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    按照中国地质调查局党组的要求,为了更好完成二级项目科技创新目标,拓展调查研究思路,使二级项目布署的各项工作顺利落地,2016年4月21-27日,中国地质科学院岩溶地质研究所《红水河流域1:5万水文地质环境地质调查》项目组一行5人,与中国地质大学(北京)资源环境学院5名专家,就红水河流域岩溶内涝区地下河污染问题开展实地调研。

    在调研过程中,双方就红水河流域岩溶内涝区典型地下河污染问题进行了热烈的讨论,并认识到季节性污染是内涝区地下河污染的一个典型特征,有机抗生素等新型污染物污染成为内涝区地下河一个新的污染态势。红水河的二级流域—格香河流域人类活动频繁,地质环境复杂,自然环境恶劣,内涝区地下河污染问题尤为突出。由于地下河水水质的好坏关系到流域内人民群众的饮水安全问题和区域经济可持续发展,污染治理与保护已成为迫在眉睫的现实任务。针对流域内岩溶洼地内涝所带来的地下河季节性污染问题,双方交换了看法,对流域内典型地段进行了现场踏勘,最终在内涝区污染调查方法、新型有机污染物研究思路等方面取得了共识,为项目的深入开展打下了扎实的基础。

    白龙洞地下河踏勘

    岩溶所与中国地质大学(北京)就岩溶内涝区地下河污染...

    地调局实验测试中心第49个世界地球日主题活动于4月22日正式拉开帷幕。实验测试中心精心制作的科普展板,内容涵盖“什么是可燃冰?”、“神秘的瑰丽世界—显微镜下的生油物质和石油”、“地质环境与人体健康”、“被滥用的抗生素”、“重金属污染与修复”、“超富集植物对重金属的吸收富集和解毒作用”、“极端环境中的微生物”。展板内容深入浅出,富有趣味性,向社会公众介绍实验测试中心在生态环境地球化学等领域研究成果的同时,也达到了普及、传播科学知识的目的。

    4月23日下午举办了主题宣传活动周报告会暨2018年第一期青年沙龙,6名青年科技人员围绕自然环境和资源,针对土壤有机污染、重金属元素形态和毒性、人体健康、常规及非常规油气资源等作了学术报告,现场交流气氛热烈。活动周期间,实验测试中心还对社会公众开放了包括部生态地球化学重点实验室、局微区与形态分析重点实验室、有机实验室、无机实验室、油气地球化学实验室在内的6个实验室,结合实验测试中心各类优势装备在实际科研及检测工作中的应用,向公众宣传和普及地学、环境科学相关知识。

    通过地球日活动的开展,以期达到研究成果回馈社会的目的,引起社会公众对于资源及环境的重视。

    实验测试中心举办第49个世界地球日主题宣传活动

     

     

     

     

    “部分地区耕地重金属超标态势仍然比较严峻。在调查区13.86亿亩的耕地中,重金属超标的点位比例占到了8.2%,主要分布在南方。” 6月25日全国土地日当天,中国地质调查局发布《中国耕地地球化学调查报告(2015年)》,再次为中国的土壤污染问题敲响警钟。

     

    土壤危机,是土地危机,也是农业危机,“向土壤污染宣战”直接关系到人民身体健康和国家经济安全,这也大大催生了各类污染治理和修复技术,催生了相关产业的发展和繁荣。

     

    土地日宣传周期间,记者来到位于北京西北郊区的国土资源部生态地球化学重点实验室——国家地质实验测试中心生态地球化学研究室,与多位常年从事土壤污染调查、评价、修复的地质科技人员,面对面地谈起了人们高度关注的土壤污染修复问题。

     

      本报记者:周飞飞

     

    特邀专家:刘晓端 杨永亮 谭科艳 黄园英 刘斯文

     

      土地日专家访谈

    观点1

    具有“廉价、高效、管理简单、无二次污染”等特点的地球化学工程技术,是当前重要且极具应用前景的土壤修复手段。

    记者:随着我国城市化、工业化和农业集约化的快速发展,大量污染物通过各种途径进入土壤环境,导致土壤污染问题越来越严重。那么,按照污染物的来源,我国土壤污染有哪些类别?您觉得最重要的污染源是什么?

    刘晓端:从污染物种类来看,类型大致可分为有机污染、无机污染及两者均存在的复合污染,其中有机污染物主要有多环芳烃(PAHs)、六六六和滴滴涕等有机氯农药、灭蚁灵等杀虫剂、挥发性有机物和半挥发性有机物石油类物质等,而无机污染物主要是砷、铅、镉、铬、锌、镍、汞、铜等各类元素。

    刚刚发布的《中国耕地地球化学调查报告(2015年)》显示,我国耕地重金属超标与地质作用过程密切相关,而人类活动则是造成或加剧重金属超标的重要原因。采矿、冶金、电镀等工矿企业“三废”排放,以及农业生产中污水灌溉、化肥的不合理使用、畜禽养殖等人类活动造成或加剧了局部地区耕地重金属污染。

    近几年,我们实验室一直在应用地球化学工程技术,针对金属矿山进行水土污染方面的研究。

    记者:地球化学工程技术与其他修复技术相比,有着怎样的特色?

    刘晓端:我国的土壤污染类型多样,呈现出新老污染物并存、无机有机复合污染的局面。既有重金属、农药、抗生素和持久性有机物等污染,又有放射性、病原菌等污染类型。土壤污染途径多,原因复杂,控制难度大。污染类型多样化和污染原因复杂化导致土壤污染修复工作难度增大。

    采取何种有效可行的污染治理措施,是我国目前土壤污染修复治理的关键和亟待解决的问题。

    污染土壤修复是指利用物理、化学和生物的方法转移、吸收、降解和转化土壤中的污染物,使其浓度降低到可接受水平,或将有毒有害的污染物转化为无害的物质。大致可分为物理、化学和生物3种方法。

    土壤重金属污染传统的治理通常采用物理、化学的方法,如客土换土法、淋滤法、吸附固定法、热处理法、络合浸提法、氧化还原法、电化学法等。虽然这些方法治理效果较好,历时较短,但往往投资大,难以管理,易造成二次污染。

    与传统方法相比,生物修复技术具有成本低、来源广、无二次污染的特点,尤其适用于低浓度重金属的去除。目前,生物修复技术的主体主要包括植物、动物、微生物。其中应用较为广泛、治理效果显著的是植物修复和微生物修复。

    地球化学工程技术,是应用地球化学的原理,通过人工制造的某些地球化学作用或利用地球化学原理制造的产品,实现环境污染治理与管理的途径、方法和技术。地球化学工程技术中常会应用非金属材料作为污染土壤修复的材料,其主要环境技术包括稀释/浓缩、分解/中和、隔离作用和固化作用。这种方法尽可能地不干扰自然界, 依靠元素自然循环来去除有关的化学元素。

    记者:近年来,国家地质实验测试中心生态地球化学研究室针对不同生态系统和不同污染物的环境污染控制和修复技术开展了多项研究,应用的都是地球化学工程技术手段吗?效果怎样?

    黄园英:我们利用地球化学工程技术原理,筛选出了同时对多种重金属具有很好去除效果的矿物材料,建立了对复合重金属污染水体具有特征吸附和固定作用的处理系统,从而阻断了重金属污染元素向生态链的运移。

    与传统物理、化学和生物技术相区别,基于地球化学原理和技术,提出的低成本建造、低成本运行、快速、高效、简单的重金属污染环境的地球化学工程技术,迎合了时代发展对环保技术“廉价、高效、管理简单、无二次污染”的需求。我们已建立的示范工程运行监测数据进一步表明,以黏土矿物作为反应材料对酸性矿山废水中的重金属离子去除是非常有效的,水处理成本约为0.55元/吨,非常适合今后在工程上大规模推广应用。

    刘晓端:我们的目标是,逐步建立基于地球化学工程技术的水、土环境污染控制和修复技术体系和示范基地,强化已有技术方法的推广应用,推动技术方法的产业化进程。

    观点2

    不一定要把土壤中的污染物提取出来,可以通过对土壤中的重金属元素进行吸附、固定、隔离,设置地球化学障,阻断污染元素向生态链的运移。

    记者:国土资源部生态地球化学重点实验室是什么时候成立的?有关土壤污染修复的项目是什么时候开始出现且多起来的?

    刘晓端:重点实验室的前身国家地质实验测试中心生态地球化学研究室,成立于1993年。20多年来,承担了一系列国家、部门重大环境地球化学研究项目,如获国家科学技术进步二等奖的“区域地球化学与农业和健康”、获国土资源科技进步二等奖的“人体硒缺乏与过剩的地球化学特征及其预测”、获国土资源科技进步一等奖的973项目“首都北京及周边地区大气、水、土环境污染机理与调控原理”,以及“地质体对水资源保障的双重作用及其应用”、“典型地区土壤污染演化及安全预警系统研究”、“东北重工业城市地球化学环境生态安全监测与修复治理的技术研究”等。

    中国开展土壤污染修复项目始于1995年,当时采用的是生物修复的方法。我们大约是在本世纪初开始进入污染土壤和水体的环境控制与地球化学修复技术研究领域的。由于国家越来越重视,这几年我们这方面的项目越来越多,如,“我国典型矿山环境污染评价与修复技术研究”、“金属矿山环境污染机理和防治研究”、“纳米铁用于饮用水中砷的有效去除技术研究”、“农田土壤中典型持久性有机污染物的降解与修复”等。通过这些项目的实施,我们在环境重金属污染修复领域获得了许多重要进展和成果。

    记者:请简单讲一下地球化学工程技术修复受污染土壤的思路。

    刘晓端:近10年来,实验室依托《金属矿山重金属污染土壤的地球化学工程控制修复技术开发与示范》、《生态地球化学环境与修复技术研究》,以及多个有关矿山重金属污染控制与修复技术的示范项目。

    我们的整体思路是:依据地球化学原理,充分利用地质体或自然介质的作用,通过对修复材料、修复工艺和控制技术中的关键问题的研究,建立具有对重金属元素有特征吸附、固定、隔离作用的地球化学障,阻断污染元素向生态链的运移,从而保障农作物的健康。这也说明,改善土壤环境质量不一定非要把重金属元素等“毒素”运移出来,只要把它们固化在土壤内,阻止它们进入食物链,就能保障人们的餐桌安全。

    记者:能否具体讲讲有关土壤修复示范区的情况?

    刘晓端:在安徽某铜矿的尾矿坝附近,我们建立了一个重金属污染土壤修复示范区,选用一种或几种黏土矿物,结合一定的环境条件控制技术,对重金属元素进行吸附,使重金属超标土壤上种植的超标蔬菜中的重金属含量达到《食品中污染物限量标准》。如今,该研究成果已经成功用于江西某铅锌矿冶炼厂重金属污染山体的修复,使寸草不生的酸化和多金属污染土壤得以恢复种植功能,山体复绿。

    杨永亮:我们在沈阳进行东北重工业城市地球化学环境生态安全监测与修复治理技术研究时,针对污染地区建立了水—土—植物生态保护与治理技术应用示范点。

    开展了土壤重金属污染修复方法的研究和饮用地下水中重金属离子的去除技术的研究,最终形成了磷酸盐岩化学固定法对铅、锌、镉的土壤污染治理技术,以及纳米铁材料修复浅层地下水和对深层饮用地下水中的重金属元素的取出技术,获得了非常好的效果。修复后土壤上长出的多种蔬菜,原土中所含的多种重金属元素均未超标,可以放心食用。这一成果受到当地农民的肯定和欢迎。

    刘斯文:在赣南地区,我们建立了离子型稀土矿山的环境修复示范区,将地球化学工程技术用于离子型稀土矿山环境污染的控制与修复,即通过在注液坑中设置地球化学障,改善坑内土壤环境,阻止污染物的迁移,保证植物的生长条件,为矿山复绿提供了基本保证。

    稀土矿山污染土壤的修复分为四步:一是通过添加自然黏土矿物,调整土壤地球化学属性,同时,筛选修复植被;二是调整修复场地的土壤地球化学属性,将调整后的好土壤装入生态袋中,利用柔性结构技术将生态袋固定在修复场地上,形成护坡,并在生态袋上进行植被喷播;三是利用地球化学障技术阻断污染,改善土壤环境,并尝试种植林木;四是长期监测修复效果。

    地质工作者在稀土矿区污染土壤的修复实践证明:土壤修复有效地改善了局部土壤地球化学环境,防止了水土流失,降低了潜在生态风险的强度。

    观点3

    自然环境是相互联系、相互作用的整体,解决土壤污染问题不能就土论土。

    黄园英:在江西某铜矿附近,我们建设了酸性矿山废水重金属污染治理示范工程,以对大坞河流域土壤影响最大的重金属污染源——酸性矿山废水为研究对象,利用地球化学工程技术,分别对酸性矿山废水和土壤中重金属污染治理进行了研究,筛选出水体和土壤中重金属修复材料,形成了一整套重金属污染控制与防治技术方案。

    示范工程运行5个月的监测结果表明,以价格低廉的黏土矿物材料——凹凸棒土作为反应介质,能够对水土中重金属具有很好的治理效果,重金属锰的平均去除率为93%。经示范工程处理后的河水能够达到我国综合污水一级排放标准,水体环境和重金属含量都符合《国家农田灌溉水标准》。当地农民可以放心地用处理后的河水浇地,彻底改变了大坞河水“祸害”农田的现状。而且,原来大坞河鱼虾绝迹,经处理水质得到明显改善后,不仅鱼能生存,且可大量繁殖。

    谭科艳:针对示范区内受重金属污染的土壤,我们通过改善土壤pH值,施用土壤改良剂,添加特定的修复材料,对土壤中重金属进行固定。经修复后的土壤种植的蔬菜,测得处理后土壤中可食用部分蔬菜中重金属含量能够满足《食品中污染物限量》的标准。

    在某铅锌矿冶炼厂旧址,我们对受镉、铅和砷等重金属污染的土壤进行了修复,修复后种植的马尾松和红叶石楠生长茂盛,而未经修复土壤种植的马尾松成活率非常低,且难以生长,充分表明了,地球化学工程技术可以大大减少土壤中重金属对植物的危害,能够抑制土壤中重金属的迁移能力,达到保护植物和保障人民健康的作用。

    记者:我注意到大家在介绍土壤污染修复的时候谈到不少水体污染修复方面的研究,两者是什么关系?

    刘晓端:土壤是自然生态系统的组成部分,土壤污染和水体污染、大气污染等问题是一个多系统的问题:地下水和地表水都会跟土壤产生接触,而空气中含有的各种污染物也会通过诸如降雨等形式渗入地表,最终造成土壤和地下水污染物的一部分。因此,土壤修复工作针对的对象不仅是土壤,而且要同时考虑到大气和水体污染的问题。

    解决土壤污染的问题不能“就土论土”,我们的研究是“水土不分家”。

    杨永亮:《中国耕地地球化学调查报告(2015年)》告诉人们,在人类活动强烈地区,工农业活动是造成土壤重金属快速累积和污染超标的原因,尤其是现今情况下,大气中有毒元素的沉降是极其重要的污染途径。

    为了研究污染物传输的季节性变化,我们选取青藏高原东部边缘的阿坝州卧龙高海拔地区及若尔盖高原湿地作为研究对象,研究了不同季节大气、降水、地表水、土壤、植被、牦牛中持久性有机污染物的变化特征,并通过后向气流轨迹分析以及应用铅同位素示踪原理,对近地表大气气溶胶污染来源进行了探讨。

    观点4

    地球化学技术方法不是万能的,应突破专业所局限,因地制宜研究复合型技术。

    记者:看来,土壤污染治理需要具备大环境观。

    刘晓端:不仅自然环境是一个整体,科学也应该没有界限,不要局限在自己的专业中。就土壤修复技术来看,地球化学技术方法不是万能的,应该积极融合诸多相关学科的思路和方法,研究复合型技术。当然,根据我们的学科特点和优势,我们的研究方向是以地球化学技术方法为主,综合生物修复等其他各类手段。

    记者:已经有所突破了吗?

    谭科艳:有了一定的突破。

    我们选择工业污染严重的湖南株洲某地作为研究区,开展了水土重金属污染的地球化学—生物联合技术研究。研究使用不同黏土矿物和微生物修复材料同时修复土壤中重金属污染的效果,探讨其产生作用的机理,为不同类型污染土壤的修复提供理论依据和技术支撑。同时开展了地球化学—微生物法处理工业废水中锰和镉的修复技术研究,综合地球化学工程技术和生物的优势,达到修复的最佳效果和最低能耗的综合治理目的。

    记者:效果怎么样?

    谭科艳:能够高效去除工业废水中的高浓度镉和锰,达到相应排放同时利用该项技术,能够使种植蔬菜中的铅、汞、砷达标。

    在这项研究中,已经完成了大批量的中试试验,采用一级硫酸盐还原生物滤池降低进水镉浓度,使其达到国家《污水排入城镇下水道水质标准》中对镉的排放要求;通过二级生物滤池处理,使水中镉浓度达到国家《地表水环境质量标准》中二至三类水对镉的要求,锰的浓度达到了集中式生活饮用水地表水源地补充项目标准的限值要求。

    在深度去除废水中镉、锰的实验中,我们采用锰氧化一级生物滤池对镉锰严重超标的水进行修复,使其可以满足国家《生活饮用水卫生标准》中对水中金属镉含量和锰含量的要求。

    实验研究了锰氧化细菌深度处理微污染水体中镉的机理,为锰氧化细菌深度去除微污染水体中其他重金属元素提供理论基础。有关专家评价,这项技术解决了环境污染锰和镉修复的难点,是地球化学—生物联合修复重金属污染技术上的一项重大突破。

    在土壤修复试验中,我们也采用了地球化学工程—生物技术——通过添加矿物和微生物,阻隔土壤中的铅、汞、砷进入生物链,使修复土壤上生长蔬菜中的三种重金属含量全部达到了《食品中污染物限量》标准,修复效果显著。

    值得一提的是,该技术对镉有显著的修复效果,对镉的修复率达到了38.71%,可有效降低重金属高污染区人体暴露的风险,为从根本上解决“镉米”等有毒农产品泛滥的社会问题提供了技术支持的可能。

    土壤教室

    中国主要土地污染类型

    中国的城市和农村都面临着十分严峻的土地污染问题,主要包括四大类:

    重金属污染场地。主要来自钢铁冶炼企业、尾矿,以及化工行业固体废弃物的堆存场,代表性的污染物包括砷、铅、镉、铬等。 

    持续性有机污染物污染场地。中国曾经生产和广泛使用过的杀虫剂类持续性有机污染物主要有滴滴涕、六氯苯、氯丹及灭蚁灵等,有些农药尽管已经禁用多年,但土壤中仍有残留。中国目前农药类持续性有机污染物场地较多。此外,还有其他持续性有机污染物污染场地,如含多氯联苯的电力设备的封存和拆解场地等。

    以有机污染为主的石油、化工、焦化等污染场地。污染物以有机溶剂类,如苯系物、卤代烃为代表。也常复合有其他污染物,如重金属等。

    电子废弃物污染场地等。粗放式的电子废弃物处置会对人群健康构成威胁。这类场地污染物以重金属和持续性有机污染物(主要是溴代阻燃剂和二噁英类剧毒物质)为主要污染特征。

    目前较为成熟的修复技术

    当前,修复技术中比较成熟或应用较多的技术有固化/稳定化技术、化学氧化/还原技术、异位热脱附技术、异位土壤洗脱技术、水泥窑协同处置技术、土壤植物修复技术、土壤阻隔填埋技术、生物堆技术等。

    植物修复和微生物修复

    植物修复是一种利用自然生长植物或遗传培育植物修复金属污染土壤的技术的总称,是解决环境中重金属污染问题的一个很有前景的方法,并已在全球得到了迅速的发展和应用。

    根据其作用过程和机理,重金属污染土壤的植物修复技术可分为3种类型:植物稳定、植物挥发、植物提取。

      土壤微生物包括与植物根部相关的自由微生物、共生根际细菌、菌根真菌,它们是根际生态区的完整组成部分。

    微生物在修复被重金属污染的土壤方面具有独特的作用,其抗重金属机制包括生物吸附、胞外沉淀、生物转化、生物累积和外排作用。通过这些作用,微生物可以降低土壤中重金属的毒性,改变根际微环境,吸附积累重金属,从而提高植物对重金属的吸收、挥发或固定效率。

    不过,目前大部分微生物修复技术还局限在科研和实验室水平,实例研究还不多,无法大面积推广,对于微生物修复技术还需作更深入探索。(刘斯文)

    土壤修复的地球化学“魔法”

    湖北仙桃野外调查

    经处理后的酸性矿山废水可用于浇灌蔬菜

    清明时节,花红柳绿,草长莺飞。与春色相伴而来的,是我国在生态文明建设过程中一个又一个令人欣喜的进展。近日,得知自然资源部中国地质调查局实验测试中心(国家地质实验测试中心)研发的一个用于去除酸性矿山废水中重金属的新装置荣获国家发明专利,记者走访了该中心主任齐亚彬,进一步了解这支老牌“生态地质”科研队伍的最新走向。

    生态修复将成为地质科学研究和服务的一个重要战场

    话题从这个能净化酸性矿山废水的新型技术装备谈起。

    “酸性矿山废水酸度大,富硫酸根离子和大量的重金属离子,不仅会造成矿区周围水体严重污染,还会破坏土壤的团粒结构,使土地板结,农作物枯黄,并通过食物链危害人体健康。若采用一般工业废水的治理方法,往往投资大,成本高,实用性差,难以回收有价金属,致使水资源不能充分利用。”齐亚彬介绍说。为此,实验测试中心的科研团队在长期研究和实验的基础上,根据酸性矿山废水的污染特点,配合矿物材料、微生物去除重金属的新技术,发明设计了一种对酸性矿山废水重金属污染治理的工艺流程装置,使处理后的酸性矿山废水重金属离子能够达到国家污水综合排放标准。该处理工艺流程具有廉价、高效、管理简单、无二次污染的特点,为金属矿山及相关生产企业提供了一种既经济又实用的酸性矿山废水治理方法。“如今,我们已在江西德兴铜矿初步建立了酸性矿山废水示范工程,小试重金属去除率超90%,而且处理一吨水才0.5元钱。下一步,力争使处理后的酸性矿山废水中锰降低80%以上,进一步降低处理成本,并形成一整套酸性矿山废水修复技术方案。”

    而这,只是国家地质实验测试中心在生态地质工作领域众多科研成果中的一例。

    齐亚彬告诉记者,中心在生态环境修复方面有着20余年的经验。随着各地对生态环境的重视,对土壤、水体生态修复领域的需求不断增加,中心这方面的业务也与日俱增,获得了一系列科研成果。比如:中心近年来在江西省赣州市龙南县稀土矿区实施土壤生态修复示范工程,就确定了稀土矿区污染土壤改良配方,标定了稀土矿区环境条件和营养组分,并成功实现稀土矿区修复后经济作物的种植,其镉、汞、砷、铅含量远低于有关标准限值。

    “生态修复将成为地质科学研究和服务社会的一个重要战场。今年的全国两会,更让我们坚定了做好生态地质这篇大文章的决心。”齐亚彬表示,“今年政府工作报告专门谈到了加强污染防治和生态建设,大力推动绿色发展。特别提出了要加强生态系统保护修复,推进山水林田湖草生态保护修复工程试点。这也是测试中心发挥技术优势、服务生态文明、实现转型升级的重大机遇!我们将加快生态修复技术研发与示范应用,不断提升生态修复的显示度。”

    为自然资源调查评价、规划利用与保护提供实验测试技术方法支撑

    自然资源部的成立,体现了我国将“山水林田湖草”视为生命共同体,统一规划、管理、保护的自然观和生态观。如今,以地球系统科学为核心、以“山水林田湖草”视为生命共同体为对象的调查、确权、监察、管理、修复、科学研究等工作全面推进。在这样的背景下,国家地质实验测试中心科学研判形势,精准对接需求,形成了自身转型发展的思路与对策。

    “新型战略性资源的分析检测、山水林田湖草湿的分析检测乃至评价监测,都是我们转型升级、大力发展的方向。”2018年,中心明确了今后的六大任务,其中最重要的一项就是:为自然资源调查评价、规划利用与保护提供实验测试技术及方法支撑。”

    齐亚彬告诉记者,中心在生态地球化学领域所具有的优势,尤其是近年来水土有机污染物分析技术方法体系的进一步完善,使中心支撑生态资源环境地质调查的能力持续增强。2018年,中心建立了地下水中40种抗生素自动化识别、确证与定量分析方法,有效提高了地下水资源质量调查与监控的效率;建立了地下水中低环多环芳烃及其衍生物与短链氯化石蜡、多环芳烃衍生物及其母体、硝基苯类化合物等高效环保的系列分析方法,解决了新型持久性有机污染物检测难题;完成了雄安新区1100平方千米土壤有机组分现状调查,初步形成土壤有机地球化学调查技术方法,为雄安新区建设的土地规划、安全利用提供了技术支撑。今年,中心仍将强力聚焦提升支撑服务自然资源工作和新时代“大地质”工作的能力,加快推进技术方法创新和提升技术研发能力。

    下一步,中心还将开展北京及周边地区2000平方公里的生态地质调查,探索地质环境因素与人体健康的响应关系,建立国土空间适宜性评价指标体系,初步构建国土空间生态质量监测与预警平台;开展云南安宁天宁磷矿、太庙地磷矿等3个矿区生态地球化学调查,初步建立磷矿石中磷、钾、钙等20余种元素的快速分析方法及示范应用,支撑安宁磷矿集中区矿产资源利用;开展雄安新区土壤有机污染现状调查,全面表征雄安新区土壤生态环境质量,为雄安新区土地安全利用提供科学依据;开展赣南南部地区矿山环境综合地质调查和评价,形成矿山生态保护和修复相关建议报告等。

    同时,组织研制土壤形态、有机污染物及无机成分等19种标准物质、制定2个系列2项技术标准,进一步完善地质实验测试标准体系。

    牵住创新“牛鼻子”,做大科技成果转化“新蛋糕”

    齐亚彬说,创新是大背景、大环境、大气候。习近平总书记在讲话中曾指出,科技创新是核心,抓住了科技创新就抓住了牵动我国发展全局的“牛鼻子”。当前,国家创新驱动战略正在如火如荼地推进实施,中心也要加快创新,多出创新性成果,发挥引领作用。

    技术方法的创新,是中心拓展服务领域、提升整体作战能力的核心。

    以新型能源资源分析技术方法为例,中心正在开展页岩气含气量和组分联测等新技术新设备的野外现场应用,实现页岩气野外测试技术能力新突破;开展天然气水合物现场测试技术方法研究与能力建设,优化完善天然气水合物产出气、产出水、周边环境介质组分的现场快速测试方法;开展新型锂—钾分析仪在盐湖卤水及环境水系的现场测试能力建设,从而实现在4000米以上高海拔地区可分析硫酸盐型、碳酸盐型、卤化物型三种不同盐湖卤水中锂、钾等元素的快速分析,在我国西部地区搭建野外现场分析实验平台,形成野外快速分析能力。

    工作方法和成果表达的创新,是地质实验测试工作转型升级的途径。

    当前,中心正全力推进信息化建设,推进测试工作更好地融入“地质云”,开展科技成果的数字化管理和共享服务体系建设,推进集野外数据采集、实验室数据共享为一体的数据采集、处理、挖掘和分发服务大数据中心和地质业务综合管理平台建设;开展大型仪器共享平台及仪器状态监控和应用试点推广工作,提高仪器设备使用效率;整合实验室信息管理系统与质量监控系统,提升服务质量。“如此,不仅能大幅提升各类数据成果的价值,更能从根本上改变地质实验测试工作的方式方法。”

    队伍能力建设的创新,是强健人才队伍、激活科技人员智慧的关键。

    齐亚彬认为,其一,大联合、大协作、大团队是干大事、出大成果的前提条件。单兵作战已经不能满足新时代对科技创新的需要,申请大项目、出大成果需要人才、技术、装备等方面的强强联合,有时不仅仅是跨单位,而且很可能是跨系统、甚至跨行业的。其二,要不拘一格用人才,为年轻人压担子,通过凝练提升科研成果,加速培育人才成长。“中心现在人才断档明显、专业过于集中、领军人才缺乏,我们正自主培养科研骨干和引进高端人才双管齐下。”其三,做大科技成果转化新蛋糕、提升科技成果转化收益,不仅让科技成果加速形成生产力、发挥更大作用,而且以此激发调动中心广大科技人员创新创造活力。“当前,国家政策允许科技成果转化收益自主分配,这也是鼓励科技单位做大成果转化的新蛋糕,鼓励科技人员光明正大地走科技致富之路。2019年,中心将在加大科技成果转化力度上多下功夫。”

    开辟健康地质新领域,为人类社会绿色发展作贡献

    采访中,齐亚彬谈到了一个记者颇为陌生的名词——健康地质。

    所谓健康地质,就是将生态地球化学与预防医学、临床医学等学科相结合,研究地质背景、地质过程、生态环境对人类健康的影响,寻找各类疾病源头的地质环境因素及其分布特征。其实,人们很早就发现大骨节病、克山病等许多地方病与地质环境密切相关,而关键原因就在于各种矿物元素在人体内的过度累积或缺失。

    “自然界中各种因素失调对人体影响都可能诱发地方病,而比较突出的就是地球化学元素的地质、地理分布。”齐亚彬告诉记者,人是自然环境的有机组成部分,其生长、发育与繁衍都受到地质背景、地质结构等自然环境条件的制约。在某一环境中,一旦物质与能量不足或过量,或有某种环境因素对人体生命过程的影响超过了人类的适应和调节能力,就会产生这一环境中特有的高发病率的地方病。

    如今,测试中心已经与北京肿瘤医院、中国地方病防治研究中心、北京大学医学院等单位建立了合作关系,对接了健康地质方面的需求,同时,对健康地质学科的建立和发展进行了规划,组建了健康地质科学研究团队,并初步拟定了工作方案。

    同样,一些名特优农产品的生长也有着不可忽视的地质因素。如:黄岩的蜜桔、承德的板栗,之所以好吃,就是因为当地地层中赋存着某些特殊的组分。而有些地方的土壤中富含硒锌等有益的矿物质元素,则可以开发出有利于人们身体健康的天然富硒、富锌农产品,并以此带动地方特色农业的发展。

    “所以,健康地质不仅要关注、研究有害元素,也要突出有益元素对人体健康的作用。重要的是关注不同元素之间的相互作用,抓住元素富集、迁移和地质背景、环境因素等过程相关的关键点,体现地球系统科学研究的特色。”

    据齐亚彬介绍,中心已在湖北仙桃发现富硒土地250平方千米,为市政府规划了8个富硒产业园,农民收入增加4500多万元;在江西瑞金发现富硒土壤119平方千米、富锌土壤90平方千米,圈定绿色富硒农业产业基地15个,绿色富锌农业产业基地8个,为当地特色农产品产业提高质量提供了科学支撑。“正因为这些成果实实在在地为老百姓带来了好处,获得了当地政府和百姓的高度赞誉。”

    “新时代,新需求,新职责,新挑战。未来,地质工作对国家经济、社会发展的支撑服务还继续拓展和深化,国家地质实验测试中心也将为美丽中国、健康中国的建设释放更多的地质智慧和科技能量。”对此,齐亚彬充满信心和希望。

    修复绿色地球 拥抱健康明天

    国家地质实验测试中心向瑞金市人民政府移交土地质量调查成果并进行科普宣传

     

    地球化学生物技术处理酸性矿山废水现场

     

    仙桃市富硒办公室等向测试中心赠送锦旗

    生态环境是人类生存最为基础的条件,是我国持续发展最为重要的基础。国家地质实验测试中心所属自然资源部生态地球化学重点实验室近年来在矿山酸性废水处理、复合性污染土壤修复、土地质量调查、大气中持久性有机污染物示踪研究等方面取得了显著进展,为改善地球环境作出了贡献。让我们一起来了解他们保护地球家园的行动。

    卡住污染的源头

    ——地球化学生物修复技术处理酸性矿山废水

    谭科艳

    金属硫化物矿山在开采、冶炼过程中,会产生含有大量金属离子及硫化物的酸性废水。若这种酸性矿山废水直接排放到地表水中,就会使其中的金属和硫元素在底泥中富集,并对周边生态环境及人体健康造成严重危害。

    目前,针对酸性矿山废水的处理技术主要有以下几种:一是中和处理技术,通过向废水中投放碱性中和剂(石灰、硫化钠、碳酸盐矿物等)来实现废水处理。中和法是传统的处理方法,虽可实现一定的废水处理目的,但存在不易控制、处理效果差的问题。二是微生物处理技术,通过具有特定功能的微生物对废水中的污染物进行富集、转化、矿化等来降低其有效性和迁移性。微生物处理技术具有成本低、效率高的特点,但存在稳定性差的问题。三是人工湿地处理技术,人工湿地由人工基质和水生植物组成,通过土壤—植物—微生物系统来对废水进行净化,但存在占地面积大、处理周期长的问题。四是渗透—渗析处理技术,具有分离效率高、无相变、节能的特点,但存在修复费用高的问题。

    为了解决上述技术瓶颈问题,国家地质实验测试中心设计了一套地球化学生物技术处理酸性矿山废水的系统,提高了酸性矿山废水处理效果,增强了系统稳定性,且不会造成二次污染。

    该中心在江西德兴铜矿酸性矿山废水排放源头建立了一个示范点,设计了铁去除、硫酸盐还原、硫回收、锰去除和末端净化单元,利用当地底泥驯化的SRB,在厌氧条件下通过代谢使能量和电子转移(氧化还原反应),进行硫酸根离子的还原和硫化铜的回收;利用曝气和氧化细菌的方法将大量的铁、锰转化为氧化物进行絮凝沉淀;利用天然矿物材料强大的阳离子交换吸附能力去除微量有毒重金属;并调节pH值到中性以达到减少污染排放和对下游生态环境的影响,达到国家污水综合排放标准。针对pH值极低,含大量铜、锰重金属,含大量铁,以及极高浓度的硫酸根离子的AMD,设计方案理论上达到重金属去除率80%以上,具有结构简单、成本低廉、控制容易、处理效率高、净化效果好、能耗低的优点,针对德兴铜矿排放废水的特点提供了技术解决方案。

    本技术不仅将污染修复工作放到铜矿AMD的源头排放点,卡住污染排放的根本,真正做到矿山修复治理的源头防控,而且形成了从上游技术研发到下游应用的完整链条,迈出了修复技术现场应用的关键一步,同时也体现了国家地质实验测试中心的技术引领地位,开创了中心与地方企业融合发展的新局面。

    彻底去除土壤中的重金属

    ——EK-PRB/SS联合技术修复复合污染土壤

    黄园英

    随着我国产业转移政策的实施和城市“三旧”改造的加快,因工业企业关停转而遗留的“棕地”不少于50万块,主要表现出多源、复合、持久、面广、量大等特征,其中,无机污染(以重金属为主)、有机污染以及二者的复合污染均较为突出。这些日益增多的污染场地将对环境和公众健康构成巨大威胁,成为影响和制约城市可持续发展的重要因素。电动修复因具有适用于低渗透性土壤和同时去除多种污染物的优势而受到广泛关注。由于土壤组成、污染物类型、性质等不同,特别是在不同污染物同时存在的复合污染情况下,单一修复技术往往难以达到修复目标,因此,不同修复技术的组合应用越来越受到重视。

    依托部公益性科研专项《电动力学与PRB技术联合修复有机氯和镉、铬(Ⅵ)污染土壤》,针对重金属—有机氯复合污染土壤,国家地质实验测试中心研发了一种新型、绿色环保的土壤修复技术——电动力学—渗透反应格栅技术(EK-PRB)。项目自主研发的EK-PRB装置及工艺,以绿色环保的太阳能供电为主,电动力装置与PRB采用原位连接方式,PRB反应介质为来源广泛、价格低廉的天然材料等组成,失效后可随时更换。阴阳极采用特殊的摆放方式,克服了以往阴阳极作用距离短,电场分布不均匀的缺点,使得EK-PRB技术应用于野外现场污染场地修复成为可能,打破了以往大部分电动修复研究仅停留在实验室阶段的局限。野外现场小试结果表明,EK-PRB技术对“活动态”重金属和有机氯能同时去除,土壤中重金属镉、铬“活动态”去除率大于50%,总六六六和总滴滴涕去除率大于90%。

    而对于多重金属复合污染土壤,采用自主研发的电动力学—稳定化(EK-SS)修复装置和修复方案,重点解决了如何使土壤中的多种重金属同时快速定向运动和如何将EK-SS的具体修复方案和修复装置实用化两个技术难点。典型示范结果表明,该技术对污染土壤中各种形态的重金属(包括铜、铅、锌、镉、汞和砷)都有去除作用。经过48小时处理,土壤中大多数重金属浓度可降低70%左右,电动修复的成本由每立方米2500元降低至565元左右。

    EK-PRB/SS技术已形成了有机—重金属或多种重金属复合污染场地的修复方案和配套修复装置等创新性成果,并通过现场小试和典型示范说明其应用效果,初步评估其快速、高效和经济实用性。另外,该技术为“永久性”修复技术,将重金属或有机物从土壤中彻底去除,消除了重金属重新活化的风险隐患,且适用范围广,经济效益高,二次污染少,因此在污染场地原位修复方面将有广阔的应用前景。

    生态环境调查的新利器

    ——精准高效绿色的环境有机分析技术

    饶竹

    环境中持久性有机污染物、药物、个人护理品、合成麝香及紫外吸收剂等新型污染物对生态环境和人体健康具有潜在威胁,其调查与评价是生态地球化学学科发展的新需求。一年来,国家地质实验测试中心先后建立了气相色谱—质谱、气相色谱—三重四极质谱法测定水、土壤中合成麝香及紫外线吸收剂,以及液相色谱三重四极质谱分析方法测定水、土壤中10种全氟化合物的新方法。这些方法高效、快速、准确,已应用于生态区地球化学样品分析,研究成果相继发表在国内外期刊上,达到国内外先进水平。

    自动绿色有机污染物分析技术既是当前分析技术发展的方向,也是生态文明建设发展的需要。2019年,中心围绕自动绿色技术,开发了自动顶空—全二维气相色谱测定短链氯化石蜡分析新方法,样品用量由1升减为10 毫升,无需有机溶剂,避免了有机试剂造成的二次污染。该方法已成功应用于北京地区地下水、湖水、河水中的短链氯化石蜡测定,为生态环境调查提供了新的科学手段。

    抗生素污染是生态地球环境研究的新课题。中心利用超高分辨率液相色谱—质谱联用仪建立了自动在线固相萃取—超高效液相色谱—高分辨质谱分析平台,实现了地下水中40种抗生素自动化识别、确证与定量分析,在无标准品情况下,对批量地下水样品中近200种目标物进行自动化识别,样品用量仅需10毫升,全部检测时间仅1小时,大幅减少了样品前处理时间、有机试剂用量和野外采样工作量,有助于提高地下水资源质量调查与监控的效率。

    此外,该实验室还完成了“DZ/T0064.72-201x 地下水质检验方法”中敌敌畏、甲拌磷、乐果、甲基对硫磷测定 气相色谱法等4个地下水标准的报批;完成了“地下水43种极性农药测定 液相色谱—质谱”“地下水 38多环芳烃衍生物测定 气相色谱—质谱法”等6个标准方法研制工作,形成了地质行业有机污染检测标准新架构,将现行有效的“DZ/T 0064-93地下水质检验方法”中13项有机污染物检测指标扩展至265项,大幅提升有机污染检测标准化水平;有力支撑了“DZ /T 0290-2015地下水水质标准”“GB/T14848-2017地下水质量标准” “DZ/T 0307-2017地下水监测网运行维护规范”标准的实施。

    这些新技术新方法已成功应用于雄安新区水土有机污染现状调查、贵州南明河抗生素赋存水平调查、污水回灌影响下的北京市地表水中药物与个人护理品分布特征与评价,以及河南洛阳、山西晋中等污染场地地下水有机污染筛查,有利支撑了生态文明建设,促进了生态地球化学学科的发展。

    发掘瑞金特色土地资源

    ——土地质量调查助力精准脱贫攻坚

    刘斯文

    2017年以来,国家地质实验测试中心承担了自然资源部中国地质调查局“支撑服务赣州六县精准脱贫攻坚地质调查”工作,瑞金市1∶5万土地质量地球化学调查是其中的一部分。为高质量完成该项任务,中心调集能兵强将、充分发挥测试分析专业优势,在标准要求基础上增加了特色农产品中钾、钙、磷、铁、锗等8种有益人体健康元素的测试分析,为最大程度地发掘瑞金市特色土地资源和名特优产品提供测试分析数据支撑。

    瑞金市1∶5万土地质量调查涉及7个乡镇,面积400平方公里,基本覆盖了瑞金盆地的农耕区。此次土地质量调查是自20世纪80年代瑞金市第二次土壤普查以来最为全面的一次体检,也是对“藏在深闺人未识”的特色土地资源、特色农产品的一次全面发现。

    调查发现,瑞金市土壤环境质量优越,清洁土壤面积约占98%。富硒土壤面积达31平方公里,呈北东—南西向,分布于瑞金盆地、河谷边缘的黄柏乡、沙洲坝镇、云石山乡等地区。富锌土壤面积达70平方公里,连片分布于瑞金盆地内的壬田镇、叶坪乡等地区。调查还发现富硒、富锌特色农产品,比如:富硒、锌、铜、钙、钾的莲子、花生,富硒杨梅、水稻,富硒、富锰茶叶。其中,瑞金莲子中的硒、钙平均含量是普通莲子含量的4倍。项目查明,瑞金市无公害土壤和绿色食品产地面积占比高达95%。其中,AA级绿色产地占48%、A级绿色产地47%,共圈定绿色富硒、富锌农业产业基地16个。

    2018年12月,国家地质实验测试中心向瑞金市人民政府移交了《赣州市瑞金市1∶5万土地质量地球化学调查成果报告》和《瑞金市绿色富硒、富锌特色农业基地档案集》。瑞金市人民政府表示,地球化学调查成果对于瑞金市脱贫攻坚,发展地方经济、脱贫致富、生态文明建设等诸多方面具有非常重要的应用价值。部分富硒、富锌农业基地已经实现成果转化应用,带动了近万人口脱贫,取得了显著的社会和经济效益。

    助力仙桃打造富硒农都

    ——土地质量调查服务地方经济发展

    刘久臣

    国家地质实验测试中心承担的《湖北典型地区1∶5万土地质量地球化学调查》项目, 2016~2018年在湖北省江汉平原仙桃市开展1∶5万土地质量地球化学调查示范。调查结果显示,仙桃市土地环境质量优良,营养元素丰富,在完成的605平方千米调查面积中,发现富硒土地资源250平方千米。依靠调查成果,项目组积极与地方政府对接,服务社会效果显著。

    土地质量地球化学调查成果应用于仙桃市自然资源局于2017年开展的永久基本农田划定工作,在国土管理与资源利用中发挥了重要作用。结合仙桃农业发展方向,国家地质实验测试中心协助仙桃市政府编制了《仙桃市富硒产业发展规划》,规划至2021年将着力打造40万亩富硒水稻、30万亩富硒油菜、20万亩富硒蔬菜、10万亩富硒瓜果和莲藕的“四三二一”工程,建成六大富硒板块、百万亩富硒产业基地,一个富硒产业园、富硒产品物流中心和交易中心。

    围绕硒元素的科普与开发,国家地质实验测试中心协助仙桃市建设了中国首家以“硒元素”为主题的科普性展览馆“中国硒馆”。该场馆将于2019年6月开馆,届时将成为仙桃市“荆楚富硒粮仓,中国富硒农都”建设上的一张新名片。此外,还协助地方进行富硒产业的宣传推介工作,为地方进行科普讲解,在地方电视台、报纸等宣传媒介推介项目成果,吸引更多富硒产业落户仙桃。截至2018年底,仙桃市已建成富硒农产品基地45万亩,富硒产业规模达14.6亿元,从事富硒产业企业总数15家,富硒产品商标数5个。

    国家地质实验测试中心还协助仙桃市组建了湖北省食用富硒农产品监督检验检测中心,为富硒产业发展技术攻关及产品质量安全提供保障。目前,该检测中心已完成100多个大宗农产品的富硒检测,开展了8个富硒农产品标准化生产科研试验示范。

    仙桃市自然资源局、仙桃市农村工作领导小组办公室、仙桃市富硒农产品开发领导小组办公室、仙桃市西流河镇人民政府对项目成果给予了高度认可,并期待与国家地质实验测试中心在富硒农产品开发与测试上继续保持合作,让富硒产业在乡村振兴事业中发挥更大的作用。

    揭开雾霾产生的自然条件之谜

    ——东亚季风区大气颗粒物7Be纬度分布规律探索

    杨永亮 盖楠

    宇宙射线成因核素7Be(半衰期53.3天 )来源于平流层底部和对流层顶部,是宇宙射线同大气中的氮和氧原子相互作用的产物, 7Be 在大气中的浓度不受人类活动影响、无地表污染源、可经大气运移,是一种有效的大气气溶胶示踪剂。

    在中国地质调查局地质调查项目及国家自然科学基金项目的支持下,国家地质实验测试中心较为系统地开展了对处于中国东亚季风区内的纬度范围为19°N~53°N的7Be的大气沉降通量、土壤中累积量、大气气溶胶中含量在不同季风条件下的纬度分布规律以及7Be对典型大气中持久性有机污染物的示踪研究。

    通过在中国五个不同纬度城市(低纬度的广州、中纬度的苏州、北京、青岛以及高纬度的黑河市)大气气溶胶中7Be和典型持久性有机污染物(有机氯农药和多氯联苯)的同步观测,发现我国东亚季风区不同纬度城市近地表大气气溶胶中7Be浓度的年平均值与纬度之间的关系服从正态分布规律。

    持久性有机污染物会吸附在大气颗粒物上随大气环流远程迁移。为此,项目组开展了我国东亚季风区不同季节大气颗粒态和蒸汽态有机氯农药六六六和多氯联苯的纬度分布研究。研究证明,以宇宙射线成因核素7Be作为大气环流的参照系,可以解释东亚季风区大气环流对持久性有机污染物纬度分布现象。7Be可作为大气污染物远程迁移研究的一个有效的地球化学示踪剂。

    此外,为了有效鉴别京津冀地区自然条件因素和人类活动因素对雾霾发生的影响,正在开展的大气气溶胶中7Be的纬度分布研究,根据风向在京津冀地区布置多个采样点,在观测7Be的同时也对一些重要污染物进行观测。该研究对大气环境地球化学研究以及对雾霾的预测、预报具有一定的科学意义和应用价值。

    项目组通过对不同地区大气沉降通量的同步研究,对7Be的地球化学行为有了更深入的了解,并对大气污染物远程输送、沉降的中、长期变化及跨境迁移规律的探明提供了重要数据;同时,对雾霾的成因、发生过程及机理进行深入分析,研究成果将对我国中纬度地区大气污染及雾霾的防控具有重要意义。

    改善生态环境,我们在行动