重金屬污染土壤的修復技術

楊燦

（武漢工程大學 化學與環(huán)境工程學院，湖北 武漢430205）

1 概述

隨著地球上各種礦產(chǎn)資源的綜合開發(fā)利用、工業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展、各種化學產(chǎn)品、農(nóng)藥及化肥的廣泛使用，重金屬元素通過各種途徑進入土壤中，造成日益嚴重的重金屬污染。2014 年環(huán)境保護部及國土資源部聯(lián)合發(fā)布的全國土壤污染狀況調(diào)查公告[1]中指出，鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳8 種重金屬點位超標率分別為7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%。重金屬在土壤中的累積不僅會造成土壤污染，還可以通過氣- 土交換及地表徑流等方式導致大氣、地表水和地下水等環(huán)境質(zhì)量惡化，降低農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，并通過食物鏈途徑危害人們的健康。據(jù)報道，我國約有3 億畝耕地被污染，每年因土壤重金屬污染而損失的糧食作物約1200 萬噸[2]。據(jù)孫寧[3]統(tǒng)計，十二五期間發(fā)生的重大特大重金屬污染事件三十起，已經(jīng)給人們的生命安全造成極大的危害。本文系統(tǒng)地介紹目前主流的重金屬污染土壤修復的技術，以期對重金屬污染土壤的修復提供一定現(xiàn)實依據(jù)。

2 土壤重金屬污染的修復方法

2.1 物理修復

重金屬污染物理修復法是指用物理的方法對土壤中的重金屬進行治理，以降低其對土壤環(huán)境的影響。主要包括客土、換土、深耕翻土、隔離等方法。前三種方法均具有徹底、穩(wěn)定的優(yōu)點，但是具有明顯的劣勢，例如工程量龐大、投資成本高，易對土壤結構造成破壞，致使土壤肥力下降等。隔離法主要是使用價格便宜的水泥對污染區(qū)域進行隔離，雖然簡單易行，但也只適用于小面積重金屬污染土壤的修復。

整體上說，物理方法效果較好，操作簡單周期小，基本無二次污染，但是影響土壤肥力，且不適用于大面積重金屬污染土壤的修復。

2.2 生物修復

生物修復技術主要是指利用特定的生物來消減、改良和凈化土壤中的重金屬或降低土壤重金屬的毒性，以此來恢復生態(tài)效應的生物措施，生物修復技術主要包括微生物修復、植物修復和動物修復。

微生物法具有良好的發(fā)展?jié)摿Γ蚱鋫€體很小，存在難以分離的技術問題，多數(shù)微生物方法主要停留在實驗室研究階段或田間試驗階段，工程應用案例極少。雖然植物修復成本低且無二次污染，但修復周期過長。此外，動物修復方法不適用于修復高濃度重金屬污染土壤，且有待于尋找出更多可用的動物種類。

2.3 化學修復

2.3.1 電動修復

在電場作用下，土壤中的重金屬和其他離子以電遷移、電滲流或電泳的方式向電極陰陽兩端移動，然后集中處理兩端的污染物，從而達修復土壤。目前，在電場模型建立、機理及全過程、池體設計等放方面進行深入研究。Gent 等[4]使用檸檬酸將陰極pH 維持在4，經(jīng)過6 個月的處理后，結果表明，Cr 的去除率為78%，Cd 的去除率為70%，低于土壤背景值。

電動修復不破壞土壤結構，且未引入二次污染物，但技術成熟度低，適用于小面積、多種類型污染、低滲透性的粘土和淤泥土。

2.3.2 淋洗修復

土壤淋洗是利用無機溶液、螯合劑和表面活性劑等淋洗液把土壤固相中的污染物轉(zhuǎn)移到土壤液相中去，再把富含污染物的淋洗液水進行回收處理，達到去除土壤中污染物的目的。該方法的關鍵在于尋找既能提取不同形態(tài)的重金屬，又不破壞土壤結構的一種淋洗液。Moutsatsou 等[5]對比HCl、H2SO4和HNO3對受As、Cu、Pb、Zn 污染土壤的淋洗效果，發(fā)現(xiàn)HCl 的效果最好。

雖然淋洗修復能夠有效地去除土壤中的重金屬，但是很難選擇到一種合適的淋洗液。

2.3.3 穩(wěn)定/固化修復

穩(wěn)定/固化修復主要通過加入化學物質(zhì)與土壤中重金屬形成不溶性或難溶性、毒性小的物質(zhì)，降低其在土壤中的生物有效性和遷移性。目前，已有大量的文獻資料報導不同的固定劑在去除土壤重金屬方面的應用，如多種金屬氧化物、石灰類、磷酸鹽類、黏土礦物、有機質(zhì)等物質(zhì)。關鍵之處在于尋找價格低廉且環(huán)境友好的改良劑。Liu 等[6]研究發(fā)現(xiàn)石灰能使土壤中可溶態(tài)的Pb、Cd 和Zn 的活性降低，減少大米和豆子對重金屬的吸收。Yang 等[7]將脫硫石膏加入受Pb 和Cd 污染的土壤中，該鈍化劑使土壤中Pb 和Cd 浸出含量分別減少52.7%和30.5%。

穩(wěn)定/固化修復方法操作簡單，技術較為成熟、成本相對較低且周期短，但此種方法只改變了土壤中重金屬的賦存形態(tài)，并未將其去除，當土壤理化性質(zhì)發(fā)生變化時，容易再度活化產(chǎn)生二次污染。

2.4 農(nóng)業(yè)調(diào)控修復

農(nóng)業(yè)調(diào)控修復主要是因地制宜地變換作物品種、調(diào)整耕作制度、選擇能降低土壤重金屬毒性的化肥等措旋，來降低土壤重金屬污染。蔣成愛等[8]研究發(fā)現(xiàn)，將東南景天與玉米和大豆間作，東南景天地上部分對Cd、Pb、Zn 三種重金屬的吸收總量為單作的1.68～1.87 倍，并且玉米對Cd、Zn 的吸收降低較為明顯。焦鵬等[9]室內(nèi)盆栽試驗發(fā)現(xiàn)氮肥（NH4Cl）和鉀肥（KCl）能增加玉米對土壤中Cd、Pb 的吸收。

在具體的修復操作中，應因地制宜地選擇合適的施肥、搭配種植等農(nóng)業(yè)措施，提高修復效率。技術成熟、成本低、無二次污染風險，但周期長且效果有限。

3 結論

目前，大部分的土壤修復方法已經(jīng)實現(xiàn)工程化，對于土壤污染的復雜性，物理、化學、農(nóng)業(yè)調(diào)控相結合的方法應用較為廣泛，在實際應用中，我們應該充分考慮各種方法的優(yōu)缺點，取長補短，以此達到高效率、低消耗且相對環(huán)境友好的效果。