土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)及在我國(guó)的應(yīng)用現(xiàn)狀分析

藍(lán) 慧

（都安瑤族自治縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，廣西 河池 530700）

土壤是人類生產(chǎn)生活中不可或缺的不可再生資源之一，然而，受現(xiàn)代工業(yè)排放重金屬物質(zhì)以及人們土壤保護(hù)意識(shí)淡薄，隨意丟棄一些重金屬物質(zhì)，使其流入到土壤等因素的影響，導(dǎo)致我國(guó)土壤重金屬污染問題日益嚴(yán)重。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，我國(guó)重金屬污染土壤高達(dá)2000萬(wàn)hm2。土壤重金屬污染不僅嚴(yán)重?fù)p害了土壤中農(nóng)作物的生長(zhǎng)，同時(shí)也對(duì)人類生命安全構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅，并且，也嚴(yán)重阻礙了社會(huì)的健康可持續(xù)發(fā)展，因此，就需要探尋有效的土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)對(duì)重金屬污染土壤進(jìn)行修復(fù)，以促進(jìn)土壤中的重金屬污染物吸收、降解或轉(zhuǎn)移，才能促進(jìn)土壤中污染重金屬物質(zhì)消失或污染物濃度顯著降低，從而才能為土壤中農(nóng)作物生長(zhǎng)提供良好的條件，同時(shí)也能維持土地這一生態(tài)資源的健康穩(wěn)定發(fā)展，進(jìn)而才能實(shí)現(xiàn)我國(guó)可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。

1.土壤重金屬污染的危害

土壤重金屬污染指的是由重金屬或其化合物對(duì)土壤造成的污染，這類污染不僅會(huì)對(duì)土地這一自然資源產(chǎn)生嚴(yán)重的破壞，同時(shí)還會(huì)對(duì)人類生活和生產(chǎn)造成一定的危害。土地是人類不可或缺的自然資源之一，為人類提供源源不斷的糧食等各種產(chǎn)出物，而土壤發(fā)生重金屬污染，便會(huì)導(dǎo)致土地中的重金屬含量增加，超出正常范圍，從而也會(huì)導(dǎo)致種植在該土地上的作物受到一定污染，進(jìn)而會(huì)對(duì)人類食品安全構(gòu)成嚴(yán)重的威脅。我國(guó)首次土壤污染狀況調(diào)查結(jié)果顯示，我國(guó)土壤整體情況不容樂觀，部分土壤存在嚴(yán)重的污染，因此，就需要相關(guān)技術(shù)人員積極探尋和應(yīng)用土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)對(duì)污染土壤進(jìn)行修復(fù)。

2.土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)

2.1 物理修復(fù)技術(shù)

物理修復(fù)技術(shù)指的是根據(jù)重金屬的物理特性，采用相關(guān)技術(shù)方法促進(jìn)重金屬和土壤完全分離，從而達(dá)到修復(fù)污染土壤目標(biāo)的技術(shù)。該項(xiàng)修復(fù)技術(shù)可細(xì)分為淋洗修復(fù)技術(shù)、客土法修復(fù)技術(shù)、換土法修復(fù)技術(shù)、深耕翻土法修復(fù)技術(shù)、熱力加熱修復(fù)技術(shù)等。

2.1.1 淋洗修復(fù)技術(shù)

淋洗修復(fù)技術(shù)主要是根據(jù)污染地重金屬種類合理選用適宜的淋洗劑，將淋洗劑淋撒在土壤上，以促進(jìn)重金屬溶解其中，該種修復(fù)技術(shù)雖有確切的修復(fù)效果，但是，其多適用于土壤污染程度高且面積大的土壤背景，且在修復(fù)過(guò)程中，受淋洗劑類型、土壤質(zhì)地、污染物形態(tài)等因素的影響，均會(huì)對(duì)土壤重金屬污染效率產(chǎn)生一定的不良影響。

2.1.2 客土法修復(fù)技術(shù)

采用客土法修復(fù)技術(shù)進(jìn)行土壤重金屬污染修復(fù)，先要對(duì)土壤污染情況進(jìn)行全面評(píng)估，然后在被污染土壤中加入一定量的干凈土壤，利用這種方法不僅能促使土壤中污染物濃度降低，還能有效減少污染物和植物根系的接觸含量，從而能有效減輕植物根系污染程度。該種修復(fù)技術(shù)具有簡(jiǎn)單操作、修復(fù)效果明顯等優(yōu)勢(shì)，但是，其多適用于小面積淺層污染土壤，若用于污染較深、污染面積較大的土壤修復(fù)需要投入較大的經(jīng)濟(jì)成本。

2.1.3 換土法修復(fù)技術(shù)

換土法修復(fù)技術(shù)指的是將污染土壤全部轉(zhuǎn)移掉，換上未被污染的土壤，相關(guān)研究指出，換土法修復(fù)技術(shù)是修復(fù)農(nóng)田重金屬污染最常用和最有效的手段之一，如某地區(qū)對(duì)被鎘污染了56%的土壤上部表層15-30cm土壤進(jìn)行了置換，然后，在該土壤上種植水稻，結(jié)果顯示，稻米中鎘含量約降低了50%。

2.1.4 深耕翻土法修復(fù)技術(shù)

深耕翻土法修復(fù)技術(shù)指的是將土壤上層土與深耕層進(jìn)行混合，使表層土壤中污染物含量降低，從而達(dá)到修復(fù)污染的效果，該種修復(fù)技術(shù)操作較為簡(jiǎn)單，且通過(guò)增加施肥總量還能有效解決耕作層有機(jī)物含量較少的問題，但是，其多適用于深層污染較小的土壤修復(fù)。

2.1.5 熱力加熱修復(fù)技術(shù)

熱力加熱修復(fù)技術(shù)主要是利用重金屬的揮發(fā)性特點(diǎn)，對(duì)重金屬污染的土壤進(jìn)行加熱。以促進(jìn)重金屬揮發(fā)出來(lái)，從而達(dá)到降低土壤中重金屬含量的修復(fù)目的。如汞在土壤重金屬污染中較為常見，對(duì)于汞金屬造成的土壤污染，可先對(duì)土壤進(jìn)行挖掘、風(fēng)干、破碎和加熱處理，加熱后，會(huì)導(dǎo)致被污染的土壤產(chǎn)生氣化反應(yīng)，此時(shí)，修復(fù)人員就可采用活性炭吸附加熱后產(chǎn)生的氣體，對(duì)其氣體進(jìn)行蒸發(fā)處理，使其濃度達(dá)標(biāo)后，便可向大氣中排放。采用熱力加熱修復(fù)技術(shù)進(jìn)行土壤重金屬污染修復(fù)處理時(shí)，一般只需對(duì)污染土壤加熱2小時(shí)，便可去除土壤中50%-90%的汞，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致土壤中的有機(jī)物質(zhì)損失約15%，但是，這并不會(huì)對(duì)土壤耕作層產(chǎn)生嚴(yán)重的不良影響，土壤耕作層仍可以繼續(xù)使用。該項(xiàng)修復(fù)技術(shù)主要適用于汞污染嚴(yán)重的土壤修復(fù)，具有修復(fù)面積大、修復(fù)效果確切等優(yōu)勢(shì)，但是，也存在工程量大、修復(fù)治理費(fèi)用高等缺陷問題。

2.2 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

化學(xué)修復(fù)技術(shù)是一種將化學(xué)物質(zhì)投放到重金屬污染土壤中，以改變土壤的化學(xué)性質(zhì)，同時(shí)也能促進(jìn)土壤中生物效能發(fā)生間接或直接的改變，從而使土壤中重金屬含量顯著降低的修復(fù)技術(shù)。化學(xué)修復(fù)技術(shù)可細(xì)分為螯合劑法、化學(xué)改良劑法、生物炭修復(fù)法、化學(xué)柵法、光催化降解法等。

2.2.1 螯合劑法

螯合劑法指的是將螯合劑加入重金屬污染的土壤中以促進(jìn)螯合劑與土壤溶液中重金屬離子產(chǎn)生穩(wěn)定的螯合物，以促進(jìn)重金屬溶解，從而達(dá)到土壤修復(fù)的效果。采用該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行重金屬污染修復(fù)的關(guān)鍵是合理選擇適宜的螯合劑，可選擇表面活劑、EDTA、DTPA等作為螯合劑，其中，表面活劑可促進(jìn)溶劑中表面的張力顯著降低，EDTA、DTPA等可促進(jìn)土壤重金屬可給性能顯著降低，除此之外，技術(shù)人員還可以根據(jù)重金屬污染土壤的實(shí)際性質(zhì)、類型等選取合適的表面活性劑，促進(jìn)配體的溶解性能全面提升，才能充分發(fā)揮表面活性劑的離子吸附、絡(luò)合等作用，并能促進(jìn)土壤重金屬物質(zhì)從固態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，最終得以揮發(fā)和去除。

2.2.2 化學(xué)改良劑法

化學(xué)改良劑法指的是將石灰、磷酸鹽、硅酸鹽、骨粉、鈣鎂磷肥等化學(xué)劑加入重金屬污染的土壤中，以改良污染土壤的性質(zhì)，從而達(dá)到污染修復(fù)的效果。如石灰可促進(jìn)土壤的pH值增加，從而能促進(jìn)土壤重金屬富集的速度降低，磷酸鹽、硅酸鹽可固化土壤中的重金屬，從而能促進(jìn)土壤中重金屬形成不溶于水的沉淀物質(zhì)。

2.2.3 生物炭修復(fù)法

生物炭修復(fù)法主要是利用生物炭的吸附作用來(lái)實(shí)現(xiàn)重金屬污染土壤的修復(fù)，生物炭中含有大量疏松多孔的空隙，且表面積較大，不僅能有效吸附土壤中的污染重金屬，還能進(jìn)行陽(yáng)離子交換，從而促進(jìn)重金屬污染物的轉(zhuǎn)化水平降低。且生物炭本身還具有堿性特點(diǎn)，能中和酸性土壤，從而能促進(jìn)土壤的毒性降低。

2.2.4 化學(xué)柵法

化學(xué)柵法也被稱為固化穩(wěn)定法，主要是采用某些穩(wěn)定介質(zhì)固定重金屬污染物，來(lái)減低重金屬污染物穩(wěn)點(diǎn)，從而減輕其對(duì)土壤中生物的毒性，一般都是將具有良好透水性和較好沉淀作用的固體材料放在重金屬污染是土壤第二次含水層部分或污染物的最下面，使重金屬污染物在固體材料中堆積，從而有效收集這些重金屬污染物，進(jìn)而降低土壤中重金屬含量。這種化學(xué)修復(fù)技術(shù)具有成本低廉、操作工藝簡(jiǎn)單、可對(duì)多種金屬元素污染的土壤進(jìn)行修復(fù)處理等優(yōu)勢(shì)，但是，其存在長(zhǎng)期穩(wěn)定性差的缺陷。

2.2.5 光催化降解法

光催化降解法是近年來(lái)土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)的研究熱點(diǎn)，也是土壤重金屬污染化學(xué)治理方向的新技術(shù)，其主要是將有機(jī)鈍化劑(有機(jī)化肥)和無(wú)機(jī)鈍化劑(石灰或活性炭等比表面積大和吸附性強(qiáng)的材料)加入重金屬污染土壤中，促進(jìn)土壤中的重金屬產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)，并分解成水蒸氣、二氧化碳和無(wú)機(jī)物質(zhì)，從而達(dá)到良好的污染修復(fù)效果。這種土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)不僅具有操作簡(jiǎn)單、投入成本低、修復(fù)效率高等優(yōu)勢(shì)，且無(wú)二次污染，唯一的缺陷為可能會(huì)導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)發(fā)生改變，從而引發(fā)土壤發(fā)生結(jié)構(gòu)性變化。

2.3 生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)技術(shù)主要是利用生物的正常代謝、吸收作用，促進(jìn)重金屬在土壤中的存在形態(tài)發(fā)生改變，從而促進(jìn)土壤中重金屬含量顯著降低的土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)，這種修復(fù)技術(shù)是一種原位修復(fù)技術(shù)和環(huán)境友好型修復(fù)技術(shù)，具有操作簡(jiǎn)單、投入成本低、修復(fù)效果好、環(huán)境友好、無(wú)二次污染等特點(diǎn)。植物和動(dòng)物均是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，但是，動(dòng)物生命活動(dòng)所需環(huán)境較為苛刻，難以作為土壤重金屬污染修復(fù)載體，因此，生物修復(fù)技術(shù)主要是指植物修復(fù)、微生物修復(fù)技術(shù)以及兩者融合修復(fù)技術(shù)。

2.3.1 植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)技術(shù)主要是利用植物的細(xì)胞代謝、呼吸、光合作用等對(duì)污染土壤中的重金屬進(jìn)行吸收、固化而達(dá)到修復(fù)效果。目前，常用的植物修復(fù)技術(shù)有超富集植物修復(fù)技術(shù)和誘導(dǎo)的累積植物修復(fù)技術(shù)兩大類，其中，超富集植物修復(fù)技術(shù)的修復(fù)原理為超富集植物具有將重金屬元素吸收轉(zhuǎn)運(yùn)到其地上部分的能力，從而能促進(jìn)土壤重金屬污染狀況得到明顯改善，且與一般植物相比，超富集植物還有一個(gè)突出的特點(diǎn)是其在重金屬含量超標(biāo)的土壤中仍可正常生長(zhǎng)，并充分吸收植物根部土壤中的重金屬，將其轉(zhuǎn)移至植物的枝條和葉內(nèi)，從而能有效去除或減少根部土壤中的重金屬。誘導(dǎo)的積累型植物則主要是將大量重金屬元素轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)自身體內(nèi)而達(dá)到修復(fù)重金屬污染土壤的效果。植物修復(fù)技術(shù)具有投入成本低、環(huán)境友好、無(wú)二次污染等優(yōu)勢(shì)，但是，其也存在一定的缺陷，如一種植物一般只能用于一種類型的重金屬污染土壤修復(fù)，且該種修復(fù)技術(shù)對(duì)氣候要求較為嚴(yán)格，另外，植物修復(fù)技術(shù)自身也存在一定的局限性，如無(wú)法機(jī)械化種植、植物生長(zhǎng)緩慢等。

2.3.2 微生物修復(fù)技術(shù)

微生物修復(fù)技術(shù)主要是利用一些特殊微生物可對(duì)土壤重金屬元素產(chǎn)生氧化還原、吸收、固化等作用，將重金屬元素氧化還原和轉(zhuǎn)化成不再具有生物毒性的物質(zhì)，從而最大限度地降低土壤中重金屬的含量，進(jìn)而消除土壤污染或減輕土壤污染程度。且一些特殊微生物還能通過(guò)細(xì)胞壁的吸附作用，對(duì)土壤中大面積的重金屬陽(yáng)離子產(chǎn)生吸附作用，還有部分微生物是通過(guò)生物代謝產(chǎn)生生物酶，對(duì)土壤中的重金屬產(chǎn)生溶解、吸收作用而發(fā)揮良好的修復(fù)作用。如國(guó)外有研究人員通過(guò)對(duì)重金屬污泥采用鐵氧化菌進(jìn)行淋濾，結(jié)果顯示，污泥中淋濾出58%的鎳元素和52%的鎘元素。再如，有研究人員對(duì)鉛、鉻混合污染土壤采用氧化亞鐵硫桿菌和化硫硫桿菌的混合菌進(jìn)行清理修復(fù)，成功除去72%的鉛和68%的鉻，說(shuō)明微生物修復(fù)技術(shù)對(duì)土壤重金屬污染修復(fù)效果顯著。由于不同微生物對(duì)重金屬的耐受力具有一定的差異，從而產(chǎn)生的修復(fù)效果也有一定的差異，為全面應(yīng)用微生物修復(fù)技術(shù)進(jìn)行土壤重金屬污染修復(fù)，就需要技術(shù)人員積極探尋和應(yīng)用適用范圍廣、耐受力強(qiáng)的微生物類型。

2.3.3 植物——微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

盡管植物修復(fù)技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)在土壤重金屬污染修復(fù)中具有良好的修復(fù)效果，但是，兩者單用均存在一定的缺陷，因此，為提高土壤重金屬污染修復(fù)效果，還可以將兩種修復(fù)技術(shù)進(jìn)行融合形成植物——微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)。已有研究指出，采用植物——微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)可促進(jìn)植物對(duì)土壤中重金屬污染物的去除效率顯著提高，這主要是因?yàn)楦滴⑸锟蔀橹参锷L(zhǎng)提供良好的條件，可加速植物生長(zhǎng)，且微生物本身還能促進(jìn)土壤中重金屬的形態(tài)發(fā)生改變，如膠凍樣芽孢桿菌可促進(jìn)土壤中礦物質(zhì)分解供植物吸收，巨大芽孢桿菌能使土壤中的有機(jī)磷降解，因此，兩者聯(lián)合能顯著提高對(duì)重金屬土壤的修復(fù)效率。

2.4 電化學(xué)修復(fù)技術(shù)

電化學(xué)修復(fù)技術(shù)指的是將外加電極插入重金屬污染土壤中，使土壤形成電極，在外加直流電場(chǎng)的作用下導(dǎo)致土壤中金屬陽(yáng)離子產(chǎn)生規(guī)律性遷移，最終富集在電極附近。這種修復(fù)技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、修復(fù)效果顯著等優(yōu)勢(shì)，但是，其對(duì)土壤性質(zhì)具有較高的要求，要求土壤性質(zhì)良好、土壤中重金屬存于導(dǎo)電介質(zhì)中，難以適用于大面積且土壤性質(zhì)較差環(huán)境的土壤修復(fù)。

2.5 農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)

相關(guān)研究指出，土壤中的重金屬的活性與土壤中氧化還原的狀況密切相關(guān)，而調(diào)節(jié)土壤氧化還原反應(yīng)的關(guān)鍵在于對(duì)土壤中水分進(jìn)行控制，控制和減少土壤中水分，可促進(jìn)土壤重金屬的危害程度明顯減輕，而采用農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)能有效減少土壤中的水分含量，因此，還可以采用減少土壤中的水分含量這一農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)對(duì)土壤重金屬污染進(jìn)行修復(fù)。另外，還需要指導(dǎo)用戶合理使用農(nóng)藥和化肥，這樣可從源頭控制和減少土壤中重金屬的含量。

3.土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)在我國(guó)的應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來(lái)，隨著我國(guó)工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)的土壤重金屬污染問題也日益嚴(yán)重，這種現(xiàn)象不僅阻礙了土壤的可持續(xù)利用，同時(shí)也影響了國(guó)家的健康可持續(xù)發(fā)展。因此，我國(guó)政府部門出臺(tái)了不少政策，要求相關(guān)部門要嚴(yán)格做好土壤重金屬污染修復(fù)工作，通過(guò)幾年的探索，我國(guó)土壤重金屬污染修復(fù)已取得了一定的成效，但是，因我國(guó)土壤重金屬污染修復(fù)和污染治理工作起步較晚，導(dǎo)致我國(guó)土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍較為落后，如當(dāng)前我國(guó)大部分土壤重金屬污染修復(fù)多是采用物理修復(fù)技術(shù)和化學(xué)修復(fù)技術(shù)，其中，以化學(xué)修復(fù)技術(shù)為主，雖能發(fā)揮良好的修復(fù)效果，但是，在實(shí)際的修復(fù)過(guò)程中存在且資源消耗巨大、重復(fù)率低下和會(huì)帶來(lái)二次污染等問題，這種現(xiàn)象也會(huì)對(duì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展造成嚴(yán)重的不良影響，因此，就迫切需要開發(fā)和應(yīng)用生物修復(fù)技術(shù)。然而，當(dāng)前我國(guó)大部分的生物修復(fù)技術(shù)只停留在實(shí)驗(yàn)室階段，尚未投入于土壤修復(fù)實(shí)踐使用，對(duì)此，就需要相關(guān)技術(shù)人員對(duì)我國(guó)土壤環(huán)境進(jìn)行全面考察，并積極根據(jù)地區(qū)土壤環(huán)境引入適宜的植物、微生物和應(yīng)用植物——微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)開展重金屬污染土壤修復(fù)，才能達(dá)到高效、安全、綠色的修復(fù)效果。

4.結(jié)語(yǔ)

土壤是人類生產(chǎn)生活中不可或缺的不可再生資源之一，然而，受多方面因素的影響，我國(guó)土壤重金屬污染問題日益嚴(yán)重，Hg、Cd、As、Cr、Pb、Ni、Cu、Zn等重金屬元素污染土壤面積日益增大，這些污染問題不僅會(huì)破壞我國(guó)生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性，同時(shí)也會(huì)對(duì)人類生產(chǎn)生活產(chǎn)生嚴(yán)重的不良影響，因此，就需要技術(shù)人員積極探尋和應(yīng)用有效的土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)對(duì)污染土壤進(jìn)行修復(fù)，如物理修復(fù)技術(shù)(淋洗修復(fù)技術(shù)、客土法修復(fù)技術(shù)、換土法修復(fù)技術(shù)、深耕翻土法修復(fù)技術(shù)、熱力加熱修復(fù)技術(shù)等)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)(螯合劑法、化學(xué)改良劑法、生物炭修復(fù)法、化學(xué)柵法、光催化降解法等)、生物炭修復(fù)法(植物修復(fù)、微生物修復(fù)技術(shù)、植物——微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù))、電化學(xué)修復(fù)技術(shù)、農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)，通過(guò)采用這些技術(shù)盡可能消除污染土壤中的重金屬元素或物質(zhì)，或最大限度地降低污染土壤中的重金屬元素或物質(zhì)含量，才能提高土壤生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性，從而才能為土壤中農(nóng)作物健康生長(zhǎng)提供有利條件，并且也能推動(dòng)我國(guó)社會(huì)的健康可持續(xù)發(fā)展。