砷污染土壤修復技術概述

閆波 魏樣 孫嬰嬰

【摘 要】根據(jù)我國土壤砷污染現(xiàn)狀及污染擴散趨勢，介紹了砷污染土壤修復治理的物理、化學、生物修復技術及其應用效果，分析了各種技術的優(yōu)缺點，并分析了砷污染土壤修復技術的發(fā)展方向。

【關鍵詞】砷污染;物理修復;熱解吸;植物修復;微生物修復

中圖分類號： X53 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）11-0123-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.11.056

【Abstract】According to the status quo of arsenic pollution in China and its spreading trend，this paper introduces the physical，chemical and bioremediation techniques and their application effects， analyzes the advantages and disadvantages of various technologies，and analyzes the development direction of arsenic soil remediation techniques.

【Key words】Arsenic contamination; Physical repair; Thermal desorption; Plant restoration; Microbiological repair

砷是社會生產(chǎn)活動中的一種重要元素，被廣泛應用于合金、農(nóng)藥、防腐劑制造以及制藥等領域。在砷的開采、加工、利用過程中，一部分的砷不可避免的進入周圍的土壤中，造成環(huán)境污染。調查顯示，美國環(huán)保局超級基金計劃中41%的污染場地存在砷污染，澳大利亞也存在1萬多個存在砷污染的場地，我國廣西、云南、青海等地也存在砷污染較為嚴重的地塊[1]。土壤中的砷被動植物富集，可能會通過食物鏈進入人體，威脅人類健康。因此，如何有效的治理砷污染土壤，成為國內外的研究熱點。砷污染土壤的修復治理主要有三種途徑。一是隔離法，即采用水泥密封、隔離墻等阻隔技術將污染土壤與周圍環(huán)境隔離，從而減輕對環(huán)境的危害。二是通過物理、化學或生物方法改變土壤中砷的賦存形態(tài)，降低砷的移動性、生物有效性與毒性。三是通過淋洗、萃取、生物富集等技術將砷從污染土壤中提取出來，從根本上降低土壤砷含量。根據(jù)修復措施，可以將砷污染土壤修復技術分為3類：物理修復技術、化學修復技術和生物修復技術。

1 物理修復

物理修復技術主要是通過物理性的方法如改土法、隔離法、電動修復法等修復砷污染土壤。改土法又可分為翻土法和客土法兩大類。翻土法即通過翻耕的方式處理砷污染土壤，一方面可以使污染土壤與清潔土壤充分混合，降低單位土壤砷含量;另一方面可以通過翻耕改變原有土體的理化性質，增加土體的通氣性和透水性，提高土壤生物活性，從而增強土體的自凈能力?？屯练ㄊ且圆糠只蛉恐脫Q污染土壤的方式達到修復治理目的。研究表明，一般情況下，土壤中的重金屬污染物主要集中在土壤表層，污染物含量可占總量的50%以上，在去除表層土壤（15～30cm）后，種植的作物中重金屬含量可以降低50%。隔離修復技術一般采用生石灰、水泥、膨潤土或者選擇性滲透膜等材料，在污染土壤與周圍清潔土壤之間構建隔離層，阻斷砷的遷移途徑。如鈣基膨潤土阻斷砷遷移的機理為通過吸附作用將砷離子固定在土壤顆粒中，其中巰基化膨潤土對砷離子的吸附能力接近100%，提高幅度最大，且吸附后的砷離子解吸率小于1%[2]。電動修復法即人為在污染土壤中安插正負電極，通過電場作用使砷離子定向移動，最終在電極處聚集沉淀，以此來達到去除砷污染物的目的。紀冬麗等采用電動聯(lián)合滲透反應格柵（EK/PRB）修復砷污染土壤的研究表明，單獨的電動修復（EK）對砷污染的去除率可達42%，采用EK/PRB聯(lián)合修復法可以將去除率提高到57%，使用鹽酸調節(jié)陰極pH后可將去除率提高至68%[3]。

2 化學修復

化學修復技術主要是采用向土壤內添加化學試劑（如磷酸鹽類、檸檬酸類、碳酸鹽類）改變砷污染物的移動性，降低其生物有效性和毒性，達到將砷污染物淋洗或固定土壤中的目的。目前化學修復技術國內外進行了大量的研究，技術較為成熟，常見的化學修復方法有淋洗法和固定/穩(wěn)定化法。淋洗修復技術主要是通過添加磷酸、檸檬酸等試劑，增加砷污染物的移動性，隨淋洗劑排出土壤。研究表明，利用9.4%的H3PO4 淋洗砷污染土壤6h后，土壤砷接近完全清除，去除率達 99.9%，檸檬酸在濃度為0.25mol·L-1、土液比1：50、作用時間21h的條件下對土壤砷的去除率可達70%以上[4]。通過對不同的淋洗劑進行組合，可以提高砷的出去效果。鄧天天等在華北地區(qū)的研究表明，F(xiàn)eCl3與檸檬酸組成的復合淋洗劑效果要優(yōu)于單一淋洗劑[5]。陳尋峰等在湖南省的研究發(fā)現(xiàn)，用NaOH與EDTA復合淋洗砷污染土壤，可以將砷污染去除率由66.73%提高37%到91.83%[6]。固化/穩(wěn)定化修復技術是利用石灰、水泥、硫化物等降低砷的遷移性。常用的固化技術是利用水泥將砷污染土壤固化，常用的穩(wěn)定化材料為石灰和硫酸鐵等硫化物。

3 生物修復

生物修復即依靠土壤中的動物、植物、微生物來降低砷污染毒性的方法。植物修復即利用富集植物及其分泌物來降解、吸收土壤中的砷污染物，需要篩選砷超富集植物。常見的砷富集植物如蜈蚣草，對砷具有很強的富集和耐受能力，在適當?shù)氖┯昧追收{節(jié)蜈蚣草生長的條件下，種植7個月后對土壤砷的去除率可達7.84%[7]。苧麻、小蓬草、艾草、芒、商陸、狗尾草等對砷也具有一定的富集能力。動物修復法即利用土壤動物改善土壤理化性質如通氣透水性提高土壤自凈能力或者通過動物富集土壤中的砷污染物，威廉環(huán)毛蚓對砷具有一定的富集能力[8]。微生物修復則是利用對砷具有一定分解、轉化能力的菌類將高毒形態(tài)的砷轉換為低毒或無毒形態(tài)的砷。將中華根瘤菌屬的DWY-1菌株接種到砷污染水稻土中培育14天后，土壤中的總砷降低了32.9%[9]。硫酸還原桿菌和硫酸氧化桿菌可以將污染土壤中的砷轉化為硫化物[10]。通常情況下，植物-微生物聯(lián)合修復比單一的修復技術效果更好，李秀玲等的研究表明，修復菌株CP3和CP7作用下，風車草對砷的富集率和遷移率可以分別提高65%和21%[2]。

4 展望

隨著我國砷污染情況的加重，砷污染修復技術的發(fā)展對人類的健康和環(huán)境安全至關重要。需要不斷的對現(xiàn)有的修復技術進行改善提高，并不斷開拓創(chuàng)新，開發(fā)出更加成熟、對環(huán)境副作用更小的新技術。納米技術是近幾年出現(xiàn)的一種新型技術，有學者通過水熱合成法制備出納米片狀ZnO光催化劑用于砷污染土壤修復，發(fā)現(xiàn)20ml砷污染土壤提取液中添加0.04g的納米片狀ZnO對三價砷的降解率高達90%以上[11]。隨著納米技術的飛速發(fā)展和研究的進一步深入，納米修復技術必將成為砷污染修復的未來。

【參考文獻】

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※基金項目：陜西省土地工程建設集團內部科研項目（DJNY2019-17）。

作者簡介：閆波（1990—），男，山東德州人，漢族，碩士，工程師，主要從事土地整治工程技術研究。