探討土壤重金屬污染及其修復(fù)技術(shù)

楊文興

探討土壤重金屬污染及其修復(fù)技術(shù)

楊文興

（廣西博世科環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?廣西南寧 530000）

工業(yè)化的快速進(jìn)程使我國的土壤重金屬污染事件頻頻發(fā)生。土壤污染直接影響到農(nóng)作物的種植以及人的健康。因而土壤治理是目前環(huán)境污染治理中的重要工作。筆者主要對受重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)進(jìn)行簡要分析。

土壤；重金屬；污染；修復(fù)技術(shù)

前言

在工業(yè)化過程中，由于環(huán)境保護(hù)的配套設(shè)施不夠完善；加上人們對土壤的污染不夠重視，導(dǎo)致重金屬污染事件的發(fā)生越來越頻繁。目前，常見導(dǎo)致土壤受到污染的金屬包括鋅（Zn）、汞（Hg）、鎘（Cd）等。一般引起重金屬污染的原因有很多。在工業(yè)方面，有采礦、煤燃燒等。在生活方面有生活污水、汽車尾氣等物質(zhì)的排放。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面有化肥、農(nóng)藥、人工降雨等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前我國污染土地接近2000萬hm2。導(dǎo)致我國可耕地變得更少，從而直接影響到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。另外，土地污染也會經(jīng)過水循環(huán)、食物循環(huán)等對人體產(chǎn)生危害。目前已經(jīng)證實(shí)了重金屬可導(dǎo)致人致病、致癌以及基因突變；因此，土壤的重金屬污染亟待治理和修復(fù)。目前，重金屬污染土壤常見的修復(fù)方法有生物修復(fù)技術(shù)、農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)、物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)等（具體如表1）。

1 生物修復(fù)技術(shù)

1.1 植物修復(fù)

主要是利用具有吸收有害物質(zhì)的植物進(jìn)行修復(fù)。植物本身可以吸收土壤中的某些成分，轉(zhuǎn)化為自身的一部分。根據(jù)植物與金屬物質(zhì)的親和關(guān)系，利用植物吸收土壤中的重金屬，并將重金屬進(jìn)行轉(zhuǎn)化，從而達(dá)到治理污染的目的。例如，蜈蚣草能夠吸收As，在存在As污染的土壤區(qū)域種植蜈蚣草，可以吸收土壤中的As。As達(dá)到一定量時(shí)，收割蜈蚣草，從而減少土壤中的As含量。我國學(xué)者張杏峰研究顯示，雜交狗尾狼草可以吸收Cd和Zn，對存在Cd和Zn污染的土壤中種植可以達(dá)到修復(fù)的目的。但植物修復(fù)也有不足之處，植物可吸收的金屬畢竟有限，治理的時(shí)間長。因此，植物修復(fù)對于重度污染的土壤不適用，而對于中、輕度污染的土壤比較適用。

表1 修復(fù)技術(shù)類型表

1.2 微生物修復(fù)

微生物普遍存在與土壤中。由于各種微生物的代謝存在差異，對物質(zhì)的需求也不同，一些微生物需要吸收重金屬進(jìn)行代謝。例如一些真菌類、細(xì)菌類的微生物，其能夠吸收重金屬，并進(jìn)行轉(zhuǎn)化，從而將具有毒性的重金屬轉(zhuǎn)化成無毒性的物質(zhì)。例如，在香蒲根部提取的菌株具有吸收Cd和Cu的作用，從而降低土壤中Cu和Cd的毒性。另外，根據(jù)真菌寄生的特點(diǎn)，將其接種于植物根部，從而使植物具有雙重的吸收作用。例如，在蜈蚣草的根部接種具有可吸收Cu的菌株，從而使蜈蚣草可以同時(shí)吸收As和Cu。另外，根部接種菌株后，可以讓植物提高重金屬的吸收量，從而提高修復(fù)土壤的效率。研究表明，對鬼針草進(jìn)行根部接種菌株后，其對土壤中的Cu、Zn等重金屬吸收量增加。

2 農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)

2.1 合理施肥和用藥

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，施肥和使用藥物是必要的環(huán)節(jié)。但化肥和農(nóng)藥本身含有重金屬，在長期大量使用后，會引起土壤重金屬污染，從而導(dǎo)致土壤不適宜種植。因此，需要進(jìn)行調(diào)整施肥以及農(nóng)藥的使用。調(diào)整方法主要有兩種：①化肥和農(nóng)藥的生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整，主要是研發(fā)新的農(nóng)藥和化肥，降低化肥和農(nóng)藥中的重金屬比例。②在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，加強(qiáng)管理和技術(shù)指導(dǎo)；主要是指導(dǎo)種植戶正確合理施肥，并使用環(huán)保的農(nóng)藥，盡量減少化肥的使用，增加綠肥的使用量，從而降低土壤污染。

2.2 調(diào)整土壤還原狀態(tài)

一般情況下，土壤的氧化還原與土壤中的水分緊密相關(guān)，而土壤的氧化還原狀態(tài)直接影響到重金屬的活性和毒性。土壤的氧化還原狀態(tài)主要通過水來調(diào)節(jié)。當(dāng)水分較少不能夠完全覆蓋土壤時(shí)，土壤處于氧化狀態(tài)。此時(shí)的土壤環(huán)境會使較高毒性的As3+氧化成較低毒性的As5+；并使較低毒性的Cr3+氧化成較高毒性的Cr6+。與此同時(shí)，As、Cr的遷移性也明顯提升，容易造成污染擴(kuò)大?？梢?，在土壤處于氧化狀態(tài)下時(shí)，土壤中的金屬會發(fā)生一定的變化。而在土壤完全浸泡在水中時(shí)，土壤處于還原狀態(tài)。在此環(huán)境下土壤中的SO42-能夠生成S2-；并與土壤中的Cr3+、As3+、As5+等反應(yīng)生成沉淀，降低重金屬的毒性。同時(shí)可以避免Cr、As遷移擴(kuò)散。因此，調(diào)節(jié)土壤中的水分，可以對土壤環(huán)境進(jìn)行調(diào)控。進(jìn)而促使重金屬沉淀，降低其毒性，防止污染擴(kuò)散。

3 物理修復(fù)

3.1 土層更換

在土壤污染范圍較小情況下，可以使用土層更換的方法。具體實(shí)施主要采用換土、翻耕、去除表面污染土、客土等方法。在污染存在土表時(shí)，將土表的污染土去除，保留未污染土地層面。翻耕方法主要是將深層土地翻新，使污染土層與未污染土層混合，稀釋重金屬的含量。換土主要是把污染的土壤全部去除，并加入新土壤。客土主要是在污染土壤中加入未污染的土壤，并鋪在污染土壤的上層。

3.2 熱解吸技術(shù)

該方法主要使用于加熱后可揮發(fā)的重金屬，如Hg、As等。具體實(shí)施主要是對污染土壤加熱到一定溫度，促使重金屬揮發(fā)，并將揮發(fā)的重金屬收集集中處理。研究顯示，對于存在Hg污染的土壤使用熱解吸技術(shù)后可以使99.8%的Hg揮發(fā)。但該方法加熱時(shí)耗能較大，因而在耗能方面需要進(jìn)行尋找可行的方法。國外學(xué)者Nacarro等報(bào)道，使用天陽能作為加熱的能源可以去除土壤中的As和Hg。

3.3 電動修復(fù)

該技術(shù)主要是使用電極吸收重金屬，在一定電流和電壓的影響下，會產(chǎn)生電場。重金屬離子在電場中會產(chǎn)生聚集的情況，因而插入電極并通電后，可以讓重金屬離子聚集在電極附近。將這些金屬離子導(dǎo)出，并作進(jìn)一步的處理，從而實(shí)現(xiàn)從土壤中清除重金屬。在國外，電動修復(fù)的方法已經(jīng)發(fā)展成為一種重要的治理污染方法。研究顯示，在單純Cu污染的土壤中，使用電動修復(fù)可以去除71.1%。一些重金屬在土壤中的溶解性較差，不易受電場影響而聚集。在修復(fù)時(shí)，在土壤中加入輔助試劑，提升金屬的溶解性，可以增強(qiáng)聚集的效果。研究顯示，在Pb污染的土壤中，使用絡(luò)合劑可以提高Pb的去除率。目前，我國在電動修復(fù)還處于研究的階段，但在國外已經(jīng)得到充分運(yùn)用，相信在不久的未來，電動修復(fù)也將會得到推廣。

4 化學(xué)修復(fù)

4.1 穩(wěn)定化和固化修復(fù)

穩(wěn)定化修復(fù)是使用穩(wěn)定化的藥劑，重金屬與藥劑結(jié)合后形成相對穩(wěn)定的沉淀物。固化修復(fù)是將某種有效的添加劑加入土壤中，使重金屬被添加劑包圍，減少重金屬釋放。這兩種方法都是通過添加化學(xué)藥劑使重金屬沉淀，降低重金屬的毒性。同時(shí)可以避免重金屬進(jìn)入地下水，危害人體健康。目前，常用的藥劑有沸石、石灰、海泡石等，添加的藥劑本身必須對土壤無污染。由于土壤污染是大范圍的，藥劑使用量多。因此，在制作成本方面，藥劑成本要低，方能滿足要求；但需要注意的是，這一方法只是讓重金屬變成更穩(wěn)定的狀態(tài)，而不是從土壤中消除。因此，還會存在重金屬再次污染的可能。

4.2 離子拮抗

重金屬本身的毒性作用是引起污染的重要原因。部分重金屬離子之間有拮抗作用，在重金屬污染嚴(yán)重的土壤中，可以添加少量拮抗的金屬，從而降低重金屬的毒性，減輕土壤的污染程度。研究顯示，在Cd污染的土壤添加少量的Zn，Zn對Cd產(chǎn)生拮抗作用，從而減少Cd在植物中的聚集程度。

4.3 土壤淋洗

該技術(shù)主要使用淋洗助劑加入到土壤中，淋洗助劑與重金屬發(fā)生反應(yīng)，達(dá)到去除金屬的目的。研究顯示，在Cu污染的土壤中使用乙二胺四乙酸（濃度15mmol/kg）淋洗后，Cu去除率達(dá)41%。在淋洗后，再使用電化學(xué)法、離子置換法等方法將淋洗后產(chǎn)生的有機(jī)物結(jié)合態(tài)提取出來，從而將土壤中的重金屬去除。該技術(shù)能夠使用于重金屬污染嚴(yán)重且范圍大的土壤，但淋洗液比較昂貴，淋洗的方法也可能產(chǎn)生水污染。

5 總結(jié)

土壤污染直接影響到農(nóng)作物的種植以及人的健康，因而土壤治理是目前環(huán)境污染治理中的重要工作。目前，土壤重金屬的修復(fù)方法較多，有生物修復(fù)技術(shù)、農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)、物理修復(fù)技術(shù)等。各種修復(fù)方法優(yōu)劣差異大，操作方法也有所不同。在重金屬土壤的修復(fù)中，應(yīng)根據(jù)土壤中重金屬的污染類型、程度以及污染范圍等采用適當(dāng)?shù)男迯?fù)方法。

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A

1004-7344（2016）33-0310-02

2016-11-2

楊文興（1982-），男，漢族，廣西南寧人，本科，主要從事環(huán)保相關(guān)工作。