吳燕芳

（福建省廢物管理中心，福建福州350001）

近年來，隨著城市化、工業(yè)化和農(nóng)業(yè)集約化的快速發(fā)展，我國土壤重金屬的污染問題越來越嚴(yán)重[1]。土壤重金屬污染事件頻繁發(fā)生。2011年年初的“鎘米風(fēng)波”，重金屬鎘就是由產(chǎn)地的污染土壤侵入到稻米中的。2011年8月，云南省曲靖市非法傾倒劇毒工業(yè)廢渣鉻渣導(dǎo)致環(huán)境污染。有權(quán)威材料表明，全國每年受重金屬污染的糧食高達(dá)1200萬t，直接經(jīng)濟(jì)損失超過200億元。目前，國家對(duì)重金屬污染工作也高度重視，國務(wù)院于2011年2月18日正式批復(fù)《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》。因此，重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)研究是當(dāng)前環(huán)境保護(hù)的重要課題之一。文中重點(diǎn)介紹了國內(nèi)外有關(guān)重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展及發(fā)展前景。

1 重金屬土壤污染源及其特點(diǎn)

重金屬是指密度大于5.0 g/cm3的金屬元素，包括鐵、錳、銅、鋅、鎘、鉛、汞、鉻、鎳、鋁、鈷等，在環(huán)境污染方面所指的重金屬是指對(duì)生物有顯著毒性的元素，從毒性角度，通常砷、鈹、鋰、硒、硼、鋁等也歸為重金屬的研究范疇[2]。我國土壤重金屬的主要污染源是污水灌溉、固體廢棄物的不當(dāng)堆放、礦山開采與冶煉以及使用重金屬制品等人為因素所致。

重金屬污染土壤具有其獨(dú)特的特點(diǎn)：

（1）具有隱蔽性和滯后性。土壤重金屬污染不像大氣污染、水污染及廢棄物污染那樣直觀。

（2）具有累積性。重金屬污染物質(zhì)在土壤中不易遷移，容易在土壤中不斷積累而超標(biāo)。

（3）具有不可逆轉(zhuǎn)性。在土壤中，許多有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的污染也需要較長的時(shí)間才能降解，某些重金屬污染的土壤可能要100～200年時(shí)間才能夠恢復(fù)[3]。由于土壤地球物理化學(xué)的自然形成過程極其緩慢，一般每百年以0.5～2.0 cm厚度的速率進(jìn)行，這就意味著土壤資源一旦遭到污染或人為干擾后將很難在短時(shí)期內(nèi)得以恢復(fù)[4]。

（4）具有難治理性。土壤重金屬污染一旦發(fā)生，僅僅依靠切斷污染源的方法往往很難恢復(fù)，有時(shí)要靠換土、淋洗土壤等方法才能解決問題，通常成本較高，治理周期較長。

2 重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)

目前，國內(nèi)外對(duì)重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)進(jìn)行廣泛的研究，取得了一定的進(jìn)展，具體包括以下幾種修復(fù)措施。

2.1 物理修復(fù)

2.1.1 客土法、換土法和深耕翻土法

通過客土法、換土法和深耕翻土法與污土混合，可以降低土壤中重金屬的含量，減少重金屬對(duì)土壤-植物系統(tǒng)產(chǎn)生的毒害，從而使農(nóng)產(chǎn)品達(dá)到食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。深耕翻土法用于輕度污染的土壤，而客土法和換土法則是用于重污染區(qū)的常見方法，在這方面日本取得了成功的經(jīng)驗(yàn)。以上這些工程措施是比較經(jīng)典的重金屬污染土壤治理措施，具有徹底、穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)施工程量大，投資費(fèi)用高，破壞土體結(jié)構(gòu)，引起土壤肥力下降，并且還要對(duì)換出的污土進(jìn)行堆放或處理，因此不是一種理想的污染土壤修復(fù)方法。

2.1.2 電熱修復(fù)法

電熱修復(fù)是利用高頻電壓產(chǎn)生電磁波，產(chǎn)生熱能，對(duì)土壤進(jìn)行加熱，使污染物從土壤顆粒內(nèi)解吸出來，加快一些易揮發(fā)性重金屬如汞、砷從土壤中分離，或者進(jìn)行熱固定等的一種方法。該方法具有技術(shù)成熟、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但是耗能大、操作費(fèi)用較高，只對(duì)具有揮發(fā)性的重金屬適用，所以具有局限性。

2.1.3 玻璃化技術(shù)

玻璃化技術(shù)是指把重金屬污染區(qū)土壤置于高溫高壓下，使之形成玻璃態(tài)物質(zhì)，將重金屬固定其中，從而達(dá)到從根本上消除土壤重金屬污染的目的。該技術(shù)方法工程量大，費(fèi)用偏高，其最大的特點(diǎn)是見效快，適用于對(duì)受到重金屬污染嚴(yán)重的土壤進(jìn)行搶救性修復(fù)工作。

2.1.4 電動(dòng)力修復(fù)

電動(dòng)力修復(fù)技術(shù)的主要機(jī)理是重金屬污染物在電場(chǎng)的作用下，通過離子遷移和電滲定向遷移出土壤，從而達(dá)到修復(fù)的目的[5]。其基本方法是在水飽和土壤中插入電極并通以直流電，土壤中的污染物如重金屬、放射性元素和有害有機(jī)物在電場(chǎng)的作用下，分別向陰、陽兩極遷移，從而達(dá)到去除土壤中有害物質(zhì)的目的[6]。電動(dòng)修復(fù)作為一種原位修復(fù)技術(shù)，不攪動(dòng)土層，具有處理成本低，修復(fù)效率高，后處理方便，環(huán)境影響小，可以處理飽和、不飽和土壤等一系列優(yōu)點(diǎn)，特別是在處理點(diǎn)源污染和突發(fā)性事故等方面有非常好的應(yīng)用前景，是對(duì)現(xiàn)有方法的重要補(bǔ)充[7]。目前，美國、英國、德國、澳大利亞、日本和韓國等國的科學(xué)家相繼開展了土壤電動(dòng)修復(fù)方面的基礎(chǔ)和應(yīng)用性研究工作，荷蘭和美國等國家已成功采用電動(dòng)修復(fù)技術(shù)去除土壤污染物[8-9]。但是，由于土壤系統(tǒng)中組分復(fù)雜，對(duì)于滲透性高、傳導(dǎo)性差的砂質(zhì)土壤清除重金屬的效果較差，經(jīng)常出現(xiàn)實(shí)際應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相反的現(xiàn)象，所以這一方法受到限制。就整體來看，該方面的工作尚處于初始階段，需要加強(qiáng)數(shù)學(xué)模型的研究來確定影響金屬離子移動(dòng)的主要因素，從而改進(jìn)修復(fù)方法。

2.2 化學(xué)修復(fù)

2.2.1 化學(xué)固定

化學(xué)固定是在土壤中加入化學(xué)試劑或化學(xué)材料，利用它們與重金屬之間形成不溶性或移動(dòng)性差、毒性小的物質(zhì)而降低其在土壤中的生物有效性，減少其向水體和植物及其他環(huán)境單元的遷移，實(shí)現(xiàn)污染土壤的化學(xué)修復(fù)。固化方法的關(guān)鍵在于成功地選擇一種經(jīng)濟(jì)而有效的固化劑，到目前為止，已有大量的改良材料被應(yīng)用。主要有：能提高土壤pH值的石灰或碳酸鈣，與重金屬形成難溶性沉淀的磷酸、輕磷礦石、三過磷酸鈣、硅酸鹽等化合物[10-11]，陽離子吸附量高的海泡石、坡縷石、沸石、蒙脫石等礦物，腐殖酸等有機(jī)物及一些對(duì)人體無害或有益并對(duì)重金屬有拮抗作用的金屬元素[12-15]。

化學(xué)固定是在土壤原位上進(jìn)行的，簡(jiǎn)單易行，但并不是一種永久的修復(fù)措施，因?yàn)樗桓淖兞酥亟饘僭谕寥乐写嬖诘男螒B(tài)，金屬元素仍保留在土壤中，容易再度活化危害植物。另外，改良劑的使用將在一定程度上改變土壤結(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)土壤微生物也可能產(chǎn)生一定影響。

2.2.2 土壤淋洗

土壤淋洗是利用淋洗液把土壤固相中的重金屬轉(zhuǎn)移到土壤液相中去，再把富含重金屬的廢水進(jìn)一步回收處理的土壤修復(fù)方法。目前，用于淋洗土壤的淋洗液較多，包括有機(jī)或無機(jī)酸、堿、鰲合劑和表面活性劑等。用來提取土壤重金屬的主要有：硝酸、鹽酸、磷酸、硫酸、氫氧化鈉、草酸、檸檬酸、EDTA和DTPA等。EDTA能在很寬的pH值范圍內(nèi)與大部分金屬（特別是過渡金屬）形成穩(wěn)定的復(fù)合物，不僅能解吸被土壤吸附的金屬，也能溶解不溶性的金屬化合物，現(xiàn)己被證明是最有效的鰲合提取劑。淋洗法可以去除土壤中大量的污染物，限制有害污染物的擴(kuò)散范圍，還具有費(fèi)用較低、操作人員可不直接接觸污染物等優(yōu)點(diǎn)，但該法僅適用于砂壤等滲透系數(shù)大的土壤，對(duì)質(zhì)地比較粘重、滲透性比較差的土壤修復(fù)效果比較差，且淋洗劑的殘留易造成土壤和地下水的二次污染[16]。

2.3 植物修復(fù)

依據(jù)美國國家環(huán)保局的定義[17]，廣義上的植物修復(fù)技術(shù)是指利用植物提取、吸收、分解、轉(zhuǎn)化或固定土壤、沉積物、污泥或地表、地下水中有毒有害污染物技術(shù)的總稱。植物修復(fù)（phytoremediation）[18-19]是指將某種特定的植物種植在重金屬污染的土壤上，該種植物對(duì)土壤中的污染元素具有特殊吸收富集能力，將植物收獲并妥善處理后即可將該種重金屬移出土體，達(dá)到污染治理與生態(tài)修復(fù)的目的。因其在原位進(jìn)行處理，成本低廉、效果永久且兼顧美學(xué)效應(yīng)而迅速得到了公眾和學(xué)術(shù)界的廣泛認(rèn)可[20-21]。根據(jù)植物修復(fù)技術(shù)的類型[22-23]，利用超富集植物或富集型功能的植物治理重金屬污染的土壤，其機(jī)理分為植物穩(wěn)定或固化、植物吸收、植物揮發(fā)及植物降解4種類型。

（1）植物穩(wěn)定或固化（phytostabilization or phytoimmbolization）[24]。植物穩(wěn)定是利用耐重金屬植物吸收和沉淀來固定土壤中的大量有毒金屬，以降低其生物有效性和防止其進(jìn)入地下水和食物鏈，從而減少其對(duì)環(huán)境和人類健康的污染風(fēng)險(xiǎn)。植物在植物穩(wěn)定中有兩種主要功能：一是保護(hù)污染土壤少受侵蝕，減少土壤滲漏來防止金屬污染物的遷移；二是通過在根部累積和沉淀或通過根表吸收金屬來加強(qiáng)對(duì)污染物的固定。

（2）植物吸收（phytoextraction）[25]。植物吸收是利用專性植物根系吸收一種或幾種污染物，特別是有毒金屬，并將其轉(zhuǎn)移、貯存到植物莖葉，然后收割莖葉，從而達(dá)到去除土壤重金屬元素的目的，通常也稱為植物萃取。專性植物通常指超積累植物，可以從土壤中吸取和積累超尋常水平的有毒金屬。例如十字花科遏藍(lán)菜屬植物，具有很強(qiáng)的吸收Zn和Cd的能力，目前被作為植物超積累研究的模式植物。

（3）植物揮發(fā)（phytovolalization）[26]。植物的揮發(fā)與植物吸收是相連的。它是利用植物的吸取、積累、揮發(fā)而減少土壤污染物，即利用一些植物來促進(jìn)重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓳]發(fā)的形態(tài)，并將之揮發(fā)出土壤或植物表面。目前這方面研究最多的是類金屬元素Hg和非金屬元素Se。

（4）植物降解（phytodegradation）[27]。植物降解指利用植物及其周圍的相關(guān)微生物降解土壤中的污染物。

3 發(fā)展前景

目前，國外關(guān)于土壤重金屬污染的研究已有不少報(bào)道，美國、德國、澳大利亞和日本等國都比較深入，筆者認(rèn)為應(yīng)先從以下兩方面考慮。

3.1 高校研究部門與企業(yè)結(jié)合，加快技術(shù)突破

土壤修復(fù)技術(shù)利用的核心在于相關(guān)技術(shù)的突破。當(dāng)前，我國有關(guān)于土壤修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用大多是停留在實(shí)驗(yàn)室階段，有很多科研工作者受到學(xué)校實(shí)驗(yàn)條件的限制，無法進(jìn)行中試放大驗(yàn)證，走向?qū)嶋H應(yīng)用。因此，要突破這個(gè)局限，就應(yīng)該加強(qiáng)高校研究部門與企業(yè)的結(jié)合，優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，利用好學(xué)校與企業(yè)的平臺(tái)，使得科研成果應(yīng)用到實(shí)際中來，真正實(shí)現(xiàn)污染土壤的治理。

3.2 完善土壤修復(fù)組合體系，推行生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)

由于土壤結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和類型的差異性，重金屬污染的土壤往往具有多種重金屬，并且還伴有有機(jī)物等其他方面的污染。在修復(fù)過程中需要多種方法組合使用，故應(yīng)該完善相應(yīng)的修復(fù)體系。另外，在修復(fù)過程中會(huì)涉及到一些土壤淋洗液，包括：有機(jī)或無機(jī)酸、堿、鰲合劑和表面活性劑等。這些淋洗液的使用是否會(huì)給當(dāng)?shù)氐耐寥澜Y(jié)構(gòu)及生態(tài)造成影響，后期需要對(duì)生態(tài)環(huán)境影響進(jìn)行追蹤評(píng)價(jià)。

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