文摘
温室蔬菜生产(GVP)增长的重要性作为公共蔬菜消费的来源以及对农民的收入。由于复种指数较高,大量农业输入,和封闭环境,大量的污染物可以在GVP积累。污染土壤处理金属镉污染修复技术以提高蔬菜温室土壤的质量,增加作物产量。蔬菜大棚的土壤重金属cadmium-contaminated纠正利用三种方法:化学修复、生物修复、物理修复。土壤修复与扫帚莎草种植可能导致减少9.78%的镉污染。种植扫帚莎草根>茎>叶影响污染修复。消除从土壤中镉的阳极可以高达75.1%。阳极附近土壤的清除率为75.1%和77.9%,分别在阳极镉质量分数下降快。因此本文着重于减少镉污染改善GVP作物的质量产生更多的效益。化学浸出速度更快、更高效和更少的危险,具有较高的应用价值。 The approach of bioremediation is of low cost and creates no secondary contaminants. Physical electrodynamics is easy to understand and has a distinct effect.
1。介绍
温室蔬菜生产(GVP)是农业生产的一种方法,它使用大量的能量。无机和有机边界之间的关系,土壤中扮演一个重要的角色在保护环境和维护生态平衡1]。土壤重金属镉已经渗透到近年来通过许多手段,造成污染,由于三个废物的排放,不正确的农业产品使用,污水灌溉。镉(Cd)是一种不必要的自然组件发现在植物和生态系统。镉是一种有毒重金属污染物在土壤中找到。它可能是在环境中发现,元沉积物和土壤自然。镉污染是最常见的类型之一,重金属污染的农业,它造成最大的伤害。Cd污染的主要自然因素包括地质风化岩石和农药等人力资源应用程序或土壤污染工业或市政废物的处置或重用2]。
人类活动,如城市废物处理、采矿、金属制造、使用人工磷肥增加Cd生态系统风险和危害人类的健康。近几十年来,重金属镉造成的污染事故频繁带来了很多伤害人类。Cd是一个非常危险,soil-persistent,主要重金属污染物(3),这是比较容易被植物根系吸收,污染食物链,导致生物体内积累在人体,造成危险后果(4]。有很多的参数可能会影响Cd被植物吸收,pH值是最重要的一个。土壤的吸附能力的Cd与每个pH值范围(单位上升三元组4- - - - - -7]。相关研究表明,废水排放到稻田镉和饭团的死亡,通过食物链积累在肝脏和肾脏,引起急性或慢性中毒。这使得人们高度重视农田土壤中重金属污染的问题,和土壤安全和管理问题不容忽视(5]。
Cd从土壤中吸收和分布在芽和根是一个精心控制的过程涉及到一系列关键球员:根细胞的质膜金属转运蛋白,木质部和韧皮部装载/卸载和叶/射击封存和排毒6]。镉必须通过细胞膜进入根细胞(合胞体),由几个机构的存在更加容易和金属换热器。传统的重金属清理方法,如物理和化学过程,被采用;然而,他们是生态破坏、昂贵和难以适用。众多研究重金属生物修复使用生物材料如活植物或微生物污染土壤和水已经出版。植物修复、迅速发展的技术,是一种环保、低技术、保险费,和绿色的解决这些问题7]。镉会导致水资源短缺,离子失衡,变色,坏死,最终细胞死亡率、基因毒性和植物产量的减少。镉可以通过土壤进入和坚持作物,然后通过食物链影响人体。它损害肝脏、肾脏和骨骼的人体。结果,本研究论文的目的是减少蔬菜温室土壤重金属镉污染的化学修复、生物修复、物理修复。
剩下的纸是组织如下:在部分2详细研究蔬菜温室镉污染的化学修复技术、物理修复技术,阐述了生物修复技术。节3实验的详细分析和讨论,进行样品的植物使用化学修复技术、物理修复技术和生物修复技术。节4,结论是紧随其后的是引用。
2。材料和方法
2.1。蔬菜温室镉污染化学修复技术
工程方法和化学疗法都是用于土壤修复技术。添加新鲜的土壤,移除表层土,电修复技术、浸出法、和洗涤法的工程措施。使用化学试剂和土壤重金属离子的浸出和洗涤方法来降低土壤中重金属的浓度(3]。化学修复,如表示1化学修复土壤的使用,其中包括复杂的浸出,原位钝化法和其他方法。这一技术的关键是钝化剂的选择,洗脱液,测定的剂量4]。化学修复是一个早期的、相对成熟和有效的方法(5),包括化学浸出技术,化学氧化修复技术,和土壤性能改进技术。
2.1.1。化学钝化剂类型
常用的钝化剂包括无机钝化剂和有机钝化剂。无机钝化剂主要包括工业废水、石灰、赤泥、粉煤灰、硅肥,钙磷酸镁白云石、粘土矿物和敌对的物质。有机钝化剂主要来源于牲畜粪便、作物秸秆、泥炭、豆科绿肥和堆肥,自然提取的高分子化合物。石灰是广泛使用的钝化剂在目前的实验研究。(我)钝化机制化学钝化的机理主要是减少土壤中镉的活性通过改变土壤性质,包括降水固定、吸附、离子交换、离子对抗,和螯合。大多数钝化剂使用多种机制。(2)降水/固定这个机制,大多数钝化剂减少土壤中镉的可用性。碱性物质的应用像石灰可以明显提高土壤pH值和减少土壤中镉的溶解度和活动。此外,当碳酸盐离子的钝化剂,硅酸盐离子,和氢氧离子添加到土壤、镉离子与这些离子反应生成不溶解沉淀,从而降低土壤镉的可用性(6]。(3)吸附和离子交换粘土矿物,如沸石离子交换能力强,和可用性可以减少土壤中镉离子交换和特定的吸附镉离子的7]。另外,石灰可以增加土壤pH值,增加土壤胶体表面的负电荷,提高镉离子的吸附,降低土壤中镉的生物利用度。(iv)镉离子对抗据研究,与各种各样的营养物质,包括锌、硒、铜、锰、铁、钙、钾、磷、氮,要么是协同的方式,敌对的或无关的(8]。因此,应用程序可以抑制锌镉的吸收。镉是硫酸锌和镧的拮抗剂。(v)螯合有机修正案包含各种各样的有机配体,如氨基酸、酰亚胺的,酮、羟基,硫醚,可与镉等重金属离子螯合创建不溶螯合,降低重金属离子的生物利用度。
2.2。蔬菜温室镉污染生物修复技术
生物修复,包括动物修复、植物修复、和微观生物修复,是利用特定的生物的习惯适应、抑制和改善镉污染,如表示2。
2.3。动物修复
就业的寄生生物土壤,如蚯蚓和啮齿动物,吸收重金属被称为动物修复。研究使用低等动物修复镉污染还仅限于实验室阶段。蚯蚓富集镉有很大的能力,根据调查结果,蚯蚓的浓缩稳步增加扩展(蚯蚓文化时期时9]。动物修复的效率很低,这并不是一个理想的修复技术。
2.4。植物修复
植物提取、植物挥发、植物降解、植物根过滤,和根际微生物降解都是植物修复技术的例子,采用植物吸收,分解,更改或固定有毒、有害污染物在土壤中。植物提取修复、补救或超蓄电池室的使用特性和其他重金属镉污染土壤,是最广泛使用的方法10]。超过10超级蓄电池植物,包括十字花科和cramineae更好的镉污染土壤的修复效果。一些观赏植物、农田杂草和木本植物也超级蓄电池的来源植物修复镉污染土壤的11]。
镉的耐受性机制hyperaccumulator植物主要分隔、抗氧化、螯合。分隔的效果利用大量的配体残留在植物细胞壁,包括重金属离子、离子交换、吸附、络合、影响重金属离子的扩散进入细胞(12]。植物修复技术的优点是实现简单,投资少,和对环境的破坏,但也有一些缺点。这些植物通常生长缓慢,生物量低,检修周期长,难以广泛应用。
植物修复技术的优点是容易实现,小投资,和小环境的影响,但它也有一定的缺点,如增长缓慢,生物量低、修复周期,和有限的适用性13]。
2.5。微型生物修复
2.5.1。方法
一些微生物可以用来修复、迁移或将土壤中的重金属,因此降低毒性和促进排毒。机制包括细胞代谢、吸收、沉淀、氧化还原反应。一些微生物的代谢产物,如S2 -和PO43 -,可以与Cd2 +反应产生沉淀和降低镉的毒性14]。目前用于修复镉污染土壤的微生物包括细菌、真菌和一些小型藻类。
2.5.2。的作用机制
专性微生物能促进重金属的成分和微观对象。因此,接种的微生物在污染土壤微生物可以帮助吸收重金属(15]。常见的专性微生物包括细菌、真菌、植物内生菌根,ectomycorrhizae [16]。总之,这些微生物可以用来固定重金属在土壤和降低土壤中重金属的迁移从重金属的吸收17]。
2.6。蔬菜温室镉污染物理修复技术
物理修复是指利用物理方法来稀释,删除和修复镉在土壤中,以减少对土壤环境的影响。物理修复的分类如表所示3。土壤的变化是常用的方法,包括添加新的土壤,改变土壤表层土,深耕[18]。添加新的土壤需要添加一个指定数量的干净的土壤。“土壤变化”一词是指去除的过程用干净的土壤污染土壤和取代它。被污染的土壤变成深翻耕底层的[19]。土壤浸出的方法转移从固体土壤镉通过浸出液的解决方案,其次是废水复苏。
热力学补救方法使用高频电压产生电磁波,加热土壤,使污染物从土壤颗粒(眠20.]。动电的修复是指插入电极污染土壤中获得直接的运动土壤中的镉离子在电场的作用下,从而达到清除镉的目的。
3所示。结果
3.1。化学在镉污染土壤修复技术
3.1.1。案例研究的化学浸出修复镉污染土壤的在美国
化学浸出修复重金属污染土壤已达到美国商业水平。表4显示了化学浸出修复镉污染土壤的示范项目在美国。
3.1.2。钝化修复实验蔬菜温室污染土壤的粘土矿物和肥料
调查的补救效果单一和复合治疗在菜地镉污染的污水灌溉面积和北部找到一个更好的钝化处理、粘土矿物、海泡石、磷酸盐骨粉,有机肥料胡敏酸被选为钝化剂。
3.1.3。实验装置
粘土矿物海泡石购买于黟县、河北。化学公式是Mg4Si6O15 (OH) 2·6水。面积是22.7平方米·g - 1和pH值为10.1级。磷肥骨粉是购买山东滕州化工厂。pH值为9.51,有效磷含量是9.5%。主要化学成分是羟磷灰石(Ca10 (PO4) 6 (OH) 2]和无定形磷酸氢钙(Ca HPO4)。有机肥胡敏酸由褐煤从山西购买和加工。测试是莴苣的蔬菜。试验场地位于天津北部污水灌溉面积。潮土土壤类型。 The basic physicochemical properties of the tested soil are as follows: the pH value is 8.38, the cation exchange amount is 19.2 cmol·kg-1, the organic matter content is 2.14%, the soil cadmium content is 1.71 mg·kg, and 1.12 passivation treatments are set up in the test. Test scheme and the type and dosage of passivation materials are shown in Table5。每个处理重复3次,根据随机安排。
3.1.4。测试植物样品制备
钝化剂均匀分散在土壤表面,与土壤混合通过人工或机械手段(20厘米深),紧随其后的是一个月后种植的蔬菜。钝化剂被应用于2014年5月,生菜是播种,种植在6月,2014年。莴苣丰收和收集后30天幼苗的出现。用蒸馏水冲洗蔬菜两次收获之后。干燥滤纸,称量并记录新鲜的重量。样品放置在一个烤箱爆炸后30分钟105°C,它是干在70°C 48 h,并记录干重的重量。干样和一个小型粉碎机粉碎和混合,和湿法消化。土壤样品采样通过抽样法,和新鲜的土壤犁层(0-20厘米)被收集在每个细胞。它是空气干燥后磨,其次是1毫米和0.15毫米孔径的筛子。有效的TCLP提取土壤样品中镉的方法。 The leaching solution with the pH value 2.88 ± 0.05 is prepared by analysis of pure glacial acetic acid. The ratio of soil to solution is 1 : 20 and the solution is centrifugally filtered after 20 h at room temperature [21]。
3.1.5。镉含量的测定
镉含量的植物样本可用土壤镉含量是由icp决定的。对实验数据的统计分析与Excel 2010和SPSS 13.0进行。区别不同钝化剂的重要性分析了方差分析和multicomparison (LSD法)。图1显示了不同钝化剂中镉含量的影响食用生菜的一部分。图2显示了钝化剂对可用土壤镉含量的影响。
从图1可以看出,钝化处理后,镉的拍摄生菜具有明显的减少趋势的下降3.3% - -39.7%。单一的钝化,海泡石的效果是最好的,在拍摄中镉含量的降低生菜是高达30.8%。第二个是骨粉的减少16.1%。腐殖酸对镉的吸收没有显著的影响在莴苣。此外,复合治疗的效果优于单一治疗。Sep2 + Bom治疗的效果降低生菜中的镉含量是最好的,减少的39.7%,低于指定的绿叶蔬菜镉含量极限gb2762 - 2012 0.2毫克公斤。
改进的重金属污染4(表4)蔬菜温室、化学浸出用于修复。实验结果表明,该化学浸出可以有效地治理土壤中重金属镉的污染。化学浸出成本相对较高。没有在中国目前浸出技术的成本报告。在美国,化学浸出的费用是120 - 200美元/t。
从图2可以看出,海泡石和它的化合物治疗能明显降低土壤镉含量,减少12.16% - -55.64%。骨粉的削减效应和复合治疗与海泡石和骨粉更好,分别减少55.64%和54.12%。
3.2。镉污染土壤修复的生物技术
不同的种植年(0、5、10、15、20、25、30年)蔬菜温室土壤样本的收集。把扫帚莎草为研究对象,扫帚莎草的修复效果和积累特征受污染的土壤上种植不同种植年进行了研究。
3.2.1之上。实验材料和测量
测试材料是一个扫帚莎草,聚集在2014年(野生的形式)。集合的地点是新乡的郊区,河南省的地理位置北纬35°21”和东经113°50”。土壤样品被收集在Muye地区无公害蔬菜生产基地,新乡,2010年3月26日。年代多点(20点)混合采样方法用于土壤取样。种植年0、5、10、15、20、25、30年,采样深度0-20厘米。植物的根,叶,岩石从风干土样中删除。过滤的土壤样品2毫米土壤筛和用于扫帚莎草的培养。另一部分是由1.0毫米和0.2毫米土壤筛过滤后地面玛瑙研钵。然后存储在聚乙烯袋土壤中重金属含量的测定。
治疗7个土壤样品放置在苗盘(广场50孔)和播种。样品培养40天后出现。当幼苗的高度是15 - 20厘米,幼苗从洞穴和清洁。干燥后,根、茎和叶子分开。然后放进烤箱在105°C 2 h和干在70°C恒重。它是粉和加载到聚乙烯袋。
3.2.2。重金属含量的测定
微波消化电感耦合等离子体发射光谱法用于测定重金属含量。
3.2.3。测定土壤中重金属的质量分数
土壤样品前后种植扫帚莎草(由0.2毫米土壤筛过滤)是重0.5克(精确到0.0001)和聚四氟乙烯消化槽。8毫升硝酸、高氯酸2毫升、氢氟酸和2毫升依次添加。混合和统一加密后密封,放在MAS微波消化消化仪。消化罐冷却后,解决方案是转移到50毫升聚四氟乙烯烧杯,放置在电热板在170°C到枯竭的酸。添加2 ml0.2%hno3溶解残渣,之后转移到瓶子有25毫升容量(GG-17玻璃),然后摇晃后的聚乙烯塑料瓶。重金属镉的质量分数是由最适条件2100 dv电感耦合等离子体发射光谱仪。
3.2.4。质量分数测定重金属的扫帚莎草
根、茎和叶的扫帚莎草0.5克,放入微波消化槽。对于每一个消化槽,5毫升浓硝酸(95%)和2毫升添加过氧化氢。消化后,解决方案是转移到小烧杯和消化罐与0.2%的稀硝酸清洗3次。小烧杯放在电热板170 C酸开车到附近的干燥。后加入2毫升0.2%硝酸溶解残渣,这是转移到25毫升瓶子容积,最后固定体积的0.2%稀硝酸溶液。重金属镉的质量分数是由电感耦合等离子体发射光谱仪。实验结果如图3和4。图3和图显示了修复效果4显示了吸收和积累特征。
从图3后,就可以知道,种植花,镉污染的含量显著减少。与种植,重金属的吸收和积累镉的浓度有关,与种植修复效率无关。从图4的排序的积累镉在根、茎、叶是根>茎>叶。肤叶蔬菜温室的修复效率镉污染土壤是9.78%。
3.3。动电修复镉污染的土壤
3.3.1。实验装置和测量
平台规模、电子天平、原子吸收仪、酸度计,离心机,混合器分光光度法的主要仪器和设备利用动电的补救。电解槽是一个自行设计25厘米×5厘米×10厘米有机玻璃槽。高纯石墨电极作为电极材料。实验试剂主要是硫酸镉、硫酸铜、浓硫酸、浓硝酸、磷酸、盐酸和氢氧化钠。使用的试剂都是分析纯。在野外收集土壤样本。重金属污染的解决方案是根据污染物的需求加剧并添加到量化土壤样本受污染的土壤。受污染的土壤样品的水分含量是44.3%。然后分层电解器和受污染的土壤压实均匀。在实验室实验模型是稳定稳定72 h。 The mass fraction of heavy metals in pollutants is determined by atomic absorption spectrometry and determination of pH value and temperature of samples is obtained by acidity meter and thermometer.
3.3.2。实验结果
选中的重金属污染因素Cd和铜。使用电压为0.5 V /厘米。在实验中,50毫升工作流体与0.05摩尔⋅L-1concentration添加到电极室。修复实验后进行连接反应单元供电。pH值和重金属污染物质量分数以固定的时间间隔。实验的累计时间是32 h。重金属质量分数的变化在所有样本和电解槽的pH值数据所示5和6(“+”代表正极,“-”代表负极)。
从数据5和6,可以看出点动态补救的方法可以有效地减少土壤中的镉含量。数据5和6表明镉质量分数的变化镉在两极附近动电修复后的土壤。阳极附近的镉含量逐渐减少初始状态的575.8毫克⋅575.8毫克公斤到143.5毫克⋅公斤。因此,镉是迁移到阴极电场的作用下,镉的质量分数降低阳极附近的更快。镉的迁移率附近的阳极大于镉的迁移效率远离阳极。在实验中,土壤中镉的去除效率在阳极附近是75.1%和77.9%。动电的技术可以有效地去除镉污染的土壤,这是方便的和有效的。
化学修复技术,钝化效果增加钝化剂的量的增加和钝化的时间。适当的添加石灰在砖红壤性红壤大大降低土壤镉含量可用。添加0.7%石灰30 d后南方酸性土壤,土壤中的有效镉降低28.17%。释放的钙、镁、和酸性土壤中磷肥可以显著提高土壤的pH值和降低交换和有效镉的内容。5克/公斤的基础肥料碱性煤渣、在早稻糙米镉含量可以降低75.4%,和晚稻的糙米镉含量下降了87.9%。赤泥对镉的吸附容量是22.25克/公斤。治疗后的内容有效镉红泥相比可以减少31%的控制治疗。
4所示。结论
镉污染农业土壤非常有害,污染普遍存在的来源。因此,有必要修复镉污染土壤。沸石可以减少镉浓度盆栽生菜叶子的86%。海泡石可以显著促进菠菜的生长,降低空心菜中的镉含量。喷锌和硒可以降低镉的吸收了37.01%和31.63%。镉的含量在白菜被稀土是89.4% -98.08%控制治疗。有机肥料能促进交换镉有机绑定状态的转换和氧化锰镉,从而减少可用的土壤中镉含量。由于钝化机制的特殊性,大多数钝化剂只是暂时减少有效的镉通过各种形式的影响。因此,钝化修复可以引入二次污染土壤的后期。提出从以下元素,研究改善修复镉污染的蔬菜温室。 Attention should be paid to the development of high efficiency and low cost cadmium pollution barrier, passivation products, and standardization technology. A single remediation method is often difficult to adapt to the remediation of a variety of heavy metal contaminated soil. It is necessary to adopt the combination of chemical and biological methods for remediation and optimization. Chemical remediation can be combined with other remediation methods, such as phytoremediation and micro bioremediation. For the selection of the passivator, it is necessary to ensure that the passivation effect of the heavy metal is obvious and simple.
数据可用性
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的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。