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山水林田湖草生态修复,这些关键技术用得到

(来源:全国能源信息平台  原文标题:快收藏!山水林田湖草生态修复,这些关键技术用得到)
 
一、物理修复技术
        土壤的物理修复技术包括物理分离修复技术、固化/稳定化修复技术、蒸汽浸提修复技术和电动修复技术等。
 
(一)物理分离修复技术
 
        土壤污染物的物理分离主要是基于土壤介质及污染物的物理特征不同而采用不同的操作方法,使土壤与污染物发生机械分离,如可根据密度大小和分布的不同、粒径大小的不同、有无磁性、表面特性等,采取相应的沉淀或离心分离、过滤或微过滤、磁性分离、浮选法等方法。物理修复技术主要应用于土壤的无机污染物,特别是重金属污染的修复治理上。其中,对于污染程度较轻的土壤,可以采取客土法、换土法、深耕翻土法等方法进行修复。客土法指的是将适量的无污染土壤添加到被污染的土壤,降低土壤污染物的浓度,减少污染物与作物根系的接触。换土法指的是将受污染的部分土壤除去,并加入相应的未受污染的新土。深耕翻土法指的是采用深耕方式将上下土层进行混合,从而使得表层土壤的污染物浓度降低,同时加入一定量的肥料以补充耕作层的养分。
 
        对于污染程度较重的土壤,应想方设法从土壤中取出污染物,以使土壤恢复正常功能。对于土壤中的重金属污染物,可以根据其密度、粒径和其他物理特征进行提取,如用沉淀法等重力分离法去除铅、汞等,用过滤法去除金和银等,用加热法对具有挥发性的重金属从土壤中挥发出来并采取一定的措施对挥发物进行回收再利用。物理分离技术的操作过程相对简单,人力、资金、时间等成本投入取决于相关设备的操作速度和土壤的受污染程度和规模。
 
(二)固化/稳定化修复技术
 
         受污染土壤的固化修复技术指的是通过将受污染的土壤固定在结构完整的固体物质里,进而控制污染物的迁移,保护未受污染的土壤。稳定化修复技术指的是利用硫化物、磷酸盐、碳酸盐等稳定剂,使污染物变得不易溶解、毒性变小、迁移能力降低,进而完成对其无害化处理,降低其对生态系统的危害性。两种修复技术不一定会改变污染物或受污染土壤的理化性质,只是降低了污染物迁移和泄漏的风险,进而有效控制了受污染土壤释放有毒有害污染物的过程,如对受重金属或放射性物质污染的土壤进行无害物处理。
 
(三)蒸汽浸提修复技术
 
        土壤蒸汽浸提修复技术指的是通过降低土壤孔隙间的蒸汽压等物理方法,将土壤中的挥发性有机物如苯、汽油和四氯乙烯等以蒸汽形式去除的修复技术。其基本原理是通过在受污染土壤中安装空气注射井等设备,把清洁气体导入受污染土壤内部形成驱动力,利用真空泵产生的负压把挥发性有机物从土壤间隙流向抽取井,在气压降低的情况下,利用土壤固、液、气3种不同相位之间的浓度梯度,将污染物转化为气态后排出土壤。该项修复技术可借助标准设备对受不同挥发性有机物污染的土壤在不破坏其理化结构和性质的前提下对土壤进行生态修复,具有较强的可操作性,同时回收的废料具有潜在的再利用价值。
 
(四)电动修复技术
 
        电动修复技术指的是在受污染的土壤两端加上两个电极和低电压的直流电场,在此直流电场的作用下,溶解在水里或吸附在土壤颗粒表层的各类污染物根据所带电荷性质的不同向不同的电极运动,正电荷向负极方向运动,负电荷向正极方向运动,进而将土壤溶液中的污染物吸收集聚在电极两端,提取出重金属、有机物质等污染物的技术过程。此技术主要适用于低渗透性土壤的生态修复,且在修复过程中不用向土壤中加入其他有害物质,不改变土壤的内部结构,可以有效控制污染物的流动方向,修复耗费时间短,二次污染少。
 
 
 
二、化学修复技术
 
        化学修复技术指的是通过向土壤中添加有机物质、改良剂等以改善土壤性能,或者添加化学物质与土壤中的污染物产生反应,降低土壤污染物的生物有效性和可迁移性,或使污染物与土壤分离。该技术主要包括施用有机肥料、添加化学改良剂、氧化还原技术、化学淋洗技术和溶剂浸提技术等。
 
(一)施用有机肥料
        由于自然的或人为的原因而形成的土壤退化、沙化甚至荒漠化,其主要特征为土壤质地较为松散干燥、容易发生风蚀、肥力显著降低、生产力低下等。面对此种情形,可根据土壤的退化程度向土壤中施用适量的有机肥料,包括动物粪便、厩肥、堆肥、绿肥、饼肥、沼气肥等。有机肥料富含作物生长所需的有机物质和营养物质,因此可以改良土壤品质,培养和保持土壤肥力,提高土壤生产力。
 
(二)添加化学改良剂
 
        对于受酸雨影响、有机物质或重金属污染的土壤,可采用添加化学改良剂等方法来改良土壤性能。化学改良剂包括熟石灰、碳酸钙、硅酸钙、硅酸锌钙等,一般根据污染物对土壤环境的影响进行相应的添加。石灰性物质可以通过重金属与钙的反应来促进金属氢氧化物的形成,通过中和酸性土壤以使之恢复到植物耕作所需的条件范围。同时,国内外也讨论通过添加磷酸盐和硅酸盐使金属形成难溶性的沉淀以固化土壤重金属的技术研究。一般来说,当受污染土壤的酸碱度呈酸性时,可通过向土壤中添加石灰性物质或碳酸氢盐等物质调节酸性;当土壤酸碱度呈碱性时,可通过采用石膏、氯化钙、硫磺、硫酸等酸性试剂对土壤进行改良。生物炭是一种重要的土壤改良剂,其表面具有丰富的孔隙结构与稳定的脂肪族链状和高度芳香化结构,具备较强的稳定性和较好的吸附性,一般呈碱性,富含有机碳,因此可以有效改良土壤结构,增加土壤肥力。同时,生物炭的阳离子交换量决定了其对土壤内环境的阳离子的持留能力,间接影响土壤的保水保肥能力。
 
(三)氧化还原技术
 
        氧化修复指的是将氧化剂掺入受污染的土壤中与污染物发生氧化反应,使污染物降解或转化为低毒、低移动性的物质,主要适用于被油类、多环芳烃、有机溶剂、农药以及非水溶态氯化物等污染物污染土壤的生态修复。高锰酸钾和过氧化氢是较为常用的氧化剂。通常以液体形式将氧化剂注入一个地下井,通过氧化反应将土壤污染物降解或转化为其他可分离物质,再从另一个地下井将废液抽取出来,中间过程剩余的氧化剂可以循环再利用。
 
        还原反应指的是将还原剂注入受污染土壤内使之与污染物发生还原反应,使污染物转变为难容态,降低污染物在土壤内环境中的生物有效性和迁移性,主要适用于深层次土壤污染的生态修复,这些污染物可能对地下水构成污染。较为常用的还原剂包括二氧化硫、氧化亚铁、亚硫酸盐、硫代硫酸盐等。通常将氧化剂通过注射井注入土壤深层,与污染物发生还原反应,再从另一个地下井将废液抽取出来。
 
(四)化学淋洗技术
 
        化学淋洗技术指的是将清洗液注入被污染土壤土层,使土壤污染物发生溶解或迁移,再将带有污染物的溶液从土壤中抽取出来进行分离处理。该项技术的关键是要选择合适的清洗液,既不会破坏土壤结构,也不会对土壤产生二次污染。常用的清洗液包括水、无机酸、无机盐化合物。此外,螯合剂可与土壤污染物如重金属离子结合形成较为稳定的螯合物,例如乙二胺四乙酸等能有效降低土壤重金属的生物有效性,柠檬酸、苹果酸、草酸、胡敏酸等天然螯合物具有较强的应用潜力。
 
(五)溶剂浸提技术
 
        溶剂浸提技术指的是选择合适的溶剂将不易溶于水、吸附或粘贴在土壤上的有害化学物质如油脂类、多环芳烃等污染物,从受污染土壤中抽取出来并对其进行无害化或分离处理。适用于该项技术的最佳土壤环境条件为黏粒含量在15%以下,且适度在20%以下,但该项技术不适用于受重金属或无机污染物污染土壤的生态修复。
 
三、生物修复技术
 
        由于物理或化学修复技术应用于受重金属等污染的土壤修复的工程量大,且容易形成二次污染,生物修复利用植物、微生物的生态功能降解土壤污染物,可以弥补其他修复技术的不足。
 
(一)植物修复技术
 
        植物修复是基于植物及其根际圈微生物体系的吸收、固定、挥发、转化、积累、降解等功能机制对受污染土壤进行修复的治理技术,主要适用于由重金属或有机污染物形成的土壤污染,受到了较为广泛的应用。该项技术基于特定植物对于某些土壤污染物的忍耐、超量积累吸收和降解等能力,主要包括植物萃取、根际过滤、植物固化等技术。一方面,植物本身具有对土壤污染物的吸收、积累、降解、转移等能力;另一方面,植物根际圈特殊的生态条件显著提高了土壤微生物的生物量和潜能,进而提高了植物对土壤污染物的降解和转移能力。
 
        当土壤污染物浓度较低时,植物通过自身的适应性调节完成自我保护,对土壤污染物产生耐性,吸收污染物,但是可能会对植物生物量产生一定影响。当土壤污染物浓度较高时,某些植物对某些污染物具有超积累富集能力,可将土壤中的污染物通过根系吸收传导至茎、叶、果实中,吸收能力远远超过一般植物,且不会对植物生物量产生显著影响,如重金属超富集植物等。植物根系在土壤中合成有机物的同时,也会向根系周围的土壤释放糖类、氨基酸、有机酸和维生素等有机物质,提高了根际圈微生物的生物量和活力,促进了植物对土壤污染物的吸收、积累和降解等能力。同时,通过根系吸收进入植物体内的污染物可通过植物根系、茎、叶的分泌过程排出植物,也可通过水分的蒸腾作用挥发至大气中,又可通过老叶脱落的方式分离污染物。
 
        植物修复技术由于成本低、不破坏土壤结构和肥力、避免二次污染等优点,已逐渐成为生态修复的重要技术之一。该项技术的关键是要明确超富集植物,并采取有效措施加强修复植物对土壤污染物的吸收、积累、降解、转移等过程,如对具有不同修复功能的植物进行混搭种植,以提高植物修复效率。
 
(二)微生物修复技术
 
        微生物修复主要是基于微生物(细菌、真菌、藻类等)对土壤污染物的降解和转化作用而进行的生态修复。微生物可以从所在土壤环境中的有机、无机物质中吸收所需养分,因此对某些土壤污染物具有降解或去毒等功效。①降解功效。细菌、真菌和藻类对于土壤有机污染物具有降解能力,其中又以种类繁多的细菌起主要作用。微生物含有丰富的重金属螯合物质,如肽聚糖、脂多糖、磷壁酸等,加之在代谢过程中会产生多种低分子有机酸或络合物,可使重金属溶解和重金属离子沉淀,或通过氧化还原反应使重金属的形态发生改变,进而可以降低污染物的生物有效性或将其从土壤中转移分离。②去毒功效。微生物可通过改变土壤污染物的分子结构,从而降低其对生物体的有害性。微生物对污染物的去毒过程可通过水解作用、羧基化作用、去甲基或去烷基作用、甲基化、脱卤作用等途径实现,但是并非所有的反应都能对污染物有去毒功效,某些反应产物的毒性比之前的污染物更强,因此可能产生二次污染。此外,微生物具有固氮作用,可增加土壤肥力,促进植物生长,提高植物对环境的适应能力。
 
        微生物修复技术具有基本不改变土壤的结构和性状、操作形式多样、修复成本低等优点,同时在生态修复过程中形成的次生代谢产物可能会对土壤产生二次污染,因此要进行动态监测与反馈。
 
四、工程修复技术
 
        湖草生态修复过程中,工程修复技术较物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术具有更长远的修复效果,而且是多种修复措施配合使用。历经2500多年、长达2700千米的中国运河系统,玛雅人的灌溉系统,叙利亚和罗马的水系统,以及当代的海涂围垦工程、南水北调工程等工程措施,都对山水林田湖草生态系统的结构和功能修复起到了关键性的作用。例如修建路、沟、渠、涵、桥、蓄水池、挡土墙、护岸堤、土壤重构等工程技术,建造生态池、生态板、生态路沟渠等工程技术,水土保持中的土谷坊、沟壑土坝等工程建设技术,沙漠化防治中黏土覆盖工程技术等,地形重构和景观重塑工程技术等,都是有效的山水林田湖草生态修复关键技术。