土壤中汞污染修復(fù)研究進(jìn)展

江蘇春越低碳研究有限公司 但義正

土地是人類賴以生存的基礎(chǔ)，是人們開展正常生產(chǎn)生活的基礎(chǔ)保障。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各種工業(yè)生產(chǎn)興起，隨之而來的是廢水排放量增加，土地污染問題成為現(xiàn)階段亟須解決的問題之一。汞是一種高毒性的全球性重金屬污染物，可以通過生物進(jìn)食不斷在體內(nèi)積累，甚至給各種生物的生命安全造成威脅，且攜帶遺傳效應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，已經(jīng)被EPA列為優(yōu)先控制的污染物之一，汞造成的土地污染成為全球性環(huán)境問題。工業(yè)是我國的第二大經(jīng)濟(jì)體，工業(yè)的繁榮帶來的廢水量急劇上升，汞元素超標(biāo)給我國造成了土地污染。盡管當(dāng)前處在輕度土地污染，但我國幅員遼闊，土地恢復(fù)問題仍然是困擾環(huán)保部門的一大難題。當(dāng)前，我國已經(jīng)將土壤恢復(fù)產(chǎn)業(yè)提升至國家戰(zhàn)略高度，汞污染的土地修復(fù)工作會(huì)為我國帶來更為可觀的經(jīng)濟(jì)與環(huán)境效益。

一、土壤中汞的來源與危害

環(huán)境中汞的來源分為自然與人為兩個(gè)渠道，前者主要指火山爆發(fā)、地質(zhì)運(yùn)動(dòng)、含汞礦物質(zhì)風(fēng)化以及植物的燃燒等，由自然條件直接產(chǎn)生。而后者是人類的活動(dòng)造成汞含量的增加，例如化石燃料的燃燒、礦藏的開采以及垃圾的焚燒等，其中人為因素造成的土地污染是最為主導(dǎo)的因素。

土壤汞污染呈現(xiàn)明顯的人為特征，主要來源于人類的生產(chǎn)活動(dòng)，工業(yè)生產(chǎn)過程中化石燃料的燃燒、從事農(nóng)業(yè)活動(dòng)噴灑的化肥農(nóng)藥。但汞對(duì)我國的土地一般造成污染等級(jí)為輕度污染，而重度污染區(qū)集中在重工業(yè)工廠周圍以及周圍的農(nóng)田，其余部分農(nóng)田呈現(xiàn)輕度污染的狀態(tài)，由化肥農(nóng)藥的過度使用引發(fā)，嚴(yán)重威脅著人們正常的生產(chǎn)生活[1]。

汞因其具有毒性的特征，對(duì)土壤的健康造成危害。汞在土壤中的滲透會(huì)破壞生存與土壤的微生物環(huán)境，造成土壤中原有生物群的減少，影響土壤內(nèi)部正常的物質(zhì)循環(huán)。此外，汞可以通過植物的根系被植物吸收并在植物體內(nèi)積累，當(dāng)植物體內(nèi)的汞元素高達(dá)一定濃度，便會(huì)與植物內(nèi)硫醇類蛋白結(jié)合，改變嘌呤內(nèi)的磷酸鹽，抑制線粒體活性，影響植物的健康生長(zhǎng)。汞會(huì)損傷根冠細(xì)胞的完整性，在成細(xì)胞的K的含量急劇減少。同時(shí)使得植物從事光合作用與蒸騰作用的能力減弱，葉綠素合成效率低下，生物每日能量生產(chǎn)量減低，最終導(dǎo)致生物的活性下降。除此之外，汞元素可以通過植物進(jìn)入人的體內(nèi)，并在人體內(nèi)不斷積累，最終達(dá)到一定濃度時(shí)，造成人體汞中毒。汞攝入量過高，會(huì)影響人的發(fā)育和繁殖，刺激人體內(nèi)細(xì)胞突變，誘發(fā)癌癥產(chǎn)生，甚至造成人腦精神異常。我國食品安全法明確標(biāo)定了食品中污染物限量為0.01mg/kg。據(jù)測(cè)算，當(dāng)前很多植物內(nèi)的污染物含量嚴(yán)重超標(biāo)，對(duì)于食品安全、人體生命健康以及社會(huì)的發(fā)展等均有很大威脅。當(dāng)前，汞污染土壤的修復(fù)工作引發(fā)了世界的廣泛關(guān)注，成為世界各國科研人員研究的重點(diǎn)[2]。

對(duì)于汞污染土壤的防治工作，首先應(yīng)對(duì)受污染的土壤與水源進(jìn)行處理，排除其余毒性因素潛在的風(fēng)險(xiǎn)。汞與土壤中常存在的有機(jī)污染物不同，不可以被降解。汞元素在土壤中通常以結(jié)合態(tài)或化學(xué)態(tài)的形式出現(xiàn)，利用吸附、解吸以及氧化還原作用，使土壤中的汞發(fā)生遷移的形式，將存在于土壤中的原有毒性較強(qiáng)的汞化合物轉(zhuǎn)化為活性較低的物質(zhì)，成為現(xiàn)階段研究者的主要研究方向，也是當(dāng)前用于修復(fù)汞污染土壤的常用方法。

二、物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)

在常用的物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)中，熱處理法、淋洗法、電動(dòng)修復(fù)法與固化法是其中具有代表性的集中土壤修護(hù)技術(shù)，下文將對(duì)此展開詳細(xì)介紹：

（一）熱處理法

熱處理法也稱為熱解析法或熱脫附法，即利用高溫手段，將汞以及化合物等毒性物質(zhì)以氣態(tài)的形式與土壤脫離開，達(dá)到修復(fù)污染土地的目的?；趥鹘y(tǒng)的熱處理方法展開研究，Ma Fujun等研究人員在傳統(tǒng)熱處理方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行了技術(shù)改進(jìn)，開發(fā)了一種利用檸檬酸展開熱處理技術(shù)的新方法。經(jīng)實(shí)驗(yàn)顯示，應(yīng)用檸檬酸開展熱處理技術(shù)，降低土壤中的汞含量時(shí)，當(dāng)CA/Hg物質(zhì)的量為15時(shí)，在400攝氏度的條件下，60分鐘將土壤中汞元素的含量由134mg/kg降低為1.1mg/kg，并基本并未對(duì)土壤造成破壞，保留了其大量原有的性質(zhì)。對(duì)于污染水資源的處理，傳統(tǒng)的熱處理法需要在700攝氏度的條件下處理30分鐘，以達(dá)到凈水目標(biāo)。但此種處理方式的缺陷也較為明顯，增加了土壤的堿性程度，降低了土壤中的含碳量，影響其內(nèi)部基本的物質(zhì)循環(huán)體系。而研究人員將檸檬酸的引入改善了這一局面，在將檸檬酸應(yīng)用在此過程時(shí)，為處理提供了酸性的環(huán)境，在一定程度上促進(jìn)了汞的揮發(fā)。同時(shí)，檸檬酸的引入相較于傳統(tǒng)的熱處理方法節(jié)約了更多能源，對(duì)抑制土壤朝向堿性環(huán)境的變化，實(shí)現(xiàn)土壤的反復(fù)利用，為未來工業(yè)的發(fā)展提供了一種更為環(huán)保、可觀的由汞引發(fā)的土壤污染問題的治理方法[3]。

（二）土壤淋洗法

土壤淋洗法由于操作簡(jiǎn)便、處理周期短、效果穩(wěn)定等特征，在高污染的汞污染土地的處理工作中占據(jù)優(yōu)勢(shì)。此項(xiàng)技術(shù)的針對(duì)性較強(qiáng)，需要處理人員深入處理場(chǎng)所，根據(jù)污染地塊的土壤性質(zhì)以及汞元素的存在形式，有針對(duì)性地選擇合適的淋洗液。其中常用的淋洗方式有應(yīng)用氧化劑K2S2O2，選擇兩種淋洗液：檸檬酸、KI、CaCl2以 及Na2S、NaOH。此種方式應(yīng)用于多種價(jià)態(tài)形式存在汞元素的洗脫，去除率高達(dá)90%。它首先將氧化劑加入待處理的土壤中，攪拌加熱，接著使用第一種淋洗液完成3-12小時(shí)的淋洗，在完成水洗后應(yīng)用第二種淋洗液再次淋洗3-12小時(shí)，以達(dá)到汞元素的去除目的。對(duì)于土壤中存在的汞離子采用土壤淋洗法，一般使用由水、乙醇、草酸、生物炭、纖維素、銨鹽、黏土、鐵等物質(zhì)形成的淋洗液，通過層層過濾，去除土壤中含有的汞離子，此種方式土壤中汞元素的去除率可高達(dá)99.6%。同樣，水、乙醇、纖維素、石墨烯、生物炭、腐殖酸、銨鹽等組成的淋洗液，對(duì)于污染中存在的汞離子的去除量同樣較高，是進(jìn)行土壤中汞元素污染治理常用的高效方法之一[4]。

（三）電動(dòng)修復(fù)法

電動(dòng)修復(fù)法顧名思義，便是利用電極的電解工作完成土壤中汞污染的治理。將電極放置于污染介質(zhì)中，通過低壓直流電的導(dǎo)通，形成電場(chǎng)梯度，使得含有汞污染物在電場(chǎng)梯度的作用下向電極室遷移，最終完成土壤中含汞污染元素的收集與處理。對(duì)此，在傳統(tǒng)電動(dòng)修復(fù)法的基礎(chǔ)上，Reddy等研究人員對(duì)高嶺土與冰川磧土展開批量測(cè)試，以調(diào)查汞的吸合與絡(luò)合在不同pH環(huán)境下的完成速率。其中常用的絡(luò)合劑包括的乙二胺四乙酸二鈉、氯化鈉、碘化鉀等物質(zhì)，保證其在規(guī)定濃度下使用。此外，再設(shè)置一組去離子水用作對(duì)照?；谂繙y(cè)試結(jié)果，發(fā)現(xiàn)乙二胺四乙酸二鈉與碘化鉀具有較大幫助土壤中汞元素形成絡(luò)合物的潛力，具體的去除效率仍需進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)證明。對(duì)此，應(yīng)設(shè)置對(duì)照組，對(duì)上述絡(luò)合劑的實(shí)際工作效率展開進(jìn)一步探究，保證單一變量條件。經(jīng)大量研究發(fā)現(xiàn)，采用電動(dòng)修復(fù)的方法，碘化鉀的絡(luò)合效率更為可觀。對(duì)于高山領(lǐng)土的汞污染治理，使用碘化鉀絡(luò)合劑采用電動(dòng)處理方法，使得高山領(lǐng)土中汞污染的去除率高達(dá)97%，但其在冰川磧土中的去除效率較低，主要由于冰川磧土中含有有機(jī)物成分的山繞，增加了汞吸附物的去除難度，從而影響了實(shí)際的汞污染土地治理效果[5]。

（四）固化與穩(wěn)定化技術(shù)

所謂固化技術(shù)，便是通過化學(xué)藥劑的加入，土壤中存在的污染物質(zhì)封存，使得土壤中的汞元素處于固態(tài)，最終以顆粒狀或塊狀的形式存在，從而對(duì)于其進(jìn)行集中處理，以達(dá)到降低土壤毒性的目標(biāo)。穩(wěn)定化技術(shù)于固化技術(shù)概念不同，是指通過化學(xué)藥劑的添加，將土壤中存在的污染物遷移，將其轉(zhuǎn)化為毒性低、不易溶解的狀態(tài)，以達(dá)到降低土壤毒性的目的。與固化技術(shù)的應(yīng)用相比，穩(wěn)定化的作用降低了土壤中污染物泄漏的可能。例如使用透輝石和二甲基硫代氨基甲酸鈉,加以石灰、殼聚糖、硫代硫酸鈉、海泡石、豬糞、草木灰和豬骨灰作輔助，開展固化、穩(wěn)定化的處理土地污染工作。對(duì)于此技術(shù)的工作流程展開分析，需要將25份左右透輝石、5份二甲基硫代單機(jī)甲酸鈉、13份是會(huì)、20份殼聚糖、7份硫代硫酸鈉、16份海泡石、19份豬糞、7份草木灰以及6份豬骨灰粉碎處理，之后經(jīng)過加水、加熱以及超聲溶解的過程，將所得容易進(jìn)行低溫烘干粉碎，得到土壤的修復(fù)劑。實(shí)驗(yàn)顯示，應(yīng)用此種試劑將汞在土壤中的浸出量由2.96mg/kg降低為0.3mg/kg。此外，石灰石粉、有機(jī)碳粉、方解石粉、石英石粉、海泡石粉、生物質(zhì)灰、硒肥等也是采用上述形式，按照質(zhì)量配比，固化土壤中浸出的汞元素，降低其對(duì)土壤的污染程度[6]。

三、生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)技術(shù)便是采用生物達(dá)到降低土壤中污染物含量的目的。由于其對(duì)于環(huán)境友好的特征，生物修復(fù)技術(shù)也是當(dāng)前常用于汞污染土地處理技術(shù)，其中較為常用的有植物修復(fù)法和微生物修復(fù)法。后者的應(yīng)用范圍較為廣泛，同時(shí)在未來具有較為廣闊的發(fā)展空間。

（一）植物修復(fù)法

常見的植物修復(fù)方法有植物的固化、提取與揮發(fā)，前者是指通過植物的吸附與沉淀，固化土壤中存在的汞元素的過程。耐汞植物可利用根系細(xì)胞壁的陰離子化合物物質(zhì)中的配體與汞結(jié)合，形成沉淀或穩(wěn)定的化合物，把汞固定在根系或其自身部位與汞元素相結(jié)合，形成絡(luò)合物，增強(qiáng)植物對(duì)于汞元素的固定效率。部分研究人員根據(jù)植物的之一特性，嘗試引進(jìn)先進(jìn)的改進(jìn)方法，增強(qiáng)植物對(duì)汞元素的固定效率。經(jīng)研究，發(fā)現(xiàn)有些植物內(nèi)部的物質(zhì)可以極大降低汞的毒性，增強(qiáng)植物對(duì)汞元素的富集能力。在此過程中，主要是植物的葉子發(fā)揮作用，但當(dāng)前具體轉(zhuǎn)化形式還不夠明確，有待研究人員的進(jìn)一步挖掘。此外，植物對(duì)于土地中汞的處理效率受外界環(huán)境的影響，當(dāng)前尚未發(fā)現(xiàn)優(yōu)良的汞富集植物。植物對(duì)于重金屬元素的吸收耐性有限，導(dǎo)致植物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用受條件的限制，且植物生長(zhǎng)緩慢，修復(fù)效率低下，周期長(zhǎng)。但其由于環(huán)保、適應(yīng)性強(qiáng)等特征，仍轉(zhuǎn)化為當(dāng)前研究人員的探索重點(diǎn)[7]。

（二）微生物處理技術(shù)

微生物的新陳代謝較為活躍，且繁殖速度快，吸收或轉(zhuǎn)化土壤中含有的有機(jī)物。土壤中含有的微生物種類繁多，故選擇微生物修復(fù)法是土壤污染修復(fù)工作的不二之選。對(duì)于汞污染程度較低的土壤，可以采用微生物修復(fù)的方法，消耗成本低，同時(shí)安全系數(shù)高，可以將其用作其它修復(fù)方法的補(bǔ)充措施。但這也具有一定的缺陷。微生物處理方法，將汞元素吸收到自身體內(nèi)，土壤中的汞元素并沒有消失，只是轉(zhuǎn)換了其原有的存在形式。此外，微生物具有不確定性的特征，微生物具有生物活性，外界環(huán)境對(duì)其干擾程度較大，環(huán)境的不穩(wěn)定容易直接對(duì)微生物正常的新陳代謝造成影響，不利于對(duì)修復(fù)成果的控制，可能直接影響汞污染的土地治理效果。

四、汞污染土壤修復(fù)技術(shù)的展望

隨著社會(huì)的現(xiàn)代化發(fā)展，大量化石燃料的燃燒，使得我國每年的汞含量持續(xù)增加，我國土地呈現(xiàn)輕度污染的態(tài)勢(shì)，土壤中的汞含量超出了規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，給人們的生活帶來了嚴(yán)重的困擾。隨著時(shí)代的發(fā)展，土地中的汞污染問題受到越來越多人的重視，常用的土地修復(fù)方法有土壤淋洗法、微生物修復(fù)法等。盡管研究人員不斷拓寬研究深度，但仍沒有探索出經(jīng)濟(jì)、環(huán)保且高效的修復(fù)方式，下文將對(duì)此做出展望。首先，修復(fù)工作的開展應(yīng)考慮對(duì)土壤的傷害情況，淋洗法強(qiáng)酸強(qiáng)堿的淋洗液的回收工作較為困難。其次，熱處理技術(shù)容易造成對(duì)土壤的損害。較差修復(fù)技術(shù)是當(dāng)前土壤修復(fù)工作的主體研究方向，實(shí)現(xiàn)了修復(fù)技術(shù)間的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，提升土壤修復(fù)效率。最后，便是發(fā)展新材料與新技術(shù)，降低能耗，改善土壤修復(fù)效果[8]。

五、結(jié)束語

隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，汞的大量使用導(dǎo)致其排放量逐漸增加，且受其累積性、毒性高的特征，導(dǎo)致當(dāng)前全球面臨的土地污染嚴(yán)重的問題形勢(shì)越發(fā)嚴(yán)峻。在經(jīng)濟(jì)全球化的今天，環(huán)境保護(hù)與治理工作是每個(gè)人的責(zé)任。汞污染作為當(dāng)前影響人類正常生產(chǎn)生活的眾多污染問題之一，直接給人類的身體健康造成威脅。因此，汞污染土地的治理工作是當(dāng)前亟須解決的一大難題。對(duì)此，在有關(guān)部門開展汞污染問題的防治工作時(shí)，應(yīng)該因地制宜，考慮當(dāng)?shù)氐耐寥牢廴境潭纫约碍h(huán)境條件等，有針對(duì)性地采用汞污染的處理方法，應(yīng)用多種處理方法相結(jié)合的形式，以落實(shí)土壤中存在的汞污染問題。本文針對(duì)不同修復(fù)技術(shù)展開探討，并指出了各技術(shù)在分別使用過程中的不同修復(fù)效果?？偠灾芟捶ㄔ诋?dāng)前土地污染治理工作中的應(yīng)用較為廣泛，且支出成本低、周期短、技術(shù)成熟，是當(dāng)前土壤污染中降低汞元素濃度的常見使用方式，但是其應(yīng)用也具有一定的局限性，且在土壤的修復(fù)過程中倘若把控不到位，容易對(duì)當(dāng)?shù)丨h(huán)境造成二次污染。熱處理技術(shù)的應(yīng)用成本相對(duì)較高，且高溫環(huán)境容易對(duì)土壤的原有結(jié)構(gòu)造成破壞，低溫處理方法有效解決了這一問題。電動(dòng)修復(fù)的方法消耗的成本較高，難以大面積展開使用。而植物的修復(fù)技術(shù)相對(duì)于物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)而言比較溫和，同時(shí)不會(huì)造成二次污染，對(duì)于土壤的傷害性較低，但其具體處理效果受環(huán)境影響波動(dòng)較大。通常在后期的土地污染處理工作中，選擇多種處理方式互補(bǔ)的方法，這也成為解決土地中汞元素造成污染問題的未來處理方向。