土壤重金屬修復技術(shù)探討

王冠華 施培俊 曹傳新

摘 要：目前治理土壤重金屬污染的技術(shù)主要有生物修復技術(shù)、化學修復技術(shù)和物理修復技術(shù)。本文簡要介紹了這幾種修復技術(shù)并分析了它們各自的優(yōu)缺點。根據(jù)現(xiàn)階段的研究成果展望治理土壤污染的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：污染土壤 重金屬 修復 發(fā)展趨勢

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）07（a）-0130-02

土壤是人類賴以生存的要素之一，是動植物生存的保障。土壤構(gòu)成成分復雜，主要構(gòu)成元素是硅、氧，此外還含有鐵、鋁等金屬元素。自然環(huán)境中，土壤中各種元素含量維持在相對平衡的狀態(tài)。伴隨著現(xiàn)代社會發(fā)展，人類活動產(chǎn)生了大量污染物，這些污染物進入土壤引起重金屬含量超標。重金屬超標對動植物生長、人類健康都有很大危害。防治和修復污染土壤已經(jīng)刻不容緩。

近幾年，食品安全越來越受人們所關(guān)注，治理好土壤污染便是做好食品安全工作的第一步。但是土壤污染遠沒有像水、空氣污染那樣受人們關(guān)注。有資料顯示，我國有1300～1600萬hm2的耕地受到農(nóng)藥的污染，直接經(jīng)濟損失超過200億元人民幣。土壤污染具有隱蔽性、滯后性、難處理性等特點，在相當長的時間內(nèi)我國土壤污染都難以解決，并且有惡化的可能。為了實現(xiàn)中國現(xiàn)代化進程，我們堅決不能走“先污染后治理”的老路，從現(xiàn)在開始關(guān)注污染土壤的修復技術(shù)。

1 土壤重金屬污染物來源

土壤中重金屬污染的來源較廣泛，其中主要包括重工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢渣、廢氣，以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中過量使用農(nóng)藥、化肥。冶煉、化工、電子等企業(yè)如果不及時處理廢渣廢氣，將會產(chǎn)生大量危害環(huán)境的重金屬污染物，如：鉛、鎘、汞和砷等。這些重金屬污染物難以在自然條件下降解。我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量農(nóng)藥、化肥的使用也使重金屬污染形勢變得相當嚴峻。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有機磷和有機氯農(nóng)藥是污染土壤的主要種類，除此之外無機-有機復合物污染物是土壤污染物來源的新方向[1]。

2 常見的污染土壤修復技術(shù)

2.1 生物修復技術(shù)

廣義的生物修復技術(shù)包括植物修復技術(shù)、動物修復技術(shù)、微生物修復技術(shù)。但是因為植物修復技術(shù)研究的比較廣泛，所以另作一類。生物修復技術(shù)是指依靠生物的活動使土壤污染降解或轉(zhuǎn)化為無毒或低毒的過程[2]。這里生物修復技術(shù)主要介紹的是微生物。微生物在自身的生長代謝中產(chǎn)生酸類，這些酸與重金屬結(jié)合，降低了重金屬活性，從而達到修復土壤的目的。另外微生物菌根可以促進植物根系吸收重金屬的效率，尤其是叢枝菌根對砷污染的土壤具有極大的應用價值[3]。近幾年，動物在生物修復技術(shù)也有成功應用的案例。高巖等論證了蚯蚓具有強化污染土壤的修復潛力，可見蚯蚓等動物是修復污染土壤的“綠色力量”[4]。

2.2 植物修復技術(shù)

植物修復技術(shù)是指植物本身特有的吸收富集污染物、轉(zhuǎn)化固定污染物以及通過氧化還原或水解反應等生物化學過程，使土壤環(huán)境中的有機污染物得以降解，使重金屬等無機污染物被固定脫毒。植物修復技術(shù)主要包括四種：植物提取、植物降解、植物穩(wěn)定、植物揮發(fā)[2]。其中通過植物吸收來去除污染土壤中重金屬是目前應用最廣的方法。這種方法利用超累計植物從土壤中吸收一種或幾種重金屬，并將其轉(zhuǎn)移、存儲到地面上部，最后通過收割集中處理。遏藍菜屬、印度芥菜等被證明是改善污染土壤的理想植物[5]。周啟星等認為雜草具有品種多、生態(tài)適應能力強的特點，以雜草為對象將會在植物修復技術(shù)中取得較大突破[6]。單純利用植物修復污染土壤存在很多缺陷，近些年人們開始著手從多方面增強植物修復技術(shù)的修復效率。增強其效率的方法主要分為兩類：第一類是從植物自身入手，主要通過導入能夠增強植物吸收重金屬效率的基因來增強植物修復效率；第二類從外部環(huán)境入手，主要通過微生物（根際促生菌）、物理方法（電動法）、化學方法（向土壤中添加化學試劑）等來增強植物修復效率。

2.3 化學修復技術(shù)

化學修復技術(shù)是利用加入到土壤的化學修復劑與污染物發(fā)生一定的化學反應，使污染物被降解和毒性被去除或降低的修復技術(shù)[2]。對于不同類型的污染物和污染土壤的具體特征，化學修復手段和注入的化學物質(zhì)一般不同。注入的化學物質(zhì)可以是氧化劑、沉淀劑或解析劑。相對于其他修復技術(shù)，化學修復技術(shù)起步較早，技術(shù)相對成熟?；瘜W修復技術(shù)主要依靠化學物質(zhì)將重金屬固定，降低重金屬的活性。國內(nèi)化學修復技術(shù)主要是原位淋洗修復，這種方式的修復技術(shù)既要考慮修復效率，同時更要考慮試劑對土壤的破壞程度。荷蘭、德國、美國等國家的異位淋洗已經(jīng)較為普及。曾敏等驗證了EDTA是一種治理含有鉑、鋅、鉛污染土壤的較好的化學物質(zhì)[7]。

2.4 物理修復技術(shù)

現(xiàn)階段，物理修復技術(shù)在英、美等發(fā)達國家得到了很大重視，異位土壤修復已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。物理修復技術(shù)主要包括物理分離技術(shù)、蒸汽浸提技術(shù)、玻璃化技術(shù)和電動修復技術(shù)等[1]。其中電動修復技術(shù)應用在原位土壤修復方面在近幾年比較流行，是一項新興的物理修復技術(shù)。電動修復技術(shù)的基本原理類似于原電池，通過直流電將污染物帶到陽極附近而被去除。理論和實驗證明電動修復技術(shù)能夠有效的去除污染土壤中鉛、鎘、鉻、砷和汞等重金屬。單純利用電動修復技術(shù)容易受到外部條件干擾，效率較低，現(xiàn)在已經(jīng)有多種和電動修復技術(shù)聯(lián)用的技術(shù)?，F(xiàn)階段，電動修復技術(shù)可以和Fenton技術(shù)、可滲透反應墻（PRB）、植物修復技術(shù)和超聲波等聯(lián)用[8]。多種修復技術(shù)的聯(lián)用可以提高電動修復技術(shù)的修復效率。

3 污染土壤修復技術(shù)的局限性

利用微生物修復污染土壤需要合適的環(huán)境條件。土壤水分、pH、有機質(zhì)含量和可溶性氧等都是微生物生存的必要因素。惡劣的土壤環(huán)境因素不利于微生物的生存，也將影響修復效率。培養(yǎng)合適的工程菌去除重金屬是微生物修復技術(shù)的難題。

植物修復技術(shù)是一項經(jīng)濟、有效的修復技術(shù)，但是也存在一定的局限性。如同微生物修復技術(shù)一樣，植物生長受天氣、季節(jié)等因素影響。并且植物生長周期長，修復時間較其他修復技術(shù)長。植物修復技術(shù)不能修復深層重金屬。引用異地植物有可能會影響生物多樣性。目前通過植物吸收治理污染土壤應用范圍最廣，雖然這項技術(shù)可以較好的去除土壤中的重金屬，但是如何處理這些超累積植物同樣在困擾著人們。另外，篩選合適的超累計植物是一項長期艱苦的工作。就目前而言，利用植物修復重金屬污染土壤方向單一，不能處理復合污染土壤。

物理化學技術(shù)修復土壤需要相應的物理化學條件，價格昂貴，不適宜大面積土壤修復治理。此外，由于各種化學試劑的加入，有可能影響土壤肥力，并有可能產(chǎn)生毒性更大的污染物，從而引起二次污染。

4 污染土壤修復治理技術(shù)的發(fā)展趨勢

現(xiàn)在修復重金屬污染土壤的技術(shù)主要從兩個方面著手：一是將土壤中重金屬固定，降低其活性，減少植物對其吸收程度。潘根興等人發(fā)現(xiàn)生物質(zhì)炭具有疏松多孔、含氧官能團豐富等特點，利用生物質(zhì)炭可以鈍化土壤中鉛和鎘的生物活性，減少水稻對鎘的吸收[9]；范迪富等發(fā)現(xiàn)凹凸棒石具有較大的比表面積和良好的吸附能力，其強大的吸附能力能將重金屬固定從而阻止重金屬向植物轉(zhuǎn)移，并且凹凸棒石不會對土壤產(chǎn)生附加不良影響[10]；二是去除土壤中重金屬。去除土壤中重金屬是現(xiàn)在研究最多最廣的領(lǐng)域。單一的修復技術(shù)存在特定缺陷、修復效率低的特點。面對現(xiàn)在污染物難以處理，修復效率低的問題，未來修復技術(shù)發(fā)展方向?qū)膯我恍迯拖騼煞N或是兩種以上修復技術(shù)聯(lián)用的方向發(fā)展。單一植物修復技術(shù)和微生物修復技術(shù)將向基因工程發(fā)展，利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)培養(yǎng)出修復效率更好的超累計植物或工程菌。在物理化學修復技術(shù)方面已經(jīng)出現(xiàn)相應的前沿技術(shù)，超臨界提取土壤中污染物和光催化氧化技術(shù)都是在物理化學修復技術(shù)方面新興的土壤修復技術(shù)[5]。

參考文獻

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