土壤重金屬污染及修復技術(shù)探討

商魯寧

摘要 土壤重金屬污染是當今最嚴峻的環(huán)境問題之一，越來越受到相關(guān)科學研究者的重視和關(guān)注。本文分析了土壤重金屬污染的來源及危害，并提出了相應的防治措施，著重探討了當前土壤重金屬污染修復技術(shù)，以期為相關(guān)人員提供參考。

關(guān)鍵詞 土壤；重金屬污染；修復技術(shù)

中圖分類號 X53 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）11-0197-02

隨著我國城市化建設的快速推進，土壤污染問題日益突出，特別是重金屬污染問題，一直是環(huán)境問題的難點。土壤重金屬污染主要關(guān)注的是生物毒性較為顯著的鉻、鉛、汞、鎘、銅5種重金屬以及類重金屬砷[1]。土壤重金屬污染不僅影響經(jīng)濟發(fā)展，還嚴重危害人類健康。本文分析了土壤重金屬污染的來源和危害，著重探討了當前土壤重金屬污染修復技術(shù)，以期為科學研究者提供參考。

1 土壤重金屬污染的來源

土壤重金屬污染來源分為自然來源和人類活動來源。自然來源包括2個方面，一是土壤自身的來源，土壤成土母質(zhì)中重金屬元素含量不同最終形成的土壤環(huán)境背景值也有差異，如礦床附近形成的土壤，其背景值要遠高于普通土壤；二是大氣塵降，森林火災、火山爆發(fā)等過程產(chǎn)生的重金屬灰塵漂浮在空氣中，隨著雨水等最后沉降到土壤中引起土壤重金屬污染。人類活動造成的污染主要有以下3個來源，一是工業(yè)生產(chǎn)造成的污染，主要是開采礦、冶金、煉油、電子制造等產(chǎn)生的工業(yè)“三廢”對土壤帶來的嚴重的污染；二是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)污染，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的農(nóng)藥、化肥、污水灌溉以及農(nóng)業(yè)廢棄物也帶來了較大的重金屬污染；三是交通運輸業(yè)帶來的污染，交通運輸過程中會產(chǎn)生大量的含有重金屬的粉塵和氣體，最后逐漸轉(zhuǎn)移到周邊的土壤中造成污染[2]。

2 土壤重金屬污染的危害

土壤重金屬污染帶來的危害主要有以下4個方面。一是對農(nóng)作物的危害。農(nóng)作物在生長過程中如果吸收了土壤中過量的重金屬元素，會對植物細胞膜系統(tǒng)造成損壞，表現(xiàn)為植物生長受到抑制，從而導致農(nóng)作物產(chǎn)量降低，造成重大經(jīng)濟損失。據(jù)統(tǒng)計，我國每年由于重金屬污染導致糧食減產(chǎn)超過1 000萬t，而受污染的糧食總量高達1 200萬t，共造成至少200億元的經(jīng)濟損失。二是影響農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。過量重金屬元素會降低植物體內(nèi)SOD、CAT等酶的活性，造成植物生理生化過程紊亂，最終表現(xiàn)為農(nóng)產(chǎn)品感官品質(zhì)降低，甚至出現(xiàn)異味，腐爛易壞，嚴重影響農(nóng)產(chǎn)品的安全。三是對人類健康的危害。重金屬元素通過皮膚、消化道、呼吸道等途徑進入人體并不斷累積，會降低人體新陳代謝作用，最終損壞人體生理器官，從而導致各種急慢性疾病。四是引起其他環(huán)境問題。土壤中重金屬污染物在自然條件作用下會逐漸轉(zhuǎn)移到大氣和水體中，造成大氣污染和水污染，進而影響整個生態(tài)環(huán)境，造成嚴重的環(huán)境污染[3]。

3 土壤重金屬污染防治措施

土壤重金屬污染的防治工作必須從源頭上進行控制，可從以下3個方面著手。一是加強土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)管力度。各級政府應加大監(jiān)督和管理力度，積極進行宣傳教育，嚴格落實土壤環(huán)境保護法，建立和完善相關(guān)法律法規(guī)，確保土壤污染防治工作得到有效開展。二是嚴格控制和消除污染源。首先要嚴格控制工業(yè)“三廢”，嚴格執(zhí)行“三廢”排放標準；其次是控制機動車尾氣排放，積極推廣使用新能源，降低尾氣排放污染；最后是合理使用農(nóng)業(yè)物資資源，如農(nóng)藥、化肥及農(nóng)用地膜，加強污水灌溉管理。三是積極修復受污染地區(qū)，加大土壤治理力度。針對受污染地區(qū)污染物特點，合理使用土壤修復技術(shù)，改善和提高土壤質(zhì)量[4]。

4 土壤重金屬污染修復技術(shù)

4.1 工程修復技術(shù)

工程修復側(cè)重于物理化學原理對受污染的土壤進行治理，工程量較大，主要包括熱處理、動電修復及去表土、客土、換土、翻土等方法。其中，熱處理方法主要適用于砷、汞等易揮發(fā)性重金屬污染土壤，通過加熱方式使重金屬元素揮發(fā)，然后進行統(tǒng)一回收處理。此法工藝較為簡單，但使用成本高，且只對易揮發(fā)重金屬污染土壤有效果。動電修復是近年來發(fā)展較快的一種方法，具有工藝簡單、修復徹底、成本較低等優(yōu)點，其原理是在電化學作用下重金屬污染物發(fā)生氧化還原反應，逐漸富集到電極區(qū)域，然后通過特定的收集系統(tǒng)進行收集去除。此法對于交換態(tài)重金屬的去除率較高，但是對于成分復雜的污染物修復效果不是很理想。去表土、客土、換土、翻土是傳統(tǒng)的工程修復方法，通過轉(zhuǎn)移受污染土壤或者將未受污染土壤與之混合等方法減少土壤污染程度。此法對于污染面積較小的區(qū)域具有較好效果，但是不能從根本上解決土壤污染問題[5]。

4.2 生物修復技術(shù)

4.2.1 植物修復。植物修復的原理是通過綠色植物轉(zhuǎn)移、轉(zhuǎn)化或者吸收土壤中的污染物從而降低危害程度，具有修復成本低、二次污染小、不破壞土壤生態(tài)環(huán)境等優(yōu)點。修復方式主要包括植物提取、植物揮發(fā)、根系過濾以及植物固化4種途徑。植物提取是利用十字花科類等超累積植物將土壤中的重金屬污染物吸收和轉(zhuǎn)運，此類植物對多數(shù)重金屬元素均有較強的富集能力。植物揮發(fā)則是利用植物的生理機能促進土壤中砷、汞等易揮發(fā)性重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓳]發(fā)態(tài)，從而達到修復的目的，但是由于污染物最后轉(zhuǎn)移到了大氣中，容易造成二次污染，因此其應用也有一定的局限性。植物固化是利用植物產(chǎn)生的特殊物質(zhì)將污染物轉(zhuǎn)化為危害程度較小的物質(zhì)，從而降低危害風險。如部分植物能夠?qū)⒘鶅r鉻轉(zhuǎn)化為三價鉻，從而降低鉻污染。根系過濾是利用植物發(fā)達的根系對污染物進行過濾、吸收和富集，最后將植物進行收獲處理。有研究發(fā)現(xiàn)，蓖麻苗對鎘、銅、鉛等元素具有良好的根系過濾去除效果[6]。

4.2.2 微生物修復。微生物修復是通過微生物代謝過程中產(chǎn)生的活性物質(zhì)對某些重金屬的富集、吸收以及氧化還原等作用，降低重金屬污染物的毒性。研究表明，硫酸還原菌、藍細菌以及部分藻類代謝產(chǎn)生的糖類物質(zhì)對重金屬有較好的富集作用；革蘭氏陽性菌能夠有效吸收鉛、鎘、鎳等元素；許多異養(yǎng)微生物通過氧化還原作用能夠改變重金屬元素的價態(tài)，降低其毒性。

4.2.3 動物修復。動物修復是利用蚯蚓、鼠類等動物吸收土壤中重金屬元素的能力，降低或消除土壤重金屬污染。研究表明，蚯蚓在分集土壤有機物過程中產(chǎn)生的分解物能夠加速部分重金屬的鈍化過程。

4.3 化學修復技術(shù)

4.3.1 原位鈍化修復技術(shù)。原位鈍化修復技術(shù)是目前較為經(jīng)濟高效的土壤修復技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)邊修復邊生產(chǎn)，極大保證了土壤的利用率，降低修復成本，目前得到了較為廣泛的應用。其原理是根據(jù)重金屬污染物的特點，加入特定的重金屬穩(wěn)定劑，通過礦化作用、共沉淀反應、氧化還原反應以及分子鍵合反應等化學作用使土壤中重金屬的形態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變，從而降低重金屬污染物的生物有效性，阻止其產(chǎn)生縱向遷移，減少土壤重金屬含量，達到修復的目的[7]。

4.3.2 土壤洗脫修復技術(shù)。土壤淋洗修復技術(shù)工藝簡單，對于鉛、鎘等重金屬污染治理有良好的效果。其原理是利用洗脫劑將土壤中的重金屬元素洗脫出來，洗出液還可以通過淋洗裝置進行再生利用，能夠大大降低使用成本。研究結(jié)果表明，通過淋洗土壤重金屬元素的去除率高于60%，效果非常顯著[8]。

5 結(jié)語

目前，土壤重金屬污染問題依然十分嚴峻，土壤重金屬污染的防治過程需要各個部門的共同努力，在加強土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)管的基礎上，不斷創(chuàng)新土壤重金屬修復技術(shù)，積極探討更加綠色、環(huán)保和生態(tài)的新型修復方法，努力解決土壤重金屬污染問題。

6 參考文獻

[1] 王靜，王鑫，吳宇峰，等.農(nóng)田土壤重金屬污染及污染修復技術(shù)研究進展[J].環(huán)境與安全，2011，3（3）：85-88.

[2] 和莉莉，李冬梅，吳鋼.我國城市土壤重金屬污染研究現(xiàn)狀和展望[J].土壤通報，2008，39（5）：1210-1216.

[3] 董彬.中國土壤重金屬污染修復研究展望[J].生態(tài)科學，2012（6）：683-687.

[4] 孫鵬軒.土壤重金屬污染修復技術(shù)及其研究進展[J].環(huán)境保護與循環(huán)經(jīng)濟，2012（11）：48-51.

[5] 呂本儒，楊湘智.采用換土法進行污染土壤異位修復的探討[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2012（3）：108-109.

[6] 魏本杰.微生物強化植物修復重金屬污染土壤[D].株州：湖南工業(yè)大學，2014.

[7] 唐浩，朱江，黃沈發(fā)，等.蚯蚓在土壤重金屬污染及其修復中的應用研究進展[J].土壤，2013，45（1）：17-25.

[8] 李鑫，王繼富.我國農(nóng)田土壤重金屬污染的植物修復技術(shù)現(xiàn)狀與展望[J].中國農(nóng)業(yè)信息，2014（5）：163-164.