修复农药污染土壤综述

原文作者：E.Morillo, J.Vilaverde 单位:Institute of Natural Resources and Agrobiology of Seville(IRNAS-CSIC)

图解摘要：

摘要：土壤中农药的出现已成为一个非常重要的环境问题，由于世界范围内农药的大量使用和缺乏经过全面测试的修复技术，这就增加了这一问题。本文综述的目的是概述近年来真正研究或开发的受杀虫剂污染土壤的修复技术。根据去污过程的性质，这些技术被分为三类：遏制-固定化、分离或破坏。该审查包括对新兴技术的现状及其优势、局限性和农药处理的一些考虑。在大多数情况下，新兴技术，例如那些基于氧化还原或生物修复的技术，可以纳入现有技术，以提高其性能或克服限制。新兴技术仍然需要采取研究和开发行动，使它们得到全面实施。

关键词：杀虫剂；土壤污染；修复技术；农药的可用性

内容

1.基础、历史和一般概述

2.土壤农药修复技术

2.1.安全固定技术

2.1.1.安全壳技术

2.1.2.固定化技术

2.2.分离技术

2.2.1.洗土

2.2.2.土壤冲洗

2.3.污染物销毁技术

2.3.1.化学修复

2.3.2.生物修复

2.4.经济分析

3.结论

致谢

参考文献

1.基础、历史和一般概述

农业生产在过去几十年里急剧增加，以确保以令人眩晕的速度增长的人口的粮食供应。随着农药使用的增加，农业生产有可能大大提高，农药已成为现代农业的重要组成部分。虽然杀虫剂的使用是一种古老的做法，但它们的发展和使用在第二次世界大战后急剧增加(Gavrilescu, 2005)。根据美国环境保护署的定义，杀虫剂是指用于防止、破坏、排斥或减轻任何害虫（昆虫、老鼠和其他动物、有害的植物（杂草）或微生物）的任何物质或物质的混合物。农药虽然是现代农业的重要方面，但过度和持续使用会破坏农田，造成严重的土壤污染，土壤质量和环境恶化。在农业中使用的大部分农药从未达到其目标生物体(Niti et al.，2013)。它们被分散在土壤、水和空气中，并在供人类食用的食物中被检测到。土壤施用农药的酯酶，其残留物和代谢物可在土壤中以不可接受的高水平积累。杀虫剂对环境和公众健康的潜在影响现在已得到政府和公众的承认。修复受污染的土壤以保护人类健康和实现可持续发展已成为一个理想的目标(Cheng et al.，2016)。

1995年，联合国环境规划署理事会只确认了12种持久性有机污染物(POPs)，因为它们对环境和人类健康产生了不利影响。全球对这些有毒化合物实施了禁令，要求采取措施消除或减少这些持久化有机污染物在环境中的释放。其中8种为杀虫剂（灭菌剂、七氯、毒素、毒素、毒素、氯丹、染料和滴滴涕），其中一种为杀菌剂(六氯苯、HCB)，其余为二恶英（部分为农药生产的副产品）、多氯联苯和多氯联苯。作为持久性有机污染物，这些农药在环境中持续存在很长时间，有毒，并在食物链中具有生物活性(Ali et al.，2014)。《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》的签署已于2004年5月生效。在这一公约中，之前的清单在2009年扩大到包括新的持久性有机污染物，其中包括五种其他有机氯杀虫剂：氯十酮、林丹、alpha; and beta;-六氯环己烷和五氯二茂烯。2011年纳入了亚砜。这使我们认识到开发技术以修复土壤、地下水和含水层等农药污染场所的重要性，尽管目前的审查将只集中在土壤上。

2.土壤农药修复技术

由于大多数受农药污染的土壤含有不同化合物的复杂混合物，而不是单一污染物，它们的修复可能是一个复杂的过程。在农业中使用的大多数农药都是有机化合物，因此，只有它们的修复剂将在本章中进行讨论。至于其他有机污染物，处理农药污染土壤的技术可分为两类：遏制-固定化或处理，以及处理技术可分为两类：分离和破坏。

为了减少、消除、分离或稳定一种杀虫剂，土壤修复技术使用物理、化学或生物过程。适当技术的选择取决于几个因素，如场地特征和污染（准时或扩散）、要去除的农药的浓度和类型，以及受污染介质的最终使用(Gavrilescu，2009)。

根据所采用的技术，土壤修复技术可采用三种方式（Caliman et al.，2011）：（一）现场采用修复方法，不开挖土壤，污染物在污染发生处进行处理；（二）现场开挖污染土，现场处理，返回原位；（三）异地开挖污染土运至其他地点进行处理。

有机农药的修复可以使用为其他具有类似特征的有机污染物开发的任何技术(Castelo-Grande et al.，2010)；然而，事实上，由于这些化合物污染的土壤涉及的特殊情况，只有一些特定的技术被真正研究和/或开发了农药修复的技术。它们在大多数土壤中的污染是由于弥漫性污染，必须以不同于点源污染土壤的方式进行处理。另一方面，必须保持农业土壤的特性，而用于纠正工业污染土壤的积极技术也不能用于农业土壤。因此，本手稿的目的是实现过去几年关于鼠疫净化土壤修复的文献，因此，收集的大部分参考文献是过去十年的，几乎都只涉及农药。

2.1.安全固定技术

2.1.1.安全壳技术

土壤中的农药污染不仅可能来自农业过程，也可能来自农药和废物的制造、处理、不当储存和处理。特别是，有机氯农药(OCPs)的环境污染在世界范围内广泛存在，因为随着《斯德哥尔摩公约》的签署，许多靠近城市的OCP生产工厂被废弃(Gałuszkaa et al.，2011)。这些受污染的地点大多对环境构成威胁，并面临紧急的土地利用转换（Li et al.，2008；Yang et al.，2010；Ye et al.，2013）。由于这类农药的特殊特性，重新使用在ocp所在的土壤中进行宏观规模的调解工作制造或处置它们的废物是基于集装箱固定化技术的。这些技术包括场地内外的挖掘和填埋，封顶以限制入渗和浸出，以及用以限制横向羽流迁移的路基屏障，并包括清除或隔离的工程技术污染的来源。屏障过去可以用吸附剂进行修正，如碳质材料或富有机土壤，以额外结合污染物(Younas et al.,2013).

这是土壤中被农药林丹和滴滴涕及其代谢物和异构体污染的情况。六氯环己烷(HCH)及其gamma;异构体（林丹）是目前最广泛使用的有机氯农药之一，产生了世界上最大的POP库存，估计有400-700万吨废物(Vijgen et al., 2011; Fernaacute;ndez et al., 2013)。尽管建造了密封水泥或混凝土墙以防止污染物的释放(Weber and Varbober，2013)，但在许多情况下，在地下水和周围土壤中检测到污染物的痕迹(Usmanetal.，2014)。例如，在德国汉堡的HCH/林丹垃圾填埋场上沉积了一个多层垃圾填埋场覆盖系统，以覆盖和“固定”危险废物(Gotz et al.，2013)，但从垃圾填埋场的浸出仍然对地下水构成威胁。由于食物链和生态系统受到污染的风险，这种处理做法是不可持续的。由于这些持久性有机污染物将在垃圾填埋场持续几十年甚至几个世纪。在这些较长的时间内，垃圾填埋系统可能会退化，从而造成向环境释放大量污染物的风险。当这种情况发生时，对废物和相关的污染土壤进行挖掘和对场地进行修复，对污染物废物的最终破坏经常在管理良好的焚烧炉中进行(Lysychenko et al.，2015)，这只有在高度工业化国家才有可能。

这些遏制过程被认为是一种废物处理方式，因为没有达到对污染场地的重新修复，这只是一个临时的解决方案。尽管如此，它们仍然具有很大的适用性，因为它们似乎是这种高度污染的土壤的唯一可能性。其中一种娱乐封装技术是完全令人满意的(Bini，2009)，需要对这些废物处置库存进行持续的监测和仔细的监督。如今，即使在工业国家，管理和控制持久性有机污染物库存的监管框架，特别是农药库存，并不总是有效和适当的实施，这在发展中国家仍然是一个更广泛的问题(Weberetal.，2015)。

2.1.2.固定技术

目前去除土壤污染的修复方法涉及去除和处理大量污染土壤是昂贵和耗时的。这些方法并不适用于农业领域，因为它们可能会导致土壤侵蚀、肥力损失或养分浸出等问题。因此，对于大面积的污染，需要采取经济经济的补救方法来降低风险，并满足保护环境和生态健康的要求。这些风险可以通过降低污染物的生物利用度来减轻，从而可以保留更高的污染物质量，减少对更昂贵的修复行动的需要(Centrofanti et al.，2016年)。吸附剂修正剂污染土壤的原位应用是农药污染土壤修复的一种新的、经济有效的替代方法。

吸附是农药与土壤接触时发生的第一个过程，影响其他过程，如淋出、生物利用度或对非目标生物的毒性(Villaverde et al.，2009)。有机修正剂通常被用作一种固定化技术。 Khorram et al. （2016），有机改良剂的使用降低了生物利用度，不仅是由于农药的结合减少了它们向水资源和生物体的流动性，还因为提供的营养物质促进植物生长和促进生态恢复。一般来说，使用来自生物物质的碳质物质(CM)，因为它们在应用于土壤之前需要最小的处理。

碳质物质，通常被称为“黑碳”，是由化石燃料和植被的不完全燃烧而产生的由于其对微生物和化学降解的稳定性，构成了一个重要的碳汇。当从生物来源产生并添加到土壤中时，CM通常被称为“生物炭”(Kupryianchyk et al.，2016)。在土壤和沉积物中添加生物炭和其他CM增强了疏水有机化合物(HOC)的吸附，在控制有机污染物的运输和生物利用度方面发挥着重要作用。污染物的隔离取决于CM分子（碳化和非碳化组分）和结构（表面、孔隙和体性质）特性，而这些特性又取决于CM起始材料和热解条件(Khorram et al,2016).

生物炭是一种富含碳的固体，由农业作物的残留物、木材或废物组成，在没有氧气的情况下通过热解法制成。虽然生物炭主要是作为固碳、减少温室气体排放和改善土壤肥力（Diez et al，2013），但其降低农药生物利用度的能力引起了人们的注意（Martin et al，2012；Mukherjee et al., 2016）。近年来，关于这一问题的研究有所增加（表1）。研究了生物炭对阿特拉津、特丁噻嗪、甲烷嘧啶或苯他酮等农药吸附和消散的影响（Cao et al，2009；Wang et al，2010；Yu et al，2009；Cabrera et al.，2014）。当使用生物炭作为修正时(Yuetal.，2011)，已证明农药对土壤的不可逆吸附，原因是生物炭微孔、表面特异性吸附和分解成凝聚结构。

Sopena et al.。（2012）报道，经生物炭改性的土的吸附能力是未改性的土壤的5倍。Cabrera et al.（2011）观察到，在不同原料的部分生物炭添加2%(w/w)的土壤中，氟脲和MCPA的吸附显著增加。使用木球的吸附尤其增加(氟隆约为30倍，MCPA高达50倍)。然而，作者观察到，用含有可溶性有机化合物的生物炭修饰后，两种除草剂的浸出效果都增强了。Martin et al.,（2012）还观察到，土壤中生物炭的老化降低了它们的吸附能力。在32个月的时间里，含老化生物炭的土壤表现出与对照土壤相似的吸附-解吸特性，而新改良的土壤显示出除草剂吸附增加，且解吸滞后较高。

利用各种来源的有机绿色废物和堆肥作为土壤改良剂以保留农药的土地管理也有所增加。这种做法被认为是一种提高土壤肥力和有机质的生态方法，防止因吸附增加农药固定而导致径流或浸出造成农药损失，同时允许处理此类废物。此外，对土壤生化特性和微生物参数产生了有益的影响，加速了农药在土壤中的消散(Garcia-Jaramillo et al.，2016)。Lopez-Pineiro et al.,（2013）研究了新鲜堆肥和老化橄榄磨废料改良的土壤中MCPA的吸附和降解，发现废物的数量和成熟度越大，MCPA的保留量越大。

然而，他们也观察到，如果修正案没有老化或堆肥，MCPA可能很容易被解吸。 Garciacute;a-Jaramillo et al. et al.,也使用了橄榄油生产中不同的有机残留物。（2014）评价其对三环唑和苯并酮的浸出和固定化的影响。在改良土壤中的任何渗滤液中均未检测到三克拉唑。结果认为，修正案对溶解有机物的吸附改变了土壤表面的理化性质。Centofanti et al.（2016）使用生物固体堆肥和老化的乳粪改良剂，以减轻旧果园土壤中老化的滴滴涕、DDE和狄氏素残留的风险。添加废料“废蘑菇基质”(SMS)也是一种很有前途的策略，可优化农药固定化和减轻水污染(Marin-Benito et al.，2009,2013; Aacute;lvarez-Martiacute;n et al.，2016）。

生物炭和有机绿色废物和堆肥已被证明是固定农药的良好物理化学方法，但它们可以作为一种新的污染源。考虑到它们可能会因老化而改变，保留的农药的环境命运应该多年来进行测试。在生物炭的情况下，其特点不同使用不同的生物质材料和热解条件，重要的是检查之前如果任何特定的生物炭可能适合修复目的及其应用速率和频率的生物炭修正案达到最佳的补救。迄今为止，从表1中可以看出，生物炭和有机绿色废弃物在污染土壤修复中的应用主要是在实验室、温室或小小区实验中进行的。在实施操作规模的补救项目之前，需要进行大规模的实地试验。

2.2.分离技术

许多农药污染土壤的修复往往受到其持久性和顽固性的限制，减少了其可用不同破坏方法处理的可用性。在这种情况下，污染物必须从宿主介质中去除。

2.2.1.洗土 剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

英语原文共 22 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[597803]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word