淺談土壤中重金屬污染的修復(fù)技術(shù)

李 俊

（南京大學(xué)環(huán)境規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院集團(tuán)股份公司，江蘇 南京 210093）

1 土壤重金屬污染現(xiàn)狀及危害

在農(nóng)業(yè)迅速發(fā)展的過(guò)程中，農(nóng)藥和化肥的用量不斷增加，導(dǎo)致工業(yè)三廢大量排放，引發(fā)了土壤重金屬污染問(wèn)題[1]。目前，我國(guó)的土壤環(huán)境狀況逐年惡化，土壤污染較重，耕地的土壤環(huán)境也讓人擔(dān)憂。在2014年環(huán)境保護(hù)部和國(guó)土資源部聯(lián)合發(fā)布的《全國(guó)土壤污染調(diào)查公報(bào)》中顯示，從2005年4月至2013年12月期間，我國(guó)開(kāi)展了首次全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查，數(shù)據(jù)結(jié)果顯示土壤超標(biāo)率為16.1%，鎘、砷、銅、鉛、汞、鉻、鋅、鎳相關(guān)的重金屬污染最嚴(yán)重。經(jīng)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)，其中鎘的超標(biāo)率達(dá)7.0%，相應(yīng)的影響范圍最大，出現(xiàn)比例最高[2]。這種污染表現(xiàn)出長(zhǎng)期性、隱蔽性特征，治理難度大，其會(huì)對(duì)農(nóng)作物的質(zhì)量和產(chǎn)量都會(huì)產(chǎn)生影響，同時(shí)也會(huì)嚴(yán)重降低地下水水質(zhì)，還會(huì)通過(guò)食物鏈危害人體健康和生態(tài)平衡。因此，很有必要采取有效措施來(lái)保護(hù)土壤環(huán)境安全，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。由于土壤環(huán)境的特殊性，土壤污染能直接影響農(nóng)產(chǎn)品、水環(huán)境質(zhì)量等，且土壤污染修復(fù)治理難度較大、耗時(shí)長(zhǎng)、費(fèi)用高。因此，土壤污染問(wèn)題是亟需解決的重點(diǎn)環(huán)境問(wèn)題之一。

2 常見(jiàn)的土壤重金屬污染治理修復(fù)技術(shù)

2.1 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)、動(dòng)物修復(fù)以及微生物修復(fù)。

（1）微生物修復(fù)技術(shù)主要是通過(guò)微生物對(duì)污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)換，降低其毒性和產(chǎn)生的危害。

（2）植物修復(fù)主要是利用超累積植物，這種植物可通過(guò)體內(nèi)的特定蛋白吸附重金屬，改變重金屬的價(jià)態(tài)，提高其穩(wěn)定性，以此來(lái)減少對(duì)土壤的影響[3]。此類植物可超量吸收重金屬，然后再通過(guò)采收等方式將其轉(zhuǎn)移到土壤外。在實(shí)際應(yīng)用中，植物修復(fù)技術(shù)不會(huì)對(duì)重金屬污染的土壤結(jié)構(gòu)造成明顯影響，且適應(yīng)性廣、耐受性強(qiáng)、治理成本相對(duì)較低。植物修復(fù)期周期很長(zhǎng)，一般只用于重金屬污染含量較低的土壤，且如果治理時(shí)沒(méi)有做好防護(hù)工作，極容易導(dǎo)致二次污染問(wèn)題。該技術(shù)在應(yīng)用中，需要周圍環(huán)境滿足一定要求，當(dāng)環(huán)境出現(xiàn)變化時(shí)，其修復(fù)效果也會(huì)出現(xiàn)明顯變化，而在特殊一些情況下，重金屬被吸收后還會(huì)再次分離，所以，應(yīng)對(duì)此現(xiàn)象予以重視。

（3）動(dòng)物修復(fù)技術(shù)是指利用土壤中生存的某些動(dòng)物的吸收、轉(zhuǎn)化、分解等直接或間接地改善土壤的性質(zhì)和肥力，同時(shí)也為昆蟲(chóng)、植物和微生物的生長(zhǎng)代謝提供支持。這些生物可以更好地分解污染物，從而降低污染水平?？捎糜谛迯?fù)的昆蟲(chóng)主要包括蚯蚓、虹蝴、線蟲(chóng)等，應(yīng)用比例較高的是蚯蚓，這種生物的環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，可有效改善土壤結(jié)構(gòu)、增加土壤透氣性和肥力，也為植物的生長(zhǎng)起到了促進(jìn)作用，同時(shí)，蚯蚓還可以吸收一定重金屬。在實(shí)際土壤修復(fù)中，通過(guò)定期采集蚯蚓糞便和植物莖葉，就可以不斷轉(zhuǎn)移土壤中的重金屬，使其含量降低，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)土壤的修復(fù)效果。

2.2 化學(xué)治理技術(shù)

化學(xué)治理技術(shù)是通過(guò)添加不同的化學(xué)藥劑對(duì)土壤中的重金屬元素進(jìn)行吸附沉淀、抑制改變重金屬元素的形態(tài)和價(jià)態(tài)，從而有效降低土壤中的重金屬含量?；瘜W(xué)治理修復(fù)技術(shù)主要分為化學(xué)抑制法、化學(xué)淋洗法、固化穩(wěn)定修復(fù)法等，這些方法都各有一定的適用范圍，以下進(jìn)行具體說(shuō)明。

（1）化學(xué)淋洗修復(fù)法主要是將淋洗液注入土壤中，這種液體在流動(dòng)過(guò)程中可將一些金屬污染物溶解和轉(zhuǎn)換，在達(dá)到一定條件后，回收這些淋洗液。此類修復(fù)材料主要有水、無(wú)機(jī)酸和鹽類，一些情況下也可以根據(jù)修復(fù)要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕旌稀８鶕?jù)實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)可知，淋洗液會(huì)影響到污染物狀態(tài)、土壤與重金屬的吸附脫附性，這樣可使污染物更好的溶解，且轉(zhuǎn)變?yōu)槿橐簯B(tài)，為以后的去除分離提供支持。這種技術(shù)的特征為，可將易于吸附的有機(jī)污染物去除，而其他修復(fù)技術(shù)對(duì)此類污染物的處理效果不佳。但這種修復(fù)方法也存在不足之處，主要表現(xiàn)為用水量多，因而處理成本明顯增加，且需要目標(biāo)區(qū)域有豐富的水資源。

（2）在應(yīng)用固化穩(wěn)定修復(fù)法處理時(shí)需要用到很多藥劑，該方法無(wú)法有效應(yīng)對(duì)復(fù)合污染，是因?yàn)椴煌乃釅A度條件下重金屬的存在狀態(tài)也各有不同，這樣容易導(dǎo)致二次污染。因此，為了更好地滿足修復(fù)要求，需要對(duì)不同修復(fù)技術(shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化組合，再進(jìn)行大力實(shí)驗(yàn)研究，最后確定出優(yōu)化工藝。

（3）化學(xué)改良法在修復(fù)時(shí)主要是通過(guò)化學(xué)改良劑進(jìn)行改性，降低土壤的溶解性，抑制重金屬的遷移。在實(shí)際修復(fù)中應(yīng)用比例較高的改良劑包括石灰石和磷酸鹽等。這類材料可有效改善土壤酸堿性，促使重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)槿芙舛群艿偷膲A性物質(zhì)，對(duì)鎘、銅、鋅的鈍化作用很顯著；而磷酸鹽能夠?qū)⒅亟饘俎D(zhuǎn)化為磷酸鹽等難溶解的物質(zhì)，可有效降低鉛、銅、鋅、鎘等重金屬的濃度。因此，在實(shí)際的土壤修復(fù)過(guò)程中，要根據(jù)不同改良劑的應(yīng)用機(jī)理，再結(jié)合重金屬污染的類型，有針對(duì)性地選擇改良劑。

2.3 物理修復(fù)技術(shù)

物理修復(fù)技術(shù)主要分為直接換土法、熱化法、電動(dòng)修復(fù)和玻璃化法。

（1）直接換土法是利用無(wú)污染土壤替換原重金屬污染土壤，這種修復(fù)方式的效果非常好，但在實(shí)際修復(fù)過(guò)程中，工程量大、經(jīng)濟(jì)成本較高，因此，通常運(yùn)用在場(chǎng)地修復(fù)以后利用價(jià)值很高的土壤中。

（2）電動(dòng)修復(fù)技術(shù)，這種技術(shù)主要是基于低電導(dǎo)率實(shí)現(xiàn)去除污染目的，其優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)為，在修復(fù)過(guò)程中不會(huì)影響土壤結(jié)構(gòu)，操作方便，效率高。但需要消耗大量的電能，也容易導(dǎo)致極化問(wèn)題，因而也存在一定局限性。這種技術(shù)在不斷改進(jìn)的基礎(chǔ)上已趨于成熟，但為了有效提高修復(fù)性能，一般需要結(jié)合絡(luò)合劑、有機(jī)酸相關(guān)的物質(zhì)，以此來(lái)預(yù)防聚集。

（3）熱化法主要是在一定加熱模式下使土壤的溫度達(dá)到較高水平，使其中的污染物轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，然后再選擇適當(dāng)?shù)臍怏w收集模式來(lái)實(shí)現(xiàn)降污染的效果。根據(jù)實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，對(duì)含水少，高滲透的土壤，這種方法有良好的適用性，其修復(fù)效果很明顯。但在加熱過(guò)程中需要消耗大量的熱能，這對(duì)該方法的應(yīng)用產(chǎn)生了一定制約，因此，主要適合修復(fù)含汞的污染土壤。

（4）玻璃化法在修復(fù)時(shí)主要是在一定高溫作用下促使重金屬融化，然后迅速冷卻并進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆蛛x。這種方式在進(jìn)行加熱過(guò)程可選擇微波、電加熱模式，因此，在修復(fù)過(guò)程中需要消耗大量的能量，不滿足經(jīng)濟(jì)效益相關(guān)的要求，同時(shí)也難以確定出優(yōu)化的吸附方案，因而應(yīng)用比例較低。

2.4 農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)法

農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)可具體劃分為農(nóng)業(yè)修復(fù)和生態(tài)修復(fù)兩種。農(nóng)業(yè)修復(fù)主要是對(duì)農(nóng)業(yè)工作制度進(jìn)行調(diào)節(jié)，選擇一些不受到影響的植物體系，以此來(lái)對(duì)土壤中重金屬進(jìn)行吸收和轉(zhuǎn)化，降低其對(duì)土壤的危害。如有的化肥可降低重金屬濃度，減輕了對(duì)土壤的影響。而生態(tài)修復(fù)則是對(duì)土壤肥力、有機(jī)制種類、土壤pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，通過(guò)環(huán)境因素降低重金屬的活性，使其更多的轉(zhuǎn)移到植物中，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)修復(fù)目的。在實(shí)際修復(fù)領(lǐng)域，生態(tài)修復(fù)技術(shù)的缺陷很明顯，如不容易控制修復(fù)效果，且效率不顯著，應(yīng)用比例不高，但總體上這種技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景，因此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)加大深入研究，為該方法的應(yīng)用推廣起到促進(jìn)作用。

3 不同土壤重金屬污染修復(fù)方法的比較

物理修復(fù)技術(shù)主要是隔離污染土體，這種方法對(duì)各類型高濃度重金屬污染都可以進(jìn)行很好的處理，且方便操作。但缺陷也很明顯，投入成本高，需要投入大量的資源，這對(duì)該方法的廣泛應(yīng)用產(chǎn)生了一定制約。在實(shí)際應(yīng)用中，要注意隔離的污染土壤應(yīng)根據(jù)要求進(jìn)行嚴(yán)格處理，避免出現(xiàn)二次危害；在化學(xué)修復(fù)過(guò)程中，主要是將一些改良劑或者酸類螯合劑加入到土壤中，通過(guò)其結(jié)合重金屬離子，促進(jìn)土壤中重金屬的遷移，為以后的修復(fù)起到促進(jìn)作用，以及提供良好的條件[4-5]。但螯合劑的用量應(yīng)進(jìn)行合理控制，在超量使用情況下也會(huì)影響到農(nóng)作物，使土壤的肥力降低，此外，還會(huì)危害土壤的微生態(tài)環(huán)境平衡。且重金屬離子遷移到地下水中，也會(huì)對(duì)水體產(chǎn)生嚴(yán)重危害，因此，通過(guò)化學(xué)方法進(jìn)行修復(fù)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格進(jìn)行污染監(jiān)控，同時(shí)要做好反饋和警示工作；動(dòng)物修復(fù)技術(shù)的成本低，其效果和效率都很明顯，但在使用蚯蚓等動(dòng)物進(jìn)行修復(fù)時(shí)，需要對(duì)土壤pH值和養(yǎng)分進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，從而為蚯蚓的生長(zhǎng)提供良好的環(huán)境；植物修復(fù)主要是應(yīng)用超累積植物，一般情況下只可以吸收特定的重金屬，不滿足廣譜吸收要求，這樣也對(duì)其修復(fù)效果和適用范圍產(chǎn)生明顯制約；微生物修復(fù)的特征是環(huán)保高效，成本低，但這種技術(shù)還不成熟，還有很多技術(shù)問(wèn)題沒(méi)有得到解決，如需要研究pH、鈣源、外界溫度等因素的影響。

4 結(jié)論和展望

目前，土壤重金屬污染修復(fù)治理的方式多種多樣，不同的修復(fù)技術(shù)有各自的優(yōu)勢(shì)，但也都存在一定的局限性，無(wú)法達(dá)到經(jīng)濟(jì)和效率的完美結(jié)合，所以，修復(fù)方法的擇取應(yīng)綜合考慮修復(fù)成本、效率、長(zhǎng)期穩(wěn)定性等因素。因此，土壤重金屬污染修復(fù)治理需要將多種不同的技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，才能有效治理重金屬污染，進(jìn)而切實(shí)提高土壤治理的有效性。

隨著環(huán)境污染的不斷加劇，土壤生態(tài)的相關(guān)問(wèn)題已經(jīng)非常明顯，很有必要重視此方面問(wèn)題。因此，在詳細(xì)調(diào)查研究的基礎(chǔ)上，要綜合考慮各方面因素，以選擇合適的方法進(jìn)行土壤污染治理，改善土壤生態(tài)環(huán)境，更好地滿足生產(chǎn)生活各方面要求。以往傳統(tǒng)粗放式生產(chǎn)模式會(huì)對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重影響，導(dǎo)致生態(tài)平衡被破壞，所以，在未來(lái)的發(fā)展中，應(yīng)總結(jié)這方面的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，強(qiáng)化污染治理工作，優(yōu)化土壤生態(tài)狀況，為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)提供可靠基礎(chǔ)。此外，還需要加大技術(shù)研發(fā)力度，引入新技術(shù)進(jìn)行土壤生態(tài)保護(hù)和治理。

污染土壤的修復(fù)治理是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，涉及到的因素眾多，且各種因素之間還存在一定交互性，這些對(duì)修復(fù)效果和成本都會(huì)產(chǎn)生影響。在實(shí)際修復(fù)過(guò)程中由于各種修復(fù)技術(shù)沒(méi)有密切結(jié)合起來(lái)，所以，對(duì)于特定的污染物通過(guò)單一的修復(fù)方法已不滿足應(yīng)用要求。但目前還沒(méi)有形成通用統(tǒng)一的污染土壤修復(fù)技術(shù)，這就需要未來(lái)在以下方面加大研究力度：

（1）研究適宜的植物種類、修復(fù)方法，在大量實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上篩選出廣譜和超量積累的植物；或者對(duì)植物進(jìn)行改良研究，提高其對(duì)某種污染物的吸收和轉(zhuǎn)移效率；對(duì)相關(guān)修復(fù)機(jī)制進(jìn)行研究，據(jù)此研發(fā)出一些特異性強(qiáng)的修復(fù)技術(shù)。還應(yīng)該深入分析重金屬在植物體系中的遷移機(jī)制，進(jìn)行單因素對(duì)比分析，確定出最優(yōu)化的修復(fù)方案。

（2）引入現(xiàn)代生物學(xué)、遺傳學(xué)和基因技術(shù)進(jìn)行育種，篩選出各種類型高效降解菌種，從而更好的降解和吸收土壤中的污染物，以此對(duì)提高修復(fù)效果起到促進(jìn)作用；此外，也可以在工程技術(shù)基礎(chǔ)上引入土著、外源微生物來(lái)處理土壤污染物；適當(dāng)?shù)拈_(kāi)展微生物-土壤物理改良、微生物-動(dòng)物、微生物-植物相關(guān)體系的研究，更高層次分析土壤修復(fù)機(jī)制和影響因素。

（3）酶學(xué)修復(fù)技術(shù)主要是基于特定的微生物進(jìn)行發(fā)酵，在一定分離基礎(chǔ)上獲得特定酶制劑，以此來(lái)對(duì)特定有機(jī)污染物進(jìn)行降解和轉(zhuǎn)換，這種技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景，目前已經(jīng)受到廣泛關(guān)注。

（4）污染土壤修復(fù)應(yīng)考慮到生態(tài)學(xué)相關(guān)因素。土壤污染一般是復(fù)合型的，且表現(xiàn)出復(fù)雜性特征，這就要求在修復(fù)時(shí)要對(duì)各方面的因素進(jìn)行全面分析，力爭(zhēng)在降解污染物的同時(shí)，改善土壤理化和生態(tài)特征，滿足生態(tài)修復(fù)相關(guān)要求。同樣，各種修復(fù)技術(shù)在應(yīng)用中都有一定的適用范圍和優(yōu)勢(shì)，這就需要在選擇修復(fù)技術(shù)時(shí)，對(duì)污染狀況和條件進(jìn)行全面分析，并根據(jù)所得結(jié)果適當(dāng)?shù)娜诤衔锢?、化學(xué)、生物相關(guān)的修復(fù)技術(shù)，組合形成一個(gè)綜合性修復(fù)體系。這樣既可以降低修復(fù)成本，同時(shí)也可以提高適用性，且滿足生態(tài)修復(fù)相關(guān)要求，這也是該領(lǐng)域未來(lái)的發(fā)展方向。