淺談陜西省農(nóng)田重金屬污染修復(fù)
——以化學淋洗技術(shù)為例

趙澤宇

（西北農(nóng)林科技大學資源環(huán)境學院 陜西咸陽 712100）

土壤重金屬污染是指人類活動產(chǎn)生的重金屬元素通過各種途徑不斷進入土壤并積累，導(dǎo)致土壤質(zhì)量降低、功能失調(diào)，進而影響動植物及土壤微生物生長發(fā)育。因其形態(tài)多變、易累積、僅能遷移轉(zhuǎn)化而不能被降解消除等特點，對農(nóng)產(chǎn)品、地下水的安全問題乃至人體的生命健康存在較為嚴重的威脅。土壤中重金屬污染主要包括汞（Hg）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、鉛（Pb）、砷（As）等，其主要污染源來自化肥農(nóng)藥的使用、污灌、大氣沉降、化工廠“三廢”排放等。據(jù)我國農(nóng)業(yè)農(nóng)村部對全國140 萬公頃污灌區(qū)開展的調(diào)查結(jié)果顯示，64.8%的污灌區(qū)土地受到重金屬污染。因而，土壤重金屬污染的修復(fù)工作刻不容緩。

1 陜西省地域及土壤重金屬含量概況

陜西，位于中國內(nèi)陸腹地，介于東經(jīng)105°29′～111°15′，北緯31°42′～39°35′，總面積20.56萬平方千米。陜西省地勢呈南北高，橫跨3 個氣候帶，陜北北部長城沿線屬中溫帶季風氣候，關(guān)中及陜北大部屬暖溫帶季風氣候，陜南屬北亞熱帶季風氣候。境內(nèi)土壤主要以風沙土、水稻土、塿土、黃綿土等為主。

陜西可能是我國耕地重金屬污染的多發(fā)區(qū)域[1]。根據(jù)陳文軒等研究結(jié)果[2]，在全國范圍內(nèi)，陜西的耕地重金屬污染程度與福建、湖南省等地最為嚴重。其中，陜西存在Cr含量次高值區(qū)且銅（Cu）含量較高。同時，陜西Cd、Hg屬于中度污染，其中部較大范圍區(qū)域Pb含量較高；除鋅（Zn）之外，陜西農(nóng)田主要重金屬元素含量均高于全國平均值。

從農(nóng)田土壤污染等級分析，陜西省農(nóng)田土壤重金屬富集程度較高。綜合土壤重金屬分布特征及污染評級結(jié)果來看，農(nóng)田土壤首要污染物為Cd、Hg，在土壤修復(fù)過程中應(yīng)該優(yōu)先控制。陜西省農(nóng)田土壤重金屬含量較大程度高于當?shù)乇尘爸?，結(jié)合該省內(nèi)部地區(qū)多大力發(fā)展第二產(chǎn)業(yè)，過度的工業(yè)活動可能是導(dǎo)致該區(qū)域土壤重金屬污染程度較高的原因。

2 化學淋洗技術(shù)研究及應(yīng)用情況

化學淋洗技術(shù)是指通過向污染土壤中加入化學或生物化學淋洗劑，在解吸、溶解、螯合、絡(luò)合等物理、化學過程作用下使污染物與被污染土壤分離，然后將包含污染物的液體抽提出來的技術(shù)。該技術(shù)可分為原位修復(fù)和異位修復(fù)，前者較為經(jīng)濟，后者處理效果更佳?；瘜W淋洗技術(shù)具備操作過程簡單、修復(fù)效果徹底，且穩(wěn)定、修復(fù)周期短、對高濃度污染土壤修復(fù)效果極佳等特點。而目前應(yīng)用淋洗修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵在于尋找到一種合適的淋洗劑，需要滿足以下3個條件：（1）能夠有效去除目標修復(fù)土壤的主要污染物；（2）最大程度降低對土壤肥力及其理化性質(zhì)的破壞；（3）不會造成二次污染而破壞環(huán)境。

在不同的化學淋洗劑和淋洗條件下，該技術(shù)可用于修復(fù)不同類型的污染土壤。Moon等[3]研究多種無機酸、堿對Zn污染土壤淋洗的修復(fù)效果，發(fā)現(xiàn)2 mol·L－1的鹽酸去除效率最高。雖然酸洗溶液對重金屬的去除效率高，但對土壤理化性質(zhì)有很強的破壞力，無機溶劑的使用會造成土壤pH的改變和肥力的下降。人工螯合劑和人工合成表面活性劑對生態(tài)的影響破壞性相對較小，但修復(fù)成本昂貴、難生物降解、易造成二次污染。在眾多人工螯合劑中，有機酸復(fù)合劑目前用途最為廣泛，李定龍[4]等以典型化工廠污染土壤為修復(fù)對象，通過室內(nèi)模擬實驗利用檸檬酸和β－環(huán)糊精制成的復(fù)合劑在最佳修復(fù)條件下可使Cd的去除率達到80.14%。天然有機酸和生物表面活性劑具備經(jīng)濟實用、高生物降解性、修復(fù)效果良好等特點，但是生物表面活性劑難以量產(chǎn)，因而天然有機酸具備良好的發(fā)展前景。吳儉[5]采用檸檬酸、酒石酸等有機酸與草酸組合淋洗技術(shù)處理Cd、Zn復(fù)合污染土壤，發(fā)現(xiàn)0.1 mol·L-1酒石酸振蕩對復(fù)合污染土壤的Cd、Zn去除率分別為30.74%、25.59%。

當前在眾多已知重金屬中，對于Cd污染的化學淋洗修復(fù)研究最為廣泛且深入。同時，Cd也是陜西省農(nóng)田最需要優(yōu)先治理的首要污染物之一。Yang等[6]使用淋洗劑EDDS（乙二胺-N,N′-二琥珀酸）對Cd、Cu、Zn和Pb污染土壤的修復(fù)效果，研究結(jié)果表明，在最優(yōu)淋洗條件下（pH=5.5），對Cd的去除率可以達到52%，且對于Cu、Zn、Pb的去除率分別為66%、64%、48%，對于處理復(fù)合型重金屬污染有較大的研究潛力。Torres等[7]通過實驗發(fā)現(xiàn)Texapon N-40等3 種表面活性劑對Cd、Cu、Ni、Zn、As都能達到較好的去除效果，其中Tween80對Cd的去除效果可達到86%。

3 化學淋洗技術(shù)與其他修復(fù)技術(shù)聯(lián)合使用實現(xiàn)農(nóng)田土壤修復(fù)

為解決化學淋洗技術(shù)可能帶來的二次污染、應(yīng)用范圍小、對土壤性質(zhì)造成破壞等問題，部分研究人員提出了將兩種或兩種以上的修復(fù)技術(shù)協(xié)同使用組成聯(lián)合修復(fù)體系的辦法，為修復(fù)受重金屬污染的農(nóng)田土壤提供了新的思路。

衛(wèi)澤斌等[8]為開發(fā)原位修復(fù)重金屬污染農(nóng)田土壤的新方法——化學淋洗和深層固定聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，通過盆栽試驗，以廣東省某鉛鋅礦廢水污染的水稻田土為材料，利用化學混合試劑淋洗污染土壤，并向深層土壤中添加化學固定劑，用以固定從耕作層隨淋溶液向下遷移的重金屬，降低地下水受污染風險。實驗結(jié)果表明，混合試劑對土壤進行淋洗能夠有效去除耕層土壤中的Zn、Cd、Pb含量，且淋洗出的重金屬、COD都可被經(jīng)過堿性FeCl3處理的深層土壤有效固定，其中，深層土壤對COD、Zn、Cd、Pb的固定效率分別為37.7%、15.5%、44.6%、69.0%，且Zn、Cd濃度符合地下水質(zhì)量Ⅲ類標準，能夠很好地控制對地下水環(huán)境造成的風險，從而實現(xiàn)重金屬污染土壤的安全修復(fù)。因此，化學淋洗和深層固定聯(lián)合修復(fù)技術(shù)也可作為一種安全、有效、低成本的重金屬污染農(nóng)田土壤修復(fù)途徑。

黃細花[9]等為彌補單一修復(fù)措施的不足，運用套種和化學淋洗聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，通過盆栽實驗，在東南景天和玉米套種的條件下，完成不同濃度及種類的混合劑對農(nóng)田土壤的化學淋洗。實驗結(jié)果表明，通過土壤測定發(fā)現(xiàn)經(jīng)兩季套種植物聯(lián)合淋洗技術(shù)處理后，土壤Cd含量降低27.8%～44.6%，土壤Zn含量降低12.6%～16.5%，土壤Pb含量降低3.6%～5.7%；通過淋出液測定分析發(fā)現(xiàn)，濃度為10 mmol/L、20 mmol/L混合淋洗液處理過的實驗組淋出液的Cd、Zn、COD含量濃度均符合農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準，后續(xù)風險較小。在該套種和化學淋洗聯(lián)合修復(fù)體系下，植物提取主要去除土壤中的Zn、Cd，化學淋洗主要去除土壤中的Pb?！疤追N+淋洗”這一聯(lián)合修復(fù)體系不僅可以縮短農(nóng)田土壤修復(fù)周期，而且對解決Zn、Cd、Pb復(fù)合型重金屬污染問題有極大的發(fā)展?jié)摿?；同時，對治理陜西省的農(nóng)田土壤污染有較好的應(yīng)用及發(fā)展空間。

4 農(nóng)田污染治理其他配套措施

由于當前農(nóng)田土壤的修復(fù)工作仍處于起步階段，盡管部分理論研究已經(jīng)經(jīng)過了較為全面的探索，但受限于成本昂貴、設(shè)備稀缺等，導(dǎo)致實際工程技術(shù)層面的應(yīng)用難以實施、推廣。因而在治理污染農(nóng)田土壤的同時，還應(yīng)完善相關(guān)配套措施。

4.1 倡導(dǎo)清潔生產(chǎn)，從源頭防止農(nóng)田污染

農(nóng)業(yè)清潔生產(chǎn)是指在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的過程中，全程使用無污染且對環(huán)境友好的綠色農(nóng)用化學品，杜絕如含重金屬的污泥、化肥、農(nóng)藥等產(chǎn)品。清潔生產(chǎn)是從源頭減少重金屬等污染進入農(nóng)田土壤，減少其對農(nóng)田及農(nóng)產(chǎn)品安全所造成的負面影響。

4.2 大力推廣農(nóng)田污染防治技術(shù)

為有效防治農(nóng)田土壤污染，提高農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，應(yīng)大力推廣各項新興污染防治技術(shù)。（1）農(nóng)藥污染防控技術(shù)，主要包括農(nóng)藥減量化應(yīng)用、生物可降解型農(nóng)藥替代及農(nóng)藥殘留生物降解技術(shù)等。（2）肥料污染防控技術(shù)，主要包括平衡施肥、環(huán)境友好型化肥替代、肥料結(jié)構(gòu)優(yōu)化等技術(shù)。（3）畜禽糞便污染防控技術(shù)，包括畜禽場糞便高溫連續(xù)發(fā)酵技術(shù)、資源化利用（肥料化、能源化和飼料化）等技術(shù)。（4）農(nóng)膜殘留污染防控技術(shù)，包括新型可降解塑料膜替代及農(nóng)膜回收技術(shù)，減少塑料薄膜的使用量和農(nóng)田土壤殘留量, 從源頭阻斷污染來源。

5 結(jié)論與展望

針對陜西省重金屬污染情況，化學淋洗技術(shù)及其相關(guān)聯(lián)合修復(fù)技術(shù)具備較大的應(yīng)用前景，因而提出以下發(fā)展或應(yīng)用建議。

（1）加大力度開發(fā)綠色淋洗劑，減少化學淋洗技術(shù)對土壤肥力、理化性質(zhì)的影響，并應(yīng)該盡可能在使用后便于處理和再次利用。

（2）針對目標土壤污染情況制訂針對性方案，選用最恰當?shù)牧芟磩┖土芟礂l件。在治理復(fù)合污染土壤時，優(yōu)先選擇對首要污染物處理效率高的試劑。

（3）選用復(fù)合淋洗劑或聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，既可以降低成本，而且對于提高修復(fù)效率或減少對土壤破壞有較好的效果。例如，有機酸復(fù)合鹽淋溶劑的重金屬去除率高于單一有機酸試劑；天然有機酸淋洗劑-植物聯(lián)合修復(fù)不僅可以提高重金屬去除效率，而且減少了對土壤肥力的影響。