重金屬污染土壤的生物修復技術研究

葛貴惠

（蚌埠市環(huán)境監(jiān)察支隊安徽蚌埠233000）

重金屬污染土壤的生物修復技術研究

葛貴惠

（蚌埠市環(huán)境監(jiān)察支隊安徽蚌埠233000）

污染土壤的修復是以除污染、復質量、再利用、保生態(tài)為目的的，“萬物土中生”，土壤質量決定萬物的質量。本文綜述了土壤中重金屬污染來源，詳細闡述了污染土壤生物修復技術的類型及作用特點，以期為重金屬污染土壤的修復提供借鑒和參考。

土壤修復；重金屬；生物技術；植物；微生物

近年來，隨著產(chǎn)業(yè)結構調整與升級，落后企業(yè)逐漸被淘汰或搬遷，則遺留了大量高污染風險場地，帶來的環(huán)境風險也日趨嚴重，如常州外國語學校自搬新址后，493名學生檢出皮炎、血液指標異常，受污地塊上曾是三家化工廠。土壤污染具有累積性、滯后性、隱蔽性和不可逆性的特點，修復技術研究迫在眉睫。

1　幾種典型的土壤污染問題

1.1工礦企業(yè)重金屬累積

含重金屬的煙塵、廢氣，通過自然沉降和雨淋進入土壤；廢水直排使得廠礦周邊土壤重金屬富積；工業(yè)固廢露天堆放或處理過程中，重金屬以輻射狀、漏斗狀向周圍土壤擴散，含量和形態(tài)分布特征受廢棄物種類和釋放率的影響,如鉻渣堆放區(qū)的Cd、Hg、Pb為重污染,Zn為中度污染,Cr、Cu為輕污染。

1.2交通運輸

道路兩側土壤污染主要來自汽車含鉛汽油燃燒及輪胎磨損產(chǎn)生粉塵，以Pb、Zn、Cd、Cr、Cu等為主。研究表明，汽車尾氣中含Pb量多達20μg/L～50μg/L。公路兩側土壤50m的距離累積的易溶性污染物在4～40g/月·m3，污染元素以道路為中心呈條帶狀分布，隨著距公路距離增大，重金屬含量快速降低，到距50m左右的地方，重金屬含量基本降低到背景值。

1.3農藥、化肥等的使用

施用含汞、鎘、砷等農藥和不合理施肥，都將導致土壤中重金屬污染。一般過磷酸鹽中含較多重金屬，磷肥次之，氮肥和鉀肥含量較低，但氮肥中鉛含量最高，Cd、As污染嚴重。農用薄膜生產(chǎn)應用的熱穩(wěn)定劑中含Cd、Pb，在大量使用塑料大棚和地膜過程中都可以造成土壤重金屬污染。

1.4搬遷企業(yè)原址重金屬污染

經(jīng)對某搬遷化工廠原址調查，對多個表層土壤樣品中的重金屬(Cu，Pb,Cr,Zn,Ni和Cd)總量測試分析，發(fā)現(xiàn)搬遷區(qū)土壤重金屬除Zn、Ni外其它重金屬平均含量均超過其背景值,其中Cd含量是其背景值的320倍,Pb是背景值的1.8倍。重金屬的富集順序為Pb＞Cr＞Zn＞Cd＞Cu＞Ni。

2　污染土壤的生物修復技術

重金屬污染土壤的修復主要有三種途徑：一是改變重金屬的存在形態(tài)。二是利用特殊植物或動物吸收土壤中的重金屬或用工程技術將重金屬變?yōu)榭扇軕B(tài)、游離態(tài)，降低在環(huán)境中的遷移性；三是從土壤中去除。生物修復具有處理費用低、效率高等優(yōu)點，分為微生物修復、動物修復和植物修復三種類型。

2.1微生物修復

即利用微生物作用對進入土壤環(huán)境中難降解物質如大分子有機污染物、重金屬等進行治理。

2.1.1泵出生物法

挖出的土壤加水制成漿狀，與降解微生物和營養(yǎng)物質在反應器中混合，添加適量的表面活性劑或分散劑從而促進降解。該法要嚴格控制條件以利于泥漿中有機污染物降解，處理后的泥漿需脫水處理。主要適用于處理污染時間較長、狀況已基本穩(wěn)定或受污面積較大的地區(qū)。

2.1.2生物堆制法

基于處理床技術的異位生物處理過程，使土堆內的條件最優(yōu)化，將挖出的污染土壤堆成長條形的靜態(tài)堆，通過安裝有噴淋營養(yǎng)物的管道，添加必要的養(yǎng)分和水分，必要時加入適量表面活性劑。加拿大魁北克省曾采用此法對污染土壤示范性處理，約500m3的污染土壤被轉移到一個清潔瀝青臺上，由于污染土為黏質土，堆制時混入泥炭和木屑以改善通透性和結構并定期添加養(yǎng)分。34周后，72%以上的石油烴被降解，添加泥炭和木屑顯著提高了降解率。

2.1.3土地耕作法

原位土地耕作是通過耕翻土壤，淋灑營養(yǎng)物、水及降解菌株接種物，定期翻動充氧，以提高土壤微生物的活性，促進污染物降解。處理過程產(chǎn)生的滲濾液再回淋于土壤。異位土地耕作法指將污染土壤挖掘搬運到非透性墊層和砂層上，將污染土壤以10cm～30cm厚度均勻平鋪，通過耕作方式使污染土壤與表層土壤混合，促進降解。

2.1.4生物通風法

生物通風法是將受污土壤中打井，新鮮空氣導入不飽和土層中，增強土著細菌的活性，促進土壤中有機污染物的降解，通空氣時有時需加一定量NH3或營養(yǎng)液，為土壤中降解菌提供氮素營養(yǎng)。生物通氣主要通過土壤的生物活化作用促使污染物以蒸氣的形式揮發(fā)。

2.2動物修復技術

動物修復技術是利用土壤動物群通過直接吸收、轉化和分解或間接改善土壤理化性質，提高土壤肥力，促進植物和微生物的生長等作用而修復土壤污染的過程。土壤動物占據(jù)著不同的生態(tài)位，在土壤生態(tài)系統(tǒng)中起著分解有機質、熟化土壤、保持土壤持水性和通透性等作用，一般平均每克土中含有原生動物數(shù)量可達10000～40000個以上，而土壤后生動物群落主要有線蟲、蜈蚣、千足蟲、蚯蚓、白蟻等。其中線蟲和蚯蚓是非常重要的兩種土壤動物，前者數(shù)量巨大，繁殖快，世代短，后者蚯蚓體內能攜帶各種微生物，將蚯蚓引入土壤中，可提高土壤中活性微生物量，而微生物生物吸附、富積及代謝活動都將影響重金屬形態(tài)的變化，是改良土壤、提高肥力、改善土壤通氣性透水性的能手。

研究表明，蚯蚓的鉆洞行為可使土壤的空氣含量從8%提高到30%，土壤孔隙率從30%提高到60%。向污染土壤中引入蚯蚓，蚯蚓吞食的土壤經(jīng)蚯蚓體內豐富的酶系統(tǒng)作用后形成顆粒狀的泥土—蚓糞，每年經(jīng)消化道排出量約8 t/hm～12t/hm，這些顆粒物以及蚯蚓本身運動對土壤的機械作用有助于分解土壤有機土，提高土壤DOC含量，促進土壤重金屬從殘渣態(tài)向有效態(tài)轉變，并能提高多氯聯(lián)苯(PCBs)降解菌的傳播，促進土壤中聯(lián)苯降解菌種群數(shù)量的增加，能促進植物生長，被稱為“土壤生態(tài)系統(tǒng)工程師”，對維持土壤生態(tài)系統(tǒng)功能有不可替代的作用。

2.3植物修復技術

植物修復技術是利用某些植物能忍耐和超量累計某種重金屬和有機物污染的特性來清除土壤中的污染物。

2.3.1植物提取作用

通過植物根系吸收污染物并將污染物富集于植物體內，通過吸收運轉而后將植物體收獲、集中處置。適于重金屬污染土壤。植物提取土壤重金屬的效率取決于植物本身的富集能力、植物可收獲部分的生物量及土壤條件(如土壤質地、酸度、肥力、金屬種類及形態(tài)等)。超富集植物通常生長緩慢，生物量低，根系淺。因此盡管植物體內金屬含量可以很高，但從土壤中吸收走的金屬總量未必高，這影響了植物提取修復的效率。

2.3.2植物穩(wěn)定化作用

指通過根系的吸收和富集、根系表面的吸附使土壤中污染物轉化為相對無害物質，或利用植物或植物根系保護污染物使不因風、侵蝕、淋溶以及土壤分散而遷移的穩(wěn)定化作用。植物穩(wěn)定化作用可通過根際微生物活動、根際化學反應或污染物的化學變化而起作用。根系分泌物或根系活動產(chǎn)生的二氧化碳會改變土壤pH，植物固定作用可以改變金屬的溶解度和移動件或影響金屬與有機化合物的結合，受植物影響的土壤環(huán)境可以將金屬從溶解狀態(tài)變?yōu)椴蝗芙鉅顟B(tài)。植物穩(wěn)定化作用可通過吸附、沉淀、絡合或金屬價態(tài)的變化而實現(xiàn)。在銅脅迫試驗中，海洲香薷中的分布特征為：根系＞葉片＞莖稈。海洲香薷和紫花香薷對土壤銅、鋅、鉛符合污染都具有很強的耐性，地上部分銅、鋅、鉛等重金屬含量在植物生長期呈現(xiàn)動態(tài)變化，但植物地上部重金屬積累量保持增加趨勢。

2.3.3植物揮發(fā)作用

指污染物被植物吸收后，在植物體內代謝運轉，然后以污染物形態(tài)向大氣釋放的過程。在植物體內，植物揮發(fā)過程可能與植物提取和植物降解過程同時進行并相互關聯(lián)。植物揮發(fā)作用對某些金屬污染的土壤有修復效果。目前主要用于汞、硒重金屬污染土壤。

2.3.4植物降解作用

通過植物根系分泌物與根際微生物聯(lián)合降解污染物的生物化學過程，主要處理復雜有機物。

3　結語

理論的研究終歸是要投入實踐。各種技術在作用原理、局限性、經(jīng)濟效益及生態(tài)效益方面均存在各自優(yōu)劣，且生物修復對環(huán)境需求如土壤性質、溫度、pH、營養(yǎng)條件等較嚴格。因此，受污土壤工程修復時，需要我們在實踐過程中不斷調整，找到一個最佳的條件，合理選擇修復技術，優(yōu)化組合修復工藝。

[1]楊勇,何艷明.國際污染場地土壤修復技術綜合分析[J].環(huán)境科學與技術.2012,(10).

[2]王輝,劉國良,許建軍.某電鍍廠重金屬污染土壤治理措施探討[A].中國環(huán)境科學學會學術年會論文集,2013,5.

[3]鄭強.鉛鎘污染土壤的生物修復技術研究[D].吉林農業(yè)大學, 2012.

葛貴惠（1981—），女，安徽鳳臺人，本科，環(huán)境保護工程師。主要研究方向：流域生態(tài)環(huán)境及污染防治，工業(yè)廢水處理與資源化。