楊燦

（武漢工程大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢430205）

1 概述

隨著地球上各種礦產(chǎn)資源的綜合開(kāi)發(fā)利用、工業(yè)生產(chǎn)的迅猛發(fā)展、各種化學(xué)產(chǎn)品、農(nóng)藥及化肥的廣泛使用，重金屬元素通過(guò)各種途徑進(jìn)入土壤中，造成日益嚴(yán)重的重金屬污染。2014 年環(huán)境保護(hù)部及國(guó)土資源部聯(lián)合發(fā)布的全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公告[1]中指出，鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳8 種重金屬點(diǎn)位超標(biāo)率分別為7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%。重金屬在土壤中的累積不僅會(huì)造成土壤污染，還可以通過(guò)氣- 土交換及地表徑流等方式導(dǎo)致大氣、地表水和地下水等環(huán)境質(zhì)量惡化，降低農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，并通過(guò)食物鏈途徑危害人們的健康。據(jù)報(bào)道，我國(guó)約有3 億畝耕地被污染，每年因土壤重金屬污染而損失的糧食作物約1200 萬(wàn)噸[2]。據(jù)孫寧[3]統(tǒng)計(jì)，十二五期間發(fā)生的重大特大重金屬污染事件三十起，已經(jīng)給人們的生命安全造成極大的危害。本文系統(tǒng)地介紹目前主流的重金屬污染土壤修復(fù)的技術(shù)，以期對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)提供一定現(xiàn)實(shí)依據(jù)。

2 土壤重金屬污染的修復(fù)方法

2.1 物理修復(fù)

重金屬污染物理修復(fù)法是指用物理的方法對(duì)土壤中的重金屬進(jìn)行治理，以降低其對(duì)土壤環(huán)境的影響。主要包括客土、換土、深耕翻土、隔離等方法。前三種方法均具有徹底、穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，但是具有明顯的劣勢(shì)，例如工程量龐大、投資成本高，易對(duì)土壤結(jié)構(gòu)造成破壞，致使土壤肥力下降等。隔離法主要是使用價(jià)格便宜的水泥對(duì)污染區(qū)域進(jìn)行隔離，雖然簡(jiǎn)單易行，但也只適用于小面積重金屬污染土壤的修復(fù)。

整體上說(shuō)，物理方法效果較好，操作簡(jiǎn)單周期小，基本無(wú)二次污染，但是影響土壤肥力，且不適用于大面積重金屬污染土壤的修復(fù)。

2.2 生物修復(fù)

生物修復(fù)技術(shù)主要是指利用特定的生物來(lái)消減、改良和凈化土壤中的重金屬或降低土壤重金屬的毒性，以此來(lái)恢復(fù)生態(tài)效應(yīng)的生物措施，生物修復(fù)技術(shù)主要包括微生物修復(fù)、植物修復(fù)和動(dòng)物修復(fù)。

微生物法具有良好的發(fā)展?jié)摿?，但因其個(gè)體很小，存在難以分離的技術(shù)問(wèn)題，多數(shù)微生物方法主要停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段或田間試驗(yàn)階段，工程應(yīng)用案例極少。雖然植物修復(fù)成本低且無(wú)二次污染，但修復(fù)周期過(guò)長(zhǎng)。此外，動(dòng)物修復(fù)方法不適用于修復(fù)高濃度重金屬污染土壤，且有待于尋找出更多可用的動(dòng)物種類(lèi)。

2.3 化學(xué)修復(fù)

2.3.1 電動(dòng)修復(fù)

在電場(chǎng)作用下，土壤中的重金屬和其他離子以電遷移、電滲流或電泳的方式向電極陰陽(yáng)兩端移動(dòng)，然后集中處理兩端的污染物，從而達(dá)修復(fù)土壤。目前，在電場(chǎng)模型建立、機(jī)理及全過(guò)程、池體設(shè)計(jì)等放方面進(jìn)行深入研究。Gent 等[4]使用檸檬酸將陰極pH 維持在4，經(jīng)過(guò)6 個(gè)月的處理后，結(jié)果表明，Cr 的去除率為78%，Cd 的去除率為70%，低于土壤背景值。

電動(dòng)修復(fù)不破壞土壤結(jié)構(gòu)，且未引入二次污染物，但技術(shù)成熟度低，適用于小面積、多種類(lèi)型污染、低滲透性的粘土和淤泥土。

2.3.2 淋洗修復(fù)

土壤淋洗是利用無(wú)機(jī)溶液、螯合劑和表面活性劑等淋洗液把土壤固相中的污染物轉(zhuǎn)移到土壤液相中去，再把富含污染物的淋洗液水進(jìn)行回收處理，達(dá)到去除土壤中污染物的目的。該方法的關(guān)鍵在于尋找既能提取不同形態(tài)的重金屬，又不破壞土壤結(jié)構(gòu)的一種淋洗液。Moutsatsou 等[5]對(duì)比HCl、H2SO4和HNO3對(duì)受As、Cu、Pb、Zn 污染土壤的淋洗效果，發(fā)現(xiàn)HCl 的效果最好。

雖然淋洗修復(fù)能夠有效地去除土壤中的重金屬，但是很難選擇到一種合適的淋洗液。

2.3.3 穩(wěn)定/固化修復(fù)

穩(wěn)定/固化修復(fù)主要通過(guò)加入化學(xué)物質(zhì)與土壤中重金屬形成不溶性或難溶性、毒性小的物質(zhì)，降低其在土壤中的生物有效性和遷移性。目前，已有大量的文獻(xiàn)資料報(bào)導(dǎo)不同的固定劑在去除土壤重金屬方面的應(yīng)用，如多種金屬氧化物、石灰類(lèi)、磷酸鹽類(lèi)、黏土礦物、有機(jī)質(zhì)等物質(zhì)。關(guān)鍵之處在于尋找價(jià)格低廉且環(huán)境友好的改良劑。Liu 等[6]研究發(fā)現(xiàn)石灰能使土壤中可溶態(tài)的Pb、Cd 和Zn 的活性降低，減少大米和豆子對(duì)重金屬的吸收。Yang 等[7]將脫硫石膏加入受Pb 和Cd 污染的土壤中，該鈍化劑使土壤中Pb 和Cd 浸出含量分別減少52.7%和30.5%。

穩(wěn)定/固化修復(fù)方法操作簡(jiǎn)單，技術(shù)較為成熟、成本相對(duì)較低且周期短，但此種方法只改變了土壤中重金屬的賦存形態(tài)，并未將其去除，當(dāng)土壤理化性質(zhì)發(fā)生變化時(shí)，容易再度活化產(chǎn)生二次污染。

2.4 農(nóng)業(yè)調(diào)控修復(fù)

農(nóng)業(yè)調(diào)控修復(fù)主要是因地制宜地變換作物品種、調(diào)整耕作制度、選擇能降低土壤重金屬毒性的化肥等措旋，來(lái)降低土壤重金屬污染。蔣成愛(ài)等[8]研究發(fā)現(xiàn)，將東南景天與玉米和大豆間作，東南景天地上部分對(duì)Cd、Pb、Zn 三種重金屬的吸收總量為單作的1.68～1.87 倍，并且玉米對(duì)Cd、Zn 的吸收降低較為明顯。焦鵬等[9]室內(nèi)盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)氮肥（NH4Cl）和鉀肥（KCl）能增加玉米對(duì)土壤中Cd、Pb 的吸收。

在具體的修復(fù)操作中，應(yīng)因地制宜地選擇合適的施肥、搭配種植等農(nóng)業(yè)措施，提高修復(fù)效率。技術(shù)成熟、成本低、無(wú)二次污染風(fēng)險(xiǎn)，但周期長(zhǎng)且效果有限。

3 結(jié)論

目前，大部分的土壤修復(fù)方法已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工程化，對(duì)于土壤污染的復(fù)雜性，物理、化學(xué)、農(nóng)業(yè)調(diào)控相結(jié)合的方法應(yīng)用較為廣泛，在實(shí)際應(yīng)用中，我們應(yīng)該充分考慮各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，以此達(dá)到高效率、低消耗且相對(duì)環(huán)境友好的效果。