土壤重金屬污染及修復技術研究

摘要：土壤重金屬污染是當前人類面臨的最嚴峻的環(huán)境問題之一。概述了我國重金屬污染土壤的現(xiàn)狀及不同的修復技術，并對各修復技術進行分析，指出其優(yōu)缺點。對土壤重金屬污染修復技術的未來發(fā)展作了展望，為今后進一步開展土壤重金屬污染修復的研究工作提供參考。

關鍵詞：土壤重金屬污染、修復技術

土壤是全人類賴以生存的最重要自然資源之一， 也是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)重要的組成部分。隨著工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的快速發(fā)展，全國土壤重金屬污染問題越發(fā)突出。攜帶大量重金屬離子的工業(yè)、生活污水排向河道、耕地以及農(nóng)用化肥、除草劑等的過量使用、金屬礦山的無序開采、礦石的冶煉、工業(yè)固體廢物、醫(yī)療廢物以及生活垃圾的隨意傾倒，這些都是造成土壤重金屬污染現(xiàn)狀的罪魁禍首。重金屬在土壤中不易隨水淋溶，難被生物降解，具有明顯的生物富集表征，有隱蔽性、不可逆性、普遍性、長期性、表聚性等顯著特點[1-2]， 如果土壤中的重金屬含量積累超過了其自凈承載凈化能力時，就會對地上植物和地下土壤微生物產(chǎn)生毒害，這不僅會造成農(nóng)作物的產(chǎn)量和質量品質的下降，還通過一定的生物鏈影響農(nóng)副產(chǎn)品的食用安全，土壤的重金屬污染問題已經(jīng)引起了全世界的廣泛重視。對土壤重金屬污染的各種修復技術研究也成為當前環(huán)保工作者研究的熱門課題之一。

1 土壤重金屬污染現(xiàn)狀

根據(jù)農(nóng)業(yè)部環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示目前我國有超過10% 的耕地受到重金屬污染，每年糧食減產(chǎn)約1000萬噸， 受重金屬污染導致不能食用的糧食也達1200萬噸，造成至少200億元的經(jīng)濟損失。對全國糧食調(diào)查發(fā)現(xiàn)，重金屬Pb、Cd、Hg、As超標率占10%。珠三角地區(qū)不適宜種植的耕地占土壤總面積的22.8%[3]，從全國污染分布位置來看，南方土壤重金屬污染形勢較北方更嚴峻；成都平原、珠三角、湘贛鄂、京津冀等區(qū)域土壤污染問題較為嚴重，其中主要污染物為鎘、鎳、砷、 汞、鉛等重金屬。在種種污染源侵蝕下，土壤重金屬工業(yè)污染問題愈演愈烈，引發(fā)民眾擔憂。近年來土壤重金屬污染不僅日益加重，而且范圍還在不斷轉移擴散。專家指出，我國土壤重金屬污染目前表現(xiàn)為由工業(yè)向農(nóng)業(yè)轉移、由城市向農(nóng)村轉移、由上游向下游轉移、由地表向地下轉移、由水土污染向食品鏈轉移，日積月累的污染正在演變成土壤污染事故的頻頻發(fā)生。因而如何有效地從源頭控制及修復土壤重金屬的污染，讓土壤也能高質量的為人們服務，如何高效利用各種修復技術成為了生態(tài)環(huán)境保護工作者最為關心的問題。

2 土壤重金屬污染修復技術

2.1 物理修復技術

物理修復是指用物理的原理和方法來解決土壤重金屬污染問題。主要有：客土是在已經(jīng)被污染的土壤 表面上覆蓋新鮮土；翻土是將被污染的表土翻至下層；換土是將已經(jīng)污染的土壤移去，換上未污染的新鮮土；土壤淋洗[4]是將污染的土壤用淋洗液來淋洗；熱處理[5]是將污染土壤加熱后，使土壤中的揮發(fā)性污染物揮發(fā)、回收或處理；固化[6]是將一定量的固化劑與污染土壤進行混合，經(jīng)熟化后最終形成滲透性低的固體混合物。物理修復技術的優(yōu)點是能夠比較徹底地清除被污染土壤中的重金屬，具有穩(wěn)定、不受土壤條件限制，但工程量大、治理費用高，并且更換下來的土壤沒有更好的處置場所。

2.2 化學修復技術

化學修復技術就是向被重金屬污染土的壤中加入一定量的鈍化劑、抑制劑、吸附劑等化學試劑，這些化學試劑通過與重金屬發(fā)生氧化、還原、吸附、螯 合、沉淀、抑制等反應，進而降低重金屬的生物有效性，減輕毒害作用。比如可以加入EDTA淋洗劑，土壤中的重金屬就會通過鰲合作用，被分離出來，并且不破壞土壤本身的結構。也有研究顯示對改性后的油頁巖殘渣對土壤中重金屬離子Pb2+、Cd2+具有很好的吸附作用，由此我們可以認為改性油頁巖殘渣可以作為農(nóng) 田土壤很好的改良劑，達到“以廢治廢”的效果。化學修復技術優(yōu)點是作為一種原位修復技術，成本低，能夠改良大面積的污染土地，方法簡單，易于實施，尤其是對于輕中度重金屬污染的土壤，該類技術修復效果顯著，缺點是沒能去除土壤中的重金屬，容易再度活化。

2.3 生物修復技術

生物修復是指充分利用生物特有的分解有毒有害物質的能力，去除土壤中的污染物，達到污染恢復的目標。其主要有動物修復、微生物修復以及植物修復技術等[7]。其中動物修復技術是利用土壤中的一些低等動物來吸收土壤中的重金屬；微生物修復[8]是利用土壤中的某些微生物對重金屬具有吸收、沉淀、氧化還原等作用，從而達到改善土壤的目的。周春娟[9]的研究實驗表明微生物活動可以通過改變土壤的PH、含氧量、土壤微生物酶的活性等，通過影響植物的根系分泌總糖、有機酸等過程，進而影響土壤對重金屬的吸附，降低重金屬的生物有效性。植物修復[10]是一種利用某些人工培育或自然的植物對污染物進行吸收、積累和轉化，從而降低重金屬的生物有效性。還有研究表明，一些特殊植物可以忍耐或超富集某種重金屬離子，通過植物自身根系吸收、轉移土壤中的重金屬， 達到土壤修復的目的。白淑蘭研究了一種生物新技術---菌根技術，雖然這種技術還不是很成熟，但對我們今后土壤修復研究提供了方向，這也將成為污染土壤的植物修復研究領域的熱點。 生物修復技術的優(yōu)點是投資少、費用低、便于管 理、易操作、不會產(chǎn)生二次污染，并且植物修復重金屬污染的同時也增加了土壤有機質的含量和土壤肥力，易于大面積推廣，缺點是不能治理重污染土壤。

2.4 農(nóng)業(yè)修復技術

農(nóng)業(yè)修復技術是通過因地制宜的改變一些耕作管理習慣，來緩解重金屬的毒害作用。在不影響土壤供肥的情況下，選擇最能降低土壤重金屬污染的有機 肥；選擇種植抗污染能力強、不易進入食物鏈的農(nóng)作物；根據(jù)實際土壤污染情況，調(diào)整耕種制度和耕種結構，因地制宜地種植作物。農(nóng)業(yè)修復技術的優(yōu)點是能夠合理的利用農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，保持土壤的肥力，提高土壤質量，易操作、費用較低，實施方便。缺點是周期長，需與生物修復、化學修復技術配合使用，對輕度污染的土壤比較適用。

2.5 復合修復技術

復合修復技術是通過多種修復技術共用或者以一種修復技術為主輔以其他手段來降低土壤重金屬污染，目前研究較多的復合技術主要有生物復合技術、 物理化學復合技術和物理化學-生物復合技術等。植物與微生物的復合修復，特別是植物根系與根際土壤微生物的復合修復，已經(jīng)在試驗場和小規(guī)模的修復中取得了一定效果。衛(wèi)澤斌通過研究化學淋洗和深層固定復合技術，有效的實現(xiàn)了重金屬污染土壤修復。陳晴 空[16]化學-植物復合合修復技術有利于植物根部對重金屬的吸收.其中近年來對鰲合誘導植物提取技術的研究 比較熱門，它把多種技術（植物提取、淋洗技術、根 際過濾）聯(lián)合應用到重金屬污染土壤修復上，大幅度地提高植物對土壤重金屬的吸收和富集能力，達到修復的效果。復合修復技術的優(yōu)點是可以在一定程度上克服使用單一的修復手段存在的缺點，提高修復效率、降低修復成本。缺點是技術還不夠成熟，沒有大規(guī)模應用到實際中，且多種技術復合后的相互作用機制還有待進一步研究。

3 我國土壤重金屬污染修復現(xiàn)狀研究及展望

相對我國日趨嚴峻的土壤重金屬污染問題，配套的土壤修復技術的研究就顯的比較滯后，還有一些理論和技術問題需要突破，但也取得了一定的成果。 2011年，第一個國家級土壤修復示范項目—大環(huán)江河流域土壤重金屬污染治理工程項目實施。項目利用自然界的重金屬超積累植物，吸收污染土壤中的重金屬元素。2013年，四川綿陽某處鎘污染土壤修復過程中采用了離子礦化穩(wěn)定劑，結果顯示，經(jīng)過該技術修復后重金屬浸出濃度大大降低。2014年6月國土資源部公益性行業(yè)科研專項《電動力學與PRB技術聯(lián)合修復有機氯和Cd和Cr（Ⅵ）污染土壤》項目在湖南啟動。項目首次利用電動力學—滲透反應格柵技術和電動力學—固化技術相結合的方式，對復合重金屬污染土壤進行研究，為土壤修復提供理論基礎和技術支撐。最近成都某公司創(chuàng)新研發(fā)了土壤重金屬修復生物原位鈍 化技術和產(chǎn)品，應用效果顯著。專家研究表明，植物具有響應重金屬Cd脅迫信號轉導的分子調(diào)控機制，由此為我們土壤重金屬污染植物修復基因工程提供了新的技術途徑和基因資源。我國受重金屬污染的土壤面積越來越大，在這種背景下，修復工作要在摸清不同土壤重金屬污染原因、重金屬種類、范圍、程度及遷移轉化規(guī)律的基礎上，把物理修復、化學修復、植物修復等多種修復手段進行結合，采用最有效的生物修復綜合技術，同時充分運用分子生物學、基因工程等先進技術手段來提高生物修復的實用性，并不斷開發(fā)新技術，篩選、尋找更多的超累積植物，充分發(fā)揮土壤、動學、植物、微生物等學科的特點進行組合修復研究將是今后的趨勢。