土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)的研究進(jìn)展

武越(首都師范大學(xué)資源環(huán)境與旅游學(xué)院，北京 100048)

0 引言

土壤是農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)，土壤肥力直接影響著農(nóng)作物的產(chǎn)量，同時，土壤也是生物圈的重要組成部分，是土壤動物生存不可缺少的重要場所，其中的微生物是生態(tài)系統(tǒng)的重要參與者。現(xiàn)代工業(yè)和農(nóng)業(yè)的發(fā)展導(dǎo)致部分重金屬沒有被妥善處理，而是進(jìn)入土壤，造成了嚴(yán)重的土壤重金屬污染問題，這對于植物生長、農(nóng)業(yè)發(fā)展以及人類健康形成了嚴(yán)重維修。目前，土壤治理工作已經(jīng)成了社會關(guān)系的話題，土壤重金屬修復(fù)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用則是治理土壤、改善土壤質(zhì)量的關(guān)鍵所在。

1 我國土壤重金屬污染現(xiàn)狀

隨著社會經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國工農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平迅速提升，也排放了越來越多的重金屬污染物，導(dǎo)致越來越多的地區(qū)土壤出現(xiàn)了重金屬超標(biāo)的現(xiàn)象。通過查閱相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)，我國有兩千萬公頃以上的農(nóng)田出現(xiàn)了鉻、鋅、鎳等重金屬超標(biāo)的問題，這大約是總耕地的二成，因此造成了嚴(yán)重的土壤退化問題，因而導(dǎo)致這些土壤農(nóng)產(chǎn)物損失1千萬噸。針對這一現(xiàn)象，我國中央出臺了多個重金屬污染土地治理的政策和計(jì)劃，大力支持土壤污染治理工作的開展，鼓勵土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用。目前我國土壤重金屬污染治理應(yīng)用的技術(shù)主要有四種，分別是物理工程修復(fù)技術(shù)、物化修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)以及聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，這些修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用在土壤重金屬污染治理中發(fā)揮了重要作用。

2 物理工程修復(fù)技術(shù)

該技術(shù)的應(yīng)用方法包括四種。首先是客土法，指的是將潔凈土壤與污染土壤混合或覆蓋其上，從而達(dá)到降低重金屬含量或者避免植物根部接觸污染土壤的效果，具有效果好，見效快的特點(diǎn)。其次是去表土法，顧名思義就是將出現(xiàn)重金屬污染問題地層的表土去除。換土法，指的是重金屬含量超標(biāo)的標(biāo)題去除，再將潔凈土壤回填的方法。深耕翻土法，指的是通過翻耕的方式，將深層的潔凈土壤翻到污染土壤之上。通過對這四種方法的應(yīng)用研究發(fā)現(xiàn)，前三種方法工程量更大，對污染土壤的治理更加徹底，比較適合對重金屬污染嚴(yán)重的土壤進(jìn)行治理，后一種方法工程量較小，適合對污染較輕的土壤進(jìn)行治理?？偟膩砜?，物理工程修復(fù)技術(shù)對工程量和勞動力的需求較大，更加適合小面積的土壤治理，否則將會導(dǎo)致成本增加的問題，并且該技術(shù)無法對使重金屬污染土壤恢復(fù)潔凈，無法從根本上解決土壤的重金屬污染問題。

3 物化修復(fù)技術(shù)

3.1 化學(xué)固化技術(shù)

由于重金屬在進(jìn)入土壤之后會出現(xiàn)形態(tài)上的變化，這就導(dǎo)致其位置并非固定的，而是移動的，其原因在于土壤的有機(jī)物含量、pH值等有可能導(dǎo)致其中的重金屬出現(xiàn)形態(tài)變化。針對這一點(diǎn)，專家研發(fā)出了化學(xué)固化技術(shù)，希望能夠借助土壤理化特性上的變動而削弱重金屬的移動性，進(jìn)而起到防治污染的效果。化學(xué)固化技術(shù)主要指的是，借助固化劑等調(diào)整土壤理化特性，再以固化劑中的某些成分去吸附、沉淀重金屬，從而使之不再具有移動性，其中發(fā)揮最大作用的固化劑通常包括石灰、鋼渣等?；瘜W(xué)固化技術(shù)具有成本低廉、效果明顯、易于操作等優(yōu)勢，但是仍然具有較大的局限性，無法從根本上去除重金屬，只能發(fā)揮一時的作用，甚至還反過來損傷土壤，導(dǎo)致土壤無法作為農(nóng)田投入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)之中。

3.2 土壤淋洗技術(shù)

土壤淋洗技術(shù)只要是借助淋洗液來開展應(yīng)用，通過淋洗土壤的方式將其中的重金屬的形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐籂?，再進(jìn)行去除。應(yīng)用土壤淋洗技術(shù)過程中，首先要對待處理的土壤進(jìn)行篩濾，再將其中的渣石等進(jìn)行去除，接著使淋洗液與土壤充分混合，并進(jìn)行二次篩選，然后用水淋洗土壤將其中的淋洗液提取出來，并將淋洗后的土壤稍加處理并投入使用，而淋洗造成的廢水則需要將其中的重金屬和淋洗液回收，并處理至無害狀態(tài)。該技術(shù)能夠去除污染土壤中的大部分重金屬，但是需要花費(fèi)較大的成本，并且極易產(chǎn)生二次污染，因此無法應(yīng)用于大面積的污染土壤治理工作。要想發(fā)揮土壤淋洗技術(shù)的最大作用，而降低其危害性，避免二次污染，就必須加大力氣開展淋洗液的優(yōu)化調(diào)整，研發(fā)出更加環(huán)保低廉的淋洗液。

4 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

4.1 化學(xué)萃取技術(shù)

化學(xué)萃取技術(shù)是一項(xiàng)較為新型的土壤修復(fù)技術(shù)，應(yīng)用時間不長但是在實(shí)際的土壤治理工作中發(fā)揮了顯著的作用。該技術(shù)主要是借助化學(xué)萃取劑來實(shí)現(xiàn)對污染土壤的修復(fù)，具有重金屬去除率高的有點(diǎn)，但是流程復(fù)雜，操作難度較高，成本高，并且二次污染可能性高，因此仍然需要對該技術(shù)進(jìn)行不斷的研究和優(yōu)化，不但要不斷對萃取方法進(jìn)行調(diào)整，避免萃取時傷害土壤，還要對萃取劑進(jìn)行不斷地優(yōu)化，既要解決成本高昂這一問題，又要盡可能提升其萃取能力，這樣才能夠促使化學(xué)萃取技術(shù)在發(fā)揮顯著的土壤修復(fù)作用的同時，又具有經(jīng)濟(jì)環(huán)保的特性，推動該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

4.2 表面活性劑修復(fù)技術(shù)

表方面活性劑修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用核心在于表面活性劑，這種化學(xué)試劑具有潤濕、分散的作用，將其與污染土壤混合，能夠調(diào)整其電荷以及吸附位，或者可以置換出其中的重金屬，促使重金屬變成絡(luò)合物或螯合物的形式。該技術(shù)能夠提升重金屬的流動特性，以此來降低重金屬的處理難度，指出了土壤重金屬污染修復(fù)的新方向。但是該技術(shù)的局限性在于可能導(dǎo)致地下水污染問題，針對此，可以采取根據(jù)表面活性劑選擇提取劑來加入的方法，加快重金屬處理速度，從而避免對地下水的污染，但該方法未經(jīng)實(shí)踐，效果如何仍無法確定。

4.3 化學(xué)改良技術(shù)

化學(xué)改良技術(shù)的應(yīng)用重點(diǎn)在于改良劑的設(shè)計(jì)，主要是借助改良劑調(diào)整土壤的理化特性，并進(jìn)一步調(diào)整土壤的吸附沉淀能力，從而達(dá)到增強(qiáng)土壤穩(wěn)定性的效果。開展土壤治理工作時，在應(yīng)用化學(xué)改良技術(shù)的過程中，通常會選擇石膏、硫磺粉、腐殖酸肥等進(jìn)行改良劑的制作，來促進(jìn)土壤對重金屬的吸附和沉淀，從而修復(fù)污染土壤。但是這些改良劑的使用并不是十全十美的，常常會導(dǎo)致一些副作用，例如，將石膏這樣的天然礦物制作改良劑會過分依賴于試劑的儲存量，可能會影響土壤中微生物的存活。除了以上幾種物質(zhì)作為改良劑之外，還可以將生物體作為改良劑，這就是生物碳修復(fù)技術(shù)，通過生物碳的吸附、沉淀、離子交換等，對土壤中的重金屬進(jìn)行轉(zhuǎn)化處理，這種方法能夠有效提升土壤質(zhì)量，獲得良好的重金屬治理效果。將生物碳作為改良劑具有多方面的優(yōu)勢，生物碳空隙較多，因而表面積較大，同時氧官能團(tuán)較多，有助于增強(qiáng)土壤肥力和穩(wěn)定性，更好地能夠促進(jìn)重金屬污染土壤的修復(fù)。

5 生物修復(fù)技術(shù)

5.1 微生物修復(fù)技術(shù)

土壤中生存著許多的微生物，例如藻類、菌類等，這些微生物具有較強(qiáng)的吸附沉淀作用，還能夠產(chǎn)生氧化還原反應(yīng)，增加土壤中的微生物含量可以更好地對重金屬進(jìn)行吸附沉淀，進(jìn)而達(dá)到降低土壤重金屬含量的作用。微生物修復(fù)技術(shù)成本低廉，同時能夠在土壤修復(fù)治理中發(fā)揮顯著效果。

5.2 植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)技術(shù)可以細(xì)化為植物提取技術(shù)、揮發(fā)技術(shù)以及穩(wěn)定技術(shù)，主要是發(fā)揮植物對重金屬的吸收、轉(zhuǎn)化等左右，降低土塘中的重金屬含量，從而實(shí)現(xiàn)對污染土壤的修復(fù)。植物提取技術(shù)指的是將土壤中呈現(xiàn)一種富集狀態(tài)的重金屬通過積累或者是超積累的方式將重金屬物質(zhì)轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)，這樣將植物收割的同時就可以將重金屬去除，從而改善土壤質(zhì)量，但是由于相關(guān)植物的生長速度上的制約影響了該技術(shù)的土壤治理面積，不具備推廣性。植物穩(wěn)定技術(shù)指的是通過種植耐重金屬植物，以植物的吸收等作用，來促使重金屬沉淀，使其惰性化，從而減弱重金屬的危害性。植物揮發(fā)技術(shù)通過植物的吸收揮發(fā)能力，將重金屬轉(zhuǎn)為氣體形態(tài)，并排放到空氣中。但是該技術(shù)在降低土壤重金屬含量的同時，也造成的大氣污染，同樣會對人體健康形成威脅。

6 聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

以上幾種修復(fù)技術(shù)各有優(yōu)勢，都能夠?qū)χ亟饘龠M(jìn)行有效的去除，在修復(fù)工作發(fā)揮著顯著的應(yīng)用優(yōu)勢，但同時也都具有一定的局限性和不足。因此，在土壤重金屬污染治理工作中，通常會借助技術(shù)手段將多種修復(fù)技術(shù)結(jié)合在一起形成聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，這樣多種技術(shù)可以達(dá)成優(yōu)勢互補(bǔ)的效果，揚(yáng)長避短，避免出現(xiàn)局限性，從而獲得更好的應(yīng)用效果。目前，在我國的土壤治理過程中，普遍會應(yīng)用到植物技術(shù)與化學(xué)等其他各修復(fù)技術(shù)的聯(lián)合技術(shù)，這樣能夠盡可能地避免單一技術(shù)的不足之處，提升重金屬處理效率和去除率，更好地提升土壤質(zhì)量和穩(wěn)定性，推動土壤治理工作順利開展。

7 結(jié)語

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展以及農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，重金屬污染問題日益嚴(yán)峻。土壤是農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)和生物圈的重要組成成分，如果土壤重金屬污染問題無法得到及時控制，將會導(dǎo)致人們生命健康受到嚴(yán)重威脅、農(nóng)業(yè)受到嚴(yán)重打擊。因此，應(yīng)當(dāng)積極開展農(nóng)田治理工作，大力推進(jìn)土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)的研究和應(yīng)用，結(jié)合各修復(fù)技術(shù)的特點(diǎn)以及實(shí)際的農(nóng)田治理工作需要，科學(xué)制定治理方案，發(fā)揮修復(fù)技術(shù)的最大效用，提升土壤修復(fù)工作的水平和效率，盡可能節(jié)約成本，推動土壤重金屬治理工作的順利進(jìn)行。