土壤重金屬污染修復(fù)方法研究

鞠雪峰

（煙臺云灃生態(tài)環(huán)境產(chǎn)業(yè)發(fā)展股份有限公司 山東煙臺 264006）

引言

土壤是我們?nèi)祟愘囈陨娴幕A(chǔ)，其質(zhì)量優(yōu)劣直接影響著人們?nèi)粘Ｉ畹馁|(zhì)量，隨著工業(yè)經(jīng)濟的快速發(fā)展，土壤重金屬污染問題日漸嚴峻。目前，土壤重金屬污染、大氣污染、水體污染是我國三大主要環(huán)境污染問題，其中土壤重金屬污染由于其環(huán)境影響具有一定的滯后性，比如重金屬往往是通過農(nóng)業(yè)耕作富集到食物鏈中，最終對人體產(chǎn)生危害，所以治理起來難度比較大。同時，土壤中的重金屬也會隨著地表徑流或地下水遷移而不斷擴散，進而導致土壤重金屬污染范圍越來越大。

據(jù)統(tǒng)計，目前我國收重金屬污染的耕地面積已超過2000 萬公頃，并且每年因為土壤重金屬污染而減產(chǎn)的糧食約有1000 萬噸，另外也有1200 萬噸糧食重金屬超標，造成經(jīng)濟損失達200 多億元。由此可見，我國土壤重金屬污染形勢嚴峻，亟待采取有效技術(shù)手段及方法治理土壤重金屬污染問題。[1]

1 土壤重金屬污染源分析

重金屬通常指的是Ni、Pb、Cr、As、Cu、Zn、Al、Hg等密度＞4.5g/cm3的金屬。重金屬在環(huán)境中很難被生物降解，但卻可以在食物鏈生物的放大作用下，可以實現(xiàn)百倍、千倍的富集，并通過食物鏈傳播給人體。在人體中，重金屬可以與體內(nèi)的蛋白質(zhì)、酶等物質(zhì)產(chǎn)生強烈的反應(yīng)，并使蛋白質(zhì)、酶等失去活性，久而久之就會導致人體發(fā)生慢性中毒，進而會使某些器官功能減弱或出現(xiàn)病變。

結(jié)合土壤重金屬污染的特點，總結(jié)其污染源主要包括兩大類，即自然源及人工源。其中自然源指的是重金屬可以隨著自然界的母質(zhì)、基石的風化作用、風力及水力的搬運等來傳播，并產(chǎn)生一定污染。對于人工源來說，就是因人類活動而產(chǎn)生的重金屬污染。實踐中，可根據(jù)人類活動方式的不同，人工源也細分為工業(yè)源、農(nóng)業(yè)源、交通源及城市生活源，這四種污染源的具體成因見表1 所示。[2]

表1 土壤重金屬污染源（人工源）

2 土壤重金屬污染的危害

當土壤里的重金屬濃度超過一定閾值后，不僅會影響土壤中微生物、植物及農(nóng)作物的生存及生長，而且也會隨著食物鏈進入到動物及人類的身體內(nèi)，影響其健康。

比如研究發(fā)現(xiàn)，土壤中鉛的含量超過50mg/kg，農(nóng)作物的根系會受到可見的影響，導致幼苗萎縮或者生長緩慢；當土壤中鉛含量超過100mg/kg，當?shù)氐霓r(nóng)作物產(chǎn)量會減產(chǎn)10%左右。礦區(qū)周圍土壤內(nèi)Cu 污染會抑制氨氧化微生物的數(shù)量。土壤重金屬污染區(qū)的蛋白酶活性只是非污染區(qū)的19.1%～57.1%。另外，重金屬超標也會對農(nóng)作物的原葉綠素酸酯還原酶的活性產(chǎn)生不利影響，甚至會導致農(nóng)作物光合作用失常，進而影響作物健康生長，甚至會死亡。[3]

重金屬污染物對人和動物的影響主要表現(xiàn)為：重金屬污染物會經(jīng)植物根莖吸收并積累到植物體中，然后經(jīng)食物鏈轉(zhuǎn)移到人體中或者動物體中，隨著重金屬在人體中或動物體中的積累，會對人和動物的神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)及骨骼系統(tǒng)等造成不同程度的損壞。不同的重金屬元素對人體和動物的影響也是不一樣的，比如，鎘過量會嚴重傷害腎臟功能。

另外，因為重金屬元素在自然界中很難被降解或者分解，所以重金屬對環(huán)境及人類的危害是長期的，且隨著重金屬的長期積累，易導致不可挽回的后果。因此，針對土壤重金屬污染采取有效措施進行修復(fù)勢在必行。

3 土壤重金屬污染修復(fù)方法

對于土壤重金屬污染而言，其具有來源廣泛、危害性大、潛伏期長、遷移性差、修復(fù)難度大等特點，這也正是土壤重金屬污染防治的重點及難點。

為防治土壤重金屬污染，國內(nèi)相關(guān)學者及技術(shù)人員展開了深入的研究及創(chuàng)新，這個過程主要可分為四個階段：

第一階段（即20 世紀60 年代以前），主要以單一物理修復(fù)技術(shù)為主，比如填埋、刮土、覆土等；

第二階段（即20 世紀70、80 年代），以物理修復(fù)為主，但逐漸趨于多樣化；

第三階段（即20 世紀90 年代），研究出了物理、化學、生物（動物、植物、微生物）等修復(fù)方法；

第四階段（21 世紀以來），物理修復(fù)法、化學修復(fù)法、生物修復(fù)法、農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)法及聯(lián)合修復(fù)法均獲得了良好的研究成果，并且修復(fù)方法研究的重點趨于環(huán)?；?、無害化、資源化發(fā)展。

在眾多土壤重金屬污染修復(fù)方法中，有的可以直接去除土壤里的重金屬元素，而一些修復(fù)方法則需添加一些特色的位置來轉(zhuǎn)化土壤重金屬的形態(tài)，從而弱化重金屬的有效性及遷移性，最終實現(xiàn)降低重金屬危害性的目的。不同的修復(fù)方法各有其特點及優(yōu)缺點，下面就對五種土壤重金屬污染修復(fù)方法一一展開進行分析，具體如下。

3.1 物理修復(fù)法

物理修復(fù)法是通過一些物理措施對土壤重金屬污染進行修復(fù)的一種方法，該方法也是應(yīng)用最早的修復(fù)方法。現(xiàn)實土壤重金屬無人修復(fù)中常用的物理修復(fù)法除了有翻土、客土、固化、填埋等工程措施外，也有高溫熱解技術(shù)、玻璃化技術(shù)等。[4]根據(jù)各種物理修復(fù)法的特點對其優(yōu)缺點進行了對比，具體見表2。

表2 常用物理修復(fù)法的優(yōu)缺點對比

3.2 化學修復(fù)法

化學修復(fù)法主要是通過將改良劑和土壤內(nèi)的重金屬進行化學反應(yīng)來消除土壤內(nèi)的重金屬元素，改善土壤的pH、Eh 等特性，進而實現(xiàn)土壤修復(fù)的目的。

化學修復(fù)法主要可分為兩個方面：一種是采取固化措施，通過添加混合硅酸鹽、石灰等化學物質(zhì)或者螯合劑來吸附、沉淀或氧化還原土壤中重金屬，從而實現(xiàn)對土壤中重金屬的凈化；另一種是采取淋洗液將土壤中的重金屬以離子狀態(tài)或者金屬混合物溶解分離出來，實現(xiàn)土壤凈化修復(fù)。[5]常用的化學修復(fù)法主要包括化學淋洗法、化學鈍化修復(fù)法、電動修復(fù)法等，總結(jié)其優(yōu)缺點見表3。

表3 各化學修復(fù)法的優(yōu)缺點對比

3.3 生物修復(fù)法

生物修復(fù)法主要是通過天然生物或者人工改造生物來對土壤中的重金屬進行吸收、降解及轉(zhuǎn)化，從而降低重金屬濃度至合理范圍內(nèi)。相對于物理修復(fù)法及化學修復(fù)法而言，生物修復(fù)法屬于是最富有生命力的土壤重金屬污染修復(fù)方法。[6]具體來說，常用的生物修復(fù)法主要有植物修復(fù)法、動物修復(fù)法、微生物修復(fù)法，其優(yōu)缺點對比見表4。

表4 各生物修復(fù)法的優(yōu)缺點對比

3.4 農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)法

農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)法主要包括農(nóng)藝修復(fù)及生態(tài)修復(fù)兩個方面，其中農(nóng)藝修復(fù)指的是通過對不合理的耕作方法及管理制度進行調(diào)整來降低土壤中的重金屬污染，比如，可種植不可食用的觀賞性植物或者施用硝態(tài)氮肥等有機肥料來降低土壤中的重金屬污染。生態(tài)修復(fù)則是通過對土壤重金屬污染區(qū)域的水分、養(yǎng)分、溫度、濕度及pH 等環(huán)境因素進行調(diào)節(jié)，從而降低重金屬的濃度。

3.5 聯(lián)合修復(fù)法

在現(xiàn)實中，采用單一的修復(fù)方法治理土壤重金屬污染，雖然可以取得一定的效果，但是因為單一的修復(fù)方法具有局限性，很難使效益達到最優(yōu)。因此，聯(lián)合修復(fù)法成為了目前土壤重金屬污染治理中的研究熱點，比如物化聯(lián)合、生物聯(lián)合、物化—生物聯(lián)合等是現(xiàn)在研究最多的土壤重金屬污染聯(lián)合修復(fù)方法。黃細花等[7]采取套種（東南景天及玉米）+化學淋洗聯(lián)合的方法對Zn、Cd、Pb 復(fù)合污染的土壤進行修復(fù)治理，經(jīng)9 個月的跟蹤觀察，被污染土壤中的Zn 濃度降低了12.6%～16.5%、Cd 濃度降低了27.8%～44.6%、Pb 濃度降低了3.6%～5.7%。田偉莉等[8]通過采取黑麥草、白三葉+蚯蚓聯(lián)合的方法對Cd、Cu、Pb 復(fù)合污染的土壤進行修復(fù)治理，經(jīng)一年半的跟蹤觀察，最終被污染土壤中Cd 的含量降低了92.3%、Cu 的含量降低了42.0%、Pb 的含量降低了24.7%。這些實例都證明了通過合理組合修復(fù)方法可以使土壤重金屬污染修復(fù)取得最大化的效益。聯(lián)合修復(fù)法與上述物理修復(fù)法、化學修復(fù)法、生物修復(fù)法、農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)法的優(yōu)缺點對比見表5。

表5 土壤重金屬污染修復(fù)方法的優(yōu)缺點對比

4 土壤重金屬污染修復(fù)的環(huán)保效益

土壤作為陸地生態(tài)系統(tǒng)重要組成部分，是人類和動物居住不可替代的環(huán)境因子，也是食物安全與人體健康的基本保障，在保護環(huán)境和維持生態(tài)平衡中具有重要作用。因此，加強土壤重金屬污染的修復(fù)對于環(huán)境保護而言有著重要的意義，具體來說主要體現(xiàn)在以下四個方面：

（1）可有效降低土壤污染

目前所有的土壤修復(fù)技術(shù)都是基于重金屬污染進行處理，從而降低土壤中重金屬污染含量，并防止發(fā)生二次污染。

（2）提高土壤利用率

通過對土壤重金屬污染進行修復(fù)治理，可以調(diào)節(jié)土壤物理性質(zhì)，加深土壤顏色，增加土壤的熱能力，提高土壤溫度，提高土壤的保水保肥能力；同時，也能吸收和代換陽離子，調(diào)節(jié)土壤的pH 值，增加土壤緩沖性，有利于微生物活動和植物生長發(fā)育，使土壤疏松和孔隙性質(zhì)變好，易于耕作，進而提高土壤的利用率[9]。

（3）保障農(nóng)產(chǎn)品安全

我國作為農(nóng)業(yè)大國，土地資源的優(yōu)劣直接關(guān)系著民生。土壤重金屬污染不僅會影響農(nóng)作物的健康生長，而且也危害著我國糧食安全。因此，有效治理土壤重金屬污染，提高土地資源質(zhì)量及利用率，既可以為社會提供更多優(yōu)質(zhì)健康的糧食，也可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)整體的效益。

（4）有助于生態(tài)環(huán)境實現(xiàn)有機循環(huán)

土壤修復(fù)中，都在大力倡導和發(fā)展綠色修復(fù)技術(shù)，比如對工業(yè)、農(nóng)業(yè)的廢棄物進行改造并生產(chǎn)成土壤改良劑，用于消除土壤重金屬污染，提高土壤肥力，進而促使生態(tài)環(huán)境實現(xiàn)有機循環(huán)[10]。

結(jié)語

隨著社會及經(jīng)濟的不斷發(fā)展，土壤重金屬污染已經(jīng)發(fā)展成了一個全社會的問題，為了有效治理土壤重金屬污染，各種土壤修復(fù)技術(shù)及方法不斷被提出及應(yīng)用。但由于土壤重金屬污染成因復(fù)雜，采取單一的修復(fù)措施很難達到最優(yōu)化的治理效果。因此，在土壤重金屬污染治理的過程中，也應(yīng)注意做好以下三方面的工作：

（1）擴大宣傳及教育，提高全民環(huán)保意識及憂患意識，在追求“金山、銀山”的同時，也要確?！扒嗌健⒕G水”。同時，革新落后的耕作方式，合理使用農(nóng)藥、化肥等，自覺保護土地生態(tài)環(huán)境。

（2）因為土壤重金屬污染來源廣泛，且構(gòu)成比較復(fù)雜，所以土壤治理要以預(yù)防為主，嚴格控制污染源達到排放標準后再排放，盡量減少事后治理，確保土壤治理效果。

（3）在土壤重金屬污染治理的過程中，也要重視土壤與大氣、水源及生物等之間的聯(lián)系，保障土壤修復(fù)過程中不對其他生態(tài)系統(tǒng)造成污染或者破壞。