重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)及其研究進(jìn)展

張英婷 李紫龍 蔣妮娜 李林 高然 李斌

（1 國家電投集團(tuán)遠(yuǎn)達(dá)環(huán)保工程有限公司重慶科技分公司 重慶 401122 2 重慶遠(yuǎn)達(dá)渝地環(huán)境治理有限公司 重慶 401122）

土壤環(huán)境可以為植物提供生長所需的基本的營養(yǎng)元素，但是土壤中重金屬含量超標(biāo)不利于植物的生長，會引起植物生理特征的改變。與空氣污染和水污染相比，土壤污染被稱為“無形污染”，并且更加難以修復(fù)。隨著采礦業(yè)、鋼鐵生產(chǎn)業(yè)、電鍍業(yè)等的飛速發(fā)展，造成了大范圍的土壤污染，給環(huán)境帶來了巨大的影響，威脅到人類的健康與生態(tài)環(huán)境的平衡［1］。其中以鎘、鉻、砷、汞為代表的受污染耕地約占全部耕地面積的1/5［2-3］，工業(yè)用地的土壤也存在嚴(yán)重的重金屬污染問題。在受污染的農(nóng)田上種植農(nóng)作物會使作物中積聚部分重金屬，造成作物重金屬超標(biāo)，然后通過食物鏈蓄積在人體內(nèi)，從而危害人體健康。因此，迫切需要研發(fā)出高效的修復(fù)技術(shù)［4］。目前，針對重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)主要分為生物修復(fù)技術(shù)和物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)2 大類。

1 生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)技術(shù)主要分為植物修復(fù)和微生物修復(fù)2 大類。生物修復(fù)技術(shù)可以大面積推廣且不會對土壤生態(tài)環(huán)境造成破壞，增加土壤有機(jī)質(zhì)的含量，有效避免二次污染，可以回收部分貴重金屬獲得直接經(jīng)濟(jì)效益等而受到廣泛關(guān)注。

1.1 植物修復(fù)

植物修復(fù)是通過不同的植物種類對土壤污染區(qū)域的污染物進(jìn)行固定、降解的技術(shù)。其基本原理是利用植物根系對土壤中的重金屬離子的提取能力，將其從土壤中分離出來，重金屬通過植物的代謝被分解為毒性較小的存在形態(tài)，并存貯在植物的莖和葉中［5］。目前有越來越多的超積累植物，這些植物可以在重金屬濃度較高的土壤中生存，展現(xiàn)出良好的重金屬的吸附效果，但多數(shù)超富集植物生長緩慢，富集量小，制約了植物修復(fù)法的應(yīng)用，因此有了技術(shù)改進(jìn)措施。

（1）化學(xué)強(qiáng)化措施。利用螯合劑、淋洗劑等化學(xué)藥劑將土壤中不溶性的重金屬轉(zhuǎn)化為可溶性的狀態(tài)，促進(jìn)植物對重金屬的吸附。現(xiàn)階段主要使用的螯合劑包括乙酸、檸檬酸、EDTA等，淋洗劑以生物表面活性劑作代表［6-7］。張磊等［8］向Cd 污染土壤中添加適量的EGTA 發(fā)現(xiàn)，螯合劑的加入有效地提高了棉花植株地上部分對Cd的積累量。韓廿［9］通過向重金屬污染土壤中施加螯合劑，明顯提高了植物對重金屬的提取效率，研究4種不同的螯合藥劑對4種不同的植株修復(fù)Cd 和As 復(fù)合污染農(nóng)田土壤的作用。實(shí)驗(yàn)證明不同螯合劑對各植物器官內(nèi)重金屬積累量都會產(chǎn)生一定程度的影響。

（2）植物激素強(qiáng)化措施。植物激素可以促進(jìn)植物的生長并調(diào)節(jié)其生理代謝能力，通過提高其生物量，達(dá)到改善對土壤的修復(fù)效果［7］。袁江［10］通過盆栽試驗(yàn)，向東南景天和龍葵盆栽中加入植物激素IAA 發(fā)現(xiàn)植物激素的添加有利于超富集植物的生長狀況和生物量，且能有效提高植物地上部分重金屬提取含量。

（3）農(nóng)藝強(qiáng)化措施。農(nóng)藝措施主要包括向土壤中施肥、布水控制、利用改良耕作技術(shù)等。通過肥料的施加，改善土壤pH值，達(dá)到對重金屬的活化作用，增加植物吸收的能力［7］。

1.2 微生物修復(fù)

微生物修復(fù)技術(shù)通過微生物的代謝功能來吸收、富集、減少溶解沉積土中的污染因子，然后將重金屬固定在土中或者將重金屬的價(jià)態(tài)或者毒性進(jìn)行一定程度的轉(zhuǎn)變。細(xì)菌對于土壤中重金屬具有較強(qiáng)的耐受性，例如綠膿桿菌、糞產(chǎn)堿桿菌以及銅綠假單胞菌具有較好的鎘去除能力［11］。微生物不能直接降解重金屬，其菌種接種培育較困難，效率低。因此微生物修復(fù)技術(shù)多以輔助其他技術(shù)存在［6，12］。

1.3 動植物聯(lián)合修復(fù)

單一的植物或者微生物修復(fù)方式因?yàn)槲廴疚锏亩鄻有砸约昂砍瑯?biāo)受到了限制，因此聯(lián)合修復(fù)技術(shù)被提出來。在聯(lián)合修復(fù)技術(shù)中，微生物主要通過2種方式增強(qiáng)植物對污染土壤的修復(fù)：①微生物對重金屬的吸附作用；②分泌有機(jī)酸及植物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)，促進(jìn)超富集植物對重金屬的吸收。楊揚(yáng)等［13］以吊蘭和蚯蚓聯(lián)合使用，對土壤中的重金屬Cd 進(jìn)行修復(fù)，吊蘭在修復(fù)中是主導(dǎo)因素，蚯蚓是次要因素，蚯蚓能夠改善土壤的通氣性和理化性質(zhì)。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)吊蘭-蚯蚓聯(lián)合修復(fù)具有較好的修復(fù)效果。潘偉斌等［14］發(fā)明了植物修復(fù)方法，以小飛揚(yáng)草與芽孢桿菌、假單胞菌聯(lián)合修復(fù)重金屬Pb、Cd 污染的土壤。其中芽孢桿菌與假單胞菌起到對土壤中重金屬的活化作用，促進(jìn)了小飛揚(yáng)草對重金屬的富集，改善了修復(fù)效果。

2 物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)

2.1 土壤淋洗技術(shù)

土壤淋洗浸出技術(shù)是將化學(xué)浸出劑與土壤相混合，以溶解土壤中的污染因子，將其與土壤分離，然后將浸出液回收提取出重金屬，達(dá)到污染土壤修復(fù)的1種技術(shù)。常用的淋洗劑主要包括表面活性劑、有機(jī)酸、螯合劑及絡(luò)合劑等。此技術(shù)主要適用于處理水溶性污染物、重金屬等無機(jī)化合物，技術(shù)工藝較為復(fù)雜，工期長、施工成本較高。隨著研究的深入，有了很多淋洗的技術(shù)改進(jìn)措施。

（1）淋洗助劑強(qiáng)化措施。通過淋洗劑的加入雖然可以去除大部分的重金屬污染物，但多為水溶態(tài)以及交換態(tài)的金屬離子。添加淋洗助劑可以在一定程度上去除土壤中以結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)的形式穩(wěn)定存在的重金屬離子［15］。戴竹青等［16］以Cu、Zn、Pb 和Cd 共同污染土壤為研究對象，采用還原劑鹽酸羥胺調(diào)控土壤中重金屬化學(xué)形態(tài)，以檸檬酸為淋洗劑，考察檸檬酸、鹽酸羥胺聯(lián)合淋洗對土壤重金屬的洗脫效果，發(fā)現(xiàn)加入鹽酸羥胺后，土壤重金屬洗脫率極大地增加，Pb 洗脫率提高36.2%，Cu、Zn、Pb、Cd 洗脫率分別達(dá)到了55.9%、58.3%、47.1%和47.9%。

（2）電動強(qiáng)化措施。電動技術(shù)和淋洗技術(shù)聯(lián)合修復(fù)進(jìn)一步拓寬可修復(fù)土壤的類型，通過電動作用可以有效增大電解質(zhì)的含量，促進(jìn)重金屬離子與土壤分離，可以同時(shí)固定重金屬，減少淋洗廢液的二次處理［17］。譚雪瑩等［18］針對某工業(yè)污染場地中的鉛污染土壤，采用電動和淋洗相結(jié)合的方法進(jìn)行修復(fù)，通電80 min 后，發(fā)現(xiàn)土壤中的鉛濃度由原來的（410±16）mg/kg降到（252±10）mg/kg，表明淋洗與電動聯(lián)用技術(shù)可以有效提高修復(fù)效果。

（3）超聲和微波強(qiáng)化法。通過超聲和微波的輔助方法，可以加速土壤與淋洗劑的混合與反應(yīng)，加快土壤中重金屬形態(tài)的變化［15］。熊偉等［19］采用超聲波強(qiáng)化檸檬酸淋洗修復(fù)銻污染土壤，通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)超聲波功率、超聲時(shí)間以及pH 值對淋洗效果有顯著的影響，超聲波強(qiáng)化能夠提高土壤中各種形態(tài)銻的淋出。

2.2 穩(wěn)定化技術(shù)

穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)，即向受污染的土壤中添加一定量的穩(wěn)定化藥劑，改變土壤中重金屬的理化性質(zhì)，降低重金屬的可生物利用度，從而減少外物對土壤中重金屬的吸附［20-21］。但是，這種材料僅改變了重金屬的存在形態(tài)和生物可利用度，而沒有改變土壤中重金屬的實(shí)際總量，存在重金屬再次活化的潛在風(fēng)險(xiǎn)［22］。因此需要開發(fā)出新型的“綠色、高效、經(jīng)濟(jì)、持久”穩(wěn)定化材料。張劍等［23］對比了12種不同的藥劑在鎘污染稻田上的應(yīng)用效果，發(fā)現(xiàn)堿性肥料（硅鈣鎂鉀肥）和磷酸鹽肥料（鈣鎂磷肥）可以有效減少土壤中的有效態(tài)Cd 和糙米中的Cd 含量。穩(wěn)定化藥劑可以直接將重金屬進(jìn)行固定，降低了重金屬的可生物利用度，減少農(nóng)作物對重金屬的吸收。

2.3 電動修復(fù)技術(shù)

電動修復(fù)技術(shù)是專門針對低滲透粘性土壤開發(fā)出來的1種方法，將惰性電極植入受污染土壤的兩端，以形成直流電場。通過電遷移、電滲析和電泳作用使污染因子移動到電極的兩端，然后從土壤中遷移出來，最終實(shí)現(xiàn)了土壤的修復(fù)［24］。

重金屬在土壤中主要以金屬氧化態(tài)和碳酸鹽結(jié)合態(tài)存在，若用單一的電動修復(fù)技術(shù)很難活化和轉(zhuǎn)移此類重金屬。因此，研究者從提高重金屬遷移能力、多種技術(shù)聯(lián)合使用等方面對電動強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了研究［17］。薛浩［25］以某鉻渣存儲區(qū)場地中的污染土壤作為實(shí)驗(yàn)對象，利用酸化的方式強(qiáng)化電動修復(fù)技術(shù)對土壤進(jìn)行修復(fù)后發(fā)現(xiàn)，此技術(shù)可以顯著提高鉻污染土壤中鉻的去除率，六價(jià)鉻去除率最大提升了58.65%。通過添加酸液，可以使重金屬以各種可提取態(tài)為在土壤中的主要存在形式，從而降低土壤中殘留鉻的生物利用度。

2.4 客土、換土法

客土法即在污染土壤中添加1 層未污染的土壤與原土壤混合，降低土壤中重金屬的含量。換土法是指去除表面上的受重金屬污染的土壤，并用干凈的土來代替。通過低滲透粘土層隔離鎘污染。此方法見效快、效果好，多與植物修復(fù)技術(shù)聯(lián)用，主要缺點(diǎn)在于工程量較大、投資較高，并且容易降低土壤中的肥力等。

3 結(jié)論和展望

目前，土壤的修復(fù)方式多樣，中國傳統(tǒng)的理化修復(fù)技術(shù)相對成熟，但還存在一定的局限性，如會破壞土壤的理化性質(zhì)，修復(fù)后的部分土壤無法繼續(xù)回填，導(dǎo)致土壤肥力下降，這將嚴(yán)重影響生態(tài)環(huán)境。而利用生物修復(fù)技術(shù)，具有經(jīng)濟(jì)效益高、發(fā)展前景好、適用范圍廣的優(yōu)點(diǎn)。在實(shí)操過程中，要求結(jié)合重金屬污染土壤的性質(zhì)與未來土地的規(guī)劃及利用類型，制定最合適的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)方案，以達(dá)到對重金屬污染土壤的修復(fù)目的。