土壤重金屬污染現(xiàn)狀及修復(fù)技術(shù)比較

朱玉斌

（廣東韶科環(huán)?？萍加邢薰?，廣東 韶關(guān) 512026）

土壤重金屬污染現(xiàn)狀及修復(fù)技術(shù)比較

朱玉斌

（廣東韶科環(huán)保科技有限公司，廣東 韶關(guān) 512026）

本文首先分析了土壤重金屬污染的現(xiàn)狀及特點(diǎn)，然后系統(tǒng)闡述了不同土壤重金屬污染修復(fù)概念及原理，并對物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)和生物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)、不足和適用性進(jìn)行比較，最后提出土壤重金屬污染修復(fù)的發(fā)展展望，希望切實(shí)提升土壤重金屬污染修復(fù)效果。

土壤重金屬污染；修復(fù)技術(shù)；比較

農(nóng)田土壤重金屬污染是指生物毒性顯著的鉛、汞、鉻、鎘，類金屬砷，有毒性的重金屬銅、鎳、鋅等污染物對農(nóng)田土壤的污染。根據(jù)農(nóng)業(yè)部環(huán)保監(jiān)測系統(tǒng)對全國24個(gè)省市、320個(gè)嚴(yán)重污染區(qū)的548萬hm2土壤調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大田類農(nóng)產(chǎn)品污染超標(biāo)面積占污染區(qū)農(nóng)田面積的20%，其中約有80%是重金屬污染。在約140萬hm2的污水灌區(qū)中，遭受重金屬污染的土地面積占污水灌區(qū)面積的64.8%，其中嚴(yán)重污染的占8.4%。農(nóng)田土壤重金屬污染不僅造成農(nóng)作物減產(chǎn)，尤為嚴(yán)重的是土壤重金屬污染周期長、隱蔽性強(qiáng)和不可逆的特性，通過食物鏈還會(huì)影響到人類的健康。2014年，中央1號文件明確提出要“啟動(dòng)重金屬污染耕地修復(fù)試點(diǎn)”工作，2015年中央1號文件再次明確提出要求實(shí)施耕地保護(hù)與提升行動(dòng)，擴(kuò)大重金屬污染耕地修復(fù)等工作。

1 農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀及特點(diǎn)

對我國的主要城市農(nóng)田土壤重金屬的含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，人們發(fā)現(xiàn)大部分均超過了背景值。據(jù)資料顯示，我國受到污染的農(nóng)田已有104 000 hm2,一些地區(qū)的土壤重金屬污染超標(biāo)達(dá)到了幾十倍，甚至幾百倍，其中11個(gè)省的25個(gè)地區(qū)的農(nóng)田受到鎘污染。隨著城市化進(jìn)程的加快，許多城市的農(nóng)田存在著不同程度的重金屬污染。有研究表明：北京市土壤已受到銅、鋅、鎘、鉻重金屬污染，其中鎘污染最為嚴(yán)重。沈陽市的農(nóng)田土壤加密監(jiān)測結(jié)果顯示，其農(nóng)田土壤也受到鎘、汞、鉛元素污染，根據(jù)國家土壤環(huán)境質(zhì)量二級評估標(biāo)準(zhǔn)，最高超標(biāo)達(dá)26.4倍，平均超標(biāo)了8.8倍。此外，貴州、河北、廣西、海南等省區(qū)的農(nóng)田土壤也不同程度地存在鋅、鎘、鉛、銅、砷、汞元素污染。土壤重金屬污染呈現(xiàn)出如下特點(diǎn)：

1.1 分布上呈現(xiàn)明顯的區(qū)域性

環(huán)境保護(hù)部在《“十三五”重金屬污染綜合防治技術(shù)分析報(bào)告》編制說明中提出：要對“十二五”期間的14個(gè)重點(diǎn)省份啟動(dòng)省級規(guī)劃編制，對這些地區(qū)的鉻、汞、鎘、鉛等重金屬進(jìn)行重點(diǎn)防控，重點(diǎn)區(qū)域包括內(nèi)蒙古、江蘇、浙江、江西、河南、湖北、湖南、廣東、廣西、四川、云南、陜西、甘肅、青海等14個(gè)重點(diǎn)省份，并專門列出了138個(gè)重點(diǎn)防護(hù)區(qū)，土壤重金屬污染排放的區(qū)域性特征十分明顯。它主要表現(xiàn)為南方土壤污染重于北方，長三角、珠三角、東北老工業(yè)基地等部分區(qū)域土壤污染問題較為突出。

1.2 類型上主要以無機(jī)型為主

從監(jiān)測土壤總的點(diǎn)位超標(biāo)率為16.1%來看，土壤污染主要以無機(jī)型為主，占到全部超標(biāo)點(diǎn)位的82.8%，涉及到的污染物主要有鉻、鎘、汞、砷、銅、鉛、鋅、鎳等8種無機(jī)污染物。無機(jī)污染物（主要指重金屬，也包括放射性元素和氮磷等），通過采礦、冶煉、農(nóng)藥化肥施用、金屬加工、火電廠、廢水和污泥等人類活動(dòng)進(jìn)入周邊的環(huán)境中，對土壤產(chǎn)生不同程度的污染。

1.3 污染源上呈現(xiàn)多樣化

農(nóng)田土壤重金屬來源廣泛，主要有大氣沉降、固體廢棄物、化肥與農(nóng)藥等。其中，大氣沉降導(dǎo)致的土壤重金屬污染主要來源于能源、運(yùn)輸、冶金和建筑材料等生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的粉塵和氣體，除汞金屬外，其他重金屬基本是以氣溶膠的形態(tài)進(jìn)入大氣，經(jīng)過自然沉降和降水進(jìn)入土壤中。此外，汽車尾氣也是重要污染源之一。固體廢棄物主要是指礦業(yè)、工業(yè)固體廢棄物等長期堆放后經(jīng)過雨淋、水洗、日曬等導(dǎo)致重金屬污染物向周邊的土壤擴(kuò)散、轉(zhuǎn)移。此外，農(nóng)藥、化肥的過量使用，也是農(nóng)田重金屬污染的主要來源之一。

1.4 處理上復(fù)雜、難度大

重金屬不易被微生物分解，農(nóng)田土壤一旦遭受重金屬污染，土壤中的膠體會(huì)對重金屬吸附，加之微生物的富集，時(shí)間一久還會(huì)加劇土壤污染程度，因此，無機(jī)型重金屬污染農(nóng)田土壤甚至是永久性的。此外，重金屬大多數(shù)是過渡元素，具有較高的化學(xué)活性，參與多種反應(yīng)，形態(tài)多變。隨著農(nóng)田土壤pH值的變化，不同重金屬呈現(xiàn)出不同的價(jià)態(tài)、化合態(tài)和結(jié)合態(tài)，這些不同形態(tài)的重金屬在穩(wěn)定性和毒性方面差異較大，處理起來十分復(fù)雜。重金屬在農(nóng)田土壤中遷移轉(zhuǎn)化，呈現(xiàn)出形式上的多樣化。重金屬不僅具有毒性，還會(huì)抑制土壤酶活性，浸入土壤中潛伏周期長。

2 農(nóng)田土壤重金屬污染主要修復(fù)技術(shù)比較

針對不同的污染土壤，修復(fù)技術(shù)的選擇既要考慮農(nóng)田土壤污染現(xiàn)狀，也要結(jié)合技術(shù)的特點(diǎn)，并充分考慮修復(fù)經(jīng)費(fèi)的數(shù)量、未來土地的利用方式、區(qū)域地形和氣候特點(diǎn)、污染物種類、污染程度及修復(fù)周期等一系列因素。具體來說，對于重金屬污染土壤，其修復(fù)技術(shù)主要有客/換土、土壤淋洗、穩(wěn)定化、電動(dòng)和植物修復(fù)等。土壤重金屬污染治理的路徑主要是：降低土壤重金屬濃度或者遷移性，清除土壤中的重金屬元素。

2.1 物理修復(fù)

土壤重金屬污染治理的方法主要有翻土法、換土法，以及近年來受到大力推廣的電修復(fù)法和熱處理法等技術(shù)。

2.1.1 物理修復(fù)技術(shù)

（1）傳統(tǒng)的換土、客土法多應(yīng)用于重污染區(qū)的土壤，深耕翻土多應(yīng)用于輕度土壤，但該法工程量大，費(fèi)用高，易打亂土體結(jié)構(gòu)而引發(fā)二次污染。因此，換土、翻土等技術(shù)多應(yīng)用于范圍較小的土壤治理。（2）電動(dòng)修復(fù)法作為一種高效、周期短的原位修復(fù)技術(shù)，適用于粘質(zhì)小范圍的土壤重金屬污染。它是將電場直接作用于土壤中的金屬離子，使其發(fā)生遷移，最終達(dá)到處理或分離效果。添加硝酸、表面活性劑等會(huì)使電動(dòng)修復(fù)法的修復(fù)效果更佳[1]。（3）熱處理技術(shù)是通過載氣直接或間接地加熱土壤，使土壤中的金屬離子分離出來并進(jìn)入氣體處理系統(tǒng)。選用氯鹽、氯化鎂等輔助添加劑，熱脫效果會(huì)更好。

2.1.2 物理修復(fù)技術(shù)比較

（1）優(yōu)點(diǎn)：翻土、客土法等能夠有效去除土壤重金屬，降低重金屬污染對環(huán)境的風(fēng)險(xiǎn)，在翻土?xí)r，同步進(jìn)行施肥，還可以彌補(bǔ)土壤養(yǎng)分，這對于提高單位面積的農(nóng)作物產(chǎn)量具有積極意義。電修復(fù)技術(shù)易管理，人工需求量少，接觸到的毒害物質(zhì)少，無副作用，還可以回收利用重金屬元素。熱處理法工藝簡單，易操作，治理效果好，較徹底。（2）不足：翻土、客土法工程量大，技術(shù)開展費(fèi)用高，占用大量堆積空間，存在二次污染風(fēng)險(xiǎn)。電修復(fù)技術(shù)：可控性較差，土壤性質(zhì)對修復(fù)效率影響大，尤其是對于含水率低、傳導(dǎo)性差、滲透性高的砂質(zhì)土壤處理效果不理想。熱處理法：能耗大，對汞蒸汽回收效果差，易產(chǎn)生二次污染。（3）適用性：翻土、客土法適用于處理受重金屬污染較輕、土層較厚的土壤，也適用于處理污染區(qū)域較小、污染嚴(yán)重、污染物易擴(kuò)散的土壤。

2.2 化學(xué)修復(fù)

化學(xué)修復(fù)重金屬污染的土壤主要是指在受污染的土壤中添加化學(xué)修復(fù)劑，使其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到土壤修復(fù)或重建的效果。常用到的化學(xué)修復(fù)技術(shù)有穩(wěn)定/固化技術(shù)、淋洗/萃取技術(shù)以及改良法等。

2.2.1 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

（1）穩(wěn)定/固化技術(shù)：是向污染土壤中加入藥劑（如金屬氧化物、高分子聚合材料、有機(jī)質(zhì)、生物炭等），將土壤中的重金屬固定于固體結(jié)構(gòu)中，降低其生物有效性。（2）淋洗萃取/萃取技術(shù)：用水或含有沖洗助劑的無機(jī)溶液、螯合劑、表面活性劑、天然有機(jī)酸等水溶液淋洗土壤中的污染物，通過淋洗達(dá)到修復(fù)效果[2]。（3）改良技術(shù)：向受到重金屬污染的土壤中施加化學(xué)沉淀劑、碳酸鈣、沸石等，對金屬吸附、沉淀和氧化還原，降低生物有效性或重金屬的轉(zhuǎn)移。

2.2.2 化學(xué)修復(fù)技術(shù)比較

（1）優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定/固化法不會(huì)對土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞，修復(fù)周期短，易操作，成本低，治理速度快、效果好。淋洗/萃取技術(shù)工藝簡單，尤其是中度重金屬污染的修復(fù)效果好。改良技術(shù)：見效快，能夠有效降低重金屬物質(zhì)的水溶性和遷移性。（2）不足：穩(wěn)定/固化技術(shù)受到土壤理化影響較大，固化劑費(fèi)用較高，增加了修復(fù)成本。淋洗/萃取技術(shù)投資大，治理費(fèi)用高，易造成地下水污染，改變土壤性質(zhì)等風(fēng)險(xiǎn)。改良技術(shù)：有破壞土壤微生物系統(tǒng)和二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。（3）適用性：穩(wěn)定/固化技術(shù)主要應(yīng)用于污染面積小、污染嚴(yán)重的地塊。淋洗/萃取技術(shù)則適用于面積小，但污染較輕的地塊。改良法主要適用于小面積重污染土壤。

2.3 生物修復(fù)技術(shù)

土壤重金屬生物修復(fù)技術(shù)是利用生物的吸收、轉(zhuǎn)化和代謝作用，清除、降解或轉(zhuǎn)移污染物，達(dá)到污染修復(fù)效果。生物修復(fù)技術(shù)主要有植物修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)和微生物修復(fù)等。

2.3.1 生物修復(fù)技術(shù)

（1）植物修復(fù)技術(shù)：利用植物的吸收、提取、轉(zhuǎn)化、固定等機(jī)理達(dá)到去除或降低土壤中的重金屬污染物。植物修復(fù)技術(shù)又可以分為植物固定、植物揮發(fā)、植物萃取、根基圈生物降解等基本類型。其中，植物萃取技術(shù)（培育超富集植物）應(yīng)用效果顯著。（2）動(dòng)物修復(fù)技術(shù)：通過土壤動(dòng)物（如蚯蚓等）及腸道微生物中土壤活動(dòng)過程中，達(dá)到對土壤中的污染物進(jìn)行化解、消化，實(shí)現(xiàn)降低或消除重金屬污染物的效果。（3）微生物修復(fù)技術(shù)：由于土壤重金屬污染物不具有可降解性，因此，微生物修復(fù)土壤重金屬是通過對重金屬的鈍化或遷移來實(shí)現(xiàn)。

2.3.2 生物修復(fù)技術(shù)比較

（1）優(yōu)點(diǎn)：植物修復(fù)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性較高，對土壤的生態(tài)環(huán)境擾動(dòng)小，還可以美化環(huán)境，涵養(yǎng)水源，二次污染的可能性大大降低。動(dòng)物修復(fù)技術(shù)：具有簡便、清潔和經(jīng)濟(jì)性。微生物修復(fù)技術(shù)工藝簡單，成本低，微生物來源廣，經(jīng)濟(jì)效益高，綠色環(huán)保。（2）不足：植物修復(fù)技術(shù)的年限長，培育的超富集植物對土壤重金屬的耐受性有限，且超富集植物也只是對特定的重金屬元素表現(xiàn)出超富集能力。動(dòng)物修復(fù)技術(shù)：對惡劣的環(huán)境適應(yīng)性較差，能夠修復(fù)的種類和數(shù)量有限。微生物修復(fù)技術(shù)的穩(wěn)定性較差，易變異，重金屬不會(huì)被降解。（3）適用性：植物修復(fù)技術(shù)適用于大范圍、中等污染的土壤修復(fù)。動(dòng)物修復(fù)技術(shù)主要適用于土壤污染較輕的地塊。生物修復(fù)技術(shù)則適用于黏土含量高的污染場地。

3 研究展望

隨著國務(wù)院印發(fā)的《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》的落實(shí)，農(nóng)田土壤重金屬修復(fù)逐漸受到人們的高度重視。單一選擇某項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)難以滿足現(xiàn)實(shí)需要，針對土壤重金屬污染來源廣、污染類型復(fù)雜、區(qū)域性等特點(diǎn)，人們越來越多地選擇了一些聯(lián)合修復(fù)技術(shù)。這些技術(shù)集合了各項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢，在解決土壤重金屬方面發(fā)揮著重要作用，如土壤動(dòng)物-植物-微生物組合修復(fù)、降解菌/真菌-超積累植物的組合修復(fù)、化學(xué)氧化-生物降解修復(fù)、電動(dòng)-生物修復(fù)、蒸汽浸提-生物修復(fù)、光催化納米材料等。總之，未來土壤重金屬污染修復(fù)應(yīng)著眼于生態(tài)修復(fù)，綠色、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)是它的發(fā)展趨勢。

1宣 斌，王 濟(jì)，段志斌，等.農(nóng)田土壤重金屬污染現(xiàn)狀及修復(fù)技術(shù)應(yīng)用研究進(jìn)展[J]．環(huán)境保護(hù)前沿，2017，7（1）：26-34．

2崔德杰，張玉龍.土壤重金屬污染現(xiàn)狀與修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J]．土壤通報(bào)，2004，（3）：366-370．

The Present Situation of Heavy Metal Pollution in Soil and Comparison of Remediation Technology

Zhu Yubin
(Guangdong Shaoke Environmental Protection Technology Co., Ltd., Shaoguan 512026, China)

This paper first analyzes the status and characteristics of soil heavy metal pollution, and then systematically expounded the concept and principle of different heavy metal contaminated soil, and the physical remediation, chemical remediation technology and bioremediation technology advantages, shortcomings and applicability are compared, finally proposed that the development prospect of phytoremediation of heavy metal contaminated soil, hopes to increase the heavy metal pollution soil remediation effect.

soil heavy metal pollution; repair technology; comparison

X53

A

1008-9500(2017)05-0056-03

2017-03-24

朱玉斌（1988-），男，江西南昌人，碩士研究生，從事環(huán)評、土壤修復(fù)研究工作。