鈷污染土壤的治理修復(fù)綜述

蘇 翔，白 瑞

(1.重慶工商大學(xué)環(huán)境保護(hù)研究所，重慶 400067；2.北京建工環(huán)境修復(fù)股份有限公司，北京 100015)

隨著世界經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，環(huán)境污染問題也日益嚴(yán)重，逐漸成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)，近年重金屬土壤污染也受到了關(guān)注[1-2]。重金屬通常能在土壤中富集，富集達(dá)到一定程度后會(huì)導(dǎo)致土壤環(huán)境質(zhì)量下降，被植物吸收后影響農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量[3-4]，通過食物鏈進(jìn)入動(dòng)物體內(nèi)，在動(dòng)物體內(nèi)富集后嚴(yán)重威脅動(dòng)物的健康[5-6]。攝入過多的鈷鹽可引起心肌炎、胃腸功能紊亂、耳聾、甲狀腺吸收碘的能力減弱和導(dǎo)致甲狀腺的腫大等多種疾病[7]，重金屬經(jīng)胃腸道吸入會(huì)影響人的微生態(tài)系統(tǒng)從而誘導(dǎo)中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病[8]。重金屬超量時(shí)會(huì)產(chǎn)生一般毒性效應(yīng)，嚴(yán)重時(shí)甚至可以致突變或致癌,以及生殖與發(fā)育毒性[9]。

1 重金屬鈷污染土壤的特性及危害

通常土壤中鈷的含量約0.05～65.00mg/kg之間，中位置位8mg/kg。Lotfy,S.M.等[10]對向日葵、棉花、萬壽菊、納皮草、南瓜等五種植物從污染土壤中提取Co和Cr的能力進(jìn)行了研究，研究表明植物根系的Co和Cr積累高于芽，Co富集能力的順序?yàn)椋合蛉湛?棉花>萬壽菊>納皮草>南瓜。陳藝文等[11]發(fā)現(xiàn)鈷的含量為10mg/L時(shí)，農(nóng)作物開始死亡。美國規(guī)定灌溉用水鈷的最大容許濃度為0.2mg/L。前蘇聯(lián)提出生活供水水源中鈷的最大濃度為1mg/L，漁業(yè)用水為0.01mg/L[12]。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，鈷元素得到廣泛的開發(fā)和利用，鈷污染也伴隨用量的增大而加劇。鈷污染主要來源于核武器試驗(yàn)廢物、原子能工業(yè)廢物、礦藏開采、醫(yī)療和科研等行業(yè)，其中很大一部分為放射性廢物。重金屬鈷對土壤的污染通常有長期性、不可逆性和隱蔽性三個(gè)特性。在降低土壤質(zhì)量的同時(shí)，還會(huì)影響農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)的下降，通過食物鏈進(jìn)入人體，從而人類健康造成影響。由于鈷的半衰期較長，環(huán)境受到放射性的鈷污染后，難以短期衰減，可能對周圍動(dòng)植物的生長和發(fā)育造成嚴(yán)重的影響，放射性鈷進(jìn)入人體后，會(huì)導(dǎo)致脫發(fā)，引起血液系統(tǒng)疾病，嚴(yán)重的會(huì)引起白血病，甚至造成死亡[13-14]。因此，土壤中鈷污染的治理修復(fù)十分必要。

2 常見的重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)

目前國內(nèi)已經(jīng)有多種治理重金屬污染土壤的方法，如：化學(xué)修復(fù)法、生物修復(fù)法和物理修復(fù)法等[15-16]。用一種方法通常難以達(dá)到修復(fù)目標(biāo)，通常將以上的方法組合對重金屬污染土壤進(jìn)行治理修復(fù)。

2.1 化學(xué)修復(fù)法

化學(xué)修復(fù)法主要有化學(xué)淋洗法和化學(xué)氧化還原法，化學(xué)淋洗是在污染土壤中加入與對應(yīng)重金屬反應(yīng)的化學(xué)溶劑，在外力或者外壓的作用下使重金屬溶解于溶劑中，從而將重金屬從固態(tài)土壤轉(zhuǎn)移至液相態(tài)，然后使液相與土層分離，對分離后的重金屬溶液進(jìn)行處理[17]；化學(xué)氧化/還原法是通過添加改良劑，改變重金屬在土壤中的形態(tài)，通過降低生物有效性來達(dá)到修復(fù)目標(biāo)[18]。常見的改良劑有氧化劑、還原劑、吸附劑等。

2.2 物理修復(fù)法

物理修復(fù)法是通過機(jī)械物理的工程措施使土壤得到修復(fù)，常見的方法有：翻土、換土、客土法、外運(yùn)熱處理法和原位電動(dòng)修復(fù)法等[19]。

2.3 生物修復(fù)法

生物修復(fù)法是通過土壤中生物的代謝活動(dòng)使土壤重金屬含量降低的方法。常見的有：植物修復(fù)法、微生物修復(fù)法和動(dòng)物修復(fù)法[20]。植物修復(fù)法在澳大利亞等國家得到較為深入的研究，國外主要對超富集植物的重金屬吸收效果進(jìn)行研究，由于植物的生長條件等難以在其他區(qū)域普及[21]。韓輝等[22]對小麥和狗尾草生長過程小麥吸收Cd和Pb的阻控進(jìn)行研究，研究發(fā)現(xiàn)：從狗尾草根際土壤中共分離出的固定重金屬和促生能力的菌株,接種于小麥根際既能增加小麥根和地上部干重,又可以降低其對Cd和Pb的富集。蔣先軍等[23]研究了印度芥菜對土壤中鋅鎘污染的富集作用，結(jié)果表明：和普通植物相比,印度芥菜對Zn、Cd富集能力較強(qiáng)。王鵬云等研究發(fā)現(xiàn)植物主要通過螯合作用、細(xì)胞壁沉淀作用、區(qū)隔化作用、抗氧化系統(tǒng)解除重金屬的危害[24]。

3 鈷污染土壤治理修復(fù)技術(shù)

土壤鈷污染分為無放射性和有放射性兩種類型[25]，不具有放射性的鈷就是普通的重金屬元素。目前，國內(nèi)外對土壤中的重金屬鈷的修復(fù)研究主要集中在植物中鈷含量的測量、鈷在生態(tài)系統(tǒng)中的遷移規(guī)律和鈷對植物生長的影響[26-27]，直接研究鈷污染土壤修復(fù)技術(shù)的較少，在實(shí)踐中還是傳統(tǒng)的重金屬修復(fù)方法，即物理法、化學(xué)法和生物法。具有放射性鈷污染主要是由于鈷礦開采、科學(xué)研究以及核工業(yè)等產(chǎn)生，這類鈷污染土壤，通常將其集中封存，利用自然衰減使其得到治理，此過程中避免人和動(dòng)物進(jìn)入。但礦山中放射性鈷污染由于污染面積較大、遷移速率較快等特點(diǎn)，通常難以控制，對環(huán)境影響比較嚴(yán)重。輻射劑量較高的鈷污染土壤根據(jù)規(guī)定封裝后轉(zhuǎn)運(yùn)至特定的放射性鈷污染處置場進(jìn)行處置。這類處置場，通常為國家都統(tǒng)一設(shè)計(jì)建造、統(tǒng)一管理，放射性鈷污染突然通常需要花費(fèi)大量人力和物力，不僅需要較大的處置場地，通常需要較長的處置時(shí)間。

通過近年的研究，學(xué)者們將常規(guī)重金屬污染土壤修復(fù)方法與放射性污染土壤處理方法相結(jié)合，利用生物修復(fù)植物富集的方法去除土壤中的放射性鈷，鈷元素富集后統(tǒng)一進(jìn)行處置。即減少了污染，又美化了環(huán)境。通過進(jìn)一步焚燒等處置，鈷污染得到進(jìn)一步濃縮，相對于之前的處置方式節(jié)約了大量的人力、物力、財(cái)力等[28-29]。如日本人在福島核電站泄露區(qū)域種植向日葵和油菜等植物來富集土壤中的放射性鈷元素，達(dá)到了良好的治理效果。賀佳[30]研究了竹芋、碰碰香、一串紅、龍葵、牛膝菊等植物對鈷污染土壤的治理修復(fù)效果，試驗(yàn)表明龍葵、牛膝菊和碰碰香均可以富集鈷元素。

4 展望

隨著鈷污染的日益加劇，鈷元素污染的土壤修復(fù)勢在必行，目前其修復(fù)技術(shù)的研究相對較少，需要更多的關(guān)注和研究，才能解決鈷污染土壤的治理。物理方法和化學(xué)方法通常成本較高，且容易使土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞，以至于土壤生物活性降低、土壤肥力下降等。放射性鈷污染土壤難以通過常見的修復(fù)方法進(jìn)行治理，將生物修復(fù)法與封存處理法結(jié)合起來可以使其得到解決。聯(lián)合修復(fù)法理論上可行，目前還需要進(jìn)一步篩選對治理區(qū)域相適應(yīng)的高累積植物，提高鈷的植物富集效率；另外，不具有放射性的鈷污染和有放射性的鈷污染必須分開處置，有放射性污染的焚燒后桶裝封存，無放射性的采用堆肥法、灰化法、高溫分解法等多種技術(shù)處置。在污染得到處置的同時(shí)，探求更高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。目前國內(nèi)的重金屬灰飛處置終端的處置能力和無害化能力仍需要進(jìn)一步加強(qiáng)。