土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)及應(yīng)用分析

陸志家，耿秀華

（江蘇科易達(dá)環(huán)?？萍加邢薰?，江蘇 鹽城 224007）

全國(guó)約有16.1%國(guó)土（19.4%耕地）遭受不同程度的重金屬污染和有機(jī)污染，礦業(yè)廢棄地則是重金屬污染的最主要來(lái)源。2016年，中央下?lián)苤亟饘傥廴緦?zhuān)項(xiàng)治理資金36億元，支持全國(guó)37個(gè)土壤重金屬污染治理及修復(fù)示范工程。土壤重金屬污染修復(fù)是利用科學(xué)的技術(shù)或方法去除土壤中的重金屬或降低土壤中的重金屬活性，實(shí)現(xiàn)土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復(fù)，減少重金屬污染物被植物吸收、切斷重金屬污染物遷移，防治重金屬對(duì)人體健康危害。其中，重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)在修復(fù)中發(fā)揮著巨大作用，本文通過(guò)各種修復(fù)技術(shù)的分析比較，為實(shí)際修復(fù)中技術(shù)選擇提供參考。

1 土壤重金屬污染概述

1.1 土壤重金屬污染類(lèi)型及來(lái)源

密度超過(guò)5 g/cm3的金屬被稱(chēng)為重金屬，其主要是指鎘、鉻、鎳、鋅、鉛、銅、汞以及類(lèi)金屬砷等生物性顯著的金屬。其中，鋅、銅的重金屬毒性相對(duì)較小，而汞、鉛、鉻、砷、鎘則被稱(chēng)為重金屬污染中的“五毒”，也是土壤重金屬污染治理中重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象。從土壤重金屬污染物來(lái)源看，主要分為自然來(lái)源和人為因素。其中，自然原因主要是巖石風(fēng)化和火山噴發(fā)等自然地質(zhì)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的土壤重金屬污染。人為因素是土壤重金屬污染的最主要來(lái)源，如工業(yè)生產(chǎn)、礦產(chǎn)開(kāi)采、機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放、金屬冶煉和污泥使用等[1]。此外，重金屬農(nóng)藥、化肥的過(guò)量使用也是導(dǎo)致土壤重金屬污染日趨加重的重要因素。

1.2 土壤重金屬污染特點(diǎn)及危害

與其他污染物相比，重金屬一旦浸入土壤中會(huì)呈現(xiàn)生物富集現(xiàn)象，土壤重金屬污染具有較強(qiáng)的累積性、隱蔽性、滯后性和不可降解性，持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。土壤中的植物會(huì)不斷富集重金屬污染物，并通過(guò)食物鏈進(jìn)入動(dòng)物或人體中累積，對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康構(gòu)成嚴(yán)重危害。因此，土壤重金屬污染會(huì)導(dǎo)致土壤自身的生態(tài)性狀發(fā)生改變，如土壤質(zhì)量退化，抑制植物光合作用、新陳代謝，影響植物產(chǎn)量和品質(zhì)等。另外，土壤重金屬具有較強(qiáng)的遷移特性，通過(guò)食物鏈不斷在植物、動(dòng)物以及人體內(nèi)富集，破壞生物體的正常生理代謝，也會(huì)對(duì)人類(lèi)健康產(chǎn)生威脅。例如，鎘、鉻重金屬污染富集具有一定的致突變性和致癌性；銅、釩會(huì)引起人類(lèi)生殖障礙；汞會(huì)影響胎兒發(fā)育；錳在人體中富集還會(huì)引起肺炎，誘發(fā)其他疾病等。

1.3 土壤重金屬污染現(xiàn)狀及根源

2017年，我國(guó)耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率為19.4%，主要是鎘、鎳、銅、砷、汞、鉛等重金屬污染，導(dǎo)致土壤重金屬污染的主要根源是土壤酸化、肥料不合理施用和工業(yè)污染等。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部開(kāi)展的全國(guó)灌區(qū)調(diào)查表明，在約140萬(wàn)hm2的污水灌區(qū)中，遭受重金屬污染的土地面積占污水灌區(qū)面積的64.8%，每年因重金屬污染而導(dǎo)致糧食減產(chǎn)的多達(dá)1000萬(wàn)t，被重金屬污染的糧食多達(dá)1200萬(wàn)t,合計(jì)造成經(jīng)濟(jì)損失約200億元。原環(huán)境保護(hù)部對(duì)全國(guó)26個(gè)省市的土壤污染調(diào)查表明，土壤重金屬污染主要分布于長(zhǎng)三角、珠三角、東北老工業(yè)基地、成渝平原、渭河平原以及主要礦產(chǎn)資源性城市等。一些地區(qū)的土壤重金屬污染較為嚴(yán)重，污染類(lèi)型多樣，污染源復(fù)雜，控制難度較大等，土壤重金屬污染形勢(shì)依然較為嚴(yán)峻。

2 土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)

2.1 物理隔離修復(fù)技術(shù)

物理修復(fù)技術(shù)是指利用物理措施將重金屬污染物從受污染的土壤中去除或分離。目前，該技術(shù)應(yīng)用于土壤重金屬污染修復(fù)較多，也是較為成熟的有熱處理、吸附法技術(shù)。此外，還包括電動(dòng)修復(fù)法、換土/客土/翻土/去表土法、玻璃化技術(shù)、熱解吸法和隔離法等。其中，吸附法主要利用生物炭、活性炭等吸附劑。R Mukherjee利用吸附-光催化聯(lián)合方法對(duì)位于意大利南部某地受銅、鋅污染的土壤進(jìn)行修復(fù)研究，先采用乙二胺-N，N’-琥珀酸（EDDS）萃取土壤中的重金屬，并對(duì)土壤洗滌溶液進(jìn)行光催化、吸附處理，經(jīng)過(guò)萃取、吸附后，土壤中的銅、鋅、鐵、錳等重金屬污染物達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)[2]。

電動(dòng)修復(fù)法是指在受重金屬污染的土壤中插入電極，通過(guò)直流電形成電場(chǎng)，使重金屬離子在電場(chǎng)作用下定向移動(dòng)，將電極室中的重金屬集中收集、處理，達(dá)到修復(fù)效果。電動(dòng)修復(fù)適合透水性差的黏土類(lèi)土壤重金屬污染修復(fù)。熱解吸法利用微波、蒸汽以及紅外輻射等對(duì)受污染土壤進(jìn)行加熱升溫，使土壤中易揮發(fā)重金屬污染物汞、硒等揮發(fā)后收集處理，但容易造成土壤水分及營(yíng)養(yǎng)損耗，影響土壤生態(tài)性能。

2.2 化學(xué)改良修復(fù)技術(shù)

化學(xué)改良修復(fù)技術(shù)主要是將改良劑撒入受污染土壤中，通過(guò)改良劑的吸附作用，以及還原氧化、拮抗等，從而降低土壤中的重金屬污染物含量?；瘜W(xué)改良修復(fù)技術(shù)包括土壤淋洗法、穩(wěn)定化修復(fù)、拮抗作用及天然礦物治理。其中，應(yīng)用最為廣泛的是EDTA淋洗技術(shù)，具有簡(jiǎn)潔、直觀等優(yōu)勢(shì)。吳少飛等采用檸檬酸與EDTA聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤，其對(duì)Cu、Pb、Cd、Zn等四種重金屬污染物的提取效果顯著[3]。

淋洗法主要涉及淋洗劑的選用，包括氨基多焌酸類(lèi)、無(wú)機(jī)酸，以及天然低分子有機(jī)酸。其中，無(wú)機(jī)酸具有較強(qiáng)的腐蝕性，容易在修復(fù)過(guò)程中改變受污染土壤的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)；人工合成螯合劑淋洗效果較好，成本較低，但添加螯合劑修復(fù)重金屬污染土壤容易造成二次污染。相對(duì)來(lái)說(shuō)，天然有機(jī)酸能夠在修復(fù)受重金屬污染土壤時(shí)被環(huán)境中的微生物降解，沒(méi)有殘留，且處理效果較好。穩(wěn)定化修復(fù)重金屬污染土壤的關(guān)鍵也是選好穩(wěn)定劑，主要包括有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合穩(wěn)定劑，甘蔗渣、樹(shù)葉等有機(jī)穩(wěn)定劑，石灰、磷酸鹽等無(wú)機(jī)穩(wěn)定劑。

2.3 生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)技術(shù)主要是利用植物或微生物的生命代謝活動(dòng)，減少土壤中的重金屬污染物濃度，或使受污染的土壤完全沒(méi)有危害。該技術(shù)修復(fù)成本低、無(wú)二次污染，可以應(yīng)用在大范圍受污染的土壤中，具有較好的生態(tài)效益[4-5]。目前，生物修復(fù)技術(shù)主要包括植物修復(fù)技術(shù)、動(dòng)物修復(fù)技術(shù)和微生物修復(fù)技術(shù)。

2.3.1 植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)技術(shù)，是指利用植物根部萃取和吸收受污染土壤中的重金屬，并使其原位固定或隔離。該技術(shù)取得預(yù)期效果所需時(shí)間較長(zhǎng)。目前，人們發(fā)現(xiàn)油菜、苧麻、野茼蒿、艾草、白楊和落葉松等植物對(duì)土壤中的重金屬污染物具有較好的富集提取功能。植物修復(fù)技術(shù)具有應(yīng)用性較好、清除重金屬污染物較徹底等效果。

2.3.2 動(dòng)物修復(fù)技術(shù)

作為生物修復(fù)技術(shù)的重要組成部分，該技術(shù)利用蚯蚓、蜘蛛等無(wú)脊椎動(dòng)物，吸附土壤中的重金屬元素，把土壤有機(jī)物分解為有機(jī)酸等物質(zhì)，使其鈍化而失去毒性，達(dá)到修復(fù)效果。除了可以直接富集重金屬，土壤動(dòng)物還能和微生物、植物協(xié)同富集重金屬，改變重金屬的形態(tài)，促使重金屬鈍化。

2.3.3 微生物修復(fù)技術(shù)

該技術(shù)利用微生物對(duì)重金屬的氧化還原作用，將土壤中的重金屬污染物轉(zhuǎn)化為低毒或無(wú)毒的物質(zhì)，如酵母菌、真菌、生菌和藻類(lèi)等。此外，枯草芽孢桿菌產(chǎn)生的表面活性肽、綠濃桿菌產(chǎn)生的鼠李糖脂、球擬酵母產(chǎn)生的槐糖脂等生物，利用離子交換、沉淀-溶解和反離子結(jié)合等機(jī)理，達(dá)到去除重金屬污染物效果[6]。微生物修復(fù)技術(shù)具有費(fèi)用低、可再生等優(yōu)勢(shì)。

3 土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用

3.1 案例背景

為了提升土地利用效率，某市對(duì)全市的電鍍企業(yè)進(jìn)行整體搬遷，并對(duì)搬遷后的電鍍企業(yè)遺留場(chǎng)地重金屬污染進(jìn)行修復(fù)。前期通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)踏勘和采樣檢測(cè)分析，獲取了檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)，如表1所示?，F(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)果顯示，該工業(yè)區(qū)的重金屬污染物存在超標(biāo)現(xiàn)象，主要是鉻、鎳等污染物，需要采取措施做好修復(fù)。

表1 某企業(yè)遺留場(chǎng)地重金屬檢測(cè)結(jié)果

3.2 修復(fù)措施

針對(duì)受污染場(chǎng)地現(xiàn)場(chǎng)踏勘，決定采取物理、化學(xué)和生物修復(fù)處理相結(jié)合的修復(fù)方式。

3.2.1 物理修復(fù)

先對(duì)該場(chǎng)地的污染區(qū)域進(jìn)行客土、換土、深翻處理。在已經(jīng)檢測(cè)到污染的土壤上方覆蓋一層未污染土壤，從而降低場(chǎng)地表層污染，將客土深度控制在35 cm；然后換土，將受污染土壤移除，換成未受重金屬污染的土壤，優(yōu)化場(chǎng)地環(huán)境。最后進(jìn)行深翻。

3.2.2 修復(fù)處理

物理修復(fù)期間輔助采取化學(xué)淋洗、固定修復(fù)措施，將清水、天然有機(jī)酸作為淋洗劑，降低場(chǎng)地的銅、汞、鋅等重金屬污染物含量。鑒于化學(xué)修復(fù)容易造成地下水污染，結(jié)合必要的固定修復(fù)模式，在受污染土壤中添加有機(jī)質(zhì)、磷酸鹽等物質(zhì)，改變重金屬化學(xué)形式，降低土壤黏附力，避免二次污染。

3.2.3 生物修復(fù)

根據(jù)場(chǎng)地水文及氣候條件，選擇劍葉鳳尾蕨植物吸附土壤中的重金屬銅、鉛元素，達(dá)到徹底改善場(chǎng)地生態(tài)環(huán)境的效果。

3.3 修復(fù)結(jié)果

表2 某企業(yè)遺留場(chǎng)地重金屬修復(fù)技術(shù)對(duì)比

從表2可以看出，該場(chǎng)地的修復(fù)中，客土、換土及深翻等物理修復(fù)費(fèi)用較高，且效果不理想，而化學(xué)和生物修復(fù)費(fèi)用較低，處理效果較好。

4 結(jié)語(yǔ)

土壤重金屬污染修復(fù)是利用科學(xué)的技術(shù)或方法去除土壤中的重金屬或降低土壤中的重金屬活性，實(shí)現(xiàn)土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的恢復(fù)，減少重金屬污染物被植物吸收、切斷重金屬污染物遷移，防治重金屬對(duì)人體健康造成危害。在實(shí)際應(yīng)用中，人們應(yīng)根據(jù)修復(fù)場(chǎng)地的實(shí)際情況，綜合運(yùn)用多種修復(fù)方法，以實(shí)現(xiàn)預(yù)期效果。