土壤重金屬污染現(xiàn)狀及生態(tài)修復路徑分析

陶光澤

（天柱生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，貴州 黔東南州 556600）

引言

由于重金屬自身的化學特性，使得重金屬污染也具有持久性、潛在性、土壤質(zhì)量不穩(wěn)定等的特征，當環(huán)境的重金屬接觸到土地上時，會對土壤的生物性能和肥力、品質(zhì)等造成重大改變，進而引起土壤結(jié)構(gòu)改變，植物種植能力下降，而這些有害物質(zhì)在長期堆積的泥土中，會在降雨的侵蝕下逐漸滲入地下，植被中，給人類安全環(huán)境造成重大危害。因此，人們必須加強關(guān)注，認識到重金屬對污染環(huán)境的重要威脅，掌握了重金屬環(huán)境污染的根源與特征，并針對具體的情況制定了合理的重金屬污染與環(huán)境治理方法，從根源上加強重金屬環(huán)境污染問題，給人類創(chuàng)造了一個健康安全的生活環(huán)境。

1 重金屬污染土壤的原因

1.1 煤炭釋放

煤炭資源已經(jīng)成為中國最重要的財政來源，并廣泛應用于工業(yè)、生活領(lǐng)域。然而，煤炭的燃燒也會產(chǎn)生大量的有毒有害的污染物，如二氧化碳、一氧化碳，它們的排放可以通過土壤的吸附，進入地下，對環(huán)境造成嚴重的污染，嚴重威脅著人類的健康與安全[1]。

1.2 工業(yè)三廢的排放

由于礦產(chǎn)冶金制造、石油、電鍍、電池、以及塑膠加工等工業(yè)企業(yè)所釋放的重金屬物質(zhì)是導致土壤重金屬污染的最主要工業(yè)原料，因此，如果這些工業(yè)企業(yè)廢水管理能力淡漠，且缺乏具備相應的三廢標準的處置設(shè)施，將會導致工業(yè)廢水、廢氣、廢渣等不斷污染在土地甚至是水域中，并造成巨大的污染，嚴峻危及人們的健康。

1.3 農(nóng)藥化肥的使用

大量的化肥、農(nóng)藥被用來提高土壤的肥力，但是它們卻有可能帶來嚴重的環(huán)境問題，因為它們含有大量有毒有害的重金屬，若是沒有進行有效的控制，將會對環(huán)境造成嚴重的污染。因為土壤的容量遠低于它的自凈能力，所以長期堆積的重金屬會導致污染物的濃度過高，對農(nóng)作物和人類的健康都有極大的威脅[2]。

2 土壤重金屬簡述

在環(huán)境無機危害分析中可以發(fā)現(xiàn)，影響人類最大的當屬重金屬危害，這主要由于土壤的重金屬不能被環(huán)境內(nèi)的細菌所降解，而越積越多，最后轉(zhuǎn)變成了具有較高放射性的甲基物質(zhì)。隨著大量有害物質(zhì)將進入人類食物鏈，對人類健康造成嚴重影響。其中，汞、鉛、銅、鈷、鐵、鋅等重金屬元素具有強放射性，而鋅是最常見的重金屬單質(zhì)。因此，我們必須采取有效措施來防止這些有害物質(zhì)的污染，以保護我們的環(huán)境和人類健康。當微量元素進入土壤時，它們會與土壤膠體結(jié)合，并與周圍的有機物和無機物發(fā)生化學反應，從而產(chǎn)生新的需求。如果這種情況持續(xù)下去，土壤結(jié)構(gòu)將會發(fā)生巨大變化[3]。當這些物質(zhì)被周圍植物同化后，它們也會進入食物鏈。環(huán)境中的部分土壤中重金屬也會轉(zhuǎn)變?yōu)橥榛镔|(zhì)，此類物質(zhì)放射性較高，危險性比較大

3 土壤中的重金屬來源

對于土壤重金屬的主要來源而言，大致包括二類，即內(nèi)在來源與對外來源。對于土壤內(nèi)部來源方面，基于土地性質(zhì)和地形地貌以及水文氣象條件等不同層次的差別，會造成土壤重金屬濃度存在著較大差異，這也直接造成了中國有些地方土壤背景植被量較高的情況。

重金屬土壤污染的主要原因是外部因素，包括人類活動和生產(chǎn)過程中排放的重金屬。這些因素可能包括大氣中的懸浮物、水體和其它有害物質(zhì)，它們可能會導致土壤中的重金屬含量增加，從而引發(fā)重金屬污染。其污染大多聚集于人們活動或生產(chǎn)的中心地帶，而這種區(qū)域的重金屬濃度往往很高，并伴隨著上述地區(qū)重金屬對有毒氣體污染的進一步擴散，使之在生產(chǎn)活動四周迅速蔓延，在這些情形下風力和風向就成為了確定危害范圍的關(guān)鍵因子。

其二是污水灌溉而來到土壤的有毒重金屬。針對城市污水澆灌來說，一般情況下是指利用經(jīng)過處理的城市污水來對耕地進行澆灌，利用城市污水來對耕地進行澆灌屬于農(nóng)業(yè)灌溉的主要構(gòu)成。但是由于在城市污水中有著大量的重金屬存在，并且隨著污染物被傳輸?shù)搅颂镩g土壤中，這就造成了田間土地重金屬濃度增加。

其三是通過工業(yè)和礦業(yè)等企業(yè)生產(chǎn)將大量重金屬引入土地中[4]。工業(yè)以及礦業(yè)的產(chǎn)品都會對重金屬單質(zhì)加以大規(guī)模的利用，它們在使用之后把未經(jīng)處理的垃圾和廢渣直接排出了郊外，這樣就造成了大量的環(huán)境中重金屬被污染在土地上，從而使得土地中的環(huán)境重金屬濃度增加。

4 土壤重金屬污染綜合治理及環(huán)境恢復研究

4.1 生物修復技術(shù)

4.1.1 動物修復技術(shù)

對動物修復術(shù)來說，它就是利用在土壤中可以存活的動物以及對某些土壤重金屬化合物能夠進行吸附的動物，來對環(huán)境進行修復的方法。利用這種動物，能夠使周邊環(huán)境中的土壤重金屬數(shù)量有所降低，并以此達到對周圍環(huán)境的土壤重金屬危害程度的降低。

在人們生活中常?？吹降尿球疽簿哂兄@個作用，由于蚯蚓主要是以有機質(zhì)為食物，可以由于吸取周邊環(huán)境中的有機質(zhì)而使周圍環(huán)境的物理性質(zhì)和化工狀態(tài)發(fā)生變化，從而達到對土壤污染程度的減輕。由于蚯蚓的日常行為可以使周邊環(huán)境中的植物迅速地發(fā)育起來，從而對周邊環(huán)境也有所影響，所以蚯蚓也對環(huán)境具有著正面的作用。針對蚯蚓所吸附的土中重金屬而言，可以經(jīng)過分析為鉛和鎘，而經(jīng)過對這二類元素的吸附，可以進行土壤環(huán)境的改造。

4.1.2 植物修復技術(shù)

利用綠色植物來吸附土壤中有害的重金屬單質(zhì)，并利用遷移、轉(zhuǎn)換污染物的方法，來實現(xiàn)凈化土地的目的。植被恢復技術(shù)最大的優(yōu)點就是既不會二次污染，也沒有損害土地上原有的環(huán)境，同時處理成本也較低。對植被恢復技術(shù)來說，也是目前使用較為普遍的生態(tài)恢復技術(shù)，它主要是通過利用植被的生長發(fā)育過程來完成植物對一些重金屬的吸收，當汲取過程完成之后，對植被進行了無害化處理，最常見的方法就是焚燒，借此來實現(xiàn)把重金屬從泥土中驅(qū)離，從而實現(xiàn)對被重金屬污染土地的恢復。

經(jīng)常使用的植物修復技術(shù)大致為：通過植株提取法，可以充分利用植物的吸收功能，將土壤中的重金屬遷移到植物的花朵和水果中，并通過集中處理來有效抑制重金屬污染物的擴散。這種方式可以有效地減少重金屬污染物的排放，從而達到環(huán)境保護的目的。

一般條件下植株對環(huán)境重金屬的吸收能力是很小的，不過有些吸收能力很強的植株吸收的重金屬含量能夠超過一般植株的幾十倍甚至上百倍。當下在全球范圍內(nèi)吸收功能很好的植物就達到近五百種，有些植物甚至可以完成對各種元素的吸收。

植物揮發(fā)法。對這些方法的實際應用來說，主要應用在存有揮發(fā)性的重金屬污染的環(huán)境上，包括對汞的曬。通過對特殊植被的合理利用，使危害環(huán)境的重金屬轉(zhuǎn)化為氣體并合理的揮發(fā)開來，由此而達到環(huán)境中重金屬物質(zhì)的減少或者消失，實現(xiàn)了重金屬土壤污染的高效處理。研究工作者們在研究中表明，利用楊麻能夠進行對土壤中三價硒離子的高效轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)為甲基硒，從而更高效的揮發(fā)掉，使重金屬土壤污染問題得以解決。

利用植物穩(wěn)定技術(shù)[5]。對此類技術(shù)來說，其原理主要是利用植物根部所產(chǎn)生的能夠與重金屬分子融合的有機酸和氨基酸等，同時又利用土壤等環(huán)境介質(zhì)的作用，進行重金屬的穩(wěn)定，并由此而達到對重金屬的遷移性的有效控制。通過這些方法的應用，盡管還無法使環(huán)境中的重金屬濃度減少，但是卻可以有效防止這種重金屬流入水體中以及其它植物和動物體內(nèi)。

利用植物與微生物融合技術(shù)。利用這種生態(tài)的技術(shù)，是讓植物與細菌以及土壤形成了一個復合生態(tài)，并且借此來完成植物對重金屬物質(zhì)的分解，在一般情況下是利用真菌來對植株根系進行腐蝕，從而產(chǎn)生了菌根，利用菌根還可以產(chǎn)生了許多種酶，并且利用蛋白酶來完成對環(huán)境中的有機物以及礦物質(zhì)的水解，而且，還可以產(chǎn)生植物荷爾蒙以及多種化學物質(zhì)，從而幫助植株的生長發(fā)育，同時也可以讓植株的抗性提高[5]。叢枝菌根真菌可以與目前人們所了解的百分之九十以上的中高等陸地植被形成共生聯(lián)系。人們已經(jīng)了解楊柳這個植物，它在生長菌根后的吸收功能獲得了有效改善。

4.2 物理修復技術(shù)

4.2.1 物理工程專項修復技術(shù)

常見技術(shù)分為：深耕翻土、換土、去表土、除客土等?？屯粒笇⑸形丛馐苤亟饘傥廴镜男峦翆油耆苍谝哑茐耐恋厣?；去地表土，指將已被破壞的表層土壤完全去除；換土，指將破壞的土層去除后，把尚未被破壞土層重新填入其中；深耕翻土，指將表層的已破壞土層重新翻到底層；在上述技術(shù)中，有前三項較適合于嚴重環(huán)境污染地區(qū)；而深耕翻土的技術(shù)工程量一般較小一點，適合于重金屬輕度污染的地區(qū)。而物理工程專項治理技術(shù)中，其更適合于受重金屬污染范圍較小的地方。如果已破壞土地的規(guī)模相對很大，不僅恢復的時間成本過大，而且已被破壞土地處理后形成全新污染的源頭，往往也很難起到治標治本的效果。

4.2.2 電動力法

將直流電、交換電流等通入被污染的土地，可以讓土地變成動力電池，在持續(xù)的高壓電流影響下，土地中的土壤重金屬物質(zhì)就會轉(zhuǎn)移到陰極的二端，以達成除去土地中有害重金屬分子的目的。而直流電動力修復法是我國率先研制出，并形成了一套在商業(yè)中應用的土地金屬離子去除技術(shù)。

4.2.3 熱脫附法

上世紀八十年代初期便已開始研究熱脫附法，是一種運用熱脫附技術(shù)對土地實行的熱處理方式，即通過讓土地升溫系統(tǒng)，使土地迅速上升，在土地的高溫環(huán)境中各類重金屬離子就會以水蒸氣的形態(tài)被揮發(fā)，并且通過收集系統(tǒng)還能夠收回、處置多種重金屬廢氣。應用在熱脫附法的處理過程中可隨時調(diào)整溫度控制。以315 ℃為臨界點，一般可以把熱脫附法分成二種形態(tài)：高溫熱脫附和與低溫熱脫附，該工藝技術(shù)在易揮發(fā)的重金屬污染土壤的恢復中具有不錯的應用效果，但缺點在于生產(chǎn)成本較高、消耗很大，且易于損傷土地的生態(tài)結(jié)構(gòu)，所以一直未能獲得普遍推廣。該方法在當時能夠高效去除污染土中的所有揮發(fā)性或半揮發(fā)性物質(zhì)，且去除效率也相當好，但是若土壤中存在較大的黏性或是不良的透氣性，土壤顆粒就會在處理中產(chǎn)生泥土結(jié)塊的問題，而造成處理效率不佳[6]。

該工藝下采用了直接或間接熱交換的方法，透過增加環(huán)境污染表面和物質(zhì)本身的高溫，使物質(zhì)迅速揮發(fā)并分散，該工藝操作過程簡便，且工藝技術(shù)比較成熟，在沒有發(fā)生物質(zhì)增量的情況，就能夠高效地對土壤中的揮發(fā)性和半揮發(fā)性物質(zhì)加以祛除。

4.3 化學修復技術(shù)

4.3.1 淋洗法

淋洗法是一種有效的液相提取分離技術(shù)，它利用溶劑與被污染的土壤中的有色重金屬物質(zhì)結(jié)合，使其熔融，從而將其轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w狀態(tài)，從而達到凈化污染的目的。淋洗法通常只適用于砂質(zhì)土壤，但是當土壤具有較高的熱滲透性時，淋洗法就不再適用，而且，由于它會破壞土壤結(jié)構(gòu)，從而大大降低了對重金屬污染物的凈化效果。

4.3.2 玻璃化工藝技術(shù)

通過高溫、高壓的條件，土地玻璃化可以有效地融化有色土壤中的重金屬化合物，并將其包裹起來，從而實現(xiàn)對重金屬污染物的有效清除。在熔化或冷卻之后，玻璃體就可以完全清除泥土中的重金屬污染物。由于采用玻璃化技術(shù)，我們能夠從根本上解決泥土中的重金屬污染問題。盡管這種方法效果顯著，但實際操作可能會比較復雜。而由于對于融化在泥土中的土壤有色重金屬，其要求也相當大，同時因為要求高溫或高壓的環(huán)境，所以維修花費相當昂貴，同時應用上也受到了一些局限。

4.3.3 原位化學氧化技術(shù)

這項技術(shù)專門針對揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機物質(zhì)進行化學處理，包括土壤廢水中的氯化物、苯系物、多環(huán)芳烴、多溴聯(lián)苯等，以及非飽和碳鍵物質(zhì)。它可以通過強氧化劑將污染物進行侵蝕和分解，從而將其轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定性較高、化學活性較低的物質(zhì)，從而達到凈化環(huán)境的目的。該方法實踐性強，能夠高效解決環(huán)境水污染，以及地下水環(huán)境污染問題，處理速度和處理效果好，不過該方法在實際使用中也會受環(huán)境理化特征和土壤種類的影響，容易出現(xiàn)不能充分氧化的情況。

在此過程中如與土壤土質(zhì)不一致，將產(chǎn)生二次污染的危害。在實際使用該項設(shè)備之前先必須對土壤受到破壞的地方加以平整，并及時清理土地表面的灰塵和障礙物，并針對具體的土壤污染問題進行現(xiàn)場測試，以確定技術(shù)參數(shù)，從而確定了打井的具體位置，以及具體技術(shù)參數(shù)。針對場地實際狀況，合理應用化學氧化制劑，并選擇使用藥劑合理投入，在此流程中可通過智能化裝置來使用與管理藥劑，改變制劑使用和投入方法，提高土壤污染防治的有效性[7]。

5 結(jié)語

由于土壤重金屬污染越來越嚴重，防治環(huán)境污染、改良土地的生態(tài)環(huán)境受到了重視?；謴捅恢亟饘傥廴镜耐恋?，實質(zhì)上是去除土地中的重金屬，或是改造重金屬在土地上的產(chǎn)生途徑，使重金屬不再對土地造成影響，從而回復土地原有的環(huán)境特性和生長特點。處理和恢復被重金屬污染的土地，是一個難度高、費時多的長期工作，必須通過各種治理技術(shù)相結(jié)合的途徑，因地制宜地建立處理措施，有效控制土地的危害。