農(nóng)田重金屬污染修復新技術展望與探索

尹金珠 荊瑞英

摘要：目前，土壤重金屬污染已成為全球各國共同面臨的棘手問題。土壤重金屬污染具有隱蔽性、滯后性、積累性、持久性等特點，已嚴重危害到人類的健康。本文在全面了解國內(nèi)外重金屬污染土壤修復研究動態(tài)的基礎上，對納米多孔磁性螯合材料用于農(nóng)田重金屬污染土壤修復的新技術進行展望與探索研究，為國內(nèi)這一領域的工作開展提供借鑒參考。

關鍵詞：農(nóng)田;重金屬污染;土壤修復;新技術;探索

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2020）04-0-01

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.04.066

Abstract：Heavy metals contaminted soils have become a serious environmental problem in global.Heavy metals contaminted soils has the characteristics of concealment， hysteresis， accumulating， persistence， has serious harm to human health. Based on the comprehensive understanding of heavy metals contaminated soil repair research at home and abroad，on the basis of dynamic of nano porous magnetic chelator used in farmland was discussed and exploring study，in order to supply reference to the study in this field.

Key words：Farmland;Heavy metal pollution;Soil remediation;New technologies;Exploration

土壤是人類賴以生存和發(fā)展的重要物質(zhì)基礎，但是隨著我國社會工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的大發(fā)展，土壤環(huán)境安全問題尤為突出。2014年環(huán)境保護部和國土資源部聯(lián)合發(fā)布了《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》顯示全國土壤污染總體超標率達16.1%，部分地區(qū)土壤污染嚴重，耕地土壤環(huán)境質(zhì)量堪憂[1]。重金屬土壤污染已對我國的生態(tài)環(huán)境、居民健康構成嚴重威脅。

土壤重金屬污染具有隱蔽性、長期性和不可逆性，污染物滯留土壤時間長、不易降解，導致土壤退化，致使農(nóng)作物產(chǎn)量、品質(zhì)下降，進而通過食物鏈累積進入人體，損害人身健康，危及人類生命。因此，修復重金屬污染土壤，恢復土壤原有功能，一直是國際上土壤修復研究的難點和熱點。

鑒于土壤重金屬污染造成后果的嚴重性及污染治理的迫切性，近年來環(huán)保工作者不斷探索與研究重金屬污染土壤修復的新技術與措施并取得了一定的成果。然而，隨著社會經(jīng)濟、工業(yè)化的不斷發(fā)展，所呈現(xiàn)出的重金屬污染形式（如，重金屬污染物的種類、污染的途徑等）也在不斷變化。因此，土壤重金屬污染修復工作領域有待探索與開發(fā)出全新、實用、高效的技術與措施。

1 研究進展

土壤作為植物生長的介質(zhì)，改善其理化性質(zhì)，降低土壤中的有毒物質(zhì)含量或使其鈍化，對生產(chǎn)生態(tài)健康的農(nóng)產(chǎn)品是非常重要的[1]。重金屬污染土壤修復是實施一系列技術以清除土壤中污染的重金屬或降低土壤中重金屬的活性和有效態(tài)組分，以期恢復土壤生態(tài)系統(tǒng)的正常功能，從而減少土壤中重金屬向食物鏈和地下水的轉移[2]。治理與修復重金屬污染土壤的策略主要有如下兩種：

其一，穩(wěn)定化：即改變污染土壤中重金屬存在的形態(tài)，降低重金屬污染物活性，弱化其遷移能力，減少生物對污染物的累積與利用，使其鈍化而不進入食物鏈，從而降低毒性，達到修復的目的。圍繞此種修復途徑，國內(nèi)外相應的修復技術措施如下：

化學措施，是將修復劑、阻抑制劑、活性劑等加入土壤，使其充分混合而發(fā)生一系列化學反應，降低重金屬污染物水溶性、擴散性和生物有效性，從而減少重金屬污染風險。此法操作簡便、見效快、成本相對也不太高，但是只是改變了土壤中重金屬的存在形式，重金屬離子仍然留存在土壤中，存在潛在的風險，并不能根治土壤重金屬污染問題。

其二，總量降低：將重金屬在土壤中存在形態(tài)轉化為可溶態(tài)或生物有效態(tài)，運用工程、化學、生物等技術手段將土壤中重金屬摒棄與清除，從而減少土壤中重金屬總量，達到根治修復污染土壤的目的。圍繞此種修復途徑，國內(nèi)外相應的修復技術措施如下：

（1）淋洗法，向土壤中噴施潔凈水或可溶態(tài)溶液（利于重金屬形態(tài)轉化）等淋洗液，將被土壤微團粒吸附的重金屬污染物轉化為可溶離子或絡合物，然后收集形態(tài)已轉化的淋洗液，分離、回收重金屬，并做到淋洗液循環(huán)利用。此法具有長效性，但操作過程復雜、修復成本較高，淋洗液處理麻煩，易造成土壤肥力流失。

（2）熱處理法，是將土壤中一些揮發(fā)性的重金屬（如汞、砷等）通過加熱的方式使其揮發(fā)、釋放出來。此法修復局限性較大，多針對一些具有揮發(fā)性的重金屬，修復成本高，處理后多數(shù)土壤被破壞，不能再農(nóng)用。

（3）電動修復法，是將土壤中重金屬污染物，通過電場的作用使其轉化為游離的離子態(tài)，向電極區(qū)定向遷移、富集，然后集中收集、處理富集區(qū)的重金屬。此法修復效率較好，但多修復設備要求較高，修復成本高、土壤理化性狀易于改變。

（4）動物修復，是利用土壤中某些具有能吸收重金屬特性的動物（如一些低等動物蚯蚓、鼠類等），一定限度上降低污染土壤中重金屬含量，達到修復土壤的目的。此法修復安全性較高，但修復周期較長，耗費時間。

（5）微生物修復，是利用土壤中微生物的吸收、沉淀、氧化和還原等作用，轉化重金屬離子為低毒產(chǎn)物，從而降低含重金屬土壤的毒性。與之相互作用，改善土壤根際微環(huán)境，提高植物對重金屬吸收，固定或揮發(fā)的效率。此法快速、安全，但修復成本高、受環(huán)境因素影響大。

（6）植物修復，是利用植物（基于特定植物對某一種或某一類化學元素耐受性和超強積累性的理論）及其微生物共生體，對土壤環(huán)境中的重金屬進行吸收、積累及超富集，達到清除土壤中重金屬的目的。此法成本低、不改變土壤性質(zhì)、沒有二次污染，但耗時長、污染程度不能超過修復植物的正常生長范圍。

（7）化學吸附法，是向土壤中加入合成是向土壤中加入螯合劑、吸附劑等，通過靜電吸附、離子交換、螯合配位等途徑與相應重金屬結合，再外加磁力，通過磁選分離，將重金屬從土壤中移除，進而在外部環(huán)境中對移除的重金屬進行處理。此法操作簡便、見效快、成本低，將重金屬從土壤中移除，可根治土壤中重金屬污染問題，但目前相應的螯合劑、吸附劑材料選擇與合成及工程推廣應用技術不成熟，還處在研究階段。

通過對比多種土壤修復方法，考慮到易于操作、高效持續(xù)、經(jīng)濟等優(yōu)勢，吸附法展現(xiàn)出了良好推廣、應用前景。傳統(tǒng)吸附劑（如活性炭、活性礦物材料等）具有高比表面積的特性，以此利用物理作用吸附重金屬;而現(xiàn)代吸附新材料多基于表面修飾改性，引入具有靜電吸附、離子交換、螯合配位等功能的官能團（如氨基、羥基、巰基、羧基等），以期達到選擇性吸附、鈍化/穩(wěn)定化土壤中重金屬的目的。然而，此類吸附材料存在不易于從土壤中分離，致使重金屬仍留存在土壤，易于受到外界諸多因素影響而使被吸附、鈍化重金屬重新活化的弊端，實現(xiàn)不了根治土壤重金屬污染的目的。

當前，納米材料因其克服了傳統(tǒng)材料的束縛，以其比表面積大、吸附性超強、催化和活性高等特有性能，已廣泛應用于社會各行業(yè)領域。近年來，納米材料以其優(yōu)越的理化性能被納入環(huán)境修復的視野中，將納米材料應用于土壤重金屬污染修復已成為當前國內(nèi)外研究的重點和熱點。

目前，納米材料用于修復土壤重金屬污染的研究才剛剛起步，一般處在異位修復實驗室模擬階段。因此，結合農(nóng)田重金屬污染現(xiàn)實狀況，順應現(xiàn)有技術研究趨勢，形成新修復技術與理論體系，并對其進一步探索[3]。新修復技術的思路：基于原位修復技術手段，將合成的磁性螯合納米材料加入土壤中，在土壤中讓納米材料與重金屬污染物充分接觸，并發(fā)生一系列反應，吸附土壤中重金屬，再通過外加磁力進行磁選分離，將重金屬從土壤中移除，達到根治修復土壤重金屬污染的目的。

2 結論

土壤重金屬污染修復技術研究取得了一定成果，但也存在許多不足之處，還需進一步深入探索與研究[4]。土壤污染類型、途徑多種多樣，其修復是一個系統(tǒng)工程，需要統(tǒng)籌、綜合、系統(tǒng)、全面考慮，力求修復技術與措施向著綠色環(huán)保、操作簡單、效果可靠、持續(xù)高效、易行推廣的趨勢發(fā)展，推動土壤重金屬污染修復技術應用盡快落地，切實保護生態(tài)環(huán)境，改善人居環(huán)境安全，保障人體健康。

參考文獻

[1]孫鐵珩，李培軍，周啟星，等.土壤污染形成機理與修復技術[M].北京：科學出版社，2005.

[2]丁竹紅，胡忻，尹大強.螯合劑在重金屬污染土壤修復中應用研究進展[J].生態(tài)環(huán)境學報，2009，18（2）：777-782.

[3]范吉強.工業(yè)污染場地土壤修復技術研究[J].科技風，2019（33）：134.

[4]曲智，張慶波.重金屬污染土壤修復技術[J].化工設計通訊，2019，45（10）：91+101.

收稿日期：2020-01-29

作者簡介：尹金珠（1984-），男，漢族，碩士研究生，工程師，研究方向為生態(tài)修復與環(huán)境治理。