您好,欢迎来到抵帆知识网。
搜索
您的当前位置:首页土壤放射性污染主要来源及修复方法研究进展

土壤放射性污染主要来源及修复方法研究进展

来源:抵帆知识网
174 广东农业科学2013年第l期 土壤放射性污染主要来源及修复方法研究进展 陈 思.安莲英 (成都理工大学材料与化学化工学院,四川成都610059) 摘要:介绍了造成土壤放射性污染的主要来源,通过比较几种主要的放射性污染的修复方法,包括物理和化学修复方法、植 物修复方法、微生物修复方法.发现物理和化学以及微生物的修复方法容易造成土壤的二次污染,价格昂贵并且操作复杂;而植物 修复法对环境更为友好.价格便宜且操作简便。 关键词:土壤;放射性污染;来源;修复方法 中图分类号:X591 文献标识码:A 文章编号:1004—874X(2013)01—0174—04 Research progress of radioactive contamination in soil and remediation methods CHEN Si,AN Lian—ying (College o,Materials&Chemistry Engineering,Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,China) Abstract:The article introduced the main sources of radioactive contamination in the soil.By comparing several major remediation methcds of radioactive contamination including physical and chemical remediation methods,phytoremediation method and microbial remediation method,we knew that physical and chemical remediation methods and microbial remediation method easily made secondary pollution of soil,it was expensive and complex.While,phytoremediation mehod was more friendly to the environment,and it was cheaper and easier. Key words:soil;radioactive contamination;sources;remediation method 放射性能源的开发利用在医疗、科研、工业等领域都 有着不可或缺的地位,给人类的生活带来便捷。然而,随 着科技的日益发展,放射性能源在各个领域的发展给人 类的生存环境带来了一定的危害。其中,最令人担心的问 表1 土壤、岩石中天然放射性核紊含量 题是土壤中放射性能源物质的污染。放射性物质进入土 壤后,能在土壤中积累。将有害物质转移到植物(食作物、 果树、蔬菜)体内,并通过食物链进人人体,从而危害到人 类的身体健康。土壤污染对生态环境质量、食品安全、人 体健康和社会经济持续发展构成的严重威胁已引起人们 的高度重视l】1 要贮存库,然而天然放射性核素在土壤中的含量很低,对 人体的生活影响不大。 人为放射性污染是土壤污染的主要来源,主要包括 两方面来源:(1)科研放射性。科研工作中广泛应用放射 l 土壤中放射性污染及主要来源 放射性污染是指在生产、生活活动中排放放射性物 性物质,除了原子能利用研究单位外,金属冶炼、自动控 制、生物工程、计量等研究部门,几乎都有涉及放射性方 面的试验。在这些研究工作过程中,都有可能造成放射性 质,造成改变环境放射性水平,使环境质量恶化,危害人体 健康或者破坏生态环境的现象闭。土壤中放射性污染的主 污染。大气层核试验产生的放射性落下灰尘是迄今土壤 放射性污染的主要来源。例如美国于1954年的3月将l 颗600万t以上TNT当量的氢弹放置在马绍尔群岛比基 排放的废弃物。核工业中核燃料的开采、提炼、精制和核 要来源分为两类:天然放射性来源和人为放射性来源网。 天然放射性来源是指在天然产物中发现的放射性元 素,其元素种类主要包含加K、猫U、:S ̄Fh、 Ra等。它们通过 放射性衰变,产生一系列的放射性子体,广泛分布于土壤 尼环礁,导致致命的永久污染区近2万km 。(2)核工业 燃料元件的制造,都会有放射性废物的产生和废水、废气 的排放.这些废弃物的排放都会给土壤环境带来一定的 污染。美国曾有报道,地下掩埋的放射性废物(3×10 In ) 外,核电站事故产生的污染也是土壤放射性污染的主要 源头之一.如2011年发生的日本福岛第一核电站的灾难 和岩石中,具体如表1I4]所示。地壳是天然放射性核素的重 收稿日期:2012—11—27 作者简介:陈思(1990一),女,在读硕士生,E—mail:angerlababy 2009@1 63.COnl 污染土壤面积约为7x10 in。、地下水3×10 In 。除此之 通讯作者:安莲英(1956一),女,博士,教授,E—mail:anliany@cd ut.edu.en 175 性事故,严重污染了土壤地表面和地下水,据统计受污染 的水达到了1.15万tts]。可见,人为放射性污染给人类健 康带来了严重的后果。因此,对土壤放射性污染的修复 刻不容缓。 沥青,阻止地表水的渗透和核素的扩散_7】。然而这并不 能根治土壤的放射性污染问题。放射性污染物仍然存在 于土壤中。随着科技的进一步发展,美国提出了土壤淋 洗的方式。土壤淋洗是指利用流体去除土壤污染物的过 程,借助能促进土壤环境中污染物溶解或迁移作用的淋 洗剂,通过水力压头推动淋洗剂,将其注入到被污染土 层中,然后把含有污染物的淋出液从土层中抽取出来, 2土壤中放射性污染的修复方法 放射性核素衰变产生的射线是环境污染的根源,随 着短寿命核素的“死亡”,形成环境长期污染的主要是一 进行水处理而分离污染物的技术,工艺流程见图1[8】。例 些长寿命裂变产物和核材料等放射性核素,如 H、mCS、 9OSr、印u、 等同。而目前国内外对土壤中放射性污染的 修复方法主要是物理、化学和生物方法。 2.1物理和化学方法 如Mason等[9]采用淋洗法使用0.5 mol/L的NaHCO3处 理被铀污染的土壤,去除率达到了75%~90%。Kulpa 等[10]的土壤淋洗试验结果同样表明,使用NaHCO,能提 高去除铀的有效率。另外化学修复方法还有沉淀法、离 子交换法、电化学法、反渗透超滤法等等。这些方法虽然 对于受到放射性污染的土壤。我们常采用传统的物 理或化学的方法进行修复。根据土壤中放射性核素的不 同性质。采用不同方法将其去除。土壤表面受到核素污 染可以采用土壤原位覆盖的方法。在土壤表面铺上一层 都能够去除土壤的中的污染物,但是在经济上令人难以 承受,污染物去除也不够彻底,不适合用于大面积土壤 放射性污染的修复。 图1 土壤洗涤过程简化流程 2.2生物修复方法 验模拟铀污染土壤.研究了萝卜、白菜、诸葛菜等19种 植物对土壤中铀的积累能力,而所有植物中地上部分 铀提取量较多的为四川沿阶草、扁竹兰、四季豆。唐丽 等f13]采用同样的方式对泡青菜、儿菜、三月包心青菜等 10种植物对铀的吸附能力进行研究,试验结果表明特 选榨菜、艾蒿和泡青菜等3种植物对铀的吸附能力较 由于单独使用物理或化学方法很难达到废物污染整 治标准水平.可利用生物修复方法提高甚至是取代传统 的修复方法,这种新方法的提出已经得到全球行业的认 可[1I】。目前生物修复方法主要是植物修复和微生物修复方 法。 2.2.1植物修复方法相对于传统的物理和化学修复方 强。徐俊等【l4】研究了小白菜、冬苋菜和菠菜对土壤中铀 的吸收积累能力,3种植物中菠菜的吸附能力最好。郑 法,植物修复方法具有成本低、对环境扰动少、易于操作、 适用于大面积修复受污染的土壤等优点。植物修复的机 理主要是植物提取、根际过滤和植物固定。 植物提取是指种植一些专性植物,利用其根系吸 收污染土壤放射性核素并转移至植物地上部分,通过 洁敏等[15】发现向日葵修复土壤中铯的能力较强,富集系 数达1.5。这些植物都具有超积累潜质,有助于土壤中 放射性污染的修复。 进行植物的提取除了依赖于超积累植物外,往往还 需要各种途径促性植物对放射性元素的的提取。Huang 等【l6】研究表明,有机酸的添加能够促进铀在土壤中的溶 解,从而提高铀在植物体内的积累,其中柠檬酸的促进作 收割地上部分。减容浓缩处理放射性废物的一种技术。 专性植物一般指富集植物或超富集植物,具有忍耐和 超量积累某种放射性核素的能力。万芹方等_l2】通过试 l76 用最强 向铀污染的土壤中添加20 mmol/L的柠檬酸后, 印度芥菜地上部分铀浓度提高了1 000倍。Mihalik等[17-18] 中大量存在的微生物。与植物形成共生关系,在植物吸收 放射性核素中扮演着重要角色。如Lovley等[261用Fe(1lI)Jd ̄ 原细菌Gs215,在一定试验条件下分别从氯化铀酰(c(U) 为1 mmol/L]和醋酸铀酰[c(U1 0.135 mmol/L]的试验液中 还原沥青铀矿,Fe(Ⅲ)还原细菌Gs215从还原过程中获得 生存能:又如,Clostridium sp. 、硫酸盐还原菌 Desulfovibrio desul ̄r c帆s 和D.vulgaris[291同样能够还原U 研究了柠檬酸对向日葵吸附铀的影响,试验同样发现柠 檬酸的添加能够促进向13葵对土壤中铀的吸收,地上部 分的吸收量整整提高8倍。Chang等 】的试验表明,柠檬 酸可促进向日葵、印度芥菜、油菜、可食用性油菜4种农 作物对铀的吸收.并且在添加柠檬酸后,印度芥菜内的含 铀量变化范围高达500~2 200 g,盆,也证实了Huang等 的研究结果. Shahandeh等[2Ol通过改变土壤的种类对29 (VI1,且这些微生物能够从还原过程中获得用于生长的能 量 Rufyikiri等[301的试验研究表明.AM真菌和根的分泌物 会改变U的生物有效性,如AM菌丝上结合的球囊霉素 能固定介质中的U。彭国文等_3】】研究了一种新型的生物修 种植物积累铀的能力进行研究。由于植物种类的不同,29 种植物积累铀的能力不同,大致范围为3.2~24 mg/kg,其 中向日葵和印度芥菜的积累量最高,分别为24.6、21.8 mg,而植物在石灰性土壤中生长比在酸性土壤中对铀的 积累量提高了l0倍左右。Gulati等【211的试验证明,随着植 物的逐步生长,对土壤中铀的积累能力增加,即植物在成 熟期时,对铀的积累能力最大。因此,通过改变土壤性 质、增加添加剂等都是促性植物积累放射性元素的有效 途径。 植物固定是指利用植物根际的一些特殊物质使土壤 中的放射性核素固定在相对区域的一种技术。当大规模 净化及其他原位修复不能实施时,采取植物固定技术可 减缓放射性核素在生物圈的迁移和扩散。对于受到放射 性元素污染而又不适合复垦种植的土壤,植物固定是一 种非常好的选择, .根际过滤是指利用植物根系过滤沉淀水体中放射 性核素的技术,可用于湿地和水体的污染修复。如卡 州萍、金鱼藻和水葫芦可对湿地中的铀元素进行过滤 富集 因而利用根际过滤可净化放射性污染废水, Trivedy等l丑l和Jafari等1231证明风信子是一种修复废水 中放射性元素的超积累植物:SalehI 试验了风信子去 除废水中Cs和C0的百分率约达80%左右。除了风信 子外.Lee等 发现豆科植物和向日葵对废水中放射 性元素铀的修复能力较强,去除率达85%左右。但是 水生植物体积庞大,含水率高,放射性废物后处理十 分繁杂。 2.2.2微生物修复方法 微生物的个体小,有相对大的比 表面积,可以分解转化较污染物。微生物修复的主要机理 是:(1)微生物的吸收作用,微生物的生长除需K、Na、Ca、 Mg等常规元素外,还需要一些具特殊生理功能的微量元 素。(2)微生物的吸附作用,微生物表面(细胞壁和黏液层) 可直接吸附同定放射性核素。如土壤真菌对放射性核素 具有一定的吸附能力,可以利用土壤真菌将放射性核素 固定存表土中,以防地下水污染。野外和实验室试验皆证 实.菌丝町富集核素并最终将核素移至果实体中,可通过 收获果实体来提取放射性核素。(3)微生物转化作用。微 生物影响放射性核素的生物可得性,土壤微生物对环境 中放射性核素的活化与固定起重要作用,菌根菌是土壤 复剂,修饰啤酒酵母菌对铀的吸附性最佳条件为pH值 6.0、吸附时间1.8 h。微生物的修复方法可以有效减少土 壤中的放射性元素,但是易改变土壤的性质,造成土壤的 二次污染 3结语 目前土壤中放射性污染对生态环境和人类生命健康 的威胁已引起人们的高度重视。尽管人们已经采取了一 定的保护和修复措施.但是许多自然生态系统的放射性 污染元素仍然超标。放射性污染土壤的修复方法很多, 只有极少数方法投入使用。而植物修复方法的优点更为 明显,操作简便,价格便宜,适合于大面积受污染土壤的 修复。我们需要寻找更多的超常积累放射性元素的本土 植物。提高修复效率,同时也可以通过微生物和植物结合 的方法更有效地对受污染的土壤进行修复,然而微生物 修复有可能会造成土壤的二次污染,这是我们今后需要 考虑并予以解决的问题.从而使放射性污染土壤得到治 理。 参考文献: [1]张斌,丁新民,段蕴铀.贫铀对机体健康影响的研究进展lJl_中国 预防医学杂志,2011,12(5):448—451. [2】唐世荣,商照荣,宋正国,等.放射性核素污染土壤修复标准的若 干问题『JI.农业环境科学学报,2007,26(2):407—412. [3】董武娟,吴仁海.土壤放射性污染的来源、积累和迁移.云南地理 环境研究【J】.2003,15(2):83-87. 【4】谈树成,薛传东.地球环境中的放射性污染 .云南环境科学, 2001,20(3):7-9. [5】王海洋,黄树明,王晓霞,等.日本福岛第一核电站事故源项及后 果评价『J1.辐射防护通讯,2012,3l(3):7—11. [6】孙赛玉,周青.土壤放射性污染的生态效应及生物修复【Jj.中国生 态农业学报。2008 16(2):523—528. [7】Leoni G L M,Almeida M S S,Fernandes H M.Computational modelling of final covers for uranium mill tailings impoundmentsD].Journal of Hazardous Malerilas,2004,1 10(1):139— 149. 【8] Gavrilescu M,Pavel L V,Cretescu I.Characterization and remediation of soils contaminated with uranium【J].Journal of Hazardous Materilas,2009,163(2—3):475—5t0. [9]Mason C,Turney W,Thomson B,et a1.Carbonate leaching of uranium from contaminated soils[J].Environmental Science& Technology,1997,31(10):2707—271 1. [101 Kulpa J P,Hughes J E.Deployment of chemical extraction soil treatment on uranium contaminated soil[AJ.In:WM’01 Conference,2001. [11]Wild J R,Scozzafava A,Varfolomeyev S D.Perspectives in bioremediation technologies for environmental improvement[A】. in:Proceedings of the NATO Advanced Research Workshop on Biotechnical Remediation of Contmainated Sites,1996. 【12】万芹方,任亚敏,王亮,等.铀污染土壤的植物修复研究[J].化学学 报,201 1,69(15):1780—1788. [13]唐丽,柏云,邓大超,等.修复铀污染土壤超积累植物的筛选及积 累特征研究[J].核技术,2009,32(2):136—141. 【14】徐俊,龚永兵,张倩慈,等.三种植物对铀耐性及土壤中铀吸收积 累差异的研究[J].化学研究与应用,2009,21(3):322—326. [15】郑洁敏,李红艳,牛天新,等.盆栽条件下三种植物对污染土壤中 放射性铯的吸收试验[J】.核农学报,2009,23(1):123—127. [16]Huang J W,Blaylock M J,Kapulnik Y,et a1.Phytoremediation of uranium—contaminated soils:role of organic acids in triggering uranium hyperaccumulation in plants『J].Environmental Science &Technology.1998.32(13):2004-2008. 【17】Mihalik J,Henner P,Frelon S,et a1.Citrate assisted phytoextraction of uranium by sunflowers:study of fluxes in soils and plants and resulting intra-planta distirbution of Fe and U【JJ.Environmental and Experimental Botany,201 1,77(2): 249-258. 【18】Mihalik J'Tlusto s P,SzakovO J.Comparison of willow and sunflower for uranium phytoextraction induced by citirc acid[J]. Journal of Radioanalytiela and Nuclear Chemistry,2010,285(2): 279-285. [19]Chang P,Kim K W,Yoshida S,et a1.Uranium accumulation of crop plants enhanced by citric acid叨.Environmental Geochemistry and Health,2005,27(5):529—538. [20]Shahandeh H,Hossner L.Role of soil properties in 177 phytoaccumulation of uranium[J].Water,Air,&Soil Pollution, 2002,141(1):165—180. [21】Gulati K,Oswal M,Nagpaul K.Assimilation of uranium by wheat and tomato plants[J].Plant and Soil,1980,55(1):55-59. [22]Trivedy R K.Use of aquatic plants in waste water treatment 【AJ.In:Low Cost Wastewater Treatment Technologies[M].Jaipur: ABD Publishers,2001. [23】Jafari N G,Trivedy R K.Environmental pollution control by using phytoremediation technology[J].Pollution Research,2005, 24f41:875-884. [24】Saleh H.Water hyacinth for phytoremediati0n of radioactive waste simulate contaminated with cesium and cobalt radionuclides f J1.Nuclear Engineering and Design,201 1,242:425- 432. [25】Lee M,Yang M.Rhizofihration using sunflower(Helianthus 6hrtnlzlxs L.)and bean(Phaseolus vulgaris L.var.vulgaris)to remediate uranium contaminated groundwater[J1.Journal of Hazardous Materials,2010,173(1):589—596. 【26]Lovely D R,Phillips E J,Gorby Y A,et a1.Urabuyn trabsformations in static microcosms[J].Nature,1991,350:413-416. [27】Francis A J.Bioremediation of uranium contaminated soil and waste[J].Alloys Compounds,1994,213/214:226-231 [28】Lovely D R,Phillips E J.Isolation,characterization,and U(V1)- reducing potential of a facultatively anaerobic,acid-resistant bacterium rfom low-pH,nitrate-and U(VI)-contaminated subsurface sediment and descirption of slamonella subterranean sp.nov[J]. Appl Environ Microbiol,1992,58:850-856 [29]Lovely D R,Phillips E J.Microbila reduction of metals and radionuclides[J].Appl Environ Microbila,1994,60:726-728 [30]Rufyikiri Thiyr Y,Wang L et a1.Uranium uptake and translocation by the arbuseular myeorrhizal fungus Glomus intraradices under root orga9 culture conditions叨.New Phytologist, 2002,156:275—281. [31]彭国文,丁德馨,胡南,等.化学修饰啤酒酵母菌对铀的吸附特性[J]. 化工学报。201 1。62(1 1):3201—3206. 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容

Copyright © 2019- dfix.cn 版权所有 湘ICP备2024080961号-1

违法及侵权请联系:TEL:199 1889 7713 E-MAIL:2724546146@qq.com

本站由北京市万商天勤律师事务所王兴未律师提供法律服务