土壤重金屬污染的來源和修復(fù)

陳 靜 鮑立婷

（鄭州大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450000）

1 引言

土壤污染一直是環(huán)境科學(xué)研究的重點，目前土壤污染中污染面積最廣、危害最大的問題之一就是重金屬污染。土壤重金屬污染具有隱蔽性、累積性、不可逆性和長期性等特點，會導(dǎo)致土壤退化，農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量下降，而且重金屬最終會在人體積累，危害人體健康。隨著我國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的發(fā)展，我國土壤重金屬污染也越來越嚴(yán)重，目前全國耕地面積的10%以上已受重金屬污染。

2 重金屬的來源、種類

導(dǎo)致土壤污染的重金屬主要包括 Hg、Cd、Pb、Cr、As等生物毒性顯著的重金屬元素，也包括在低濃度是有益元素而在高濃度才具有毒性的 Zn、Cu、Co、Ni等。

土壤重金屬來源廣泛，主要包括有大氣降塵、污水灌溉、采礦和冶煉、農(nóng)藥和化肥等。由于重金屬污染通常是伴隨著工業(yè)生產(chǎn)、汽車尾氣、礦業(yè)活動、污水灌溉產(chǎn)生的，因而在工礦的周圍和公路、鐵路的兩側(cè)、重工業(yè)發(fā)達地區(qū)、北方污溉地區(qū)尤為嚴(yán)重，南京某生產(chǎn)鉻的重工業(yè)廠鉻污染疊加已超過當(dāng)?shù)乇尘爸?.4倍。

土壤重金屬污染可能會通過雨水淋溶作用向下滲透、以土壤顆粒物等形式能直接或間接地為人和動物所吸收，為植物吸收利用而進人食物鏈等多種途徑對環(huán)境產(chǎn)生危害。如果不及時加以治理，會造成不可估量的影響。

3 土壤重金屬污染的修復(fù)

由于重金屬在環(huán)境中難以轉(zhuǎn)化等特性，目前治理重金屬污染有改變重金屬在土壤中的存在形態(tài)使其固化和從土壤中去除重金屬使其存留濃度接近或達到背景值兩種途徑。目前針對這兩種途徑已經(jīng)派生出各自物理、化學(xué)和生物的治理方法。

3.1 工程治理措施

工程治理是指用物理或物理化學(xué)的原理來治理土壤重金屬污染，主要有客土、換土法、固化技術(shù)、電動力學(xué)法。

客土法是在被污染的土壤上加入非污染土壤；換土法是部分或全部挖除污染土壤，然后換上非污染土壤。這兩種方法通常用于治理農(nóng)田重金屬嚴(yán)重污染，切實有效。但是由于這種做法需要花費大量的人力與財力，只適用于小面積嚴(yán)重污染土壤的治理。

固化技術(shù)是將重金屬污染的土壤與固化劑按一定比例混合，經(jīng)熟化形成滲透性很低的固體混合物，從而降低其在環(huán)境中的遷移性和生物可利用性。

電動力學(xué)法是在土壤中插入一些電極，把低強度直流電導(dǎo)人土壤以清除污染物。該法在大規(guī)模污染土壤治理中有較好的應(yīng)用前景，但是由于電導(dǎo)力學(xué)方法對滲透性較高、傳導(dǎo)性較差的土壤治理效果較差，所以不適用于砂性土壤重金屬污染的治理。

3.2 生物修復(fù)措施

生物修復(fù)是指利用生物的某些習(xí)性來削減、凈化土壤中的重金屬或降低重金屬毒性。根據(jù)利用的生物的種類可以分為微生物修復(fù)和植物修復(fù)。該方法實施較簡便、投資較少，對環(huán)境破壞小，日益成為修復(fù)污染土壤研究的熱點。

微生物修復(fù)是指利用某些微生物對重金屬具有吸收、沉淀、氧化和還原等作用降低土壤中重金屬的毒性。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種微生物具有治理重金屬污染的功能，如微生物Geospirillum arsenophilus能在厭氧條件下將As5+還原為As3+，促進砷的淋溶；動膠菌、硫酸還原菌、藍細(xì)菌及某些藻類，能夠產(chǎn)生胞外聚合物與重金屬離子結(jié)合成絡(luò)合物；Citrobacter sp產(chǎn)生的酶能使Pb、Cd形成難溶磷酸鹽。一些土壤微生物還能改變根際微環(huán)境，提高植物對重金屬的吸收，揮發(fā)或固定效率。

植物修復(fù)主要指利用某些自然界存在或人工培養(yǎng)的植物能忍耐和超量積累某種重金屬的特性來清除土壤中的重金屬，分為植物提取、植物揮發(fā)和植物穩(wěn)定三種。植物提取指依靠植物從土壤中過量吸收重金屬，收割地上部分并進行處理，從而降低或去除土壤重金屬。目前已發(fā)現(xiàn)印度芥菜、高桿牧草、英國的高山瑩屬類等700多種能夠超量積累某種重金屬的植物。植物揮發(fā)是依靠植物將根系吸收的重金屬轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)揮發(fā)到大氣中，主要用于處理Hg和Se。植物穩(wěn)定指讓金屬在植物根部積累、沉淀或被根表吸收，從而降低重金屬的活性，防止重金屬被淋洗到地下水或擴散至空氣中。

3.3 化學(xué)修復(fù)措施

化學(xué)修復(fù)是指向受污染的土壤中投加化學(xué)試劑，增加土壤中有機質(zhì)、陽離子代換量等，改變pH、電導(dǎo)等理化性質(zhì)，將重金屬吸附、氧化還原、拮抗或沉淀，降低重金屬的生物有效性。可以分為化學(xué)提取和施用改良劑。

化學(xué)提取指向土壤中投加試劑，利用其和重金屬的相互作用，使重金屬轉(zhuǎn)化為溶解態(tài)或形成絡(luò)合物，最終從從提取液中回收重金屬，提取液可以循環(huán)利用。目前可以用于此法的試劑分為三類：(1)螯合劑，包括 EDTA、DTPA、EGTA、草酸、檸檬酸等；(2)酸、堿、鹽，包括硝酸、鹽酸、硫酸、氫氧化鈉等；(3)表面活性劑。該法提取費用較低，避免直接接觸污染物，但是僅適用于砂壤等滲透系數(shù)大的土壤或輕質(zhì)土壤的地表污染的修復(fù)，此外引入的提取劑容易造成二次污染。

施用改良劑可以降低重金屬在環(huán)境中的遷移能力，減少植物對重金屬的吸收。常用的改良劑有石灰、磷酸鹽、硅酸鹽、沸石、含鐵的氧化物材料等。不同的改良劑對重金屬有不同的修復(fù)機理，常見的有沉淀、共沉淀、離子交換吸附和專性吸附等，如施用石灰就能利用其與碳酸鈣的共沉淀反應(yīng)固化重金屬。化學(xué)改良劑修復(fù)能暫時減輕污染土壤中重金屬的危害，恢復(fù)污染環(huán)境的部分功能，且成本低廉，易于推廣。但是由于金屬元素只是改變了形態(tài)，仍保留在土壤中，容易再度活化危害植物；另一方面，長期施用改良劑會對土壤造成破壞。

3.4 農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)

農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)是指根據(jù)土壤污染狀況和當(dāng)?shù)貧夂蛏鷳B(tài)條件條件改變耕作管理制度來降低重金屬污染的危害。具體操作時可根據(jù)實際情況調(diào)整作物品種，種植抗污染的物種或不進入食物鏈的物種。如在含鎘100mg／kg的土壤上政種苧麻．五年后，土壤鎘含鎘平均降低276%。還可以選擇能降低土壤重金屬污染的化肥，盡量施用能夠固定重金屬的有機肥。土壤重金屬污染還可導(dǎo)致生態(tài)破壞，合理使用生態(tài)修復(fù)的方法也可以減輕土壤重金屬污染，如調(diào)節(jié)氣溫、濕度等生態(tài)因素，調(diào)控污染物所處環(huán)境介質(zhì)等。如可以在污染區(qū)公路兩側(cè)多種樹或蓖麻等經(jīng)濟作物，還可種植草皮或觀賞花木等，可以達到美化環(huán)境和凈化土壤的雙重效果。這種治理措施易操作，費用低，但是修復(fù)周期長，效果不明顯。

目前已有的修復(fù)技術(shù)在實際應(yīng)用中都有自己的不足之處，目前人們還在致力于超累積植物的篩選與培育、基因工程的應(yīng)用、生物修復(fù)綜合技術(shù)等方面的研究，以期更有效地解決重金屬污染土壤的修復(fù)問題。

4 預(yù)防土壤重金屬污染的措施

土壤重金屬污染已經(jīng)達到了非常嚴(yán)重的地步，一旦土壤對重金屬的消納容量達到飽和，耕地的生產(chǎn)能力將會遭到毀滅性的破壞。重金屬無法徹底從環(huán)境中去除，因而土壤重金屬污染應(yīng)從源頭抓起，重在預(yù)防。

首先應(yīng)該加強宣傳教育，提高對其思想認(rèn)識。只有認(rèn)識到各種生產(chǎn)活動可能產(chǎn)生的重金屬污染及其可能產(chǎn)生的嚴(yán)重后果，才能對在各種生產(chǎn)活動中重視重金屬污染，并對其進行防治。

其次應(yīng)該加強土壤環(huán)境監(jiān)督，重視法制管理。由于土壤重金屬污染具有隱蔽性，必須加強監(jiān)督才能及時發(fā)現(xiàn)及時治理。此外近年來違法經(jīng)營的礦廠也造成較為嚴(yán)重的重金屬污染，必須加大執(zhí)法監(jiān)管力度。

最后要落實科學(xué)發(fā)展觀，兼顧經(jīng)濟、社會、環(huán)境的長遠發(fā)展規(guī)劃。雖然工業(yè)是經(jīng)濟發(fā)展的基石，但我們必須認(rèn)識到環(huán)境尤其是土壤的重要性，必須兼顧經(jīng)濟、社會、環(huán)境三者的協(xié)調(diào)發(fā)展，缺一不可。

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