重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)研究

魏語嫣

（湖南省農(nóng)藥檢定所，湖南 長沙 410000）

1 重金屬污染土壤的物理修復(fù)技術(shù)

1.1 客土法

客土法也被稱作為換填法，是將重金屬污染物濃度較高的表層土壤進(jìn)行挖方處理，將所挖掘土體在指定區(qū)域進(jìn)行堆置，在坑內(nèi)回填相似土質(zhì)的未受污染的土壤，從而解決土壤重金屬污染問題，對(duì)植物提供良好的生長環(huán)境。與其他土壤修復(fù)技術(shù)相比，客土法具有工藝簡單、工期短、治理效果顯著的優(yōu)勢，可以直接將土壤中的重金屬含量下調(diào)至安全范圍內(nèi)。但是，客土法的土壤修復(fù)成本較為高昂，修復(fù)成本與土壤換填深度保持正比關(guān)系，在土壤換填深度超過一定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，需要準(zhǔn)備大量的與原土壤理化性質(zhì)相似的清潔土壤，土壤采購運(yùn)輸成本居高不下。因此，客土法主要被用于處于污染程度較為輕微、重金屬污染物集中分布在淺層地表的污染土壤。此外，在應(yīng)用客土法時(shí)，為避免造成生態(tài)環(huán)境的二次破壞，還需要對(duì)置換下來的原土壤進(jìn)行治理，清除土壤中的重金屬成分[1]。

1.2 熱力恢復(fù)法

熱力恢復(fù)法是憑借高頻電壓作用，使用高頻電對(duì)受污土壤進(jìn)行加熱處理，在高溫條件下，土壤中含有的重金屬物質(zhì)將產(chǎn)生揮發(fā)反應(yīng)，使用相應(yīng)裝置對(duì)揮發(fā)形成的有害氣體進(jìn)行收集，即可在一定程度上緩解土壤的污染程度。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況來看，在應(yīng)用熱力恢復(fù)法時(shí)，保持270℃高溫對(duì)土壤加熱2h，即可將土壤中的汞去除率保持在50%以上。但是，熱力恢復(fù)法存在應(yīng)用局限性，一方面，無法有效去除土壤中分布的鉀、氮、磷等種類的重金屬物質(zhì)，且土壤修復(fù)效果受到土層透水透氣性、加熱溫度、土壤含水率、加熱時(shí)間等多方面因素影響，修復(fù)效果不穩(wěn)定。另一方面，熱力恢復(fù)法是對(duì)土壤中重金屬物質(zhì)形態(tài)的轉(zhuǎn)變，如果沒有采取額外的技術(shù)措施來處理有害氣體，將造成大氣污染。

1.3 深耕翻土法

針對(duì)整體污染程度較為輕微，且淺層重金屬含量高于深層的受污土壤，可選擇采取深耕翻土法，對(duì)土壤進(jìn)行深耕處理，將表層土壤中的一部分重金屬物質(zhì)混合至深層土壤，以此來減輕表層土壤的受污程度，避免對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與土壤使用造成過度影響。同時(shí)，考慮到深層土壤中的有機(jī)質(zhì)含量較低，可選擇在深耕過程中添加適量的有機(jī)肥，以此來恢復(fù)土壤肥力。此外，針對(duì)受污嚴(yán)重的局部土壤，還可選擇采取隔離包埋法，在土壤底部與四周設(shè)置隔離墻體，避免局部土壤中的重金屬污染物通過地表徑流滲入周邊土壤與河流水域。

1.4 電動(dòng)修復(fù)法

電動(dòng)修復(fù)法是在受污土壤中分別插入陰極與陽極，構(gòu)建低功率直流電場，在通電條件下，土壤修復(fù)區(qū)域內(nèi)的重金屬離子將出現(xiàn)定向移動(dòng)現(xiàn)象，在極區(qū)內(nèi)富集，采取沉淀與離子交換等措施，去除土壤中絕大多數(shù)的重金屬離子，實(shí)現(xiàn)土壤修復(fù)目的。與其他修復(fù)技術(shù)相比，電動(dòng)修復(fù)法具有處理成本低和不造成二次污染的技術(shù)優(yōu)勢[2]。

2 重金屬污染土壤的化學(xué)修復(fù)技術(shù)

2.1 化學(xué)改良修復(fù)法

在受污土壤中加入適量的抑制劑與改良劑，如磷酸鹽、鈣鎂磷肥、草酸等，在化學(xué)物質(zhì)與土壤接觸過程中，將產(chǎn)生沉淀、吸附、離子拮抗等一系列的化學(xué)反應(yīng)，去除土壤中的重金屬離子。其中，在沉淀反應(yīng)期間，添加適量的堿性肥料與有機(jī)肥料，起到控制土壤氧化還原電位與提高pH值的作用，將土壤中的重金屬離子沉淀為硫化物，避免土壤中的植物體吸收過量的重金屬物質(zhì)。在吸附反應(yīng)期間，添加適量吸附性物質(zhì)以及有機(jī)質(zhì)，對(duì)土壤中的重金屬離子進(jìn)行吸附處理，將污染物質(zhì)吸附在吸附劑上。隨后，將吸附劑取出，即可明顯減少土壤中的重金屬離子濃度，緩解土壤污染程度。而在離子拮抗反應(yīng)期間，憑借重金屬離子間的拮抗作用，在土壤中噴灑適當(dāng)品種的化學(xué)溶劑，抑制植物生長期間對(duì)土壤中重金屬物質(zhì)的攝取[3]。

2.2 淋洗修復(fù)法

淋洗修復(fù)法是向受污土壤中澆灌適量的化學(xué)淋洗液，淋洗液與土壤接觸過程中，將在一定程度上改變土壤特性，如重金屬物質(zhì)吸附特性、酸堿特性與界面張力等，將重金屬離子的溶解度保持在一定程度內(nèi)，重金屬物質(zhì)呈現(xiàn)乳液狀態(tài)，通過遷移沖洗方式來去除重金屬污染物。與其他土壤修復(fù)技術(shù)相比，化學(xué)淋洗修復(fù)法的工藝流程較為簡單，可以在短時(shí)間內(nèi)取得預(yù)期的處理效果，但是，化學(xué)淋洗液的用量較大，容易造成環(huán)境二次污染，并使得土壤中含有的營養(yǎng)物質(zhì)大量流失，存在應(yīng)用局限性。因此，在實(shí)際應(yīng)用期間，此項(xiàng)技術(shù)主要被用于修復(fù)污染程度過高的局部土壤，并不具備修復(fù)大面積受污土壤的技術(shù)條件。此外，在應(yīng)用化學(xué)淋洗修復(fù)法時(shí)，為減小對(duì)周邊生態(tài)環(huán)境與土壤養(yǎng)分造成的影響，盡可量使用具備生物可降解性與土壤破壞程度輕微的淋洗劑。例如，使用茶皂素制成的生物表面活性劑，這類淋洗劑的毒性較低，并不會(huì)明顯改變土壤原有的理化性質(zhì)[4]。

3 重金屬污染土壤的生物修復(fù)技術(shù)

3.1 微生物修復(fù)法

微生物修復(fù)法是在受污土壤中投放假單胞桿菌、褐色小球菌、芽孢桿菌等微生物，在微生物生長繁殖過程中，持續(xù)對(duì)受污土壤中的重金屬污染物進(jìn)行吸附、富集、溶解沉淀、氧化還原反應(yīng)，在不改變土壤原有理化性質(zhì)的前提下，實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬污染物遷移態(tài)的改變。而微生物修復(fù)受污土壤的主要方式為三種，持續(xù)將受污土壤中分布的重金屬離子吸附到微生物帶正電荷細(xì)胞表面，通過代謝期間形成的低分子量有機(jī)酸與重金屬離子結(jié)合來使得重金屬污染物溶解，以及通過氧化還原反應(yīng)來轉(zhuǎn)變重金屬離子價(jià)態(tài)。與其他土壤修復(fù)技術(shù)相比，微生物修復(fù)法具有成本低廉、節(jié)能環(huán)保、可用于原位修復(fù)的技術(shù)優(yōu)勢，是當(dāng)前應(yīng)用最為常見的技術(shù)手段。

為充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，取得理想的土壤修復(fù)效果，工作人員需要提前做好土質(zhì)調(diào)查工作，根據(jù)受污土壤中各類重金屬離子的濃度，合理選擇微生物品種。例如，針對(duì)銅、鉛、鎘重金屬含量超標(biāo)的土壤，可選擇在土壤中投放叢枝菌根真菌，該菌種在生長繁殖過程中，憑借所產(chǎn)生分泌物的螯合作用以及菌絲固持作用，通過根外菌絲持續(xù)吸附受污土壤中含有的重金屬污染物質(zhì)，同時(shí)，菌體內(nèi)的泡囊具有固持金屬與抑制重金屬離子向地上植物遷移的效果。根據(jù)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果得知，與煙草根系相比，對(duì)鎘的富集能力提升10倍以上。

3.2 動(dòng)物修復(fù)法

動(dòng)物修復(fù)法是在受污土壤中投放蚯蚓、老鼠、線蟲等動(dòng)物，動(dòng)物在生長過程，將對(duì)受污土壤中的重金屬污染物進(jìn)行富集處理，隨后，工作人員組合采取收取蚯蚓殘留糞便等方法，去除土壤中富集后的重金屬污染物即可。隨著時(shí)間推移，土壤中的重金屬離子濃度將持續(xù)降低，直至達(dá)到安全范圍。

在制定動(dòng)物修復(fù)技術(shù)方案時(shí)，應(yīng)根據(jù)土壤中重金屬離子的濃度和土壤治理目的，從修復(fù)周期、動(dòng)物馴養(yǎng)時(shí)間成本、動(dòng)物活動(dòng)時(shí)間、重金屬物質(zhì)富集效果等多個(gè)維度進(jìn)行綜合分析，選擇與之匹配的動(dòng)物品種。例如，在土壤治理目的為改善土壤透水透氣性和恢復(fù)土壤肥力時(shí)，優(yōu)先選擇投放蚯蚓，蚯蚓在活動(dòng)過程中起到與土壤深耕相似的作用，并在殘留糞便中富集重金屬物質(zhì)。此外，根據(jù)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用情況與相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果來看，如果僅采取動(dòng)物修復(fù)技術(shù)，雖然可以在前期取得良好的土壤修復(fù)效果。但是，隨著時(shí)間推移，在動(dòng)物活動(dòng)一段時(shí)間后，土壤修復(fù)效果將出現(xiàn)明顯的減弱現(xiàn)象，重金屬去除效率有所降低，難以完成高濃度重金屬污染土壤的修復(fù)任務(wù)。

3.3 植物修復(fù)法

植物修復(fù)法是在重金屬污染土壤上直接種植特定品種的綠化植物，植物在生長過程中，通過根系持續(xù)吸收土壤中的重金屬污染物，將重金屬離子富集在植物莖葉上。隨后，工作人員定期收割植物莖葉等重金屬富集部位，或是栽種全新的綠化植物即可。長期以往，受污土壤中的重金屬離子濃度將持續(xù)降低，最終實(shí)現(xiàn)土壤修復(fù)目標(biāo)。與其他土壤修復(fù)技術(shù)相比，植物修復(fù)法的治理周期較長，難以在短時(shí)間內(nèi)完成修復(fù)任務(wù)，但其具有成本低廉、節(jié)能環(huán)保、無二次污染、易于控制、水土保持等優(yōu)勢，還具備一定的景觀價(jià)值，在受污土壤修復(fù)完成投入使用前，可以將其作為綠化系統(tǒng)的一部分，發(fā)揮著改善生態(tài)環(huán)境自凈能力與景觀觀賞的額外作用。此外，植物修復(fù)法的適用范圍較廣，在受污土壤中栽種不同品種綠化植物時(shí)，可以去除特定種類的重金屬污染物。例如，在土壤中栽種蜈蚣草時(shí)，將高效去除土壤中的鎘、砷重金屬物質(zhì)。在土壤中栽種紫葉花笤時(shí)，高效去除土壤中的鋅、鉛重金屬物質(zhì)。

4 重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用建議

4.1 應(yīng)用聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況來看，單一的土壤修復(fù)技術(shù)存在應(yīng)用局限性，難以在限定時(shí)間內(nèi)完成土壤修復(fù)任務(wù)，或是不具備大規(guī)模推廣應(yīng)用的技術(shù)條件。例如，客土法僅使用于處理受污程度較為輕微的土壤，化學(xué)淋洗修復(fù)法易造成生態(tài)環(huán)境二次污染，動(dòng)物修復(fù)法的后期治理效果較差。針對(duì)這一問題，為突破土壤修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用局限性，工作人員應(yīng)結(jié)合實(shí)際的土壤修復(fù)需求與受污情況，應(yīng)用聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)土壤修復(fù)技術(shù)的優(yōu)勢互補(bǔ)。

例如，應(yīng)用化學(xué)-植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，首先，在受污土壤中栽種適當(dāng)品種的綠化植物，通過植物根系吸收，將土壤中的重金屬離子富集到植物莖葉，定期對(duì)植物莖葉進(jìn)行收割，或是栽種其他品種植物來吸收其他種類的重金屬物質(zhì)。其次，在植物修復(fù)效果減弱后，采取化學(xué)淋洗修復(fù)法，向土壤中澆灌少量的化學(xué)淋洗劑，通過控制用量，既可以減輕對(duì)土壤理化性質(zhì)的改變程度，避免土壤養(yǎng)分過度流失，同時(shí)，還可以進(jìn)一步去除土壤中殘留的重金屬物質(zhì)。根據(jù)油葵與化學(xué)淋洗劑結(jié)合修復(fù)試驗(yàn)結(jié)果來看，如果僅在土壤中栽種油葵，Cd的平均吸附效率在60%-70%區(qū)間，而在植物吸附前提下采取化學(xué)淋洗修復(fù)技術(shù)時(shí)，可以將Cd平均去除率提升至95%左右。

4.2 修復(fù)效果評(píng)價(jià)

考慮到重金屬污染土壤的實(shí)際修復(fù)效果受到技術(shù)選擇、修復(fù)周期、土壤含水率、重金屬環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)值、土質(zhì)成分等多方面因素影響，土壤修復(fù)效果存在不確定性，導(dǎo)致修復(fù)技術(shù)優(yōu)勢未得到充分發(fā)揮，如果將處理后的土壤直接投入使用，將存在安全隱患，容易危及人體健康，造成生態(tài)環(huán)境的二次破壞。因此，在應(yīng)用土壤修復(fù)技術(shù)時(shí)，工作人員需要定期開展實(shí)際考察工作，深入了解土壤修復(fù)效果，在其基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)并解決方土壤修復(fù)方案中存在的技術(shù)性問題，以及在必要情況下采取全新的修復(fù)技術(shù)手段。如此，既可以取得理想的土壤修復(fù)效果，還可以持續(xù)積累土壤修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)技術(shù)缺陷不足，實(shí)現(xiàn)對(duì)技術(shù)應(yīng)用體系的優(yōu)化改進(jìn)。

5 結(jié)語

綜上所述，在重金屬污染土壤修復(fù)項(xiàng)目中，為全面提升項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益與環(huán)境效益，需要從生態(tài)學(xué)角度出發(fā)，結(jié)合土壤污染情況與治理目標(biāo)，合理選擇土壤修復(fù)技術(shù)種類，深入了解各項(xiàng)土壤修復(fù)技術(shù)的適用范圍與各自優(yōu)勢，采取聯(lián)合修復(fù)技術(shù)來突破單一技術(shù)的局限性，確保土壤修復(fù)方案切實(shí)可行。