重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)研究進展

朱慧君，江婷，郭海川

（1.秦皇島市環(huán)境監(jiān)控中心，河北秦皇島066001；2.河北省環(huán)境監(jiān)測中心，河北石家莊050000；3.河北省秦皇島環(huán)境監(jiān)測中心，河北秦皇島066001）

土壤是生態(tài)環(huán)境的重要組成部分。隨著社會的不斷發(fā)展，在工業(yè)化進程中，通過大氣沉降、固體廢棄物、污水等方式，部分重金屬進入土壤，對土壤造成污染，這種污染現(xiàn)象無法被生物降解，嚴(yán)重威脅到人們的健康?，F(xiàn)如今，重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)成為我國土壤改善工作的重點。

1 我國土壤重金屬污染現(xiàn)狀

隨著社會的不斷發(fā)展，土壤重金屬含量超標(biāo)問題日益突出。相關(guān)調(diào)查顯示，錫（Sn）、鉻（Cr）、鉛（Pb）、鋅（Zn）、鎳（Ni）等重金屬污染農(nóng)田面積超2000萬公頃，占我國總耕地面積的20%，每年我國土壤因重金屬污染產(chǎn)生退化現(xiàn)象，損失農(nóng)作物1000萬噸。2016年，國務(wù)院針對我國重金屬土壤污染問題特提出《土壤污染防治行動計劃》，明確土壤污染防治工作的重要性與必然性，不斷加大對農(nóng)田污染工作的綜合防治力度?，F(xiàn)如今，物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)、聯(lián)合修復(fù)技術(shù)是我國土壤污染工作中針對土壤重金屬污染問題常用的修復(fù)技術(shù)[1-4]。

2 土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)

2.1 物理修復(fù)技術(shù)

在我國土壤重金屬污染修復(fù)工作中，所運用到的物理修復(fù)技術(shù)主要有三種類型，即物理工程修復(fù)技術(shù)、電熱修復(fù)技術(shù)、電動修復(fù)技術(shù)。

2.1.1 物理工程修復(fù)技術(shù)

物理工程修復(fù)技術(shù)是土壤重金屬處理中常用方法，如客土法、去表土法、換土法、深耕翻土法。其中，客土法是將沒有遭到重金屬污染的新土壤添加到被污染的土層上，使沒有被重金屬污染的土壤能夠?qū)⒈晃廴镜耐寥廊扛采w?。蝗ケ硗练ㄊ菍⒈韺邮艿街亟饘傥廴镜耐翆右瞥?；換土法是在去表土法的基礎(chǔ)上，將沒有受到污染的土壤重新填充進去；深耕翻土法是通過翻耕處理，將表面受到污染的土壤翻到土壤的底部。實踐研究顯示，客土法、去表土法以及換土法適合被運用到重金屬污染比較嚴(yán)重的地區(qū)；因深耕翻土法工程量相對較小，僅適合運用到重金屬污染程度較輕的地區(qū)。物理工程修復(fù)技術(shù)在重金屬污染中的使用范圍相對較小，當(dāng)重金屬污染土壤面積較大時，在土壤修復(fù)工作中運用此種方法將會花費龐大的作業(yè)資金，且已遭到污染的土壤難以處理，整個治理工作呈現(xiàn)一種治標(biāo)不治本的狀態(tài)。

2.1.2 電熱修復(fù)技術(shù)

電熱修復(fù)技術(shù)主要利用電壓與電磁波轉(zhuǎn)化技術(shù)，將高頻電壓轉(zhuǎn)化成電磁波，提升土壤溫度，借助污染物分離辦法，促使污染物的揮發(fā)，將土壤中的污染物從土壤中分離出去，再利用凝結(jié)收集處理技術(shù)，在污染物分離的過程做好污染物的收集工作，避免污染物對生態(tài)環(huán)境造成二次污染。現(xiàn)如今，電熱修復(fù)技術(shù)主要被應(yīng)用于恢復(fù)重金屬含量較高的土壤中。實踐研究顯示，雖然電熱修復(fù)技術(shù)在揮發(fā)性重金屬土壤處理工作中擁有良好的修復(fù)效果，但是整個土壤修復(fù)工程龐大，且需要消耗龐大的資金。

2.1.3 電動修復(fù)技術(shù)

電動修復(fù)技術(shù)是利用電場作用，憑借電泳、電滲流等方法促使土壤中的重金屬朝著電極的方向轉(zhuǎn)移，在電鍍技術(shù)、沉淀技術(shù)、離子交換樹脂技術(shù)的作用下，將土壤中的重金屬剔除。電動修復(fù)技術(shù)屬于原位修復(fù)技術(shù)，主要運用到滲透率較低的土壤中。因電動修復(fù)技術(shù)在實際應(yīng)用中受土壤pH值、組分、緩沖性能等因素的影響較大，電動修復(fù)技術(shù)無法順利展開。在實驗室中運用電動修復(fù)技術(shù)對單一重金屬離子污染熔巖實施修復(fù)試驗時，獲得良好的試驗效果。

2.2 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

化學(xué)修復(fù)技術(shù)是土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)的重要組成部分，在土壤重金屬污染修復(fù)工作中占據(jù)不容忽視的地位。通常情況下，常見的化學(xué)修復(fù)技術(shù)有三種方式，即化學(xué)萃取技術(shù)、離子拮抗技術(shù)、化學(xué)改良技術(shù)。

2.2.1 化學(xué)萃取技術(shù)

在土壤重金屬污染修復(fù)中，化學(xué)萃取技術(shù)主要利用化學(xué)試劑處理受到重金屬污染的土壤，使土壤中的重金屬能夠由固相轉(zhuǎn)化成液相。因化學(xué)萃取技術(shù)操作流程復(fù)雜、多樣，需要消耗昂貴的操作費用，同時在重金屬污染土壤處理工作中極易引發(fā)二次污染現(xiàn)象。因此，在運用化學(xué)萃取技術(shù)對重金屬污染的土壤進行修復(fù)處理時，需要尋找到一種萃取性能極佳的辦法，防止萃取過程對土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。與此同時，研究人員還需要在保證萃取性能的基礎(chǔ)上，不斷提升萃取劑的經(jīng)濟性，確保萃取技術(shù)能夠在重金屬污染土壤修復(fù)工作中廣泛運用。

2.2.2 離子拮抗技術(shù)

離子拮抗技術(shù)主要利用重金屬物質(zhì)與其他化學(xué)物質(zhì)之間的抑制作用調(diào)整土壤中化學(xué)物質(zhì)的含量，通過將其他金屬物質(zhì)添加到土壤中，使其他金屬能夠?qū)ν寥乐械闹亟饘佼a(chǎn)生較強的一致作用，有效降低土壤重金屬的活性。例如，鎘（Cd）與鋅（Zn）之間的化學(xué)性質(zhì)具有極強的相似性，在處理土壤中鎘（Cd）元素含量過高的問題時，可在鎘（Cd）元素含量較高的土壤中適量添加一定的鋅（Zn）元素，有效調(diào)整土壤中鎘（Cd）元素與鋅（Zn）元素的配合比例，達到修復(fù)鎘（Cd）金屬污染土壤的目的。

2.2.3 化學(xué)改良技術(shù)

化學(xué)改良技術(shù)是將改良劑添加到土壤中，改變土壤的理化性質(zhì)，轉(zhuǎn)變土壤對重金屬的作用力，即吸附沉淀作用，以此提升土壤的穩(wěn)定性。在土壤重金屬污染修復(fù)中，運用化學(xué)改良技術(shù)對土壤進行處理時，主要將石膏、石灰、木質(zhì)素物料、硫磺粉、海藻提取物、腐植酸肥等物質(zhì)作為改良劑，實現(xiàn)對土壤重金屬含量的處理與整合。但是，這些改良劑在實際應(yīng)用中尚且存在一定的問題，如天然礦物改良劑的應(yīng)用面積直接受到天然礦物改良劑儲存量的限制；微生物呼吸與土壤單循環(huán)存在風(fēng)險；運用天然提取高分子化合物改良劑對土壤進行改良時，容易引起植物中毒現(xiàn)象；運用有機固體廢棄物改良劑對土壤重金屬含量進行處理時，容易增加土壤中某種重金屬的含量。生物碳土壤修復(fù)技術(shù)是將生物體當(dāng)作改良劑，在吸附反應(yīng)、沉淀反應(yīng)、絡(luò)合反應(yīng)以及離子交換反應(yīng)的作用下，對重金屬實施一系列的轉(zhuǎn)化工作，有效改善土壤質(zhì)量，提升土壤重金屬污染修復(fù)效果。生物碳具有良好的空隙結(jié)構(gòu)，表面積較大，且擁有豐富的氧官能團，將其應(yīng)用于土壤處理，不僅能夠提升土壤肥力，還能夠有效提升土壤的穩(wěn)定性，在土壤重金屬污染修復(fù)中具有良好的發(fā)展前景。

2.3 生物修復(fù)技術(shù)

2.3.1 微生物修復(fù)技術(shù)

微生物修復(fù)技術(shù)是借助土壤中所含有的藻類、菌類，在吸附沉淀與氧化還原反應(yīng)的作用下，由藻類植物和菌類植物對土壤中的重金屬實施吸附處理，有效去除土壤中的重金屬。

2.3.2 植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)技術(shù)是利用植物的吸收、降解、轉(zhuǎn)化、固定作用，對土壤中的重金屬進行處理，在植物提取技術(shù)、植物揮發(fā)技術(shù)、植物穩(wěn)定技術(shù)的作用下，對土壤中所含有的重金屬進行處理與整合。其中，植物提取技術(shù)是將土壤中呈現(xiàn)一種富集狀態(tài)的重金屬通過積累或者是超積累的方式將重金屬物質(zhì)轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)，收獲的植物將土壤中重金屬的剔除，以此達到修復(fù)土壤的目的。試驗研究顯示，絕大多數(shù)超富集植物的生長速度較緩慢，生物總量較少，無法實施機械操作，應(yīng)用面積較小。植物揮發(fā)技術(shù)是借助植物的吸收作用，將土壤中的固態(tài)金屬轉(zhuǎn)化成氣態(tài)，在植物光合作用下，把土壤中的重金屬釋放出來。但是，這種技術(shù)在實際運用中僅是將重金屬的固相轉(zhuǎn)變成氣相，從土壤污染轉(zhuǎn)變成大氣污染，導(dǎo)致重金屬對生態(tài)環(huán)境帶來二次污染。植物穩(wěn)定技術(shù)是借助耐重金屬植物和耐重金屬植物根際微生物，在分解、沉淀、氧化還原等反應(yīng)的作用下，對土壤中的金屬物質(zhì)產(chǎn)生抑制作用，使重金屬物質(zhì)變成惰性化重金屬。

2.4 聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

無論是物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)，還是生物修復(fù)技術(shù)，在實際應(yīng)用中均存在諸多不足之處。隨著社會的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)日新月異，科研工作者將多種修復(fù)技術(shù)整合到一起，構(gòu)建聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，有效改變單一修復(fù)技術(shù)在實際應(yīng)用中的不足，有效提升修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用效果，實現(xiàn)多種修復(fù)技術(shù)之間的優(yōu)勢互補?，F(xiàn)如今，我國土壤重金屬污染修復(fù)處理工作中，化學(xué)-植物技術(shù)、電動-植物技術(shù)、微生物-植物技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，有效彌補傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)在土壤重金屬污染修復(fù)工作中的局限性，最大限度地提升土壤環(huán)境的穩(wěn)定性，為生態(tài)文明建設(shè)的開展提供可靠動力。

3 結(jié)語

物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)以及聯(lián)合修復(fù)技術(shù)是土壤重金屬污染修復(fù)處理工作中常用的修復(fù)技術(shù)，不同的修復(fù)技術(shù)擁有不同的操作特點以及應(yīng)用優(yōu)勢，在實際應(yīng)用中需要根據(jù)土壤重金屬污染的實際情況，科學(xué)選用修復(fù)技術(shù)，確保土壤重金屬污染問題能夠與修復(fù)技術(shù)相照應(yīng)，有效提升土壤修復(fù)工作的針對性、具體性、有效性與可行性，在保證土壤修復(fù)質(zhì)量的前提下最大限度降低操作成本，有效提升土壤重金屬修復(fù)工作的經(jīng)濟性。