重金屬污染土壤異位修復技術綜述

張 馳

（上海格林曼環(huán)境技術有限公司，上海 200001）

土壤為人類提供了棲息的環(huán)境，是人類賴以生存的重要基礎。然而，土壤污染現(xiàn)已成為我國面臨的一項嚴峻挑戰(zhàn)，尤其是土壤重金屬污染，不但威脅到了人類的身體健康，更對自然環(huán)境帶來嚴重破壞。為解決土壤重金屬污染問題，我國近年來大力發(fā)展了多項土壤重金屬污染修復技術。本文系統(tǒng)地介紹了近年來土壤領域的重金屬污染異位修復技術，為實際土壤修復項目中的技術選擇提供參考。

1 土壤重金屬污染現(xiàn)狀及危害

1.1 土壤重金屬污染現(xiàn)狀

影響土壤重金屬含量超標的主要污染因素有兩種，一種是自然因素，包括物理因素（如土質(zhì)的風化及風力、水力）和化學因素（如火山噴發(fā)和泥石流等自然地質(zhì)運動）。[1]另一種就是人為干擾因素，也是影響土壤重金屬污染重要來源之一。例如各類工礦企業(yè)的生產(chǎn)活動、重金屬農(nóng)藥的不合理使用和機動車輛的尾氣排放等[2]。

據(jù)最新調(diào)查顯示，我國國土在不同程度上遭受了重金屬的污染，其污染率高達16.1%。[3]其中耕地土壤點位超標率高達19.4%，耕地污染總面積逐漸擴大，主要污染物有鎘、鎳、銅、砷、汞和鉛等重金屬。[4]原環(huán)境保護部的調(diào)查研究表明，土壤重金屬污染主要分布于長三角、珠三角、成渝平原和東北老工業(yè)基地等區(qū)域[5]。

1.2 土壤重金屬污染危害

土壤重金屬污染存在隱蔽性、表聚性、長期性、不可逆性和富集性等特點。土壤重金屬污染物可經(jīng)由水環(huán)境毒害植物，在植物中不斷富集并通過食物鏈進入人類和其他生物體內(nèi)，對人類身體健康和生態(tài)環(huán)境造成危害。重金屬污染物在人體內(nèi)聚集并超過一定濃度時，會導致重金屬中毒并對人體健康產(chǎn)生威脅。例如，鎘中毒會導致胸悶和嘔吐等癥狀，銅中毒會導致人體生殖系統(tǒng)破壞，汞中毒會引起精神失常、胎兒發(fā)育畸形等。

為此，政府高度重視土壤污染的防治工作，并出臺了相關政策，提出相關部門應充分認識到土壤污染的嚴重性，開展土壤重金屬污染的治理工作既是為人體健康提供重要保障，又與我國社會經(jīng)濟的發(fā)展息息相關，采用有效措施進行防治兩手抓的治理工作，為全面建成小康社會做出貢獻。

2 污染土壤異位修復技術

我國當前所采用的污染土壤異位修復技術主要從原位和異位角度出發(fā)。原位修復是指直接在場地發(fā)生污染的位置對污染土壤進修復，異位修復是指將污染土壤從場地原位置挖掘出來并轉移至其他場所進行修復。相比原位修復，異位修復可以更為集中地處理污染土壤，且在修復技術的選擇上更加靈活，在修復的時間選擇上更具有彈性[6]。本文針對我國現(xiàn)有的土壤重金屬污染異位修復技術進行了系統(tǒng)介紹。

2.1 物理修復技術

土壤重金屬污染異位修復的物理修復技術主要包括異位電動修復法和異位玻璃化技術等。

異位電動修復法就是在重金屬污染土壤中插入電極從而形成電場，以其為媒介使土壤中重金屬離子在電場的作用下，以電遷移或電滲流等形式移動至電極室并進行集中收集和處理。電動修復法適合低滲透性土壤，例如黏土類土壤的重金屬污染物去除等[7]。電動修復法的修復時間一般較短，且可以回收利用土壤中的重金屬污染物，修復成本較低。然而，電動修復法的處理效率受土壤含水率的影響較明顯。根據(jù)相關研究，當污染土壤的含水率在10%以下時，電動修復法對重金屬污染物的去除效率受到極大降低，當含水率在40%～70%時，含水率則不會對電動修復法的處理效率造成明顯限制[8-9]。

圖1 土壤電動修復技術流程

異位玻璃化技術是指在已確定的污染區(qū)范圍內(nèi)將污染土壤挖出并運輸至特定的玻璃化設備進行治理修復。該技術利用特定的熱源，在1600℃～2000℃高溫情況下，熔化土壤及其污染物。熔化的污染土壤在冷卻后形成惰性的堅硬玻璃體，并使土壤中的重金屬離子固化。異位玻璃化技術具有重金屬污染物去除效率高的優(yōu)點，且在處理重金屬污染物的同時，通過熱解和高溫蒸發(fā)的形式有效去除了土壤中的無機污染物。然而，運行和維護移動玻璃化設備需要較高的成本，耗電量大，一般在高重金屬污染的土壤修復項目中應用。

2.2 應用化學原理修復技術

土壤重金屬污染異位修復中應用化學原理修復技術主要包括異位土壤淋洗法與穩(wěn)定化修復等。

異位土壤淋洗法即在污染土壤中加入化學淋洗劑，以絡合、溶解等形式使附著在土壤表面的重金屬污染物轉移至淋出液中，最終達到將土壤中重金屬污染物有效除去的目的。常用的淋洗劑包括EDTA（乙二胺四乙酸二鈉）和CA（檸檬酸）等，這些淋洗劑具有去除效率高、成本較低等顯著特點。張亞寧等采用EDTA/CA 聯(lián)合修復重金屬污染土壤，結果顯示對Cu、Pb、Cd 等三種重金屬污染物的去除效率非常顯著[10]。和異位電動修復法相比，異位土壤淋洗法對如砂質(zhì)土壤等高滲透性的污染土壤的重金屬污染物去除效果明顯，在黏土類等低滲透性土壤中的重金屬去除效率則大打折扣。

異位穩(wěn)定化修復是指在挖掘的污染土壤中注入一種或多種穩(wěn)定化藥劑，通過絡合等化學作用將土壤中的重金屬污染物包被起來形成穩(wěn)定化產(chǎn)物，以限制重金屬污染物的遷移和釋放。異位穩(wěn)定化修復技術具有操作工藝簡單且成本低廉，其化學產(chǎn)物更具長期穩(wěn)定性，是我國土壤重金屬污染修復技術領域中的主導力量。

然而，該技術的弊端在于不能做到將重金屬污染物從根本上除去，修復完成后仍需觀察長期監(jiān)測修復土壤的環(huán)境質(zhì)量。

圖2 異位穩(wěn)定化修復技術流程

2.3 生物修復技術

土壤重金屬污染異位修復中應用生物修復技術主要包括植物修復技術、異位動物/微生物修復技術等。

植物修復技術即通過植物本身的吸收、揮發(fā)、根慮、降解、穩(wěn)定等作用達到將污染物轉移、容納或轉化的目的，從而降低重金屬污染物對環(huán)境的危害。按照其修復過程可以將植物修復分為以下幾類：第一類植物提取修復技術，即利用植物的根系將重金屬污染物聚集在土壤表層，通過對土壤表層污染物的處理達到修復的目的。該技術對植物的要求較高，所應用的植物應具備生長速度快、生存能力強、富集能力高等生物特點。因此，該方法的應用關鍵在于尋找和誘導出特殊的植物體。第二類植物揮發(fā)修復技術，即將植物蒸發(fā)出的具有揮發(fā)性的化學物質(zhì)或者是其新陳代謝產(chǎn)物與土壤中的污染物質(zhì)發(fā)生化學反應，并將其化學產(chǎn)物轉化為無毒性的存儲在植物器官中的技術。第三類植物的固定修復技術，即利用植物根系穩(wěn)定的作用，一方面將土壤中的污染物質(zhì)積累、沉淀在土壤中固定位置，使其不能繼續(xù)擴散。另一方面保護土壤不受污染物的侵蝕，減少土壤滲漏導致的污染物淋移。然而該技術并不能從根本上將污染物質(zhì)從土壤中去除，重金屬污染土壤的問題并沒有得到解決，因此該技術并不是常用的植物修復技術。第四類植物降解修復技術即利用植物的新陳代謝和酶的作用來吸收和分解外界的污染物的技術。第五類植物輔助修復技術即通過植物的吸收將污染物質(zhì)轉化成可揮發(fā)的產(chǎn)物，從而達到改善土壤重金屬污染的目的。

圖3 植物揮發(fā)修復技術機制

異位動物/微生物修復技術即利用特定的動物和微生物將土壤中的污染物吞噬、吸收、生物降解，從而達到去除污染土壤中的重金屬污染物的目的。相關研究表明，動物、微生物和植物可具有協(xié)同效應，共同促進土壤重金屬污染物的去除。[11]

2.4 工程修復技術

在污染土壤異位修復技術中，工程修復技術因其效果穩(wěn)定等優(yōu)勢應用較為普遍，工程修復技術主要采用的方法包括：其一，客土法修復方法?？屯列迯头椒ň褪前岩驯恢亟饘傥廴镜耐寥篮臀幢恢亟饘傥廴镜耐寥肋M行混合添加，從而達到降低上層土壤中重金屬污染物的比例，進而實現(xiàn)減少植物根系對土壤中重金屬的吸收的目的，從而間接地降低了土壤重金屬污染通過植物的吸收對人類的健康產(chǎn)生危害。其二，換土修復方法。換土修復方法顧名思義就是把已被重金屬污染的土壤挖掘出來并進行妥善處理，然后在原被挖掘的土壤空地處填上干凈、未被污染的土壤。其三，深耕翻土修復方法。深耕翻土修復方法就是指在被重金屬污染的地方進行土壤深度翻新的過程。通過土壤的深入翻新，可以使淺層土壤中重金屬污染物分散到土壤深處，最終土壤污染物被稀釋。綜上，工程修復技術雖有良好的應用優(yōu)勢，但其帶來的修復工程量較大、工程資金投入高、破壞土壤結構，換出被污染土壤的處理等問題仍需加以關注。

3 結語

目前，我國土壤修復領域已使用多種重金屬污染異位修復技術，每種技術都有其優(yōu)點和局限性。在實際的土壤重金屬污染修復工作中，應當根據(jù)修復場地的具體情況，選擇合適的修復技術。在某些特定情況下，亦可根據(jù)修復場地土壤污染的實際情況，聯(lián)合運用多種修復技術，以達到技術可行、經(jīng)濟有效的目的。