Investigación sobre la contaminación del suelo por cadmio y cuestiones relacionadas
El cadmio es una de las fuentes importantes de contaminación por metales pesados en el suelo. Es altamente tóxico y tiene propiedades químicas cercanas al zinc. Es estable, acumulado y difícil de eliminar. la cadena alimentaria y supone una amenaza para los seres humanos. El estrés adverso en múltiples niveles del entorno vital provoca graves daños a la salud humana, la salud de los animales y las plantas y el entorno ecológico circundante. La Agencia Internacional para la Investigación del Cáncer (IARC) clasifica el cadmio y sus compuestos como sustancias "cancerígenas para los seres humanos" de categoría I.
Fuentes de cadmio en el suelo
Cuando el contenido de Cd en un suelo agrícola supera los 1,0 mg/kg, lo consideramos contaminado. Existen muchas fuentes de contaminación del suelo por cadmio, que se pueden dividir en fuentes naturales y fuentes antropogénicas. Las fuentes naturales se refieren principalmente al material original del suelo, como el mineral de sulfuro de cadmio, el mineral de sulfuro de cadmio, etc. Las fuentes antropogénicas incluyen principalmente la minería, la fundición, la aplicación de fertilizantes, el riego con aguas residuales, la deposición atmosférica, la basura urbana, etc. La minería y la fundición son las principales fuentes industriales de emisiones de cadmio y afectan al medio ambiente en forma de "tres desechos". El cadmio en los gases residuales industriales va acompañado de la difusión de polvo y ingresa al suelo en forma de lluvia y sedimentación natural. en las aguas residuales industriales riega las tierras agrícolas a través de las aguas residuales. El uso prolongado de fertilizantes fosfatados y grandes cantidades de fertilizantes orgánicos aumentará el contenido de cadmio en el suelo. Los fertilizantes que contienen cadmio son principalmente fertilizantes fosfatados y algunos desechos domésticos que contienen cadmio. Además, las emisiones de escape de los vehículos pueden provocar contaminación por metales pesados en el suelo a ambos lados de la carretera.
Mecanismo de migración y enriquecimiento del cadmio en el suelo.
1. Estado de existencia del cadmio. El cadmio existe en dos estados: soluble en agua e insoluble en el suelo. Diferentes formas de contaminantes tienen diferentes comportamientos ambientales y efectos biológicos. El cadmio soluble en agua existe principalmente en estado iónico o estado complejo y es fácilmente absorbido por los cultivos. El cadmio insoluble puede existir en las partículas del suelo en estado de intercambio (intercambio de arcilla e intercambio de humus), estado de precipitación química y estado quelado insoluble, y es No es fácilmente absorbido por los cultivos. El cadmio soluble en agua y el cadmio no soluble en agua en el suelo pueden transformarse entre sí bajo ciertas condiciones. Los principales factores que influyen son el pH del suelo, las condiciones de oxidación-reducción y el contenido de carbonato.
2. Migración y transformación del cadmio. Debido a la fuerte adsorción del suelo, el cadmio rara vez migra hacia abajo y se acumula en la superficie del suelo. Bajo la influencia de la precipitación, la parte soluble del cadmio en la superficie del suelo puede migrar horizontalmente con el flujo de agua y entrar en la interfaz del suelo y en los ríos o lagos cercanos, provocando contaminación secundaria.
3. Factores que afectan a la actividad del cadmio en el suelo. Hay muchos factores que afectan la transformación del cadmio en el suelo, como el valor del pH, las condiciones redox del suelo, etc. A medida que aumenta el valor del pH, disminuye la solubilidad del cadmio. Las condiciones redox del suelo están estrechamente relacionadas con la actividad del cadmio. La tierra seca está bien ventilada. En los arrozales, existe una correlación positiva entre los cultivos y el contenido de cadmio en condiciones reductoras. se combina con Cd2 para formar CdS insoluble, que inhibe la producción de Cd2. La migración y absorción de Cd2 por los cultivos inhiben la actividad del cadmio en el suelo. Además, la composición de la arcilla del suelo, el contenido de materia orgánica y el contenido de PO43 pueden afectar la capacidad de migración del cadmio. Entre ellos, el valor del pH es el principal factor que afecta la solubilidad del Cd2 y la razón principal por la que las plantas absorben Cd2. Si no se consideran otras reacciones, se puede escribir la siguiente ecuación de reacción de equilibrio:
La ecuación anterior muestra que la concentración teórica de Cd2 disminuye a medida que aumenta el valor del pH del suelo.
Remediación de la contaminación por cadmio del suelo
El principio del control de la contaminación por cadmio del suelo es "primero la prevención, combinada con prevención y control". Los medios específicos son los siguientes:
1. Reparación física. Los métodos de remediación física incluyen la mejora del suelo, la lixiviación del suelo, la remediación termodinámica, la remediación electrodinámica, etc. El método más utilizado en la actualidad es el método de mejora del suelo que incluye la remoción del suelo, el reemplazo del suelo, la remoción de la capa superior del suelo, el arado profundo y el arado del suelo, etc. . El método de lixiviación del suelo utiliza eluyente para transferir el cadmio de la fase sólida del suelo a la fase líquida y luego recicla las aguas residuales ricas en cadmio. Actualmente, la solución de lixiviación del suelo incluye ácidos orgánicos o inorgánicos, álcalis, sales y agentes quelantes. esperar. El método de remediación termodinámica utiliza voltaje de frecuencia variable de alto voltaje para generar ondas electromagnéticas y generar energía térmica para calentar el suelo, de modo que los contaminantes se disuelvan a partir de las partículas del suelo.
El método de remediación electrodinámica se refiere a insertar un par de electrodos en el suelo contaminado y pasar corriente continua de baja intensidad, de modo que los iones de cadmio en el suelo se muevan direccionalmente bajo la acción del campo eléctrico y se enriquezcan cerca de los electrodos, logrando así el propósito. de eliminar el cadmio.
2. Reparación química. Es una tecnología de remediación que aplica agentes de remediación química al suelo y reacciona con contaminantes de cadmio para reducir la solubilidad en agua, la difusibilidad y la eficacia biológica de los contaminantes de cadmio del suelo. Los métodos de remediación química se desarrollaron anteriormente y son relativamente maduros y efectivos. Incluyen principalmente: tecnología de lixiviación química, tecnología de remediación de oxidación química, tecnología de mejora del rendimiento del suelo, etc. En la actualidad, el método ampliamente utilizado es aplicar enmiendas, como fosfatos, silicatos, zeolitas y bentonita, para reducir significativamente la biodisponibilidad del cadmio en el suelo cambiando el pH del suelo, la precipitación, la adsorción, el intercambio iónico, la complejación y otras reacciones químicas. . efectividad. Los estudios han encontrado que cuando se aplicó dihidrógenofosfato de amonio para remediar suelos contaminados con cadmio en áreas mineras, la concentración efectiva de cadmio se redujo en 94,6.
3. Fitorremediación. La fitorremediación es de bajo costo, requiere menos mano de obra, tiene una alta eficiencia de tratamiento, no produce contaminación secundaria y puede reciclar metales fácilmente. La fitorremediación se refiere al uso de la absorción, volatilización, transformación y degradación de las plantas y sus sistemas microbianos de la rizosfera para eliminar contaminantes del suelo. Incluye principalmente dos aspectos: primero, el uso de algunas plantas hiperacumuladoras para absorber, fijar y fijar. Contaminantes. Transformación y acumulación. Los resultados de las pruebas de cultivo en invernadero muestran que el mayor contenido de cadmio en las raíces y hojas de mostaza india puede alcanzar 300 mg/kg y 160 mg/kg. Además, las plantas con fuerte tolerancia al cadmio y capacidades de enriquecimiento incluyen el helecho canino, el girasol, etc. El segundo es proporcionar condiciones propicias para la remediación microbiana y promover la biodegradación y la inocuidad. Yan Li y otros descubrieron que después de plantar ramio en suelo contaminado con cadmio, la cantidad de microorganismos viables del suelo aumentó significativamente. El mayor aumento en la cantidad de bacterias viables del suelo fue de 1,33 veces y el mayor aumento de hongos del suelo fue de 2,42 veces. El ramio en suelos contaminados con cadmio puede aumentar el contenido de materia orgánica del suelo, reducir significativamente el contenido de cadmio en el suelo y desempeñar un papel en la reparación de la contaminación por cadmio del suelo.
4. Biorremediación. La biorremediación incluye la remediación microbiana y la remediación animal. Los mecanismos de reparación microbiana incluyen el metabolismo celular, la absorción, la precipitación y las reacciones redox. Liu Hongjuan et al. descubrieron que el Bacillus cereus RC que estudiaron podía crecer bien en una placa de medio sólido con una concentración de cadmio de 200 mg/L, lo que indica que la cepa tiene una fuerte resistencia al cadmio. La remediación animal se refiere a un método que utiliza las actividades metabólicas de ciertos animales inferiores en el suelo para reducir la proporción de metales pesados en el suelo contaminado. Por ejemplo, Ramseier et al. descubrieron que las lombrices de tierra tienen una gran capacidad de enriquecimiento de cadmio cuando la concentración de cadmio en el suelo es de 3 mg/kg, la cantidad de enriquecimiento de cadmio de las lombrices puede alcanzar los 120 mg/kg. Sin embargo, dado que el crecimiento de los animales inferiores está severamente restringido por factores ambientales y de otro tipo, la aplicación práctica de esta tecnología ha estado sujeta a ciertas limitaciones.