土壤清洗修復(fù)鎘污染研究進展

肖擎宇 楊君

摘要? ? 我國土壤鎘污染日益嚴重，采取合理的措施對鎘污染土壤進行修復(fù)是當今環(huán)境科學(xué)研究的熱點。土壤清洗作為最有效的修復(fù)方式之一，因其安全性及價格優(yōu)勢被廣泛認可。本文簡述了不同洗滌材料修復(fù)鎘污染土壤的優(yōu)缺點及其國內(nèi)外研究與發(fā)展動態(tài)，以期為我國土壤鎘污染修復(fù)技術(shù)的發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞? ? 土壤;鎘污染;土壤清洗

中圖分類號? ? X53? ? ? ? 文獻標識碼? ? A? ? ? ? 文章編號? ?1007-5739（2019）09-0165-02

Abstract? ? Cadmium pollution in soil is becoming more and more serious in China.Taking reasonable measures to remediate cadmium contaminated soil is a hot spot in environmental science research.Soil cleaning is one of the most effective remediation forms，which is widely recognized for its safety and price advantage.This paper briefly described the advantages and disadvantages of different washing materials for remediating cadmium contaminated soil，and also summarized its research and development progress at home and abroad，so as to provide references for the development of soil cadmium pollution remediation technology in China.

Key words? ? soil;cadmium pollution;soil cleaning

土壤是地球上不可或缺的資源，它不僅是生物賴以生存的棲息地，同時還肩負著調(diào)節(jié)生態(tài)平衡的重任。隨著社會生產(chǎn)力的快速發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生了大量的重金屬（鎘、砷、汞等）污染物。這些物質(zhì)進入土壤后會污染土壤，從而嚴重影響土地的生產(chǎn)力，甚至通過食物鏈的方式危害人體健康。據(jù)統(tǒng)計，我國有1/5的土地遭受到重金屬（鎘、砷、鉛、鉻、汞等）污染[1]，且在所有重金屬污染中，鎘污染被認為是居于第一位的。

鎘不是人體生長代謝的必需元素，在人體蓄積會對心血管系統(tǒng)造成損害，從而導(dǎo)致機體的免疫力下降。鎘不僅會引發(fā)肺癌，同時也會影響機體的生殖系統(tǒng)和胚胎發(fā)育。對于鎘污染，發(fā)現(xiàn)最早的是日本富山縣，該地鎘污染造成了耕地和水源污染。近年來，“廣西龍江鎘污染”“仙女湖鎘污染”“瀏陽鎘污染”等事件頻發(fā)，鎘污染事件不勝枚舉。因此，對鎘污染土壤的治理已引發(fā)國內(nèi)外的廣泛重視。

針對重金屬在污染土壤中的積累性、潛伏性、不可逆轉(zhuǎn)性和難降解等特性，發(fā)達國家最先開始研究污染土壤的修復(fù)技術(shù)并為此投入了大量人力和物力。土壤修復(fù)是利用農(nóng)業(yè)、物理、化學(xué)和生物的原理對污染物進行轉(zhuǎn)移、吸收、降解和轉(zhuǎn)化，最終讓其濃度降低到許可范圍內(nèi)，或?qū)⑵滢D(zhuǎn)變成無害的物質(zhì)。化學(xué)修復(fù)主要包括化學(xué)淋濾和化學(xué)固定2種修復(fù)方法[2]。化學(xué)淋濾是指利用外力或重力作用推動淋洗液流過鎘污染土壤，將土壤中的污染物清洗遷移出去[3]，隨之對上一步的淋洗液進行處理或分離;原位固定技術(shù)[4]是向土壤中投入化學(xué)試劑（如固定劑、改良劑、穩(wěn)定劑等）或化學(xué)材料，使土壤中的鎘與化學(xué)試劑發(fā)生吸附、沉淀、絡(luò)合、離子交換、氧化還原等反應(yīng)，形成不溶性或移動性差、毒性小的物質(zhì)，從而減少鎘的移動和降低生物有效性[5]。土壤清洗作為最有效的修復(fù)形式之一，因其安全性及價格優(yōu)勢被廣泛認可。

當前，我國處于土壤鎘污染環(huán)境下，為了保障人們的健康生活，亟須采取合理的措施修復(fù)治理鎘污染土壤，以實現(xiàn)土地的可持續(xù)利用。本文就目前已存在的土壤淋洗修復(fù)技術(shù)，簡述其各自優(yōu)缺點及當前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，以期為后續(xù)我國土壤鎘污染修復(fù)技術(shù)的發(fā)展提供參考。

1? ? 土壤鎘的來源與污染狀況

土壤中的鎘主要來源于大自然或人為活動。自然形成的鎘與土母質(zhì)風(fēng)化相關(guān);而人為活動主要是采礦、有色金屬冶煉等相關(guān)行業(yè)的生產(chǎn)以及污水、農(nóng)藥化肥廢棄物等的排放造成鎘污染。我國鎘污染大部分是工業(yè)污水造成的[6]。

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)技術(shù)的迅猛發(fā)展一方面提高了生產(chǎn)力，給人們帶來了益處;另一方面，含重金屬的化肥、農(nóng)藥等的大量使用污染了土壤，成為亟須解決的難題。污染的土壤影響農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)量和品質(zhì)，而且重金屬元素會在農(nóng)作物中富集從而對人們的健康產(chǎn)生危害。據(jù)統(tǒng)計，我國鎘污染農(nóng)田超過20.08萬hm2，包含11個省市的25個地區(qū)[7]，并且有些區(qū)域的鎘污染達到非常嚴重的程度。環(huán)境保護部和國土資源部在2014年進行了調(diào)查統(tǒng)計，認為我國土壤環(huán)境污染是亟須解決的大問題，其中鎘等重金屬污染問題是一大難題。從污染的分布情況可以看出，南方地區(qū)污染狀況比北方地區(qū)嚴重，且湖南、廣西、貴州被認為是鎘污染較嚴重的區(qū)域[8]。梁林涵等[9]通過電感耦合等離子體質(zhì)譜測定法（ICP-MS）測定并評估了廣西居民環(huán)境鎘暴露量，發(fā)現(xiàn)污染區(qū)飲用水鎘含量高于對照區(qū)，且差異顯著（P<0.05），這對當?shù)鼐用竦纳眢w健康存在潛在威脅。就當前局勢來看，對鎘污染土壤進行修復(fù)非常必要。

2? ? 土壤清洗修復(fù)鎘污染的應(yīng)用

由于Cd不能化學(xué)或生物降解，因而土壤清洗成為最有效的修復(fù)方式之一。它不僅可以快速清理污染場地，而且具有成本效益。該過程基于各種試劑從污染土壤中解吸污染物，從而消除土壤中的重金屬污染?，F(xiàn)對目前存在的不同淋洗劑的優(yōu)缺點進行探討，以便為后續(xù)鎘污染治理提供參考。

2.1? ? 化學(xué)洗滌劑

通常使用的化學(xué)洗滌劑包括無機酸，如硫酸和鹽酸;有機酸，如乙酸和檸檬酸;螯合劑，如乙二胺四乙酸（EDTA）和次氮基三乙酸（NTA）;無機鹽，如FeCl3。EDTA被認為是有效的螯合劑，能在很寬的pH值范圍內(nèi)與大部分金屬特別是過渡金屬形成穩(wěn)定的配合物，不僅能解吸被土壤吸附的重金屬，還能溶解不溶性的金屬化合物，通過與重金屬形成水溶性的金屬螯合物將土壤重金屬去除[10]。用無機酸或堿性溶液進行清洗時，極低或極高的pH值會促進金屬溶解，包括污染物和非污染物[11]。雖然用上述洗滌劑對土壤清洗可以有效修復(fù)鎘污染，但也存在弊端。如EDTA難分解的特性會對土壤有害，間接影響土壤微生物活力、土壤孔隙度及地下水質(zhì)量;FeCl3和強酸會使土壤酸化并對土壤產(chǎn)生不利影響，如影響土壤肥力及微生物活力。因此，鑒于這些缺點，尋找成本低、效益高且更加環(huán)保的材料很有必要。

2.2? ? 表面活性劑

表面活性劑是利用自身的潤濕、增溶、分散、洗滌等特性，通過對土壤重金屬的吸附、絡(luò)合等，將重金屬從土壤表面置換出來，使其以螯合物的形式存在于土壤溶液中，從而將其洗出。許多洗滌表面活性劑都有毒，會危害土壤微生物，同時其污水也會污染水體，如非離子型表面活性劑Tween 80和Tritonx-100[12]。目前，研究最多的是來自植物的表面活性劑，因其具有與金屬離子高效結(jié)合的能力，從而能夠有效地去除重金屬離子。大多數(shù)生物表面活性劑的研究都是基于微生物鼠李糖脂[13]，這些研究已被證明其去除污染土壤中不同重金屬非常有效。此外，已經(jīng)證明來自植物的表面活性劑對于土壤洗滌同樣有效。皂苷[14]的天然來源和生物降解性使這種生物表面活性劑獨具優(yōu)勢。皂苷可有效去除黏土、壤土和砂質(zhì)黏壤土中的Cd;同樣，皂苷和單寧酸可有效去除人為污染的土壤和高度污染的工業(yè)土壤中的重金屬。但是，微生物和植物生物表面活性劑的主要缺點是價格高，因而受到限制。因此，有必要尋找同樣有效且價格較低廉的洗滌劑。

2.3? ? 腐殖質(zhì)

腐殖質(zhì)[15]可改變土壤鎘（Cd）的含量和狀態(tài)。腐殖質(zhì)不僅對環(huán)境無害，而且還可以改善土壤的物理、化學(xué)和生物特性?；谠趬A或酸中的溶解度可以將腐殖質(zhì)分為3個部分，即堿溶性的腐殖酸、富含堿和酸的富里酸以及不溶于堿和酸的胡敏素。據(jù)報道，添加不溶性的胡敏酸[16]可以鈍化土壤中的Cd，降低其水溶態(tài)和有效態(tài)含量，此類物質(zhì)可以用于穩(wěn)定修復(fù)重金屬污染農(nóng)田，而且鈍化效果在砂粒含量較多的土壤中效果更好。以腐殖酸鉀[17]為成分的水溶性腐殖質(zhì)是良好的重金屬洗滌劑，可將土壤中的Cd活化、去除。腐殖質(zhì)可以從各種材料中提取，例如leonardite和污水污泥。由leonardite衍生的腐殖質(zhì)具有低CMC和高吸附Cd的能力，當用作鎘污染土壤的洗滌劑時，可以調(diào)整洗滌條件以適應(yīng)土壤性質(zhì)并滿足當?shù)氐男迯?fù)要求。在洗滌效果上，腐殖質(zhì)由于其安全性，在對土壤的益處及低成本方面遠遠優(yōu)于其他洗滌劑。在未來，人們可以選擇具有大量水的稻田或具有高價值的城市土地用于腐殖質(zhì)修復(fù)鎘污染土壤的進一步試驗。

2.4? ? 聯(lián)合修復(fù)

單一的修復(fù)措施可能因其弊端不能很好地發(fā)揮作用，而聯(lián)合使用多種修復(fù)措施可取長補短。如黃細花等[18]將化學(xué)淋洗與植物修復(fù)聯(lián)合，通過盆栽試驗，在東南景天和玉米套種情況下，用不同濃度和種類混合試劑對土壤進行化學(xué)淋洗。結(jié)果表明，通過兩季（約9個月）套種植物聯(lián)合淋洗技術(shù)處理后，土壤重金屬鎘降低率達到27.8%～44.6%。因此，聯(lián)合修復(fù)技術(shù)也是未來發(fā)展的趨勢，有待進一步開發(fā)利用。

3? ? 展望

對于土壤鎘污染的治理修復(fù)已成為當今環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的熱點。國內(nèi)外雖研發(fā)出多種鎘污染修復(fù)措施，也取得了一些可喜的進展，但這些修復(fù)措施在應(yīng)用中仍存在一定的局限性，如二次污染、適用范圍窄、周期長等。此外，土壤鎘污染修復(fù)仍處于實驗室和大田試驗示范階段，與大規(guī)模工業(yè)化修復(fù)重金屬污染的要求相差甚遠，因而尚無法從源頭上解決問題。

開展土壤鎘污染的修復(fù)技術(shù)研究，對于促進人類生活生產(chǎn)質(zhì)量安全、建設(shè)美好生態(tài)環(huán)境具有重大意義。本文介紹了幾種修復(fù)土壤重金屬鎘污染的土壤淋洗方法，其中，腐殖質(zhì)修復(fù)技術(shù)由于其安全性較好，在對土壤的益處及低成本方面遠遠優(yōu)于其他洗滌劑，被認為是最具有應(yīng)用前景的修復(fù)措施;同時也可結(jié)合其他修復(fù)措施聯(lián)合使用以趨利避害，未來值得深入研究。而且土壤鎘污染的修復(fù)不單需要科學(xué)技術(shù)，更重要的是需要全社會全人類共同關(guān)注，需要各個部門密切合作，共同解決。為了子孫后代，為了環(huán)境資源的可持續(xù)利用，為了全人類的健康，每個人都應(yīng)該為保護人類生活環(huán)境貢獻一份力量。

4? ? 參考文獻

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*通信作者

收稿日期? ?2019-01-13