土壤重金屬修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

曲 磊，石 琛

（天津現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津 300350）

土壤是人類寶貴的資源，是人類賴以生存的基礎(chǔ)，俗話說“民以食為天”，所有的“食”，均來自于土壤，在社會發(fā)展的進(jìn)程中，各種重金屬通過直接或間接的排放進(jìn)入土壤，對土壤造成污染，這種污染土壤自身不可修復(fù)，只能通過外力如植物、動物或是人類的幫助才能恢復(fù)，并且恢復(fù)時間相當(dāng)長，對自然界所有的生命體都造成了嚴(yán)重威脅。如今，土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)已經(jīng)成為學(xué)術(shù)界研究的主要方向，是我國治理土壤污染的重點(diǎn)方向。

1 我國土壤重金屬污染現(xiàn)狀

2005年4月至2013年12月，我國環(huán)境保護(hù)部和國土資源部聯(lián)合展開了長達(dá)8年零6個月的土壤污染監(jiān)測及調(diào)查，并于2014年4月17日面向社會公布了調(diào)查結(jié)果，根據(jù)當(dāng)日發(fā)布的《全國土壤污染土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，我國土壤污染總體為16.1%，其中無機(jī)污染物占總體污染物的82.8%；在無機(jī)污染物總體中，鎘占7%，汞占1.6%，砷占2.7%，銅占2.1%，鉛占1.5%，鉻占1.1%，鋅占0.9%，鎳占4.8%。在全國范圍內(nèi)，西南、中南地區(qū)為土壤重金屬污染的重災(zāi)區(qū)。為了加強(qiáng)治理土壤重金屬污染，國務(wù)院于2016年5月28日印發(fā)實(shí)施了《突然污染防治行動計(jì)劃》，旨在落實(shí)相關(guān)土壤重金屬污染治理政策，提高全社會會對土壤重金屬污染的重視。

2 土壤重金屬污染污染修復(fù)技術(shù)

2.1 物理修復(fù)技術(shù)

物理修復(fù)技術(shù)是根據(jù)土壤的污染情況以及污染物的物理特性來進(jìn)行相應(yīng)的修復(fù)，目前較為常用的物理修復(fù)技術(shù)有三種，分別是工程修復(fù)技術(shù)、熱脫附技術(shù)以及電動修復(fù)技術(shù)。

（1）工程修復(fù)技術(shù)。工程修復(fù)技術(shù)主要是采用換土、客土、翻土、去表層土等方式進(jìn)行。換土即為將被污染的土壤運(yùn)走，換干凈無污染的土壤填入原本受污區(qū)域；客土即為用干凈的土壤將被污染的土壤覆蓋或?qū)蓚€混合；翻土即為翻動土壤上下層，將下層干凈土壤與上層被污染土壤調(diào)換位置；去表層土即為將受污染區(qū)域土地的表層鏟除。以上幾種方法適用于土壤污染初期或者受污面積較小的區(qū)域，但此類方式存在工程量大、投資金額高、破壞土質(zhì)結(jié)構(gòu)以及存在二次污染風(fēng)險(xiǎn)等弊端，如今應(yīng)用已經(jīng)較少。

（2）熱脫附技術(shù)。熱脫附技術(shù)主要是利用高頻電磁波如紅外線、微波、蒸汽等方式提升土壤溫度，使土壤中的污染物揮發(fā)，并使用凝結(jié)收集處理的方式對這些重金屬元素進(jìn)行收集，即對土壤進(jìn)行了治理又能使這些金屬元素二次回收利用。該項(xiàng)技術(shù)目前來講相對成熟，可以去除土壤99.8%的汞元素，主要用于污染較為嚴(yán)重的區(qū)域。該項(xiàng)技術(shù)雖然治理效果明顯，但能耗過高，工程量較大，同時高溫會對土壤中的營養(yǎng)成分及土壤性狀造成破壞。

（3）電動修復(fù)技術(shù)。電動修復(fù)技術(shù)是將正負(fù)極插入土壤中，通電后可使土壤中的重金屬離子沿著電場方向進(jìn)行電滲流、電遷移的過程，最終匯集在電極附近進(jìn)行集中處理。該技術(shù)操作簡便，效果較明顯，也不會對土壤造成二次污染，但由于該技術(shù)受土壤中的酸堿性、緩沖性等因素影響較大，只適用于土壤污染初期或小面積污染治理。

2.2 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

化學(xué)修復(fù)技術(shù)是根據(jù)土壤的污染情況以及污染物的化學(xué)特性進(jìn)行修復(fù)，在土壤重金屬污染治理中占有重要地位。目前常用的化學(xué)修復(fù)技術(shù)主要有土壤淋洗技術(shù)、離子拮抗技術(shù)和化學(xué)改良技術(shù)等。

（1）土壤淋洗技術(shù)。土壤淋洗技術(shù)主要是向土壤中注入化學(xué)試劑，通過其與重金屬所產(chǎn)生的沉淀、吸附、還原、氧化等一系列化學(xué)反應(yīng)，使污染物由固相轉(zhuǎn)化成液相進(jìn)行去除的一種修復(fù)技術(shù)。土壤淋洗技術(shù)具有操作簡單，施工周期短的特點(diǎn)，適用于面積較大或污染較嚴(yán)重的區(qū)域。但由于其為液體的化學(xué)試劑，需要滲入土壤中才能發(fā)揮作用，因此對土壤的透氣性要求較高，最好適用于輕質(zhì)土和沙質(zhì)土當(dāng)中。另外土壤淋洗技術(shù)容易造成其與重金屬產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)而導(dǎo)致的二次污染，因此化學(xué)試劑的選擇就非常重要。目前常用的淋洗劑由無機(jī)酸、螯合劑和天然有機(jī)酸等。其中無機(jī)酸較容易改變土壤的酸堿性，對土質(zhì)造成破壞；螯合劑難以自然降解，因此投放劑量非常關(guān)鍵；天然有機(jī)酸則結(jié)合了兩者的長處，暫時沒有什么明顯缺點(diǎn)。根據(jù)目前對土壤重金屬污染治理的研究，發(fā)現(xiàn)檸檬酸對含有砷的土壤治理效果較好，能達(dá)到70%以上的清除率；而鼠李糖脂和檸檬酸搭配使用則對含有鎘的受污土壤效果明顯；尤其是氫氧化鈉和乙二胺四乙酸二鈉聯(lián)合使用對含有砷的受污土壤清除率可達(dá)到91.83%。

（2）離子拮抗技術(shù)。離子拮抗技術(shù)是利用不同的金屬元素之間產(chǎn)生的抑制效果來進(jìn)行受污土壤的治理。通過將其他金屬元素添加到受污土壤中，使其對該片區(qū)域土壤中的金屬元素能夠產(chǎn)生較強(qiáng)的抑制作用，以此降低土壤中重金屬元素的活性。例如，在處理鋅元素過高的受污區(qū)域時，可以向該片區(qū)域添加適量的銅元素或鐵元素，以此抑制該區(qū)域內(nèi)鋅元素的活性，達(dá)到修復(fù)受污土壤的目的。該修復(fù)技術(shù)雖然簡單快捷，但只適用于對受污土壤的短期修復(fù)，起一個臨時控制的作用，治標(biāo)但不治本，無法達(dá)到永久性的修復(fù)效果。

（3）化學(xué)改良技術(shù)。化學(xué)改良技術(shù)是向土壤中投放適量的穩(wěn)定劑來改變土壤中金屬污染物的形態(tài)，通過吸附或沉淀使其變的較為穩(wěn)定，有效降低重金屬污染物的濃度，改變其遷移性以及生物有效性，進(jìn)而達(dá)到修復(fù)受污土壤的目的。該項(xiàng)技術(shù)操作簡便，成本低，添加的穩(wěn)定劑也較為常見，適用于面積大，受污情況較輕的區(qū)域，應(yīng)用前景較為廣泛。目前常見的穩(wěn)定劑有石灰、磷酸鹽類物質(zhì)、有機(jī)金屬類物質(zhì)以及復(fù)合類穩(wěn)定劑等。根據(jù)目前對土壤污染治理的研究，發(fā)現(xiàn)酵素渣和秸稈生物對鉛、鋅、鎘類污染物有較好的治理效果；Ca/CaO則對砷、鋅、鉻以及鉛的效果較為明顯；綠色垃圾和雞糞制取的活性炭可有效固定受污土壤中的鋅、銅和鉛元素，降低其生物有效性。

2.3 生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)技術(shù)是指一切以生物為主體的修復(fù)技術(shù)，目前主要包括植物修復(fù)、動物修復(fù)等。

（1）植物修復(fù)技術(shù)。植物修復(fù)技術(shù)是利用植物本身所具備的吸收、降解、固定等特性，在植物提取技術(shù)、植物揮發(fā)技術(shù)和植物穩(wěn)定技術(shù)的作用下，對受污區(qū)域的土壤進(jìn)行修復(fù)治理。其中，植物提取技術(shù)是利用植物的吸收特性，通過吸收來降低重金屬元素的含量。植物體在進(jìn)行生長代謝的過程中將地下的金屬元素通過根莖吸收轉(zhuǎn)移至植物頂端，再通過地面對植物頂端的處理以達(dá)到治理受污土壤的目的。該技術(shù)的關(guān)鍵是選擇根部吸收能及較強(qiáng)的植物。植物揮發(fā)技術(shù)是借助植物的吸收作用，將金屬元素通過光合作用轉(zhuǎn)化成氣態(tài)并加以釋放，但這種技術(shù)實(shí)際上是將土壤中的污染轉(zhuǎn)化到空氣中，容易帶來對環(huán)境的二次污染。植物穩(wěn)定技術(shù)是利用抗金屬植物的根莖對重金屬進(jìn)行分解、氧化等化學(xué)反應(yīng)的作用下，對土壤中的重金屬物質(zhì)產(chǎn)生抑制作用，使其化學(xué)形態(tài)發(fā)生改變，從而達(dá)到治理的目的。植物修復(fù)技術(shù)近年來因其高效性和綠色性受到廣泛關(guān)注，已成為治理土壤重金屬污染的熱門研究方向。

（2）動物修復(fù)。動物修復(fù)技術(shù)是利用土壤中的動物，如蚯蚓、線蟲、甲螨等生物特性，通過直接或間接的作用修復(fù)受污土壤。該技術(shù)對農(nóng)業(yè)或者牧業(yè)造成的污染修復(fù)效果較好，并且?guī)缀鯇Νh(huán)境沒有二次污染。但該類技術(shù)的局限性也相對明顯，就是在污染類型以及處理能力方面較弱。在諸多動物中，蚯蚓近年來受到學(xué)者關(guān)注程度有所上升，研究表明蚯蚓可通過自身的特性富集銅元素，其富集系數(shù)可以達(dá)到2.55～11.93，蚯蚓的糞便還可使銅元素向地表遷移，幫助植物根系形成更好的富集效果。

3 結(jié)束語

經(jīng)濟(jì)發(fā)展的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給人們工作生活上帶來了便捷性和舒適性，但社會的進(jìn)步不應(yīng)以環(huán)境的破壞為代價，在注重科學(xué)技術(shù)發(fā)展的同時應(yīng)提高環(huán)境保護(hù)意識。土壤更是與人們的生活息息相關(guān)，生活四大要素“衣食住行”均來自于土壤。本文研究了近年來中國土壤污染現(xiàn)狀及修復(fù)技術(shù)，每種修復(fù)技術(shù)都有其所擅長的修復(fù)環(huán)境，應(yīng)根據(jù)污染狀況的不同合理選擇修復(fù)技術(shù)，同時加大對新技術(shù)的研究和探索，以便于土壤重金屬污染治理工作能更高效的開展。