土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)的研究進(jìn)展

韋余娟

摘要：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)量和食品安全，同時(shí)，土壤也是生物圈的重要組成部分，是土壤動(dòng)物生存不可缺少的重要場(chǎng)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?zèng)]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(wèn)題，這對(duì)于植物生長(zhǎng)、農(nóng)業(yè)發(fā)展以及人類(lèi)健康形成了嚴(yán)重威脅。目前，土壤治理工作已經(jīng)成了社會(huì)關(guān)注的話(huà)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。鑒于此，本文主要分析探討了土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)的研究進(jìn)展，以供參閱。

關(guān)鍵詞：土壤;重金屬;污染修復(fù)技術(shù)

引言

土壤作為人類(lèi)生存的基礎(chǔ)，關(guān)系著人類(lèi)身心健康以及社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步。我國(guó)有著廣袤的國(guó)土資源，但是人口基數(shù)大，人均資源不足，加上受污染的土壤日漸增多，加劇了土壤資源緊張和人類(lèi)需求增加之間的矛盾。此外，土壤污染會(huì)導(dǎo)致污染物流入植物，經(jīng)過(guò)生態(tài)循環(huán)流入到人體，對(duì)人體身心健康產(chǎn)生不良影響。為了保證人和自然能夠和諧長(zhǎng)遠(yuǎn)地發(fā)展，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)土壤污染的治理，尤其是重金屬污染，加強(qiáng)土壤修復(fù)，改善人類(lèi)生存的環(huán)境，為子孫后代創(chuàng)造舒適的環(huán)境條件。

1物理化學(xué)技術(shù)

1.1化學(xué)固化

重金屬在土壤中具有可移動(dòng)性，其與重金屬在土壤中的存在形態(tài)關(guān)系密切，土壤的理化性質(zhì)比如有機(jī)物含量、pH值等很大程度上影響著重金屬的存在形態(tài)以及各種形態(tài)之間的轉(zhuǎn)化，因此可以通過(guò)對(duì)土壤理化性質(zhì)的調(diào)整，改變重金屬在土壤中的移動(dòng)性，從而發(fā)揮降低污染的作用?；瘜W(xué)固化技術(shù)就是充分利用這一原理，通過(guò)向土壤中添加固化劑，使土壤的理化性質(zhì)發(fā)生改變，通過(guò)吸附或者沉淀作用使土壤中的重金屬得到固定，常用的固化劑有石灰、沸石、鋼渣等?；瘜W(xué)固化技術(shù)屬于原位固化方式，修復(fù)成本大幅降低，但是該技術(shù)屬于治標(biāo)不治本的措施，土壤中的重金屬?zèng)]有得到根除，而且還會(huì)對(duì)土壤造成一定程度的破壞，破壞后的土壤不宜進(jìn)一步的利用。

1.2土壤淋洗

淋洗法是指使用淋洗劑來(lái)清洗土壤，使土壤中污染物隨淋洗液流出，然后對(duì)淋洗液、土壤進(jìn)行后續(xù)處理，從而達(dá)到修復(fù)污染土壤的目的。淋洗法具有限制有害污染物的擴(kuò)散范圍，投資、消耗相對(duì)較少，操作人員可不直接接觸污染物等優(yōu)點(diǎn)。該技術(shù)較適合處理砂礫、沙以及黏度較小的土壤中的污染物。該方法的缺點(diǎn)是：若控制不當(dāng)，沖洗廢液可能會(huì)逸出控制區(qū)而產(chǎn)生二次污染，所需要費(fèi)用要由沖洗液中含有的表面活性劑的種類(lèi)、濃度決定。

1.3電動(dòng)修復(fù)

電動(dòng)修復(fù)技術(shù)是由美國(guó)路易斯安那州立大學(xué)研究出的一種凈化土壤污染的原位修復(fù)技術(shù)，主要是針對(duì)受污染的低透水系數(shù)土壤及地下水的修復(fù)，其基本原理是將電極插入受污染土壤或地下水區(qū)域，通過(guò)施加微弱電流形成電場(chǎng)，孔隙中的地下水或額外補(bǔ)充的流體可作為傳導(dǎo)的介質(zhì)。污染物則在電場(chǎng)產(chǎn)生的各種電動(dòng)力學(xué)效應(yīng)下沿電場(chǎng)方向定向遷移，到達(dá)電極區(qū)的污染物則經(jīng)過(guò)電沉降（電鍍?cè)陔姌O棒上）、沉積或共沉積等方式在電極棒附近抽水，或者與離子交換樹(shù)脂復(fù)合的方式將污染物集中處理或分離。電動(dòng)修復(fù)是一種原位修復(fù)技術(shù)，近年來(lái)發(fā)展很快，在一些歐美國(guó)家已進(jìn)入商業(yè)化。但事實(shí)上，實(shí)驗(yàn)室采用一種金屬離子的溶液做模擬試驗(yàn)常能有效地去除土壤中的金屬離子，有時(shí)也得到相反的結(jié)果。這主要與pH控制著土壤溶液中重金屬離子的吸附與解吸、沉淀與溶解有關(guān)，而且酸度對(duì)電滲速度有明顯影響，所以如何控制土壤pH值是電動(dòng)修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵。為了控制土壤體系pH值的變化，提高修復(fù)效率，許多學(xué)者在這方面做了很多努力，并改進(jìn)了實(shí)驗(yàn)裝置，相信在不久的將來(lái)電動(dòng)修復(fù)將成為一個(gè)主要的土壤污染修復(fù)方法。

2化學(xué)修復(fù)技術(shù)

2.1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(shí)間不長(zhǎng)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(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)該技術(shù)進(jìn)行不斷的研究和優(yōu)化，不但要不斷對(duì)萃取方法進(jìn)行調(diào)整，避免萃取時(shí)傷害土壤，還要對(duì)萃取劑進(jìn)行不斷地優(yōu)化，既要解決成本高昂這一問(wèn)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(shí)，又具有經(jīng)濟(jì)環(huán)保的特性，推動(dòng)該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

2.2表面活性劑修復(fù)技術(shù)

表面活性劑修復(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(rùn)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(dòng)特性，以此來(lái)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(wèn)題，針對(duì)此，可以采取根據(jù)表面活性劑選擇提取劑來(lái)加入的方法，加快重金屬處理速度，從而避免對(duì)地下水的污染，但該方法未經(jīng)實(shí)踐，效果如何仍無(wú)法確定。

2.3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(kāi)展土壤治理工作時(shí)，在應(yīng)用化學(xué)改良技術(shù)的過(guò)程中，通常會(huì)選擇石膏、硫磺粉、腐殖酸肥等進(jìn)行改良劑的制作，來(lái)促進(jìn)土壤對(duì)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(huì)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(huì)過(guò)分依賴(lài)于試劑的儲(chǔ)存量，可能會(huì)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(guò)生物碳的吸附、沉淀、離子交換等，對(duì)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(shì)，生物碳空隙較多，因而表面積較大，同時(shí)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)。

3植物修復(fù)技術(shù)

3.1植物穩(wěn)定技術(shù)

植物穩(wěn)定主要是利用耐重金屬植物及其根部的微生物的分泌作用，使土壤中的重金屬發(fā)生螯合反應(yīng)或者沉淀，從而防止重金屬進(jìn)入地下水或者食物鏈中，降低土壤中重金屬帶來(lái)的危害。植物穩(wěn)定的作用主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：第一，保護(hù)污染土壤不受侵蝕，重金屬污染的土壤往往缺乏植物，更容易受到侵蝕以及淋漓作用的影響，加速了重金屬向周?chē)財(cái)U(kuò)散，通過(guò)種植耐重金屬植物可以有效的減少土壤侵蝕作用;第二，通過(guò)植物根部的吸收或者沉淀作用，可以實(shí)現(xiàn)重金屬的固化。植物穩(wěn)定技術(shù)在有機(jī)質(zhì)含量較高、質(zhì)地黏重的土壤中表現(xiàn)得更為突出，該技術(shù)并沒(méi)有根除土壤中的重金屬，只是通過(guò)固定作用使其不具有生物毒害性，但是若是外環(huán)境發(fā)生改變，可能會(huì)發(fā)生二次污染。因此可以采用植物穩(wěn)定與化學(xué)固定相結(jié)合的方式進(jìn)行土壤重金屬污染的修復(fù)，會(huì)發(fā)揮更好的修復(fù)效果，但是在植物的穩(wěn)定性與持久性方面仍需要進(jìn)一步的研究和探討。

3.2植物揮發(fā)技術(shù)

植物揮發(fā)主要是利用植物及其根部微生物的吸收、積累和揮發(fā)作用，使被吸收的重金屬轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)排放到大氣中，現(xiàn)階段，相關(guān)的研究主要集中在重金屬汞方面。汞是一種具有揮發(fā)性的重金屬，以多種形態(tài)存在于土壤中，其中甲基汞的毒性最大。部分耐汞毒的植物及微生物可以將甲基汞以及離子態(tài)的汞轉(zhuǎn)化為毒性相對(duì)較小、可揮發(fā)的單質(zhì)汞，進(jìn)而降低土壤中的汞含量。通過(guò)植物揮發(fā)技術(shù)，可以將具有揮發(fā)性的重金屬比如汞揮發(fā)到大氣中，具有良好的經(jīng)濟(jì)性，但是該技術(shù)處理的重金屬較為單一，而且重金屬揮發(fā)到大氣中，可能會(huì)造成大氣污染，給人們的健康帶來(lái)威脅。

4微生物修復(fù)技術(shù)

微生物修復(fù)技術(shù)是由于微生物富含多種強(qiáng)有力的重金屬螯合物質(zhì)（如肽聚糖、脂多糖等），對(duì)重金屬具有吸收、沉淀、氧化和還原等作用，可降低土壤中重金屬的毒性。曹德菊等利用大腸桿菌（Escherichiacoli）、枯草桿菌（Bacillussubtilis）、酵母菌（Saccharomycessp.）3種微生物對(duì)重金屬離子Cu、Cd進(jìn)行修復(fù)試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)環(huán)境中Cu、Cd濃度小于等于5mg·L。時(shí)，重金屬去除率可達(dá)25%“O%。微生物修復(fù)技術(shù)對(duì)土壤擾動(dòng)少，成本低，可一定程度改良土壤理化性質(zhì)，但微生物易受各種環(huán)境因素的影響，培育、馴化難度大，周期長(zhǎng)，且目前研究的微生物專(zhuān)一性強(qiáng)，對(duì)復(fù)合污染土壤難以推廣應(yīng)用。

5農(nóng)耕改良修復(fù)技術(shù)

土壤重金屬的含量和形態(tài)深受農(nóng)耕條件和方式的影響。如As（III）較A（V）溶解性、移動(dòng)性和毒性都強(qiáng)，當(dāng)通氣性良好時(shí)，土壤處于氧化狀態(tài)，砷主要以As（V）存在，而在淹水條件下，土壤處于還原狀態(tài)，砷主要以As（III）形式存在，適當(dāng)調(diào)節(jié)土壤含水量可調(diào)控土壤氧化還原條件，進(jìn)而降低重金屬危害作用。改良農(nóng)作物套種方式亦可促進(jìn)重金屬污染土壤修復(fù)，孫巖等應(yīng)用玉米和東南景天套種系統(tǒng)，同時(shí)施用改良劑蘑菇渣肥、云母和沸石，能有效降低玉米籽粒和莖葉中的Cd和Pb，玉米籽粒Cd和Pb含量均達(dá)到食用標(biāo)準(zhǔn)。長(zhǎng)期使用高含量重金屬農(nóng)藥、化肥加劇了農(nóng)田土壤重金屬的積累，完善化肥、農(nóng)藥生產(chǎn)工藝，加強(qiáng)生產(chǎn)監(jiān)管，降低農(nóng)藥、化肥中的重金屬含量，并對(duì)其科學(xué)合理施用是從源頭上修復(fù)治理重金屬污染土壤的重要措施。

6聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

單一修復(fù)技術(shù)都有一定的局限性，協(xié)同兩種或兩種以上的修復(fù)技術(shù)，形成聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，不僅可以提高污染土壤的修復(fù)效率，而且可以克服單一修復(fù)技術(shù)的缺陷。聯(lián)合修復(fù)技術(shù)包括植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)、物化-生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)、物理-化學(xué)聯(lián)合修復(fù)技術(shù)等。植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)是將微生物和植物結(jié)合起來(lái)進(jìn)行土壤修復(fù)。國(guó)內(nèi)研究人員發(fā)現(xiàn)添加外源微生物可有效提高蜈蚣草累積砷的能力，進(jìn)一步提升植物修復(fù)的效果。植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)不僅能有效降低土壤中重金屬的含量，而且能保證安全性，不易產(chǎn)生二次污染，是一種高效綠色的修復(fù)技術(shù)。物化-生物聯(lián)合修復(fù)是將物理/化學(xué)修復(fù)技術(shù)與生物修復(fù)技術(shù)聯(lián)合，用于修復(fù)污染土壤。國(guó)內(nèi)研究人員采用植物提取和化學(xué)淋洗聯(lián)合修復(fù)技術(shù)對(duì)Zn、Cd污染土壤進(jìn)行了處理，結(jié)果表明聯(lián)合技術(shù)對(duì)重金屬的去除效果更好，好于單一植物提取技術(shù)。

結(jié)束語(yǔ)

總而言之，通過(guò)對(duì)以上一些土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)的介紹，可以預(yù)測(cè)，在今后的重金屬污染治理中，植物修復(fù)將發(fā)揮巨大作用。同時(shí)，修復(fù)過(guò)程不僅僅局限于一種修復(fù)方式，而將成為兩種或多種修復(fù)方式共同作用的情況。因此，在我們了解各種修復(fù)方式的實(shí)際操作方法及其優(yōu)缺點(diǎn)后，在應(yīng)用過(guò)程中取長(zhǎng)補(bǔ)短，才能更大的發(fā)揮其修復(fù)能力。并通過(guò)一些新的修復(fù)思路和方法的探索，為今后的研究指明方向，這還需要植物生理學(xué)、土壤學(xué)、生態(tài)學(xué)、化學(xué)、遺傳學(xué)、環(huán)境保護(hù)學(xué)和生物工程等多個(gè)學(xué)科的共同努力來(lái)實(shí)現(xiàn)。

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