淺談重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)及修復(fù)方法

張 健

（江蘇龍環(huán)環(huán)境科技有限公司，江蘇 常州 213032）

重金屬污染與化工、金屬冶煉等行業(yè)有密切關(guān)系，高濃度的重金屬污染問(wèn)題一直困擾著我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，一些企業(yè)在很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，為了節(jié)省污染治理費(fèi)用，將重金屬污染物排放到土壤和河流中，對(duì)環(huán)境造成了巨大破壞。新世紀(jì)以來(lái)，“先發(fā)展，后治理”已不適應(yīng)當(dāng)前的發(fā)展?fàn)顩r，大家逐漸意識(shí)到保護(hù)生態(tài)環(huán)境是實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的必要條件。為此，我國(guó)制定了一系列環(huán)保政策，而對(duì)重金屬污染的治理正是其中非常重要的一環(huán)[1-2]。

1 土壤重金屬污染概述

1.1 土壤重金屬污染的危害

土壤的重金屬污染是一種長(zhǎng)期積累、破壞力及隱蔽性較強(qiáng)的污染，盡管土壤本身是生態(tài)系統(tǒng)的一部分，具有一定的自凈能力，但在重金屬的強(qiáng)烈作用下，它的凈化作用已不能完全發(fā)揮。土壤的重金屬污染會(huì)對(duì)自然環(huán)境造成破壞，對(duì)農(nóng)作物的正常生長(zhǎng)造成危害，對(duì)人類的生命和財(cái)產(chǎn)構(gòu)成巨大威脅。

1.2 土壤重金屬污染的來(lái)源

土壤重金屬污染中的重金屬是指具有生物毒性的重金屬，如鉛、鋅、鎘、汞等，如果含量超過(guò)了規(guī)定的閾值，就會(huì)對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生危害。

1.2.1 農(nóng)業(yè)活動(dòng)

我國(guó)是一個(gè)以農(nóng)業(yè)為主的國(guó)家，農(nóng)業(yè)規(guī)模在世界上屈指可數(shù)，但是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，由于農(nóng)民過(guò)量使用過(guò)磷酸鈣等磷肥，其中含有的砷、汞、鉛等元素會(huì)導(dǎo)致土壤中的重金屬含量超標(biāo)。此外，一些養(yǎng)殖基地在養(yǎng)殖過(guò)程中，會(huì)采用含有銅、錳、鎘、鋅等重金屬的物質(zhì)促進(jìn)畜牧業(yè)的發(fā)展，而這些重金屬不能被動(dòng)物消化，最后會(huì)隨著動(dòng)物糞便等一起被排泄到土壤中。

1.2.2 工業(yè)污染

化工行業(yè)每年都會(huì)產(chǎn)生大量的廢水和廢氣，其中含有大量的重金屬元素，對(duì)化工廠周?chē)耐寥涝斐蓢?yán)重污染。此外，部分化學(xué)原料、固體廢棄物等，在運(yùn)輸途中也會(huì)對(duì)土壤的重金屬含量造成一定影響。

1.2.3 人類生活

隨著人們物質(zhì)生活水平的提高，汽車(chē)和電子產(chǎn)品的使用日益增多。汽車(chē)尾氣中的重金屬含量很高，而某些電子設(shè)備的電子元件、電池等被人們隨意丟棄，也會(huì)造成土壤的重金屬污染。

1.3 土壤重金屬污染評(píng)估

土壤中重金屬以可閃換離子、結(jié)合態(tài)和殘余態(tài)為主。評(píng)價(jià)土壤重金屬污染，并非是單純?cè)u(píng)價(jià)其含量，而是評(píng)價(jià)其對(duì)人類生存、動(dòng)植物生長(zhǎng)和微生物生存的影響。土壤重金屬含量、土壤有機(jī)質(zhì)含量、土壤酸堿值、氧化還原電位等多種因素都會(huì)影響和干擾評(píng)估結(jié)果。

2 土壤重金屬污染現(xiàn)狀

2.1 土壤重金屬污染形勢(shì)

造成土壤重金屬污染的主要金屬元素有銅、汞、鉛等，但不限于此。我國(guó)土壤重金屬污染情況調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在我國(guó)相當(dāng)大的區(qū)域內(nèi)，依然存在重金屬污染問(wèn)題，其中80%缺乏科學(xué)防治，并以水銀污染最為嚴(yán)重。我國(guó)每年約有30 000公頃的耕地遭受水銀污染，對(duì)水稻生產(chǎn)造成的影響高達(dá)50 000噸[3]。土壤重金屬污染嚴(yán)重影響我國(guó)的糧食生產(chǎn)，對(duì)人民生活產(chǎn)生了一定的負(fù)面影響。

2.2 土壤重金屬污染成因

重金屬在巖石和土壤中分布廣泛，但是僅憑這些還不足以對(duì)土壤產(chǎn)生影響。冶金、采礦等工業(yè)活動(dòng)，增加了巖石和土壤中重金屬的揮發(fā)性，并導(dǎo)致重金屬進(jìn)入土壤，造成土壤重金屬污染，具體可分為三類：（1）離礦區(qū)較近的地區(qū)，土壤重金屬污染程度較高，這是由于采礦等工業(yè)活動(dòng)產(chǎn)生了大量垃圾，使土壤中的重金屬污染更加嚴(yán)重。（2）在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，常伴隨大量廢氣排放，這些廢氣一旦進(jìn)入土壤，就會(huì)造成嚴(yán)重的重金屬污染。（3）由工業(yè)污水引起的土壤重金屬污染十分常見(jiàn)，沒(méi)有經(jīng)過(guò)有效治理的工業(yè)污水對(duì)土壤環(huán)境造成污染，威脅糧食安全和人類的身體健康。

3 土壤重金屬污染造成的問(wèn)題

重金屬長(zhǎng)期存在于周?chē)h(huán)境，會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展產(chǎn)生不利影響，例如對(duì)植物生長(zhǎng)造成危害，植物體內(nèi)的重金屬會(huì)隨著土壤中重金屬濃度的升高而增加，從而對(duì)光合作用等植物的正常功能造成影響[4]；重金屬元素會(huì)隨著空氣、水等進(jìn)入動(dòng)植物體內(nèi)，導(dǎo)致有毒物質(zhì)通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，從而危害人類健康。

4 重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

4.1 物理修復(fù)技術(shù)

物理修復(fù)技術(shù)是指通過(guò)物理手段將重金屬元素從土壤中提取或分離出來(lái)的一種技術(shù)。

4.1.1 客土法和換土法

該技術(shù)主要是通過(guò)覆蓋新鮮土、翻土、移除被污染土壤等方式，將被污染的土壤和未被污染的土壤分開(kāi)。以表層覆蓋法為例，即采用防水材料覆蓋被污染區(qū)域，但其覆蓋范圍有一定限制，需綜合考慮周?chē)牡刭|(zhì)條件、覆蓋材料、區(qū)域坡度等因素?？傮w而言，客土法和換土法具有較好的修復(fù)效果和較高的修復(fù)效率，其缺點(diǎn)是成本高、工程量大，存在二次污染的風(fēng)險(xiǎn)。

4.1.2 熱脫附修復(fù)技術(shù)

該技術(shù)通過(guò)對(duì)土壤進(jìn)行高溫處理，使其在一定溫度下釋放出土壤中的重金屬，由此使土壤得到凈化。目前，我國(guó)采用高溫原位加熱、電磁波加熱等方法進(jìn)行熱解吸修復(fù)。

4.1.3 電修復(fù)技術(shù)

電修復(fù)技術(shù)是把電極插到土壤中，利用小電流產(chǎn)生電場(chǎng)，并通過(guò)電場(chǎng)作用收集和處理土壤中重金屬的技術(shù)。電修復(fù)技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景，適合于各種土壤環(huán)境。

4.2 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

化學(xué)修復(fù)技術(shù)通過(guò)在重金屬污染土壤中添加化學(xué)物質(zhì)，使其與重金屬污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，以減少重金屬污染物的毒性、降低其濃度或?qū)⑵鋸氐兹コ募夹g(shù)。

4.2.1 化學(xué)固定技術(shù)

該技術(shù)主要是將固化劑添加到土壤中，一方面可以通過(guò)離子閃換、沉淀、吸附、水解等方式來(lái)減少重金屬污染物的溶解和遷移，另一方面，通過(guò)對(duì)土壤中的重金屬進(jìn)行固化處理，可以使其毒性得到一定程度的減弱。目前，我國(guó)采用化學(xué)固定法處理重金屬污染的固化劑多為氧化鐵、鋼渣、水泥等，針對(duì)不同重金屬污染的土壤，需要采用不同的固化劑。例如要減少重金屬的生物效用，必須使用含鐵的氧化物來(lái)進(jìn)行吸附，或者利用分子篩的離子閃換性能修復(fù)土壤的重金屬污染[5-6]。

4.2.2 化學(xué)還原技術(shù)

該技術(shù)通過(guò)使用還原性強(qiáng)的化學(xué)藥劑，使重金屬污染土壤中的污染物價(jià)態(tài)下降，從而減少其毒性，目前國(guó)內(nèi)使用的主要還原劑有二價(jià)鐵、零價(jià)鐵等，一些學(xué)者已經(jīng)證實(shí)了零價(jià)鐵、硫化亞鐵、四氧化三鐵等還原劑在重金屬污染土壤中的還原作用。盡管該技術(shù)對(duì)重金屬污染的土壤具有很好的修復(fù)作用，但它的應(yīng)用范圍有限，只能應(yīng)用于土壤受重金屬污染嚴(yán)重的地區(qū)。

4.3 生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)技術(shù)是通過(guò)降解、吸收和轉(zhuǎn)化等生物降解過(guò)程，治理被重金屬污染的土壤。植物修復(fù)技術(shù)、動(dòng)物修復(fù)技術(shù)及微生物修復(fù)技術(shù)是目前我國(guó)應(yīng)用最廣泛的生物修復(fù)技術(shù)。

4.3.1 植物修復(fù)技術(shù)

在自然條件下，某些植物對(duì)重金屬的吸收效果較好，能夠?qū)⑽廴就寥乐械闹亟饘僭匚盏阶约旱母o中，從而降低了該地區(qū)土壤的重金屬濃度。而植物修復(fù)技術(shù)則是將這些植物與生物技術(shù)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)化學(xué)和生物技術(shù)來(lái)吸附、轉(zhuǎn)化和降解重金屬污染物。在實(shí)際應(yīng)用中，由于其成本低、安全性高、對(duì)土壤的破壞性小及綠色環(huán)保等特點(diǎn)，被廣泛用于對(duì)土壤重金屬的治理。我國(guó)研究人員在長(zhǎng)期努力下，也發(fā)現(xiàn)了一種適用于我國(guó)大部分地區(qū)、不同類型重金屬污染土壤的植物——蜈蚣草，其對(duì)土壤中的鋅、鉛、砷等重金屬污染物有較好的吸收效果，適合我國(guó)大部分土壤重金屬污染區(qū)域。

4.3.2 動(dòng)物修復(fù)技術(shù)

該技術(shù)主要是通過(guò)動(dòng)物自身的生物活性來(lái)減少或完全清除土壤中的重金屬。目前，我國(guó)使用最多的動(dòng)物是蚯蚓，蚯蚓是一種土生動(dòng)物，它不但擁有強(qiáng)大的生命力，還可以通過(guò)進(jìn)食、挖掘、排泄等生物行為來(lái)轉(zhuǎn)化土壤中的重金屬污染物。盡管利用蚯蚓來(lái)治理被重金屬污染的土壤，具有較好的效果及經(jīng)濟(jì)和環(huán)保價(jià)值，但是由于蚯蚓的活動(dòng)范圍有限，其修復(fù)范圍亦有限[7-9]。

4.3.3 微生物修復(fù)技術(shù)

微生物修復(fù)技術(shù)是通過(guò)特定的微生物來(lái)降解和轉(zhuǎn)化土壤中的重金屬，從而將其轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)毒土壤。微生物修復(fù)方法主要有兩種：（1）某些微生物能與重金屬發(fā)生反應(yīng)，從而使其被生成的酸性物質(zhì)溶解或沉淀，如檸檬酸菌的代謝產(chǎn)物HPO42-可以與鎘離子結(jié)合而形成該反應(yīng)。（2）在某些微生物的氧化還原過(guò)程中，可以使金屬離子變成高價(jià)金屬離子，使其活性下降，從而達(dá)到減少毒性的目的。

5 重金屬污染土壤的修復(fù)實(shí)踐措施

珠江三角洲地區(qū)的土壤中存在大量重金屬，其中含有大量的鉛，近年來(lái)，隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，區(qū)域環(huán)境污染問(wèn)題日趨嚴(yán)重。其中，金屬礦石對(duì)土壤造成了最直接的污染，所以在治理這一區(qū)域時(shí)，相關(guān)部門(mén)首先要進(jìn)行全面調(diào)查，掌握該地區(qū)的環(huán)境特征及相應(yīng)的參數(shù)，以便為下一步的治理工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。相關(guān)部門(mén)在實(shí)踐中可選用生物防治技術(shù)，發(fā)掘農(nóng)作物的基因潛能，培育出低累積、低遷移率的新品種，并利用植物細(xì)胞壁膜的過(guò)濾機(jī)理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬元素的吸附，從而達(dá)到很好的調(diào)節(jié)效果；此外還可以采用一些化學(xué)防治技術(shù)，比如通過(guò)污染防治與治理等手段，建立起一種全新的金屬吸附機(jī)理；在進(jìn)行污染治理時(shí)，相關(guān)部門(mén)要更加注重對(duì)污染來(lái)源進(jìn)行控制，加大對(duì)技術(shù)的投資，持續(xù)改進(jìn)現(xiàn)有的技術(shù)，對(duì)污染變化進(jìn)行全程監(jiān)控。

6 重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用策略

6.1 建立完善的制度體系

通過(guò)對(duì)我國(guó)土壤重金屬污染的控制，可以從根本上解決環(huán)境問(wèn)題。首先，要以預(yù)防為主，全民參與，相關(guān)部門(mén)應(yīng)結(jié)合我國(guó)的具體國(guó)情，制訂綜合、高效的土地環(huán)境保護(hù)法規(guī)；其次，建立健全的問(wèn)責(zé)制度，環(huán)保部門(mén)必須對(duì)各個(gè)方面的污染源進(jìn)行細(xì)化，以達(dá)到防治污染的目的，對(duì)導(dǎo)致土壤重金屬污染的單位、企業(yè)及個(gè)人等污染主體進(jìn)行處罰，以防止此類事件再度出現(xiàn)。在審核污染對(duì)象時(shí)，應(yīng)查明其成因并歸類，按其嚴(yán)重性進(jìn)行責(zé)任分級(jí)[10]；實(shí)行責(zé)任合同，即特定地區(qū)內(nèi)的環(huán)境中存在的重金屬污染問(wèn)題，應(yīng)由本地區(qū)的企業(yè)或單位承擔(dān)，確保其所管轄地區(qū)的環(huán)境不被污染；在制定土壤重金屬污染的相關(guān)法規(guī)時(shí)，相關(guān)部門(mén)應(yīng)從多個(gè)角度出發(fā)，從源頭上減少污染，從根源上消除問(wèn)題，比如對(duì)汽車(chē)尾氣、礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)和重型工業(yè)實(shí)行嚴(yán)格控制；嚴(yán)禁向土地中傾倒垃圾，加強(qiáng)垃圾處理處置工作，對(duì)于未做到回收和妥善處置垃圾的企業(yè)，要從嚴(yán)懲處。

6.2 推廣土壤污染治理先進(jìn)技術(shù)

各級(jí)政府要發(fā)揮科研區(qū)位優(yōu)勢(shì)，主動(dòng)組織相關(guān)院校、科研院所、企事業(yè)單位開(kāi)展校企合作，對(duì)科研項(xiàng)目進(jìn)行全面的整合和篩選，并給予政府專項(xiàng)基金；綜合并協(xié)調(diào)開(kāi)展低豐度土壤中重金屬污染作物的選育和植物恢復(fù)工作；加強(qiáng)土壤環(huán)境質(zhì)量的預(yù)警、監(jiān)測(cè)和檢測(cè)、評(píng)價(jià)、控制工作，加強(qiáng)對(duì)重金屬污染土壤的控制和修復(fù)技術(shù)的研究，為土壤環(huán)境的污染控制提供技術(shù)支持；各級(jí)政府要加大對(duì)土壤污染防治科技成果轉(zhuǎn)化的支持，大力引進(jìn)生態(tài)環(huán)保的高科技企業(yè)，實(shí)行優(yōu)惠的財(cái)政稅收政策，為企業(yè)減負(fù)，支持企業(yè)發(fā)展壯大，加速推進(jìn)成果轉(zhuǎn)化和利用。通過(guò)強(qiáng)化政府指導(dǎo)，積極進(jìn)行技術(shù)閃流和協(xié)作，大力推進(jìn)土地污染防治和修復(fù)技術(shù)的發(fā)展，培育并促進(jìn)新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時(shí)，積極引進(jìn)土壤及地下水污染阻隔等風(fēng)險(xiǎn)管理經(jīng)驗(yàn)及新技術(shù)，不斷提升土壤污染防治水平。

6.3 培養(yǎng)修復(fù)技術(shù)人員，提高人員素質(zhì)

土壤的修復(fù)必須由維修人員進(jìn)行，而維修工人的職業(yè)素養(yǎng)有助于對(duì)土壤進(jìn)行有效的恢復(fù)[11]。當(dāng)前，許多修復(fù)工作者對(duì)土壤污染程度、污染成因、與周邊環(huán)境的關(guān)系、治理技術(shù)的選用等問(wèn)題存在一定的誤區(qū)。如果維修人員處理不當(dāng)，不但會(huì)降低修復(fù)效率，而且會(huì)增加修復(fù)費(fèi)用，甚至?xí)驗(yàn)椴捎貌划?dāng)?shù)木S修技術(shù)而導(dǎo)致二次污染。比如在化學(xué)修補(bǔ)中，有些維修人員對(duì)藥劑用量的控制不夠嚴(yán)格，在某些不能使用藥劑的地方添加了化學(xué)藥劑等。為此，有關(guān)單位應(yīng)強(qiáng)化對(duì)維修人員的訓(xùn)練，保證維修人員的職業(yè)化水平。

目前，關(guān)于重金屬污染土壤的綜合修復(fù)技術(shù)已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)注的重點(diǎn)，所以相關(guān)學(xué)者應(yīng)該加大對(duì)重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)的研究力度，增強(qiáng)修復(fù)技術(shù)的適應(yīng)性，降低修復(fù)過(guò)程中二次污染的風(fēng)險(xiǎn)，為我國(guó)由農(nóng)業(yè)大國(guó)向農(nóng)業(yè)強(qiáng)國(guó)邁進(jìn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

7 結(jié)語(yǔ)

土壤重金屬污染的修復(fù)與安全利用是我國(guó)環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)，在實(shí)踐中，相關(guān)部門(mén)可以適當(dāng)借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，繼續(xù)推進(jìn)以先進(jìn)技術(shù)為主的土壤重金屬污染治理模式，實(shí)現(xiàn)對(duì)新技術(shù)的有機(jī)整合，使土壤重金屬污染的修復(fù)與安全利用效果得以全面提升，促進(jìn)我國(guó)環(huán)境保護(hù)事業(yè)的持續(xù)發(fā)展。