University, Nanning,Guangxi 530001,China;
2.College of Geography Science and Planning, Guangxi Normal University, Nanning,Guangxi 530001,China;
3.Guangxi Key Laboratory of Surface Processes and Intelligent Simulation, Guangxi Normal University,
Nanning,Guangxi 530001, China)
关键词 耕地;土壤修复;循环经济
中图分类号 S156 文献标识码 A 文章编号 1007-5739(2017)09-0210-04
Abstract Soil pollution is the key factor that restricts the development of agriculture in China. It has great practical significance to strengthen the soil remediation and treatment of cultivated land. In this paper,the situation of China′s agricultural land was analyzed,based on the brief review of the present methods of soil remediation,the ideas of circular economy for soil remediation and the case taking the ideas of circular economy as the guidance were elaborated,and some suggestions were put forward to promote the development of farmland soil remediation.
Key words cultivated land;soil remediation;circular economy
土地在人发展中的作用举足轻重。人们的生产和生活均需要土地资源的支撑,土地是人类赖以生存的基础,也是经济社会发展的最基本要素资源,加强土地资源保护对于人类社会发展至关重要。
1 我国耕地形势
耕地是土地的核心组成部分,耕地的数量和质量对于一个国家的粮食安全、食品安全、人民健康水平、生态环境乃至整个经济发展均具有决定性作用。近年来,由于我国经济粗放型发展的特点较为突出,加之工业化、城市化的快速推进,耕地资源的破坏情况相当严重,农业可持续发展面临严峻挑战。
1.1 耕地资源相对稀缺
我国地域广阔,土地资源总量较大,但由于人口众多,人均土地资源不足,2014年我国年中人口为13.6亿人,人口密度为145人/km2,是世界平均人口密度的2.59倍。另一方面,我国地形较为复杂,高原、山地较多,适合耕种的土地相对较少,耕地资源稀缺。2013年我国人均耕地面积为0.078 hm2,是世界平均水平的39.62%,是耕地资源较为稀缺的东亚及太平洋地区平均水平的75.4%,即使与同样人口大国的印度相比也有较大差距(表1)。
我国耕地资源平均质量水平偏低。国土资源部《2014中国国土资源公报》显示,根据土地评定级别划分,我国优等地面积仅占全国耕地评定总面积的2.9%;高等地面积占全国耕地评定总面积的26.5%;中、低等地面积占全国耕地评定总面积的70.6%。
1.2 耕地资源保护任务艰巨
近年来,我国政府积极采取各种严厉措施,严格保护耕地数量。2006年,《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》将1.2亿hm2耕地保有量作为具有法律效力的约束性指标;2008年,《全国土地利用总体规划纲要(2006―2020年)》进一步明确2020年我国耕地保有量1.203亿hm2的目标;2013年底中央农村工作会议再次强调,耕地红线要严防死守,1.2亿hm2耕地红线仍然必须坚守。但由于工业化、城市化快速发展,开发区、工业园区、房地产项目建设如火如荼,特别是部分地方盲目追求经济增长速度,竞相攀比开发项目,耕地资源受到不同程度的侵害。根据国土资源部《2014中国国土资源公报》显示,在政策严格控制的背景下,近年来我国耕地面积整体仍呈现微弱减少态势。2013年,我国耕地面积为1.35亿hm2(图1),较2009年减少26.67万hm2。
1.3 耕地污染状况相当严重
改革开放以来,我国农业活力得到了释放,农作物产量大幅提高。2014年,我国粮食产量达到6.07亿t,是1978年的1.99倍;棉花总产量617.8万t,是1978年的2.85倍。在温饱问题得到解决的同时,单纯追求产量,生产方式粗放,农业生产呈现出化肥、农药过度依赖特征。化肥的不合理施用不仅可以导致土壤酸化,降低微生物活性,而且还会增加土壤中的重金属和有毒元素。同时,由于土壤肥力和化肥施用效率的下降,往往会陷入不断进一步过量施肥的恶性循环[1-2]。2014年,我国化肥施用量达到5 995.9万t(表2),是1978年的6.78倍。部分发达国家公认的单位土地化肥施用合理上限约为225 kg/hm2,2014年我国单位土地化肥施用量已经为362.4 kg/hm2,是上述标准的1.61倍。农药的危害更为突出,有研究指出,只有30%~40%农药被利用,真正作用于靶标生物的仅为0.1%,绝大部分农药对土壤、水、大气等环境介质产生严重污染[3-4]。目前,我国是世界最大的农药生产和使用国,2013年农药施用强度为10.95 kg/hm2,是1991年的2.1倍,为世界平均水平的2.5倍。
除此之外,污水灌溉、地膜大量使用以及工矿企业和城市的间接污染,我国耕地污染状况已经相当严重[5]。2005―2013年,环保部和国土资源部联合开展了首次全国土壤污染状况调查,2014年了调查公报。调查结果显示,全国土壤环境状况总体不容乐观,部分地区土壤污染较重,耕地土壤环境质量堪忧。耕地土壤点位超标率为19.4%,其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为13.7%、2.8%、1.8%和1.1%,主要污染物为镉、镍、铜、砷、汞、铅、滴滴涕和多环芳烃。
1.4 耕地污染负面效果逐步显现
改革开放以来,经过30多年的努力,我国农业发展成效卓著,基本解决了世界最多人口的温饱问题。党的十提出到2020年全面建成小康社会,对农业发展提出了更高的要求。然而,耕地污染已经成为制约我国农业发展的关键问题。耕地污染不仅降低农作物产量,危及我国的粮食安全,而且农作物吸收和残留的污染物将通过食物链对人体健康造成不利影响。2013年,广东“镉大米”事件受到了广泛关注,食品安全已经成为全社会高度关注的话题。
除了“显性影响”之外,近年来“隐性饥饿”现象也越来越受重视。“隐性饥饿”是指机体由于营养不平衡或者缺乏某种维生素及人体必需的矿物质,同时又存在其他营养成分过度摄入,从而产生隐蔽性营养需求的饥饿症状。营养不平衡所形成的“隐性饥饿”将导致人类多种疾病,对人们健康需求构成了极大威胁。目前,普遍认为,农作物的“隐性饥饿”是人类“隐性饥饿”的主要原因,而耕地污染是造成农作物营养缺失的主要诱因。
如何探寻一条适合我国特色的耕地土壤修复和治理之路,不仅对促进农业持续发展具有重要意义,而且也是我国建成小康社会的重要保障。针对土壤调查所展现出的问题,2013年初国务院办公厅印发了《近期土壤环境保护和综合治理工作安排》,提出力争到2020年,建成国家土壤环境保护体系,使全国土壤环境质量得到明显改善。
2 耕地土壤修复与治理典型技术
目前,我国耕地土壤污染途径呈现多样化的态势,既有传统农业生产方式所形成的内生性污染,也有工业企业和城市生活产生废弃物所造成的转移性污染,污染物包括有机污染物和无机污染物,持续性污染和非持续性污染相结合。在这种背景下,我国耕地土壤修复面临较大挑战。
2.1 休耕与轮作
休耕是指在土地耕种一段时期后,停止一段时期作物种植,以保证耕地营养成分的恢复以及污染物的降解。世界上许多国家均设立了休耕制度,20世纪80年代中期美国就开始实施“土地休耕保护计划”,重点补贴土壤极易腐蚀和环境敏感的作物用地。轮作是利用不同作物的特点,在不同时间段有顺序地轮换种植不同作物,以实现土地肥力的保护。轮作无论是在我国还是在欧洲,都有很长的发展历史。休耕和轮作不仅对于保护地力有重要作用,而且也对土壤污染的治理有积极作用[6-7]。有研究显示,休耕和轮作对缓解土壤酸化、增强土壤对酸碱的缓冲性能、降低土壤酸化速度均具有积极作用。近年来,我国政府也积极尝试开展休耕轮作制度,农业部引发的《2016年种植业工作要点》中明确指出,在玉米非优势产区、河北地下水漏斗区和南方重金属污染区,分别开展轮作和休耕试点。
休耕和轮作虽然对于土壤恢复具有积极作用,但土壤修复的作用有限,特别是对于持续性污染的治理很难发挥效果,而且也无法阻止新污染物的产生。同时,由于休耕和轮作均对农业生产造成一定的限制,在我国耕地资源稀缺的背景下,大范围应用和推广难度较大。
2.2 重金属污染修复
重金属是耕地土壤污染的主要组成部分,近年来随着来自工业和机动车的污染增加,耕地重金属污染状况有所加剧。重金属不仅通过食物链对人健康产生影响,而且也会对地下水及生态环境造成破坏。重金属污染治理一直是土壤修复的重点,目前已经形成了一系列修复方法[8-10]。
2.2.1 物理修复技术。物理修复技术是通过物理方法进行重金属污染修复的技术总称。传统方法有客土、换土、去表土和深耕翻土法,其基本思路是通过土壤混合和置换来降低污染。热脱附法是通过对土壤加热,去除具有挥发性的重金属,该方法工艺简单,但操作成本高,去除重金属的种类有限。
2.2.2 化学修复技术。与物理修复不同,化学修复往往涉及重金属或土壤的化学反应。土壤淋洗是采用淋洗剂去处重金属污染,该方法可以应用于重度污染的土壤,但淋洗液成本较高,同时易造成地下水污染和植物营养缺失。化学改良剂修复是通过添加改良剂改变土壤特性,促使重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附等作用,降低重金属的生物有效性,面对不同的h境该方法尚待研究。
2.2.3 物理化学法。物理化学法是综合采用物理和化学的方法。电动修复是在土壤中构建电场梯度,促进重金属迁移和聚集,再采用适当的物理或化学方法处理,该技术目前还处于研制阶段。稳定/固化修复技术是通过物理或者化学方法阻止重金属的释放、迁移和扩散,从而降低重金属对于农作物及生态环境的影响,但该方法并未实现重金属的根本性去除,仍存在潜在风险。离子拮抗技术是通过元素之间相关作用降低重金属毒性,例如硒对部分重金属具有显著的拮抗作用。
2.2.4 生物修复技术。生物修复技术是利用动物、微生物和植物降低重金属含量和毒性。就本质而言,生物修复技术也是将重金属吸附或固定。植物修复主要分为植物提取、植物挥发和植物固定,提取和挥发是通过植物作用将重金属从土壤中去除,而固定则是降低重金属的移动性和毒性。微生物修复是利用微生物对重金属吸附、沉淀、氧化-还原作用降低重金属的毒性。动物修复是利用低等动物吸收土壤中的重金属,该方法具有一定的局限性。总体来看,生物技术成本低、风险小,是土壤修复的重要方向。植物修复技术虽然具有费用低和环境优化的特点,但处理重金属能力有限,单一植物修复范围较小,同时需要较长的种植周期,对农业生产具有一定的影响。相比较而言,微生物修复技术更具发展潜力和应用前景,是耕地修复技术的研究重点。
2.3 有机污染修复
化肥、农药的大量使用使我国耕地面临较为严重的有机污染,有机污染是土壤酸化和板结的重要原因,同时也对人类健康和生态环境构成巨大威胁[11-12]。有机污染修复是土壤治理研究中的重要领域,有机污染修复技术得到世界各国的重视。综合来看,有机污染修复主要理念和途径与重金属修复相同,各种方法均具有各自的优缺点(表3)。随着微生物技术的发展,微生物修复在处理有机污染方面展现出较好的发展前景。
3 耕地土壤修复循环经济理念
经过几十年的探索,尽管部分技术还未成熟,但土壤污染修复已经形成了多种技术路线并行发展的技术体系,为耕地污染治理奠定了基础。综合来看,目前土壤修复技术仍秉承了线性思维,即以问题为导向的解决方法。这种思维方式存在如下主要问题:一是将污染修复与污染防治分离,无论是物理法、化学法还是生物法,修复主要是降低污染物含量或毒性,而无法对新增污染物进行控制;二是将污染修复与农业生产分离,目前修复技术基本上是事后处理,即延续了传统的先污染后治理的思路,而且修复过程往往与农业生产过程脱节,修复过程或多或少对农业生产造成影响,部分修复技术还需要停止农业生产活动,在我国耕地资源稀缺的背景下,现有修复技术大幅推广面临挑战。
与传统的线性思维不同,循环经济强调经济活动与自然生态的统一,最大限度地降低人类生产活动对生态环境的影响。自21世纪初引入我国以来,循环经济在各个领域的实践发展迅速,取得了显著成效。农业是重要的基础性行业,也是循环经济发展的重点领域。2013年,国务院印发的《循环经济发展战略及近期行动计划》提出了构建循环型农业体系的总体要求。立足生态环境发展,以循环经济理念引导耕地土壤修复对于提升耕地治理水平具有重要现实意义。
3.1 耕地土壤修复中的“减量化”原则
在减少土壤中污染物存量的同时,最大限度地减少污染物增量,实现污染物存量“减量化”和污染物增量“减量化”的统一。一方面,在土壤修复过程中严格避免对土壤的二次污染;另一方面,积极探讨与农业生产过程相融合的土壤修复新方法,将农业生产与土壤修复、土壤保护相结合。
3.2 耕地土壤修复中的“资源化”原则
一般而言,经济活动都将伴随废弃物的产生,转变传统方式,积极开发废弃物的再生利用是循环经济的核心内容。目前,国内外研究表明,禽畜粪便、生物有机肥不仅有利于土壤改良,增加土壤肥力,而且也对于修复土壤重金属污染、减少污染物的生态风险具有显著作用,成为相关领域的研究前沿。畜禽粪便属于典型的农业废弃物,其在耕地修复领域的应用为耕地治理资源化利用农业废弃物奠定了基础、开辟了道路。
耕地土壤修复中的“再利用”原则。农业生产是一个复杂的系统,经过多年的摸索,目前已经形成了多种种植、养殖、加工的循环经济体系,这些循环经济产业链代表了现代农业发展的方向。作为农业生产的重要环节,将耕地土壤修复纳入农业循环经济体系,积极推进适应循环经济要求的耕地土壤修复方法和途径,实现整个农业生产过程的循环再利用是现代农业发展的必然要求。
4 基于循环经济理念的耕地土壤修复案例
安徽一企业采用了生物有机肥、微生物、微量元素相结合的方法进行土壤修复,在基于循环经济理念的耕地土壤修复方面进行了有益的探索[13-14]。该方法的核心思路是将土壤修复技术引入生物有机肥之中,从而实现农业生产与土壤修复过程的统一,降低土壤修复对农业生产的影响,降低新污染物的增加。
4.1 主要技术原理
该技术的载体为生物有机肥,主要原料为禽畜粪便和沼气池沼液,以此为基础可以构建“养殖―沼气―生物有机肥―种植”的农业循环经济体系。土壤修复主要来自2个方面:一是通过提取和培育区域性土壤原生态益生菌,对土壤微生物环境进行修复和改善。微生物环境的改善,有利于促进农作物对养分的平衡吸收,减少生长对化学肥料的依赖性,同时还由于生防微生物的参与,提高植物自身免疫功能和对抗多种病虫害的综合抗性水平,减少化学农药的施用。此外,该方法还有助于保护区域土壤的多样性,由于采取区域代表性的原生菌群落,促进区域土壤原生微生物环境的修复,对于区域特色农产品的种植具有积极作用。二是通过微量元素的补充,对土壤中的重金属污染物产生一定的拮抗作用,降低重金属的毒性。另外,土壤微量营养元素(如锌、硒、硅等)的平衡补充也对于农作物生长、产品品质提高具有促进作用。
4.2 应用实践效果
整体而言,该方法仍处于探索阶段,但在相关领域的应用已经展现出一定的实践效果。2013年开始,相关机构在安徽省金寨县以六安瓜片的种植为基础开展了一系列土壤修复技术应用研究。目前,已经完成了对作物和土壤的初步检测。
在茶叶叶片对比分析之中,该方法培育出的茶叶叶片栅栏组织相对厚度、栅栏组织细胞平均数、叶面背后平均气孔数均要多于普通方法种植和野生环境生长的茶叶。在茶叶成分比较中,该方法培育出的茶叶微量元素和营养成分含量均远高于市场上销售的主要茶叶品种。
对土壤进行微生物基因组DNA分析,结果显示该方法对茶园真菌群落构成的影响是使之向原生态环境“趋近”,并由此带来整个土壤微生物环境的改变,使土壤细菌群落构成有异于传统茶园。
5 推进耕地土壤修复的建议
目前,我国耕地土壤污染问题已经相当突出,由此造成的经济社会问题也日益凸显,加强耕地土壤修复和治理已经迫在眉睫。耕地土壤修复既是一个技术问题,也是一个经济问题,具有很强的复杂性,合理选择耕地土壤修复方法和路径对于我国农业健康发展具有重要意义。
5.1 树立耕地土壤修复系统观,积极引入循环经济理念
充分认识农业生产的系统性,综合考虑各种影响因素,特别是在我国耕地资源相对不足、粮食安全面临挑战的背景下,注重耕地土壤修复与治理的整体效应,尽可能降低对农业生产的影响。作为系统理论的重要体现,经过多年努力循环经济已经在农业领域中得到了较快发展,并取得了@著效果,代表了现代农业的发展方向。耕地土壤修复与治理要积极融入农业循环经济体系,加强循环经济理念对技术路径选择的指导,从而切实解决我国土壤污染问题。
5.2 完善土壤治理相关政策,促进耕地土壤修复与农业循环经济融合发展
目前,我国还没有耕地土壤修复的专项政策和规划,耕地土壤修复缺乏整体的指导。根据目前我国耕地污染状况,应加快相关政策的制订,科学评估现有土壤修复的技术和方法,制订切实可行的耕地土壤修复总体战略。耕地土壤治理和循环经济发展涉及多个主管部门,国家发改委、环保部、农业部等有关部门应加强沟通交流,增强相关政策之间的衔接,加强循环经济理念对耕地土壤修复的指导,积极探索耕地土壤修复循环经济新模式。
5.3 加强技术研发,积极推广先进的土壤修复技术
耕地土壤修复具有很强的技术性,土壤污染问题治理有赖于技术创新的支撑。支持科研院所、高校开展相关研究,基于我国土壤特点创新土壤修复技术。根据农业生产和农业循环经济的特点,重点突破关键技术,为耕地土壤修复与农业循环经济融合发展创造条件。鼓励有条件的企业开展基于循环经济的土壤修复模式的试验和示范,完善相关技术的服务支撑体系,加强对相关技术的评估,积极推广和应用先进技术,探索适合我国国情的耕地土壤治理途径。
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霍汉鑫①HUOHan-xin;苏文湫①SUWen-qiu;朱亦珺①ZHUYi-jun;宋爽①SONGShuang;
董瑞芬②DONGRui-fen;陈斌①CHENBin;鞠丽萍①JULi-ping
(①北京矿冶研究总院,北京100160;②中国中元国际工程有限公司,北京100089)
(①BeijingGeneralResearchInstituteofMiningandMetallurgy,Beijing100160,China;
②ChinaIPPRInternationalEngineeringCo.,Ltd.,Beijing100089,China)
摘要:Cd作为重金属污染物中毒性最强的元素之一,已经对我国土壤特别是农田土壤造成了严重污染。由于Cd在土壤环境中有不可降解性,其毒性具有隐蔽性与积累性,如果含Cd的污染物富集在动植物内,就可以通过食物链对人类的健康造成风险。当重金属进入土壤环境中,土壤的性质与水土环境因子会影响土壤与Cd的相互吸附关系,使得Cd在水土环境中的稳定性与迁移复杂多变。因此,本文对土壤与Cd的吸附机理与影响两者相互吸附的水土环境因子进行了综述。
Abstract:Asoneofthemosttoxicelementsofheavymetalscontaminantsinsoil,CadmiumhasledtoseriouspollutionforcultivatedsoilinChina.Sincethelowbio-degradability,Cadmiumcouldhasahighaccumulationabilitywithoutimpactingthegrowthofplants.Afterwards,Cadmiummayhasastrongriskandtoxicityeffectforhumanthroughfoodchain.OnceCadmiumappearsinsoil,thesorptionbetweensoilandCadmiumisimpactedbythedifferentfactorsofsoilandgroundwaterparameters,thestabilityandtransportationofCadmiumisalsoaffected.Therefore,thefactors(e.g.,pH,organicmattercontent,claymineralsdifferenttypesofelectrolytesandionicstrength,etc.)influencingthesorptionbehaviorbetweensoilandCadmiumiscriticallyreviewedandsummarized.
关键词 :土壤;Cd;吸附;水土环境
Keywords:soil;Cadmium;sorption;water-soilenvironment
中图分类号:S153文献标识码:A文章编号:1006-4311(2015)21-0199-04
0引言
Cd是我国土壤重金属污染中“五毒”(Cd、Cr、Pb、As、Hg)中毒性最强的元素之一[1,2]。Cd是一种积累性的剧毒元素,其毒理性具有长期性与隐蔽性的特点,其在环境中不能被微生物降解,只会在环境中不断扩散、转化,最终通过富集效应在动植物内不断积累产生更大的毒性。人体某些器官中的Cd含量随着年龄的增长而增加,其危害往往需要数十年才能被发现,进而引起心血管系统疾病、肾脏功能失调、骨骼软化等疾病[3-5]。目前,我国有超过10万公顷的农业土壤已经遭受到了不同程度的Cd污染,而由于稻米对于Cd具有较强的吸附能力,也直接导致了我国多个地区稻米中Cd的含量超标,如贵州同仁、广西阳朔、湖南株洲、浙江遂昌、江西大余、辽宁李石等多个地区[6-9]。对Cd的环境行为、污染防治与修复等方面的研究一直受到广泛关注,并也已纳入我国“十三五”规划中重点工作内容。因此,对于土壤与Cd的吸附研究可以为土壤Cd污染的修复机理提供相关的理论基础,为土壤Cd污染的修复工程开展与实施提供依据。
1土壤Cd的限值与污染现状
环境中的Cd主要来自于天然形成与人类活动。其中天然状态下的Cd主要赋存于含Cd的岩石中,其含量约在0.01mg/kg-2.00mg/kg,而人类活动排入环境中的Cd主要存在于土壤、水环境与大气环境中[10,11]。
为了保证含Cd污染物在土壤中的含量对动植物、人体健康不造成不良影响,我国《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)中规定土壤中的Cd的背景值应小于0.20mg/kg,对于农业生产与人体健康的土壤限制应小于0.30mg/kg(pH≤7.5)或0.06mg/kg(pH>7.5),为保证农林生产和植物正常生长的土壤临界值应小于1.0mg/kg[12]。《食用农产品产地环境质量评价标准》(HJ332-2006)中规定食用农产品产地土壤环境质量标准应符合《土壤环境质量标准》(GB15618-1995)中的规定。温室蔬菜产地环境质量评价标准(HJ333-2006)中规定当土壤pH<7.5时,土壤的Cd含量应小于0.30mg/kg;当土壤pH>7.5时,土壤的Cd含量应小于0.40mg/kg。在《农用污泥污染物控制标准》(GB4284-84)中规定农用污泥中污染物控制标准值(即最高容许含量)应符合:在酸性土壤中(pH<6.5)应小于5mg/kg,在碱性土壤(pH>6.5)中小于20mg/kg。
2土壤吸附Cd的类型
土壤对Cd的吸附类型可分为非专性吸附与专性吸附两种。非专性吸附指的是土粒表面由静电引力对离子的吸附,即离子交换,Cd2+与土壤表面通过库伦作用力相互作用,是可逆吸附,发生速度快。专性吸附指的是非静电因素引起的土壤对离子的吸附,指的是土壤颗粒与Cd2+形成螯合物,Cd2+与有选择性地与土壤颗粒中有机质(如天然有机质)或可变电荷矿物(如铁锰氧化物)的氧原子或羟基产生内层络合,所以专性吸附是具有选择性,反应速度也较非专性吸附慢[13-15]。Cd2+与土壤颗粒的专性吸附可以用方程式:
S-OH+Cd2++H2OS-O-CdOH2++H+
式中S表示土壤颗粒的表面,-OH表示土壤颗粒表面的羟基。
3影响土壤与Cd吸附的要素
当重金属进入土壤环境中,土壤的性质与水土环境因子会影响土壤与Cd的相互吸附关系,使得Cd在水土环境中的稳定性与迁移复杂多变(图1)。
3.1pH对土壤吸附Cd的影响
土壤环境的pH是影响土壤颗粒与Cd2+吸附的重要因素之一[16,17]。在土壤显示酸性pH值时,土壤与Cd2+吸附的主要制约因素是土壤的表面性质,但随着土壤环境pH的增高,控制土壤与Cd2+相互吸附的主导因素则为Cd2+的水解、沉淀等反应,不同类型的土壤对于Cd2+的吸附差异也随之降低。
随着土壤环境pH值的升高(>7.5)[16],Cd2+与水生成CdOH+生成,由于CdOH+与土壤吸附亲和力高于Cd2+,所以土壤有机质-Cd络合物的稳定性随pH升高而增强。其次,由于土壤环境pH升高,土壤溶液中H+与金属阳离子(如,Fe2+、Al3+、Mg2+等)含量降低,与Cd2+竞争吸附下降,也利于土壤与Cd吸附。此外,在碱性条件下,有利于形成Cd的氢氧化物、硫化物、磷酸盐和碳酸盐沉淀,有利用土壤与Cd2+相互作用[6,7,14,16]。
在酸性条件下,土壤中吸附反应起主控作用[16]。但随着土壤环境pH升高,在中性或碱性条件下,土壤中粘土矿物、水合氧化物和有机质表面负电荷增加,对Cd2+的吸附力增大。同时在氧化物表面对Cd2+的专性吸附、土壤有机质-金属络合物的稳定性随之增加。
3.2有机质对土壤吸附的影响
土壤中的有机质是影响土壤颗粒与Cd2+吸附的另一个重要因子[18-20]。这是由于土壤中的有机质含有大量的羧基、羟基,酚羟基等官能团,这些官能团可以与Cd2+发生反应,形成较为稳定的有机-Cd的络合物[21]。因此,土壤吸附Cd2+的含量与土壤中有机质的含量成正比。但在Cd低浓度时(0.001~0.1Cdμmol·kg-1),土壤与Cd2+的吸附也受到土壤中存在的可溶性有机质含量的控制。当Cd2+与这些可溶性有机质进行络合,Cd2+与土壤颗粒表面就会存在空间斥力,从而阻碍Cd2+与土壤颗粒之间的相互吸附[19]。
3.3粘土矿物对土壤吸附Cd的影响
土壤粘粒矿物因具有较大的阳离子交换能力和比表面积,因此对重金属具有较强的吸附能力,但根据粘土矿物表面官能团的不同,其对重金属Cd2+的吸附能力也有不同[19,22-24]。土壤粘粒矿物要包括层状硅酸盐粘土矿物、纤维状硅酸盐粘土矿物,非硅酸盐粘土矿物(非晶质粘土矿物)。研究发现非晶质粘土矿物中的铁氧化物对Cd2+具有较强的亲和性,土壤颗粒对Cd的最大吸附量与非晶质的铁氧化物含量呈正相关[25-32]。
3.4土壤中电解质对土壤修复Cd的影响
3.4.1电解质的离子强度
土壤水溶液中背景电解质的离子浓度对Cd2+的吸附也产生影响,随着土壤水溶液中离子强度的升高,Cd2+的活度系数会随之下降,并且无极络合物的含量也会增加,阳离子与Cd2+的竞争吸附效应也会升高,降低土壤颗粒对Cd2+的吸附能力,反之亦然。例如,当溶液pH为5,NaNO3的离子浓度从0.01mol/L增加到1.5mol/L时,土壤对Cd2+的最大吸附量由0.1mmol/kg减少至0.05mmol/kg。当土壤水溶液中电解质为Ca(NO3)2时,土壤对于Cd2+的吸附效果亦有类似的降低效果[33]。
3.4.2电解质类型
土壤水溶液环境中存在着不同种类的电解质,土壤颗粒对Cd2+的吸附性能主要受到阳离子类型的影响[34]。土壤中钙离子对土壤吸附Cd2+的影响要大于钠离子[34,35]。在以钠离子为主要阳离子土壤中Cd2+的吸附量是以钙离子为主要阳离子土壤的近5倍。如果土壤颗粒表面与钙离子吸附达到饱和,甚至可消除土壤颗粒与Cd2+的交换吸附能力。这是由于在水环境中钠离子产生的水化离子半径与钙离子相比要小,其对Cd2+的吸附点位的影响小;而钙离子与Cd2+则具有相似的水化半径,所以钙离子对土壤吸附Cd2+的影响远大于钠离子。
土壤水溶液中主要阴离子的类型也对土壤吸附Cd2+有一定影响作用。例如,对于0.005mol/L不同阴离子的钙盐(CaSO4、Ca(ClO4)2、CaCl2)为主要电解质的土壤,其对Cd2+最大吸附量顺序为CaSO4>Ca(ClO4)2>CaCl2,所以土壤中主要阴离子对Cd吸附的影响力为Cl->ClO4->SO42-[36]。
3.5土壤的氧化还原电位
土壤的氧化还原电位也可以通过影响土壤中硫元素的形态间接影响土壤对Cd2+的影响[16,37,38]。当土壤处于还原环境(如水分饱和状态或深层土壤),土壤或地下水环境中普遍分布的SO42-转化为S2-,从而使土壤环境中的Cd2+转化为CdS沉淀,降低土壤中Cd2+的含量,土壤对Cd的吸附量增加。当土壤处于氧化环境,S2-转化为SO42-,又可使得CdS沉淀中的Cd2+再次释放到环境中,土壤对Cd2+的吸附量明显减少[39,40]。
3.6其他影响土壤吸附Cd的因子
影响土壤颗粒吸附Cd2+的因素很复杂,不仅仅是有一个因子作用,往往是由几个或多个因子同时进行作用,且还因土壤自身性质的的差异而不同[41]。土壤颗粒与Cd2+的相互吸附还受到其他的因素的影响。例如,当土壤环境水溶液中的铁、铝、锰离子含量增加,由于竞争吸附的作用,土壤对Cd2+的吸附会明显下降;当土壤中的可溶性硅酸盐增加也会明显增加土壤对Cd2+的吸附做用。此外,土壤中的Cd2+还有可能取代粘土颗粒晶格中的金属离子Cd2+。此外,土壤水分含量也可通过影响土壤氧化还原电位间接改变土壤对于Cd的吸附[16]。
4结论
土壤颗粒与Cd2+的吸附受到土壤自身性质与土壤水土环境因子的影响。土壤与Cd2+的吸附既有专性吸附也有非专性吸附,吸附规律复杂。目前的研究工作多围绕单土壤单个因子对于Cd2+的吸附作用研究,对于多个离子同时作用影响的研究工作尚少,因此实验结果真实代表性差。在将来的研究工作中,应注重复合因子对于吸附Cd2+的作用影响,并结合相应的数学模拟工具,对土壤中Cd2+的吸附-解吸-迁移工作进行全面研究,为研发修复/钝化土壤中Cd的相关研究提供更全面的理论参数与机理支撑。
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关键词:铅污染;防治;对策
中图分类号:X171.5文献标识码: A
引言
随着我国城市化的加快、现代工业和交通的迅速发展。环境铅污染的问题日益突出,成为威胁人类健康的重要环境因素之一。城市环境铅污染主要来源于汽油燃烧产生的废气,含铅涂料、采矿、冶炼、铸造等工业生产活动,食品和水的铅污染以及含铅杀虫剂污泥施用于农业土壤等。同时,铅还可能是一种致癌物质,根据对铅致癌性的动物实验和人群研究,美国环保局认为铅是“可能的人类致癌物”。因此,必须采取积极措施防治环境铅污染和对人体的毒害。基于上述背景,本文就我国城市铅污染的现状及其防治对策进行一点初浅的探讨。
一、城市铅污染的概念
铅是一种青灰色重金属。在加热到400-500℃时会有铅蒸汽逸出形成铅烟,在用铅锭制造铅粉和极板的过程中都会有铅尘散发,污染空气,当空气中铅烟尘达到一定浓度对人体是有害的。
铅对环境的污染:一是由冶炼、制造和使用铅制品的工矿企业,尤其是来自有色金属冶炼过程中所排出的含铅废水、废气和废渣造成的。二是由汽车排出的含铅废气造成的,汽油中用四乙基铅作为抗爆剂,在汽油燃烧过程中,铅便随汽车排出的废气进入大气。
城市土壤不同于农业土壤,城市土壤作为地球土壤圈的一个组成部分,是城市污染物的源和汇。关系到城市生态环境质量和人类健康。从分布区域、人为作用方式和作用强度及形成过程等方面看。土壤铅污染在我国许多城市普遍存在,而且部分地区较为严重,铅污染具有明显的人为富集和空间变异性大的特征。
二、城市铅污染现状分析
自2009年8月以来,我国相继发生了多起铅污染事件,人民群众健康受到严重影响。为有效整治环境违法行为,切实维护群众环境权益,促进社会和谐稳定,国家环保局根据环保部和政府统一部署,以贯彻落实国家《重金属综合污染防治“十二五”规划》、深入整治重点行业企业铅污染为重点,坚决淘汰达不到环保要求的小型冶炼企业,强化涉铅化工企业生产全过程监管,督促铅排放企业开展清洁生产审核。
国内很多涉铅企业在环保措施方面有一定可取之处,例如:企业的生产废水基本上都能够做到回用;对生产过程中产生的废气(如在烧片、磨粉过程中产生的铅层,酸处理过程中产生的酸雾等)都有收集处理装置;企业加强了工人的生产安全意识,要求工人在生产过程中必须戴口罩、每年进行体检等。但是同时也存在不少问题,需通过加大监管力度,促进企业不断改进,主要表现在:
(1)企业生产铅粉的车间地面上的铅粉较多,没有很好的收集,在运输过程中也有抛洒滴漏存在;(2)企业的处理设施都不能正常运行,如铅尘吸收处理装置、酸雾处理装置等;(3)企业生产车间的地面都已被酸腐蚀,存在渗漏现象;(4)企业回用池容易被酸腐蚀,不利于废水的收集利用。
三、城市铅污染的防治对策
(一)加大整治力度,切断铅污染源
(1)各级环保部门要进一步加大铅蓄电池及再生铅企业的执法监察力度,严格按照环保专项行动工作方案的要求,对未经环境影响评价或达不到环境影响评价要求的,一律停止建设。
(2)要逐步改进矿山开采手段,提高冶炼技术,减少铅的排放;整改含铅工厂企业以及铅酸蓄电池工业,淘汰落后设备和工艺,完善排污/回收处理系统。推广先进的无铅工艺技术,研制新的绿色产品,以减少铅污染。
(3)要进行儿童血铅筛查,建立以疾病控制、妇幼保健、儿童医疗机构为主的儿童血铅监测网,对于环境污染严重地区的儿童,做到早发现、早干预。多部门合作开展健康教育,动员全社会各界广泛参与,利用电视、报纸、广播等媒体大力宣传儿童铅中毒的危害及其预防措施,提高广大群众对铅污染的认识。
(二)进一步加强环境中铅的管理
(1)各级环保部门应建立企业环境信息披露制度,铅蓄电池及再生铅企业应每年向社会企业年度环境报告,公布铅污染物排放和环境管理等情况,包括辖区内所有铅蓄电池及再生铅企业名单、地址,以及污染物排放情况等。
(2)引进市场机制,推进保险经纪中介服务,推行铅蓄电池和再生铅行业的环境污染责任保险制度,位于重点区域的企业及环境风险较大的生产企业应购买环境污染责任保险。环境污染责任保险将与重金属污染防治专项资金挂钩。
(3)要加强宣传力度,把回收废铅蓄电池变成每个公民的自觉行动。让更多群众了解废铅蓄电池的危险性、回收的重要意义,把回收废铅蓄电池变成每个公民的自觉行动,抵制将铅蓄电池卖给流动商贩。
(三)确保铅污染物稳定达标排放
(1)铅蓄电池企业应切实采取有效措施对极板铸造、合膏、涂片、化成等工艺进行全面污染治理,必须建设完善的铅烟、铅尘、酸雾和废水收集、处理设施,并保证污染治理设施正常稳定运行,达标排放,减少无组织排放。
(2)严禁将铅蓄电池破碎产生的废酸液未经处理直接排放,铅蓄电池及再生铅企业生产过程中产生的废渣及污泥等危险废物必须委托持有危险废物经营许可证的单位进行安全处置,严格执行危险废物转移联单制度。接触铅烟、铅尘的废弃劳动保护用品应按照危险废物进行管理。
(3)铅蓄电池及再生铅企业要进一步规范物料堆放场、废渣场、排污口的管理,逐步安装铅在线监测设施并与当地环保部门联网,未安装在线监测设施的企业必须具有完善的自行监测能力,建立铅污染物的日监测制度。
(四)建立重金属污染责任终身追究制
(1)对造成环境危害的肇事企业要立即责令停产,停止排放污染物。因重金属污染造成群发性健康危害事件或造成特大环境污染事故的,要依法对造成环境危害的企业负责人及相关责任人追究刑事责任。
(2)要从企业的立项、审批、验收、生产和监管各环节,依法依纪对当地政府以及有关部门责任人员实施问责,严肃追究相关责任单位和责任人员的行政责任。造成较大影响的,取消其三年内在环保系统评先资格。
(3)今后凡发生重金属污染事件的地区,当地政府主要领导应承担领导责任。凡发生重特大铅污染事件以及由铅污染引发的国家环境保护模范城市和生态建设示范区,一律立即撤销其国家环境保护模范城市和生态建设示范区称号,三年内不再受理其申请。
四、结论
总之,铅的排放已经对环境造成了一定的危害,铅污染防治工作已经迫在眉睫,应该引起社会的广泛关注和重视,经济的发展决不能以牺牲环境作为代价。要加强对铅作业污染的管理,停止使用含铅汽油,控制其他排铅工业污染源。此外,呼吁政府部门应加强对铅污染项目的监管,对已经受到影响的水和土壤,要采取积极有效的措施,尽量减小污染危害。
参考文献
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[关键词]镉污染;镉污染来源及危害;事故应急处理方法
中图分类号:Q958.116 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)12-0028-02
2004年6月初,楚雄市龙川江发生严重镉污染事件,楚雄水文站、智民桥、黑井等断面的总镉超标36.4倍;2005年12月15日北江韶关段出现严重镉监测浓度超标,高桥断面检测到镉浓度超标12倍多……到近期的广西龙江河镉污染,龙江河宜州拉浪码头前200米水质重金属超标80倍。现在大家都已经闻“镉”色变,这么频繁的镉污染事件给我们敲响警钟,在面对镉污染事件的时候,我们不能坐以待毙,要懂得怎么应对,怎么处理,怎么消除污染。针对重金属镉的污染治理上,我国研究人员与国际上许多研究人员都在进行相关的研究。本文就是在前人对含镉废水的各种处理方法研究的基础上,寻找出快速有效地应对镉污染事故的方法,做出的总结性概述。
1 污染来源
镉是炼锌业的副产品,镉作为原料或催化剂用于生产电池、塑料、颜料和试剂、塑胶稳定剂;由于镉的抗腐蚀性及耐摩擦性,也是生产不锈钢、电镀以及制作雷达、电视机荧光屏等原料;还是制造原子核反应堆用控制棒的材料之一。随着电池工业的发展,镍镉电池以其优良的性能得到了广泛的应用,镍镉电池的生产在20世纪80年代中后期快速增长,在镉年产量不断增长的。同时,1981年镍镉电池用镉占镉消费量的23%。因此水体中镉的污染源主要来自铅锌矿、有色金属冶炼、电镀、玻璃、油漆颜料、纺织印染、照相、陶瓷和用镉作原料的化工厂等的排水。镉的废旧产品也会造成环境污染,如废镍镉电池。镉在水体方面的污染也较为严重。据有关资料表明,硫铁矿石制取硫酸和磷矿石制取磷肥时排出的废水中含镉较高,每升废水中镉的含量可达数十至数百微克。此外,大气中的铅锌矿以及其它有色金属的冶炼、燃烧、塑料制品的焚烧所形成的镉颗粒也可能进入水中污染水源,研究发现,若水源中镉的含量达到0.57-3.88mg/L时,下游水体中的鱼类就会受到严重污染,如水中氯化镉的含量为0.001mg/L时,就可使鲤鱼在8-18小时内死亡。另外,用镉作原料的触媒、颜料、塑料稳定剂、合成橡胶硫化剂、杀菌剂等排放的镉也可能对水体造成污染,导致饮用水中镉含量显著增加。
2 镉对人体的危害
2.1 对肾脏的影响吸收的镉主要通过肾脏经尿排出,当环境的镉长期暴露时,机体内最先出现的是尿镉的增加,研究资料显示,当尿中镉含量>2.5-5ug/g时,肾小管和肾功能的损伤都会有所变化。随着尿中镉含量的增多,肾皮质中尿蛋白和UNAG的不断升高,导致肾胞浆中总钙和非蛋白结合钙明显升高,说明镉对肾损伤时,细胞钙稳态受到了破坏,使肾功能发生异常,进而影响尿锌和镁排泄的增加。镉对肾脏的损害不仅表现在尿蛋白和UNAG的升高,而且还与MT的结合有关,有人认为当镉与MT结合后对肾脏功能产生的影响会比不与结合时损害大,而刘杰[3]等在用删除了MT的转基因动物慢性感染镉时发现,镉在不与MT结合时就能直接对肾脏造成损伤,而且比起结合时更严重。
2.2 对骨骼的影响镉对组织的毒害作用是通过镉和钙竞争与钙调素(CaM)结合,干扰钙与CaM结合时所调控的生理生化体系,使Ca2+-ATP酶和磷酸二酯酶活性受到抑制,影响细胞骨架,刺激动脉血管平滑肌细胞致使血压升高。十大公害病之一的“疼痛病”就是镉通过上述机制导致的,当以居住在镉污染20年以上的居民为调查对象时发现,该人群的前臂骨密度(BMD)随着尿镉(UCD)含量的增加而下降,而且镉污染区居民在脱离镉污染环境20年后,体内镉含量仍然处于较高水平,这样,下来的镉就加速了骨脱钙,致使骨密度下降,引发骨质疏松。
3 污染事故应急处理方法
氢氧化镉是为高度稳定、难溶的物质。因此饮用水中的镉可以通过沉淀混凝过滤去除。强化混凝工艺通过采取一定措施,可以发挥混凝的最佳效果,而且这些药剂就在常规生产中使用,选择强化混凝作为应急处理技术,易于实现“平战结合”,具有简单易行、实用性强等特点。因此:
3.1 对于微污染的水源水,投加碱调节pH值的方法处理
把pH值调到8.5~9.5之间时,能达到除镉和混凝沉淀的最佳效果。但若pH值大于9.5时,聚合氯化铝的混凝效果不好,出现反池的现象。采用投加生石灰,把pH值调到9.0左右进行中试。某水厂进行中试验中发现投加生石灰20mg/L,镉的去除率达75%。若上游的含镉源水到达,亦能保证出厂水水质符合国家标准。
该方法简单可行,除镉效果理想,而且对正常生产影响不大。并对两种加氯消毒方式进行比较试验后,发现二次加氯(反应前加氯,滤后加氯氨消毒)的消毒方式更简单。
3.2 对于遭受大的突发性镉污染的水体,在水厂常规工艺的基础上,考察了化学沉淀技术对镉污染原水的应急处理效果
突发性污染时,镉主要以溶解态形式存在,所占比例在60%以上。通过氢氧化物沉淀法,具有除镉范围广、药剂来源广泛、不产生二次污染等优点,此类方法已经在广州北江镉污染事件中得以成功运用。当分别采用三氯化铁和聚合氯化铝为混凝剂时,分别将滤后水pH值控制在8.69和8.58以上,可有效去除超标50倍的镉污染物,且对镉的去除率随着pH值的提高而增大;在最大应急能力方面,将滤后水pH值分别控制在9.17和8.73以上,可分别有效去除超标500和80倍的镉污染物,使镉浓度降至国标限值以下。在混凝前pH值变化不大的情况下,投加聚合氯化铝的滤后水pH值的降低幅度要大于投加三氯化铁的。
3.3 突发性重金属污染的应急处理方法
目前,针对突发性重金属污染事故的应急处理方法主要有化学沉淀及吸附法。
化学混凝沉淀技术是通过调整水厂混凝处理的pH值,使重金属污染物生成金属氢氧化物或碳酸盐等沉淀形式,再通过铝盐、铁盐等絮凝及沉淀去除。
2005年广东北江突发性镉污染事故应急处理中,科研人员通过首先把原水pH值调至9左右,使镉形成沉淀物,然后在弱碱性条件下进行混凝、沉淀、过滤处理,以矾花絮体吸附去除水中的镉;最后在滤池出水处加酸,把pH值调回至7.5~7.8,以满足生活饮用水的pH值要求。罗旺兴等的研究表明,高锰酸盐聚铝投加量为20mg/L,复合药剂(PPC)投加量为4mg/L,pH值为8,PPC在混凝前1min投加,此时锌的去除率在90%以上。谭丽红等的研究表明,当水体pH值为10.0,FeCl3投加量为25mg/L可使原水镍的质量浓度由0.226mg/L降为0.0187mg/L,达到《城市供水水质标准》(CJ/T20―2005)中对镍含量的要求。化学混凝沉淀法适合于水处理厂水中重金属的应急去除,但针对自然水体调节pH不太实际,向水体中添加酸碱会造成水体二次污染,加剧水污染的严重程度。混凝沉淀必须把污染水域隔离开来,混凝沉淀物的回收及混凝沉淀后水体的后续处理等都十分繁琐,对于流动水体,该方法的适用更加局限。
吸附法工艺简单、效果稳定,尤其适用于大流量低污染物含量的去除,成为应对重金属突发水污染事故首选的应急处理技术。王新刚等的研究表明,投加40mg/L的PAC可使黄浦江超标5倍的镉降低为超标2倍以内,镉分别超标10,50和100倍时,投加50mg/L的PAC,去除率分别为58%,38%和41%。吸附法成功处理了国内多起突发性重金属污染事故,但在自然水体中,吸附法除存在固定后去污效能降低、回收困难等问题外,吸附材料与重金属形成的絮凝物会沉在水底并随推移质和悬移质一起继续迁移,通过水中食物链成为二次污染源。
3.4 后续长期生态恢复建设
突发性水污染事故发生后其对生态环境的影响是深远的,事故排放的污染物特别是有毒有机污染物、重金属等会残留在湖泊、河床上,对水体生态系统造成严重危害。因此,在污染事故得到控制后,还需要对遭受破坏的生态系统进行长期的恢复建设。
对于后期生态恢复,首先可采用工程措施如底泥疏浚、换水等将有污染物残留的水体及沉积物等介质清除干净以免残余的污染物继续对水生态系统造成危害,为生态恢复创造条件。同时,通过生物措施(植物、微生物及动物修复技术)来修复受污染物的水体及沉积物,逐步恢复破坏水生态系统的结构及功能,维持生态平衡。恢复的同时加强修复生物的监测及管理,避免难降解污染物通过食物链积累及放大。另外还应修编相关法律法规,便于理赔及杜绝事故再次发生,同时还应提高民众安全意识。
4 结论
水是生命之源、生产之要、生态之基,自古以来,人类就是在水的滋养下生存和繁衍的,今后也将同样依赖于水资源而继续存在和发展。无论社会如何进步,时代如何发展,我们都不可以水环境的恶化为代价换取一时的经济发展,那将会造成人类无法承受的后果,也必将导致人类文明的毁灭。
参考文献
[1] 杨智宽,韦进宝,编.污染控制化学.武汉大学出版社,2002,1∶388-401.
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小麦纹枯病的发生与危害探析
安徽省小麦品种纹枯病的抗性鉴定及分析
玉米锈病的研究
安徽省玉米南方锈病的抗性鉴定
黄瓜枯萎病的研究
设施栽培黄瓜枯萎病菌拮抗菌的筛选
海南降香黄檀病虫害调查与防治
氰戊菊酯的研究
植物性样品中甲草胺残留的测定方法
土壤中有机氯农药的污染状况与生态毒性研究
我国玉米抗旱性与节水灌溉技术研究
单项指标法在黔东北地区干旱评估中的应用
气候变化对锦州地区农业气象灾害的影响
湖南人工干预冰冻野外催化研究
检疫性杂草薇甘菊的研究进展
我国植物检疫现状及除害处理研究进展
我国小麦干热风危害及其防御措施研究
宁夏红枣干热风气象等级预报
小麦黄花叶病的研究
板蓝根新病害——根肿病
褐飞虱的鉴别与防治措施比较
甲草胺的研究
60%高巧悬浮种衣剂与6%立克莠湿拌剂混用对小麦病虫害的防效及增产作用
50%氟啶虫胺腈WDG对棉花盲蝽蟓和烟粉虱的防治效果研究
苏州地区草坪杂草调查及综合防治技术研究
碱性条件下晶体敌百虫中毒塘鱼的解救方法
木霉拮抗作用机制研究进展
铜川市农业污染现状·成因及其防治对策
西安市南郊冬季PM2.5中重金属污染与危害分析
内蒙古河套灌区面源污染的途径与防控措施
三峡库区规模化养殖场粪污资源化利用方式探索
光助芬顿反应降解聚苯乙烯塑料的研究
基质固相分散萃取—气相色谱法测定农产品中戊唑醇农药残留
化学发光酶免疫分析(CLEIA)法测定猪肌肉组织中的氯霉素含量
羊脑多头蚴病的诊断及防治
钩蛾科害虫的发生与防治
鸡坏死性肠炎的鉴别与防治
副猪嗜血杆菌病研究进展
水稻矮缩病的研究
基于WebGIS的水稻病虫害预警平台设计
昆山地区水稻大螟种群数量动态及综防技术研究
多菌灵贮存稳定性研究
玉米病虫草害诊断系统的研究与实现
400亿孢子/g球孢白僵菌WP对番茄烟粉虱和韭蛆的防治效果研究
45%毒死蜱EC不同剂量对水稻二化螟的防治效果
不同除草剂对小麦阔叶杂草防除效果评价
养猪废水处理技术研究进展
贵州止泻草药对仔猪腹泻的预防剂量筛选
超高效液相色谱-串联质谱法测定饲料中四环素类药物残留
农村气象灾害防御体系建设研究——以广西地区为例
林州市常见冬小麦冻害及防御措施
近40年南洞庭湖区农业生产霜冻·冰冻和冬酣灾害研究
春季低温晚霜冻对成县核桃生长的影响
基于GIS的辉县市气象灾害风险区划研究
沧州市农业气象灾害风险评估
中图分类号:F127
文献标志码:A
文章编号:1000-8772(2014)34-0017-03
有色金属是国计民生及国防工业、高科技发展必不可少的基础材料和主要的战略物资,有色金属矿产资源是国民经济建设和社会发展的重要物质基础。赣南在全国极有影响的红色资源盛地,同时又是世界闻名的有色金属盛产之地。据统计赣南探明钨矿地质储量达149.98万吨,可观的地质储量赢得了“世界钨都”的称号;此外稀土在赣南的配分齐全、品位上乘,经济价值高,对整个国民经济的发展都起到了经济杠杆的作用。但是由于开采历史悠久,民采活动历来盛行,使赣南的有色金属资源遭到了破坏,同时由于赣南采矿的工艺又造成了严重的资源浪费、植被破坏、水土流失等问题,据调查,赣南开采稀土每年毁坏生态植被160公顷,形成荒漠山地约213公顷,产生废土、尾砂逾1600万吨,且堆积沙土还要占用大量的土地(甚至良田),已造成严重后果。
一、有色金属污染的特点
(一)对环境影响时间长
环境损害常常透过广大的空间和长久的时间,经过多种因素的复合积累后才形成,因此而造成的损害是持续不断的,不因侵权的行为停止而停止。同时,由于受科学技术水平的制约,对一些污染损害缺乏有效的防治方法。因此,环境污染损害并不因为污染物的停止排放而立即消除,具有持续性。在有色金属行业污染中对环境的影响往往伴随的是重金属的污染及释放,该种污染是随着时间的发展而不断加重的。
(二)土地占有面积大
有色金属矿山占地面积较大,以位居亚洲前列的特大型铜矿江西德兴铜矿为例,其原矿含铜量仅为0.41%,为全面最低,开采中的尾矿需要大面积的堆置场地,从而导致对土地的过量占用和对堆置场地原有生态系统的破坏。赣南的有色金属矿藏开采长期以来一直使用“露采—池浸”工艺,开采时首先要砍光或烧光地表植被,剥离表层土被,即为最为简单的搬运式,赣南年产7千吨左右混合氧化稀土,每生产一吨混合氧化稀土要破坏160-200平方米的地表植被,则每年破坏130平方公里以上的植被,而在稀土市场价值高时,赣南混合氧化稀土年产量至少在1万吨以上,植被破坏面积惊人,令人触目惊心。
(三)对环境危害性大
有色金属行业的污染物主要包括重金属、酸、有机污染物、油类污染物、氰化物、氟化物和可溶性盐类等。此种污染物通过大气、渗透、渗流和径流等途径进入环境,经过传播、沉淀、吸收、络合、螯合与氧化还原等作用,在空气及水体中迁移、变化,最终影响人体的健康和生物的生长。在此种以重金属为主要成份的污染中较之于其他类型的污染危害性更大。
二、有色金属行业基层立法的现状
有色金属行业在行业发展体系中占有重要作用,同时由于有色金属污染自身存在的危害大、隐蔽性、具有持续时间长、污染范围广等的特性,更要求在发展中除了国家在自然资源与环境完善立法,同时在基层法律体系中也需要地方结合自身环境发展现状及未来趋势,制定符合地方实际的基层法律法规体系。
(一)有色金属行业信息公开薄弱
环境信息公开,是指依据和尊重公众知情权,政府和企业以及其他社会行为主体向公众通报和公开各自的环境行为以利于公众参与和监督。因此环境信息公开制度既要公开环境质量信息,也要公开政府和企业的环境行为,为公众了解和监督环保工作提供必要条件,这对于加强政府、企业、公众的沟通和协商,形成政府、企业和公众的良性互动关系有重要的促进作用,有利于社会各方共同参与环境保护。
有色金属行业的信息公开是环境信息公开的其中一部分的内容,它更要求环境信息的公开化、透明化。在上个世纪的40年代,西方发达国家的环境问题日益突出,群众性的环境保护运动也日益高涨,同时提出了环境知情权的保障,《中国经贸词典》中认为环境知情权是指公民和社会组织收集、知晓和了解与环境问题和环境政策相关的信息的权利。它是行使环境监督权的基础。环境信息包括公共信息和个别信息,前者是指向全社会的环境信息;后者指只有在公众提出要求的情况下才提供的个别信息。由此可以看出环境信息公开当然属于环境知情权的重要组成部分。2007年《环境信息公开办法(试行)》正式启动,在此过程中确定了十七类需要公开的内容,但是在实际执行的过程中随意性和选择性却比较大,同时在公开的问题中强调环保部门,对于那些真正掌握环保实权的政府部门没有规定,就必然会出现由于法律规定所存在的缺陷导致的有色金属污染信息公开的滞后或隐瞒。
(二)地方政府在有色金属污染中的政府责任缺失
国家在以经济建设为核心的发展目标中全面提升了国家的经济软实力,赣南作为经济发展的后方,不仅为前沿经济发展区域提供了强力的支持,同时在前沿经济发展的产业转型中承担着后风险的污染负担。在此过程中地方政府是经济发展的强劲助推器,更需要为产业转型中承担的污染风险承担应有的政府责任。“政府、企业以及公众的行为,在环境污染的治理体系之中,对环境政策实施的效果都产生着或多或少的影响。但是,地方政府,对于一个地方上的环境污染的防治而言,其则发挥着主导、核心作用,这是因为,环境污染保护本身的外部性和中国政府对工业发展主导作用两方面共同决定的”i,因此在如赣南有色金属行业较为发达,较易发生有色金属污染的地区,更需强化政府责任,力求保证环境保护工作的顺利、有效推进。
(三)有色金属污染的预警机制亟待加强
环境污染损害的潜伏性特点是关注污染预警机制的重要原因。环境损害一般具有很长的潜伏期,这是因为环境本身具有消化人类废弃物的机制,但环境的这种自净能力是有限的,如果某种污染物的排放超过环境的自净能力,环境所不能消化掉的那部分污染物就会慢慢地蓄积起来,最终导致损害的发生。正是污染的潜伏性特点建立重金属污染危害风险及人体健康评价预警制度进而防止有色金属污染的排放量过大、有色金属污染事件频发等环境问题显得尤为重要。
三、基层法律体制在赣南有色金属行业的完善
(一)让“预防为主、防治结合”的原则真正走进赣南有色金属行业
要加强环境保护基本国策、可持续发展战略、环保法律法规的宣传教育。要通过多种形式提高大众的环境意识,特别要提高地方行政领导、矿山企业主的环境意识,?摒弃“先破坏、后治理”的老路子,走可持续发展道路,?做到经济效益、社会效益和环境效益相统一。同时积极推进新工艺的普及化,提高资源利用率,完善赣南有色金属行业在矿藏提取中的工艺,创造新的绿色提取工艺。
(二)将“有色金属污染保证金”写入地方立法中,以保证行业的源头控制
排污收费是国家对排放污染物的组织和个人(即污染者),实行征收排污费的一种制度。这是贯彻“污染者负担”原则的一种形式。长期以来人们一直把环境当作污染物的净化场所,任意排放污染物,而不支付任何费用。随着经济的发展和人口的增长,污染物的排放量越来越大,超过了环境净化能力,使环境质量不断下降,人民健康受到危害。污染者既然污染了环境,也就是损害了环境质量,应该像消耗其他物品一样支付一定的费用,并应承担治理污染的费用和补偿受害者的经济损失,不应该把因环境污染而支付的费用转嫁给社会,从而提出了向污染者征收污染税的主张。我国在1979年颁布的《中华人民共和国环境保护法(试行)》中规定:“超过国家规定的标准排放污染物,要按照排放污染物的数量和浓度,根据规定收取排污费。”1982年2月国务院公布了《征收排污费暂行规定》,同年7月1日在全国各地实施。但时至今日,该项规定已经走过了整整21年,收费标准偏低已经成为一个不争的事实,为了解决在赣南这样的特殊的地域形成的特殊的有色金属污染情况,可以通过地方立法的形式征收“有色金属污染保证金”,既可以从源头减少污染发生的潜在危险,又可以为后期一量发生污染所涉的治理费用提供保证。
(三)明确企业环境信息公开,确立有色金属污染预警机制
有色金属环境污染以其潜在性和不确定性而著称,政府要想在有色金属环境污染问题有所突破则需第一时间掌握有色金属污染的状况,进而做出正确的判断,因此更需要建立环境企业环境信息公开制度以保证有色金属污染的防治结合。面对有色金属污染的实际情况在赣南更需加快立法建设,同时改变观念将眼前利益与长远利益相结合,把经济发展与环境保护放在同等重要的位置,通过立法建立有色金属污染预警机制。
注释:
1张凌云、齐晔:《地方环境监管困境解释—政治激励与财政约束假说》,《中国行政管理》,2010年第3期
参考文献:
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[2]沈建新,浅谈有色金属矿山生态环境影响与评价,有色冶金设计与研究[J],2011年4月
[3]欧志敏,中国环境影响评价制度的实效分析[D],湖南师范大学,2010年
[4]黄霞,齐冉,矿山环境影响评价法律制度评析,资源行政管理与法制建设[J]2011年11月
基金项目:江西省普通高校环境资源法重点研究基地2013年度校级重点研究课题资助。课题名称:赣南有色金属行业在环境影响方面的法律规制研究课题,立项编号:HJFJD1302。
作者简介:籍明明(1981-),女,吉林延吉人,硕士,讲师,研究方向:经济法,环境法,单位:江西理工大学。王世进(1965-),男,江西龙南人,学士,教授,研究方向:中国环境法、自然资源法、污染防治法。刘博鹏(1993-),男,黑龙江哈尔滨人,专业法学;江西理工大学2012级学生。