土壤重金屬污染及其修復技術

王占英

（河北省眾聯(lián)能源環(huán)?？萍加邢薰?河北石家莊 050031）

土壤重金屬污染及其修復技術

王占英

（河北省眾聯(lián)能源環(huán)保科技有限公司 河北石家莊 050031）

工業(yè)制造、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及生活垃圾等都會造成土壤污染。文章闡述土壤中重金屬的來源，土壤污染的特點，介紹了當前幾種主要的污染土壤修復技術，并分析了其各自的優(yōu)點及存在的缺點。

重金屬；土壤污染；修復

土壤系統(tǒng)自凈能力是有限度的，一旦進入土壤的污染物總量超過了該限度，土壤就會喪失這種自凈能力，造成的不可逆轉的污染[1]。隨著社會經(jīng)濟得到高速發(fā)展，含有重金屬的工業(yè)廢渣、廢水和廢氣通過不同的途徑進入到土壤，給土壤帶來了嚴重的污染。

1 土壤中重金屬的來源及其特點

土壤中重金屬的來源可分為天然來源和人為來源。天然來源是由于土母質本身含有重金屬，不同的母質、成土過程所形成的土壤含有重金屬量差異很大。人為來源主要是來自人類的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動以及生活垃圾，包括以下幾個方面：隨著大氣沉降進入土壤的重金屬、污水的灌溉及污泥的施肥、礦山的開采、生活垃圾的堆放、農(nóng)業(yè)物資中的重金屬進入土壤等途徑。

根據(jù)相關研究，重金屬的污染具有隱蔽性、滯后性、累積性、長期性等特點，一旦當土壤受到重金屬污染時，靠直接觀察很難發(fā)現(xiàn)，從產(chǎn)生污染到出現(xiàn)癥狀通常會滯后較長的時間，且由于重金屬不可降解，一旦進入土壤，有時要靠換土、淋洗土壤等方法才能解決問題，其他治理技術可能見效較慢。因此，治理污染土壤通常成本較高、治理周期較長。

2 土壤重金屬污染的修復技術

對土壤重金屬污染的治理，主要的技術有物理修復技術、化學修復技術、植物修復技術、微生物修復技術及轉基因修復技術等。

2.1 物理修復技術

對于污染嚴重的土壤，可以采用換土的方法，即在原來的土地上覆蓋未被污染的土或將污染土壤換掉，覆土或換土的厚度應該大于耕層土壤的厚度[2]。這種方法對于恢復農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有很好的效果，但是，這種方法需要耗費大量的人力和財力，存在淋溶、破壞生態(tài)的危險，且不適用于大面積的污染，因此存在很大的局限性。

玻璃化技術是指通過向污染土壤插入電極，對污染土壤固相組分給予1600℃～2000℃的高溫處理，熔化的污染土壤冷卻后形成化學惰性的、非擴散的整塊堅硬玻璃體，使得重金屬污染物得到固定。此技術適用于含水量較低、污染物深度不超過6m的土壤。

電動修復是利用電動力學的方法從飽和土壤層、不飽和土壤層、污泥、沉積物中分離提取重金屬污染物的過程。在電場作用下，重金屬離子（Cd、Pb、Cu、Zn等）以電遷移、電滲流及電泳等方式向陰極運動，使重金屬得到分離，最終達到去除污染物的效果。影響土壤電動修復效率的因素很多，包括土壤類型、污染物性質、電壓和電流大小、洗脫液組成和性質、電極材料和結構等。

2.2 化學修復技術

通過向土壤中添加化學試劑來治理重金屬污染的修復技術稱為化學修復技術。添加的化學試劑可以從兩方面來進行，一是添加能活化重金屬的物質（EDTA、檸檬酸等），使土壤中的重金屬更多的進入的土壤液相中，進而從土壤去除，即化學淋洗技術；二是加入降低重金屬活性的物質（磷礦石、草炭灰等），使土壤中的重金屬活性降低，減少在其在土壤中的遷移轉化，進而降低其生物有效性，即鈍化（穩(wěn)定化）技術。其中，前者適合于污染較嚴重失去生產(chǎn)價值的土壤，因為化學淋洗不但會洗去土壤中的重金屬，同時土壤中的營養(yǎng)物質氮、磷、有機質等也會被淋洗出去。對于輕微污染的土壤，這種方法顯然不適合，可以采用鈍化土壤中重金屬的方法，使其不能被農(nóng)作物吸收，保證土壤生產(chǎn)價值。

2.3 植物修復技術

植物修復技術與傳統(tǒng)的物理、化學修復方法相比，該方法具有簡單、經(jīng)濟、生態(tài)等優(yōu)點。植物修復技術更加符合土壤污染治理的要求，具有良好的發(fā)展前景。植物對重金屬污染的修復技術包括：植物提取、植物揮發(fā)、植物鈍化三個方面。

植物修復所選用的植物需要滿足一定的條件，即對重金屬有特殊的吸收富集能力且對重金屬有一定的耐受性?！俺患参铩币辉~最初是由Brooks[3]等提出的?，F(xiàn)在對超富集植物的定義包括三個方面：一是臨界含量標準，即植物莖或葉中重金屬達到其臨界含量，其中Cd為100mg/kg，Zn為10000mg/kg，Pb、Cu、Ni均為1000mg/kg；二是富集系數(shù)標準，富集系數(shù)是植物體內(nèi)某種重金屬含量與該種植物所生長的土壤中同種重金屬濃度的比值，富集系數(shù)大于1.0是超富集植物必不可少的特征；三是轉移系數(shù)標準，即植物把重金屬從其根部轉移到地上部分的能力，轉移系數(shù)越高，對重金屬的修復效果越好。

植物修復技術自身也不可避免的存在一些不足。超富集植物個體矮小，生長緩慢是限制植物修復發(fā)展的最主要因素，如果沒有足夠的生物量，那么對重金屬的去除效率不會很高；由于植物的生長特性，要徹底去除污染物，往往需要很長的時間，甚至需要上百年，對于當今稀有的土壤資源，人們難以放棄種植農(nóng)產(chǎn)品而種超富集植物；目前發(fā)現(xiàn)的超富集植物大多是雜草類，對其種子的收獲比較困難；超富集植物一般只對某一種重金屬具有富集作用，而大部分的土壤污染為多種重金屬的復合污染，因此用一種植物難以到達治理污染的目的；盲目的引入某一植物，存在物種入侵的危險；收割后的超富集植物的重金屬含量往往很高，對于這部分植物的處理比較困難。

2.4 微生物修復技術

微生物修復是利用微生物自身的代謝活動，吸收、沉淀、氧化還原土壤中重金屬，降低重金屬毒性，同時微生物活動可以影響植物的根系分泌和吸收等過程。微生物對重金屬污染的修復原理主要包括富集，轉化和吸附三個方面。富集是微生物把重金屬吸收后貯存在細胞內(nèi)，通過代謝作用，使這些離子被沉淀或螯合到自身合成的多聚物上。微生物轉化包括氧化還原、甲基化與去甲基化以及重金屬的溶解和有機絡合配位降解等作用方式。土壤中不同價態(tài)的重金屬離子的毒性相差很大，如Cr(3)的毒性相對Cr (6)要小很多。通過分泌特殊的氧化還原酶，微生物可以將有害重金屬離子轉化為低毒甚至無毒的形態(tài)。汞的微生物轉化具有代表意義，甲基汞和Hg(2)的毒性遠大于Hg(0)，而Hg(0)又有很強的揮發(fā)

性，利用耐汞微生物可以使甲基汞和Hg(2)變成毒性較小且易于揮發(fā)的Hg(0)[4]。吸附是由于細胞表面帶有負電荷，且存在氨基、羧基、羥基、醛基、硫酸根等多種官能團，可通過靜電吸附或者絡合作用固定重金屬離子。許多微生物與重金屬具有很強的親合性，能吸附多種重金屬，如藻類對銅、鈾、鉛、鎘等都有吸收富集作用。

雖然微生物修復具有相對處理費用低、對環(huán)境影響小、操作簡單等優(yōu)點，但是微生物廣泛分布于土壤環(huán)境中，分離比較困難，重金屬仍然留在土壤中。而且微生物受各種環(huán)境因素的影響較大，pH、溫度、氧氣、水分等均可影響微生物活性從而影響修復效果。

2.5 動物修復技術

這里所指的動物主要是蚯蚓，因為蚯蚓是土壤中一個重要的有機體，對改善土壤的質量起著重要的作用。動物修復的機制包括生成某種金屬硫蛋白(MT)，與重金屬結合形成低毒或無毒的絡合物；代謝產(chǎn)生一些富含—SH的多肽(如PC)，與重金屬螯合，降低重金屬離子的活性。然而與微生物相比，蚯蚓的數(shù)量和比表面積都相對較小，因此產(chǎn)生的效果也不顯著，而且動物對環(huán)境的要求也更加嚴格。

2.6 基因工程和細胞工程技術

隨著基因工程的發(fā)展，轉基因技術得到廣泛的應用。如自然的超富集植物常常由于生長緩慢，生物量小等因素受到限制，而利用轉基因技術，在超富集植物中植入具有某些特定功能的基因片段，可以克服這一缺陷。雜交技術和細胞融合技術的運用也能得到良好的效果，通過培育得到的多倍體植物與普通的植物相比，有較大的生物量和較強的蒸騰拉力，這對于土壤重金屬的吸收轉化有重要的意義。然而，基因工程和細胞工程技術也存在很多不足之處，例如很多轉基因生物，其遺傳特性往往不穩(wěn)定；且控制不好，會引起基因污染，帶來嚴重的后果。

3 結語

針對土壤污染的復雜性、多樣性及復合性，在修復時要綜合考慮污染物的性質、土壤條件、投資成本等各方面的因素。且采用某種單一修復方法往往很難得到理想的結果，因此要選擇最適合的修復技術或組合,達到高效、節(jié)約的雙重效果。如對于低污染濃度的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)地區(qū)，可采用添加鈍化劑，同時結合微生物的吸附作用達到降低重金屬生物有效性，使作物內(nèi)的重金屬減少；或者篩選低富集作物與超富集植物間作的方式，實現(xiàn)邊生產(chǎn)邊修復。

[1]Chaney R L，Minnie M，Li Y M，et al.Phytoremediation of soil metals[J].CurrentOpinion in Biotechnology 1997，8：279-284.

[2]Brooks R R,Lee J,Reeves R D,et al.Detection of nickeliferous rocksby analysis ofherbarium specimensof indicator plants[J].Journal ofGeochemicalExploration,1977,7:49-57.

[3]Ebbs SD,LasatM M,Brady D J,etal.Phytoextraction of cadmium and zinc from a contaminated soil[J].Journalof EnvironmentalQuality, 1997,26(5):1424-1430.

[4]耿春女,李培軍,陳素華,等.菌根生物修復技術在沈撫污水灌區(qū)的應用前景[J].環(huán)境污染治理技術與設備,2002,3(7):51-55.

表4 膨潤土復用試驗

由以上數(shù)據(jù)可見，膨潤土復用有一定的效果，但隨著利用次數(shù)的上升，膨潤土吸附的雜質越來越多，導致渣量越來越大。到第三次，效果變差，渣量變的很大，到了第四次，渣量基本沒變，且水質未得到改善。因此，考慮在每次使用過膨潤土后，移出一部分沉渣，再加入一部分新的膨潤土，觀察其效果。

擬定膨潤土進出率25%、30%、35%

表5 復加04g（25%）膨潤土試驗

表6 復加0.4g（30%）膨潤土試驗

表7 復加0.56g（35%）膨潤土試驗

通過實驗得出，對江蘇油田廢水進行預處理時，膨潤土進出率控制在35%時，處理效果保持良好的水平。

3 結語

本實驗研究通過對膨潤土運用于油田廢水的預處理展開試驗，得出膨潤土去除油田廢水懸浮物的效果優(yōu)于常用的混凝劑（PAC、PAFC、硫酸亞鐵），當原水懸浮物1500mg/L左右時，其初始最佳投加量為1.6g/100mL，復用最佳投加量為0.56g/100mL。為江蘇油田解決懸浮物預處理提供依據(jù)，為該廢水進一步深度處理奠定基礎。

王占英（1964—），女，河北高陽人，1995年畢業(yè)于河北工業(yè)大學計算機與應用專業(yè)，工程師。