汞污染土壤的修復(fù)技術(shù)概述

王娜

摘 要：目前，土壤汞污染已嚴(yán)重威脅到人類的健康與環(huán)境安全，成為廣大環(huán)境學(xué)者關(guān)注的主要問題，因此，采取行之有效的修復(fù)治理方法刻不容緩。本文對土壤汞污染的來源及污染現(xiàn)狀進(jìn)行分析，然后探討汞污染土壤的修復(fù)技術(shù)，包括熱處理修復(fù)技術(shù)、植物修復(fù)技術(shù)、淋洗修復(fù)技術(shù)及動物修復(fù)技術(shù)，并總結(jié)了各種修復(fù)技術(shù)的局限性，以期為土壤污染修復(fù)的科研者提供參考。

關(guān)鍵詞：汞;修復(fù)技術(shù);土壤污染

Abstract： At present， soil mercury pollution has seriously threatened human health and environmental safety， and has become a major concern of environmental scholars. Therefore， it is urgent to adopt effective remediation methods. In this paper， the sources and pollution status of mercury contaminated soil were analyzed， and then the remediation technologies of mercury contaminated soil were discussed， including heat treatment remediation technology， phytoremediation technology， leaching remediation technology and animal remediation technology. The limitations of various remediation technologies were summarized. It is hoped that this study can provide a reference for the researchers of soil pollution remediation.

Keywords： mercury;remediation technology;soil pollution

1 研究背景

自從日本甲基汞污染造成的水俁病給人們帶來嚴(yán)重影響以來，人們對汞污染的關(guān)注度越來越高，起初人們對水中汞的污染研究較多。由于汞污染物的行為特征，近年來汞污染土壤也受到了廣泛關(guān)注。例如，李永華等[1]研究指出土壤總汞及各形態(tài)汞含量隨土壤pH值升高而增加，且我國土壤汞污染的趨勢為工業(yè)區(qū)最嚴(yán)重，居民區(qū)次之，風(fēng)景游覽區(qū)第三，農(nóng)村污染較輕[2]。汞污染具有持久性、易遷移性、高度的生物富集性、強(qiáng)毒性等特性，并且環(huán)境中任何形式的汞均可在一定條件下轉(zhuǎn)化為劇毒的甲基汞，對人類健康和生態(tài)環(huán)境構(gòu)成很大威脅。據(jù)2104年國家環(huán)保部和國土資源聯(lián)合部發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》指出，我國土壤總的超標(biāo)率為16.1%，主要以無機(jī)型為主，汞污染排行第三，超標(biāo)率為1.61%。汞危害極大，可引起神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)及腎臟的損害，除此之外，汞還可導(dǎo)致老年癡呆和帕金森癥。土壤中汞濃度達(dá)到一定程度時會嚴(yán)重阻礙植物的生長。通常情況下，汞通過作物、地表水等途徑影響人體健康。汞的形態(tài)不同，在土壤中遷移、生物可利用性及毒性也不相同。

目前，常用的土壤修復(fù)方法有土壤淋洗、熱處理、電動處理和植物修復(fù)等方法。這些修復(fù)方法按其修復(fù)機(jī)理不同大體可分為兩種：一是將土壤中汞污染物從土壤中分離或去除，這類方法有土壤淋洗法、熱處理法、電動修復(fù)法;二是將土壤中的汞污染物固定起來，在轉(zhuǎn)化為無毒或者低毒的物質(zhì)，這類修復(fù)包括穩(wěn)定化/固化和生物修復(fù)中的植物固定技術(shù)。汞毒性極強(qiáng)，土壤中的汞勢必會影響人類健康和環(huán)境安全問題。因此，本文對汞的各類修復(fù)方法進(jìn)行綜述，以期對今后汞污染修復(fù)提供基礎(chǔ)依據(jù)。

2 土壤汞的來源及污染現(xiàn)狀

隨著工業(yè)革命的快速發(fā)展，工業(yè)廢氣的排放使得大氣中的汞含量增加了至少3倍，人為活動造成的汞污染總量近2 000t[3]。汞的來源大體上分為：①汞的自然排放;②汞的人為排放;③汞的再活化及再排放。其中汞的自然排放指的是汞礦石等風(fēng)化過程或火山爆發(fā)等排放的汞;汞的人為排放大多是諸如氯堿工業(yè)、采礦廠、煤燃燒及有色金屬冶煉等排放的汞;汞的再排放主要是土壤、水體表面及植物中的汞被釋放到大氣的過程，而其再活化過程是沉降在土壤中的汞通過各種形式重新進(jìn)入水系統(tǒng)[4]。圖1為汞在土壤中的轉(zhuǎn)換模式[4]。

我國汞的主要供應(yīng)源是汞礦開采，其中尤以貴州汞礦多，貴州萬山地區(qū)號稱中國汞都，是中國最大的汞礦區(qū)，環(huán)保措施的不足造成了汞礦區(qū)周邊汞污染較為嚴(yán)重，在開采過程中，由于技術(shù)水平較低、環(huán)保措施不足等原因?qū)V周邊地區(qū)造成了較為嚴(yán)重的汞污染，許多學(xué)者都對該地區(qū)的汞污染狀況進(jìn)行了研究。丁振華等人于2002年發(fā)現(xiàn)貴州萬山汞礦區(qū)周邊環(huán)境汞污染相當(dāng)嚴(yán)重。除此之外，在我國吉林、陜西、湖北、遼寧等地區(qū)汞污染也較為嚴(yán)重。表1為我國典型生產(chǎn)生活區(qū)域土壤汞含量[6]。

3 修復(fù)技術(shù)

3.1 熱處理修復(fù)技術(shù)

熱處理技術(shù)是通過加熱或者向污染土壤中通入熱蒸氣，將土壤中的污染物質(zhì)移出土壤，集中收集處理的技術(shù)。一般情況下，土壤中的無機(jī)汞以單質(zhì)或化合物如HgS、HgO、HgCO3等的形式存在。當(dāng)溫度在600～800℃時，這些化合物就會以汞蒸氣的形式從土壤中分離出來。有研究報道，氯堿工業(yè)導(dǎo)致的汞污染土壤在460℃下加熱20min后汞的去除率高達(dá)99%[7]。但是，在這種加熱處理后，土壤中的營養(yǎng)成分會遭到破壞，從而改變土壤的理化性質(zhì)?？梢?，熱處理修復(fù)雖然能快速處理土壤中的汞，但其修復(fù)耗能也比較高，只有在汞污染嚴(yán)重的土壤中，其去除效率較高，且高溫處理后土壤的理化性質(zhì)發(fā)生了改變。

3.2 淋濾法修復(fù)技術(shù)

淋濾法也叫洗土法，是利用淋洗液中化學(xué)藥劑與土壤中的重金屬離子作用，將土壤中的重金屬轉(zhuǎn)移到淋洗液中，再回收淋濾液中重金屬的修復(fù)方法[8]。目前，淋濾效果較好的藥劑有碘化物、EDTA、硫代硫酸鹽化合物。目前，有較多學(xué)者對淋濾法修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了研究。例如，賈俊峰以貴州省銅仁市汞礦區(qū)汞污染土壤為研究對象，用KI、Na2S2O3、乙二胺四乙酸、檸檬酸、酒石酸、十二烷基硫酸鈉溶液對汞礦區(qū)進(jìn)行淋洗修復(fù)。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)Na2S2O3濃度為0.01mol/L、固液比為1∶5、淋洗時間為4h時，土壤中總汞的淋洗率為13.41%[9];Ray等將H2O2、Na2S2O3、Na2S結(jié)合起來用于修復(fù)汞污染土壤。結(jié)果表明，Hg的濃度從2 100mg/kg降低到270mg/kg[10]。淋濾法修復(fù)技術(shù)在一定程度上能實(shí)現(xiàn)對重金屬的回收，不破壞土壤的理化性質(zhì)。但是，若淋洗劑選擇不當(dāng)，將會造成土壤二次污染。

3.3 植物修復(fù)技術(shù)

1997年Brooks等人第一次提出“超積累植物（hyperaccumulator）”的概念[11]，此后，植物修復(fù)技術(shù)越來越廣泛地被應(yīng)用于土壤重金屬污染的修復(fù)。植物修復(fù)是利用植物及其根際微生物體系的吸收揮發(fā)、降解等作用來清除環(huán)境中污染物的一項(xiàng)新技術(shù)[12]。重金屬Hg2+在植物體內(nèi)的轉(zhuǎn)移需要經(jīng)過植物根部的細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞液等來完成。一方面，植物可以通過其根部的吸收作用從土壤和土壤溶液中吸收、富集離子態(tài)和原子態(tài)的甲基汞;另一方面，一些植物在吸收汞之后會在體內(nèi)或通過向環(huán)境中分泌一些酶來促使其轉(zhuǎn)化，從而使汞的形態(tài)發(fā)生改變。通過分析國內(nèi)外的研究，發(fā)現(xiàn)苧麻、加拿大楊和小葉黃楊等植物能夠富集重金屬Hg，且苧麻對土壤汞的年富集率高達(dá)41%[13]。植物對Hg的修復(fù)機(jī)理[4]如圖2所示。

3.4 動物修復(fù)技術(shù)

動物修復(fù)就是利用土壤中的某些低等動物（如蚯蚓、鼠類等）能吸收重金屬的特性，在一定程度上降低了污染土壤中的重金屬含量，達(dá)到了動物修復(fù)重金屬污染土壤的目的。一方面土壤中的動物活動提高了Hg的活性;另一方面，動物的活動促進(jìn)了植物對Hg的吸收。蚯蚓作為土壤中常見的動物，近年來被廣泛用于土壤重金屬污染的修復(fù)。有研究報道，蚯蚓在含Hg的土壤中具有較好的耐受力，土壤中Hg濃度以數(shù)百毫克/千克計時，仍有50%的蚯蚓能夠存活[15]。蚯蚓能夠分泌-COOH、-NH2、-C=O等活性基團(tuán)黏膠物質(zhì)，黏膠物質(zhì)通過絡(luò)合/螯合重金屬推動了土壤重金屬的活化。但目前，多數(shù)研究主要集中在蚯蚓對重金屬Cd、Pb、Zn的污染修復(fù)上，對Hg的修復(fù)研究較少。

4 結(jié)語

土壤中重金屬的種類復(fù)雜多樣，因此，土壤重金屬污染修復(fù)是一個復(fù)雜的過程。汞是常溫下唯一的液態(tài)金屬，是對生物體具有強(qiáng)毒害作用的重金屬。目前，對汞污染的修復(fù)方法較多。由于在實(shí)際工程中，復(fù)合污染較多，也較為復(fù)雜，因此，在后續(xù)的修復(fù)中，應(yīng)趨向于使用聯(lián)合修復(fù)技術(shù)。

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