土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)應(yīng)用分析

賀志遠(yuǎn)

（核工業(yè)二三〇研究所，長(zhǎng)沙 410000）

工業(yè)化時(shí)代，我國(guó)環(huán)境污染問題日益凸顯。土壤重金屬污染具有危害大、隱蔽性強(qiáng)的特征，修復(fù)難度大且時(shí)間較長(zhǎng)，同時(shí)易導(dǎo)致食用農(nóng)產(chǎn)品中重金屬高度富集，威脅人體健康。目前，我國(guó)土壤污染治理中，重金屬污染修復(fù)是重點(diǎn)也是難點(diǎn)。重金屬進(jìn)入土壤后不易隨水淋溶和被生物降解，土壤重金屬污染修復(fù)研究現(xiàn)已有較多成果，涉及物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)以及生物修復(fù)等，其各具優(yōu)勢(shì)與局限性。在實(shí)際應(yīng)用中，要考慮修復(fù)有效性與成本等因素，合理選擇修復(fù)技術(shù)，并進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)與革新，全面提高土壤重金屬污染修復(fù)質(zhì)量。

1 土壤重金屬污染概述

污染場(chǎng)地指的是因儲(chǔ)存、堆積、處置或其他方式負(fù)載有害物質(zhì)，對(duì)環(huán)境和人體健康產(chǎn)生危害或是存在潛在危害風(fēng)險(xiǎn)的區(qū)域。改革開放以來(lái)，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，但是環(huán)境保護(hù)力度不夠。土壤重金屬污染具有隱蔽性，不容易被重視?！度珖?guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》（2014年）顯示，我國(guó)土壤污染形勢(shì)十分嚴(yán)峻，土壤總超標(biāo)率為16.1%，污染物以無(wú)機(jī)污染物為主，占比為82.8%。重金屬污染會(huì)引起土壤理化性質(zhì)、功能以及生態(tài)結(jié)構(gòu)變化，部分重金屬對(duì)植物有毒害作用，導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)，甚至對(duì)人體健康造成影響。

土壤重金屬污染的來(lái)源眾多，包括工業(yè)、農(nóng)業(yè)、大氣沉降以及揚(yáng)塵等，涉及的重金屬元素有Hg、Cd、Pb、Cr、As、Zn、Cu 和Ni 等。例如，工業(yè)排放的重金屬元素多為Hg、Pb、Cd 等；鉛鋅礦開采時(shí)，除了Pb、Zn 污染風(fēng)險(xiǎn)外，Ag、Cu、Sn 等伴生元素與選礦劑也極易進(jìn)入土壤；施肥、鋪設(shè)地膜等直接農(nóng)藝措施將導(dǎo)致Cd、As、Cr 等元素在土壤內(nèi)累積；大氣沉降、揚(yáng)塵也會(huì)造成土壤As、Pb 超標(biāo)?；诖吮尘?，迫切需要加強(qiáng)土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)的研究。目前，多數(shù)修復(fù)技術(shù)存在短板，要采取聯(lián)合應(yīng)用或改進(jìn)措施，有效提高土壤重金屬污染修復(fù)水平。

2 土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)方法

2.1 物理修復(fù)

物理修復(fù)包括工程修復(fù)、高溫?zé)峤夂筒ＡЩ迯?fù)。

2.1.1 工程修復(fù)

常見措施包括客土、換土、深耕翻土等，其中，客土、換土適用于重污染區(qū)，深耕翻土多用于輕度污染區(qū)。此種修復(fù)方法效率高，但整體工程量偏大，適用于小面積修復(fù)工程。同時(shí)，該方法只減少了表層土壤重金屬濃度，重金屬總量沒有減少，依舊可能對(duì)地下水造成污染。

2.1.2 高溫?zé)峤?/p>

高溫?zé)峤庵饕秒娏?、紅外線以及蒸汽加熱，用于處理易揮發(fā)性重金屬污染，如汞、砷、硒等。研究發(fā)現(xiàn)，熱解過程對(duì)土壤肥力的影響較小，土壤有機(jī)結(jié)合態(tài)汞、殘?jiān)鼞B(tài)汞分別降低73.17%、57.80%，但是此方法需要消耗大量能量，不適用于大規(guī)模修復(fù)，重金屬收集不當(dāng)將引發(fā)二次污染，破壞土壤水分、有機(jī)質(zhì)，其往往結(jié)合植物修復(fù)方法進(jìn)行土壤修復(fù)。

2.1.3 玻璃化修復(fù)

污染土壤固體組分進(jìn)行高溫高壓處理，可形成化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、不滲水、堅(jiān)硬的玻璃態(tài)物質(zhì)，從而固定重金屬。此方法工程量大、費(fèi)用高、見效快，可用于搶救性修復(fù)工程。

2.2 化學(xué)修復(fù)

化學(xué)修復(fù)包括電動(dòng)修復(fù)、鈍化修復(fù)和淋洗修復(fù)。

2.2.1 電動(dòng)修復(fù)

電動(dòng)修復(fù)是指在污染土壤兩側(cè)施加直流電壓形成電場(chǎng)梯度，基于電遷移、滲流、電泳的方式將重金屬污染物帶到電極兩端，通過集中處理達(dá)到清潔土壤的目的。此技術(shù)無(wú)須將污染土壤固相或是液相介質(zhì)從污染現(xiàn)場(chǎng)挖出或抽取，可現(xiàn)場(chǎng)清除，減少花費(fèi)，在大規(guī)模土壤污染治理中的應(yīng)用前景較好，但是對(duì)于一些滲透性高、傳導(dǎo)性差的土壤不適用。

2.2.2 鈍化修復(fù)

鈍化修復(fù)需要在重金屬污染土壤中添加化學(xué)改良劑?；瘜W(xué)改良劑可分為無(wú)機(jī)類、有機(jī)類以及混合類三種，常用的無(wú)機(jī)類有石灰、天然沸石、赤泥和鈣鎂磷肥，有機(jī)類有生物炭、綠肥和泥炭等。不同鈍化劑的實(shí)際修復(fù)效果存在差異，部分學(xué)者對(duì)鈍化劑的改進(jìn)展開研究。另外，有學(xué)者針對(duì)混合鈍化劑進(jìn)行了研究，通過多種鈍化劑的混合獲得更好的修復(fù)效果。

2.2.3 淋洗修復(fù)

淋洗修復(fù)主要以化學(xué)試劑淋洗土壤，促進(jìn)污染物溶解或遷移。常見淋洗溶劑如表1所示。研究表明，使用濃度0.1 mol/L 的乙二胺四乙酸（EDTA）溶液，在pH 為7、淋洗時(shí)間為1 d 的情況下，土壤內(nèi)Cd、Zn、Pb、Cu 的去除率分別為89.1%、45.1%、34.8%和15.0%。淋洗修復(fù)具有快速、高效的優(yōu)點(diǎn)，可限制污染物的擴(kuò)散，且操作不直接接觸污染物。但是，淋洗劑的價(jià)格較高，若修復(fù)方案不合理，可能導(dǎo)致洗脫廢液二次污染土壤和地下水，經(jīng)由化學(xué)淋洗的土壤理化性質(zhì)可能發(fā)生改變，不適宜植物、微生物生長(zhǎng)。

表1 常見的淋洗溶劑

2.3 生物修復(fù)

生物修復(fù)包括植物、動(dòng)物以及微生物三種，其利用生物的新陳代謝活動(dòng)，吸收土壤內(nèi)重金屬或是改變其形態(tài)，達(dá)到污染治理效果。

2.3.1 植物修復(fù)

超富集植物的研究是重點(diǎn)，其多利用根系吸收土壤內(nèi)重金屬元素。此類植物往往可耐受高濃度重金屬，可將重金屬轉(zhuǎn)移至地上部分。其具有高濃度重金屬的解毒能力，重金屬往往不對(duì)植物生長(zhǎng)產(chǎn)生明顯毒害作用。國(guó)內(nèi)超富集植物有蜈蚣草（砷）、李氏禾（鉻）和東南景天（鋅）等。

2.3.2 動(dòng)物修復(fù)

動(dòng)物修復(fù)主要利用土壤動(dòng)物（如蚯蚓）吸收重金屬，通過投放土壤動(dòng)物吸收、降解、轉(zhuǎn)移土壤中重金屬。研究顯示，合理投放蚯蚓，可較好地富集硒、銅元素。

2.3.3 微生物修復(fù)

微生物修復(fù)包括富集、吸附和轉(zhuǎn)化三個(gè)方面，具有微生物來(lái)源廣、成本低、治理效果好等優(yōu)勢(shì)，但是極易受到各種環(huán)境因素的影響，修復(fù)過程存在一定的局限性，需要輔助技術(shù)。目前的研究更多集中在微生物與植物修復(fù)技術(shù)的聯(lián)合使用方面，例如，枝菌根真菌（AMF）可與植物共生，擴(kuò)大根系覆蓋范圍，增強(qiáng)植物吸收重金屬的能力。

3 土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用建議

3.1 加強(qiáng)修復(fù)技術(shù)基礎(chǔ)創(chuàng)新

在土壤重金屬污染修復(fù)中，修復(fù)技術(shù)的基礎(chǔ)研發(fā)是關(guān)鍵，主要目的在于提高修復(fù)效率與適應(yīng)性。例如，在植物修復(fù)方面，要進(jìn)一步挖掘修復(fù)植物種質(zhì)資源，可利用基因工程培育重金屬超富集植物、低累積作物，金屬耐受蛋白基因（Os MTP1）就是一種可增強(qiáng)植物對(duì)多種重金屬抗性的基因，有利于增強(qiáng)植物富集特性，提升其生長(zhǎng)速率。此外，要加強(qiáng)相關(guān)農(nóng)藝、化學(xué)、微生物調(diào)控措施的研究，根據(jù)區(qū)域氣候、土壤以及養(yǎng)分情況，合理選擇相關(guān)強(qiáng)化措施。例如，使用化學(xué)淋洗劑增強(qiáng)植物對(duì)重金屬的提取能力，利用植物激素促進(jìn)種子萌發(fā)；合理增加肥料，或是采取合種的方式，增強(qiáng)植物修復(fù)重金屬污染的能力，以蜈蚣草為例，可與構(gòu)樹、桑樹合種，增強(qiáng)土壤酶活性，擴(kuò)大微生物群落?；瘜W(xué)修復(fù)方面，目前，新型鈍化材料也是一大研發(fā)方向，要構(gòu)建鈍化劑質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，落實(shí)長(zhǎng)效監(jiān)測(cè)，保證土壤修復(fù)效果。

3.2 加快修復(fù)技術(shù)集成應(yīng)用

基于各種修復(fù)技術(shù)的不同特征，要加強(qiáng)技術(shù)聯(lián)用，發(fā)揮各項(xiàng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)。例如，針對(duì)農(nóng)田土壤重金屬污染，可采用邊生產(chǎn)邊修復(fù)的方式，超富集植物與低累積作物套作或輪作，同時(shí)確保收獲物得到快速安全處置。在修復(fù)工作中，要根據(jù)區(qū)域情況選擇替代種植的作物品種，培育上下游產(chǎn)業(yè)鏈，同時(shí)加快修復(fù)技術(shù)示范區(qū)建設(shè)，有效保證重金屬污染的修復(fù)效果。

3.3 做好污染調(diào)查和修復(fù)過程管理與評(píng)估

土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用應(yīng)以全面、快速的土壤污染調(diào)查、監(jiān)測(cè)與評(píng)估為保障，完善土壤環(huán)境管理信息系統(tǒng)。根據(jù)土壤調(diào)查與評(píng)估，合理篩選修復(fù)技術(shù)，制定修復(fù)方案；完成修復(fù)工作后，綜合評(píng)估修復(fù)效果，主要指標(biāo)包括重金屬去除情況、土壤理化性質(zhì)、肥力和農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量等，并根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果完善修復(fù)方案，以進(jìn)一步提高修復(fù)效果。

4 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定發(fā)展，但生態(tài)環(huán)境保護(hù)仍然面臨重重壓力，環(huán)境污染問題比較突出，尤其是土壤重金屬污染，其通過食物鏈嚴(yán)重威脅人體健康。目前，我國(guó)土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)研究已經(jīng)取得一定成果，基于各種修復(fù)技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)與適用范圍的不同，在不斷改進(jìn)修復(fù)技術(shù)的同時(shí)，要加強(qiáng)各種方法的聯(lián)合應(yīng)用，因地制宜制定修復(fù)方案，有效提高土壤重金屬污染修復(fù)效果，保護(hù)好生態(tài)環(huán)境。