土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)及應(yīng)用分析

陸志家，耿秀華

（江蘇科易達環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇 鹽城 224007）

全國約有16.1%國土（19.4%耕地）遭受不同程度的重金屬污染和有機污染，礦業(yè)廢棄地則是重金屬污染的最主要來源。2016年，中央下?lián)苤亟饘傥廴緦ｍ椫卫碣Y金36億元，支持全國37個土壤重金屬污染治理及修復(fù)示范工程。土壤重金屬污染修復(fù)是利用科學(xué)的技術(shù)或方法去除土壤中的重金屬或降低土壤中的重金屬活性，實現(xiàn)土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復(fù)，減少重金屬污染物被植物吸收、切斷重金屬污染物遷移，防治重金屬對人體健康危害。其中，重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)在修復(fù)中發(fā)揮著巨大作用，本文通過各種修復(fù)技術(shù)的分析比較，為實際修復(fù)中技術(shù)選擇提供參考。

1 土壤重金屬污染概述

1.1 土壤重金屬污染類型及來源

密度超過5 g/cm3的金屬被稱為重金屬，其主要是指鎘、鉻、鎳、鋅、鉛、銅、汞以及類金屬砷等生物性顯著的金屬。其中，鋅、銅的重金屬毒性相對較小，而汞、鉛、鉻、砷、鎘則被稱為重金屬污染中的“五毒”，也是土壤重金屬污染治理中重點關(guān)注的對象。從土壤重金屬污染物來源看，主要分為自然來源和人為因素。其中，自然原因主要是巖石風(fēng)化和火山噴發(fā)等自然地質(zhì)運動導(dǎo)致的土壤重金屬污染。人為因素是土壤重金屬污染的最主要來源，如工業(yè)生產(chǎn)、礦產(chǎn)開采、機動車尾氣排放、金屬冶煉和污泥使用等[1]。此外，重金屬農(nóng)藥、化肥的過量使用也是導(dǎo)致土壤重金屬污染日趨加重的重要因素。

1.2 土壤重金屬污染特點及危害

與其他污染物相比，重金屬一旦浸入土壤中會呈現(xiàn)生物富集現(xiàn)象，土壤重金屬污染具有較強的累積性、隱蔽性、滯后性和不可降解性，持續(xù)時間長。土壤中的植物會不斷富集重金屬污染物，并通過食物鏈進入動物或人體中累積，對生態(tài)環(huán)境和人體健康構(gòu)成嚴重危害。因此，土壤重金屬污染會導(dǎo)致土壤自身的生態(tài)性狀發(fā)生改變，如土壤質(zhì)量退化，抑制植物光合作用、新陳代謝，影響植物產(chǎn)量和品質(zhì)等。另外，土壤重金屬具有較強的遷移特性，通過食物鏈不斷在植物、動物以及人體內(nèi)富集，破壞生物體的正常生理代謝，也會對人類健康產(chǎn)生威脅。例如，鎘、鉻重金屬污染富集具有一定的致突變性和致癌性；銅、釩會引起人類生殖障礙；汞會影響胎兒發(fā)育；錳在人體中富集還會引起肺炎，誘發(fā)其他疾病等。

1.3 土壤重金屬污染現(xiàn)狀及根源

2017年，我國耕地土壤點位超標率為19.4%，主要是鎘、鎳、銅、砷、汞、鉛等重金屬污染，導(dǎo)致土壤重金屬污染的主要根源是土壤酸化、肥料不合理施用和工業(yè)污染等。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部開展的全國灌區(qū)調(diào)查表明，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%，每年因重金屬污染而導(dǎo)致糧食減產(chǎn)的多達1000萬t，被重金屬污染的糧食多達1200萬t,合計造成經(jīng)濟損失約200億元。原環(huán)境保護部對全國26個省市的土壤污染調(diào)查表明，土壤重金屬污染主要分布于長三角、珠三角、東北老工業(yè)基地、成渝平原、渭河平原以及主要礦產(chǎn)資源性城市等。一些地區(qū)的土壤重金屬污染較為嚴重，污染類型多樣，污染源復(fù)雜，控制難度較大等，土壤重金屬污染形勢依然較為嚴峻。

2 土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)

2.1 物理隔離修復(fù)技術(shù)

物理修復(fù)技術(shù)是指利用物理措施將重金屬污染物從受污染的土壤中去除或分離。目前，該技術(shù)應(yīng)用于土壤重金屬污染修復(fù)較多，也是較為成熟的有熱處理、吸附法技術(shù)。此外，還包括電動修復(fù)法、換土/客土/翻土/去表土法、玻璃化技術(shù)、熱解吸法和隔離法等。其中，吸附法主要利用生物炭、活性炭等吸附劑。R Mukherjee利用吸附-光催化聯(lián)合方法對位于意大利南部某地受銅、鋅污染的土壤進行修復(fù)研究，先采用乙二胺-N，N’-琥珀酸（EDDS）萃取土壤中的重金屬，并對土壤洗滌溶液進行光催化、吸附處理，經(jīng)過萃取、吸附后，土壤中的銅、鋅、鐵、錳等重金屬污染物達到標準[2]。

電動修復(fù)法是指在受重金屬污染的土壤中插入電極，通過直流電形成電場，使重金屬離子在電場作用下定向移動，將電極室中的重金屬集中收集、處理，達到修復(fù)效果。電動修復(fù)適合透水性差的黏土類土壤重金屬污染修復(fù)。熱解吸法利用微波、蒸汽以及紅外輻射等對受污染土壤進行加熱升溫，使土壤中易揮發(fā)重金屬污染物汞、硒等揮發(fā)后收集處理，但容易造成土壤水分及營養(yǎng)損耗，影響土壤生態(tài)性能。

2.2 化學(xué)改良修復(fù)技術(shù)

化學(xué)改良修復(fù)技術(shù)主要是將改良劑撒入受污染土壤中，通過改良劑的吸附作用，以及還原氧化、拮抗等，從而降低土壤中的重金屬污染物含量?；瘜W(xué)改良修復(fù)技術(shù)包括土壤淋洗法、穩(wěn)定化修復(fù)、拮抗作用及天然礦物治理。其中，應(yīng)用最為廣泛的是EDTA淋洗技術(shù)，具有簡潔、直觀等優(yōu)勢。吳少飛等采用檸檬酸與EDTA聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤，其對Cu、Pb、Cd、Zn等四種重金屬污染物的提取效果顯著[3]。

淋洗法主要涉及淋洗劑的選用，包括氨基多焌酸類、無機酸，以及天然低分子有機酸。其中，無機酸具有較強的腐蝕性，容易在修復(fù)過程中改變受污染土壤的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)；人工合成螯合劑淋洗效果較好，成本較低，但添加螯合劑修復(fù)重金屬污染土壤容易造成二次污染。相對來說，天然有機酸能夠在修復(fù)受重金屬污染土壤時被環(huán)境中的微生物降解，沒有殘留，且處理效果較好。穩(wěn)定化修復(fù)重金屬污染土壤的關(guān)鍵也是選好穩(wěn)定劑，主要包括有機-無機復(fù)合穩(wěn)定劑，甘蔗渣、樹葉等有機穩(wěn)定劑，石灰、磷酸鹽等無機穩(wěn)定劑。

2.3 生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)技術(shù)主要是利用植物或微生物的生命代謝活動，減少土壤中的重金屬污染物濃度，或使受污染的土壤完全沒有危害。該技術(shù)修復(fù)成本低、無二次污染，可以應(yīng)用在大范圍受污染的土壤中，具有較好的生態(tài)效益[4-5]。目前，生物修復(fù)技術(shù)主要包括植物修復(fù)技術(shù)、動物修復(fù)技術(shù)和微生物修復(fù)技術(shù)。

2.3.1 植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)技術(shù)，是指利用植物根部萃取和吸收受污染土壤中的重金屬，并使其原位固定或隔離。該技術(shù)取得預(yù)期效果所需時間較長。目前，人們發(fā)現(xiàn)油菜、苧麻、野茼蒿、艾草、白楊和落葉松等植物對土壤中的重金屬污染物具有較好的富集提取功能。植物修復(fù)技術(shù)具有應(yīng)用性較好、清除重金屬污染物較徹底等效果。

2.3.2 動物修復(fù)技術(shù)

作為生物修復(fù)技術(shù)的重要組成部分，該技術(shù)利用蚯蚓、蜘蛛等無脊椎動物，吸附土壤中的重金屬元素，把土壤有機物分解為有機酸等物質(zhì)，使其鈍化而失去毒性，達到修復(fù)效果。除了可以直接富集重金屬，土壤動物還能和微生物、植物協(xié)同富集重金屬，改變重金屬的形態(tài)，促使重金屬鈍化。

2.3.3 微生物修復(fù)技術(shù)

該技術(shù)利用微生物對重金屬的氧化還原作用，將土壤中的重金屬污染物轉(zhuǎn)化為低毒或無毒的物質(zhì)，如酵母菌、真菌、生菌和藻類等。此外，枯草芽孢桿菌產(chǎn)生的表面活性肽、綠濃桿菌產(chǎn)生的鼠李糖脂、球擬酵母產(chǎn)生的槐糖脂等生物，利用離子交換、沉淀-溶解和反離子結(jié)合等機理，達到去除重金屬污染物效果[6]。微生物修復(fù)技術(shù)具有費用低、可再生等優(yōu)勢。

3 土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)實際應(yīng)用

3.1 案例背景

為了提升土地利用效率，某市對全市的電鍍企業(yè)進行整體搬遷，并對搬遷后的電鍍企業(yè)遺留場地重金屬污染進行修復(fù)。前期通過現(xiàn)場踏勘和采樣檢測分析，獲取了檢測結(jié)果數(shù)據(jù)，如表1所示?，F(xiàn)場檢測結(jié)果顯示，該工業(yè)區(qū)的重金屬污染物存在超標現(xiàn)象，主要是鉻、鎳等污染物，需要采取措施做好修復(fù)。

表1 某企業(yè)遺留場地重金屬檢測結(jié)果

3.2 修復(fù)措施

針對受污染場地現(xiàn)場踏勘，決定采取物理、化學(xué)和生物修復(fù)處理相結(jié)合的修復(fù)方式。

3.2.1 物理修復(fù)

先對該場地的污染區(qū)域進行客土、換土、深翻處理。在已經(jīng)檢測到污染的土壤上方覆蓋一層未污染土壤，從而降低場地表層污染，將客土深度控制在35 cm；然后換土，將受污染土壤移除，換成未受重金屬污染的土壤，優(yōu)化場地環(huán)境。最后進行深翻。

3.2.2 修復(fù)處理

物理修復(fù)期間輔助采取化學(xué)淋洗、固定修復(fù)措施，將清水、天然有機酸作為淋洗劑，降低場地的銅、汞、鋅等重金屬污染物含量。鑒于化學(xué)修復(fù)容易造成地下水污染，結(jié)合必要的固定修復(fù)模式，在受污染土壤中添加有機質(zhì)、磷酸鹽等物質(zhì)，改變重金屬化學(xué)形式，降低土壤黏附力，避免二次污染。

3.2.3 生物修復(fù)

根據(jù)場地水文及氣候條件，選擇劍葉鳳尾蕨植物吸附土壤中的重金屬銅、鉛元素，達到徹底改善場地生態(tài)環(huán)境的效果。

3.3 修復(fù)結(jié)果

表2 某企業(yè)遺留場地重金屬修復(fù)技術(shù)對比

從表2可以看出，該場地的修復(fù)中，客土、換土及深翻等物理修復(fù)費用較高，且效果不理想，而化學(xué)和生物修復(fù)費用較低，處理效果較好。

4 結(jié)語

土壤重金屬污染修復(fù)是利用科學(xué)的技術(shù)或方法去除土壤中的重金屬或降低土壤中的重金屬活性，實現(xiàn)土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復(fù)，減少重金屬污染物被植物吸收、切斷重金屬污染物遷移，防治重金屬對人體健康造成危害。在實際應(yīng)用中，人們應(yīng)根據(jù)修復(fù)場地的實際情況，綜合運用多種修復(fù)方法，以實現(xiàn)預(yù)期效果。