重金屬污染土壤修復(fù)研究
——以土壤修復(fù)劑應(yīng)用為例

吳汝歡

（東莞市生態(tài)環(huán)境局中堂分局，廣東 東莞 523000）

調(diào)查研究顯示，當(dāng)前我國受到重金屬污染的耕地面積超過了2 000萬hm2，并且這個數(shù)字還在不斷增長。重金屬污染物的存在不僅影響農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量，而且與民生問題存在直接關(guān)聯(lián)，需要得到有關(guān)部門的高度重視。現(xiàn)階段，對于重金屬污染土壤的修復(fù)，采用的方法主要是物理化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)和農(nóng)藝調(diào)控。另外，還可使用土壤修復(fù)劑來治理土壤重金屬污染，土壤修復(fù)劑與土壤中存在的重金屬元素接觸后，能將重金屬元素直接從土壤中去除或者改變其存在形態(tài)，以保證土壤修復(fù)效果。

1 土壤重金屬污染概述

土壤重金屬污染主要是重金屬或者相關(guān)化合物引發(fā)的環(huán)境污染，多是由人類生產(chǎn)活動引起的，如礦產(chǎn)開采、工業(yè)生產(chǎn)及污水灌溉等［1］，比較常見的重金屬污染有鉛污染、鎘污染、汞污染、新污染等，不僅會引發(fā)各種各樣的環(huán)境污染和生態(tài)破壞，還會對人體造成傷害（見圖1）。土壤重金屬污染中重金屬元素的來源有2個：一是自然渠道，土壤本身是由巖石風(fēng)化得到的，而在巖石中含有相應(yīng)的重金屬元素，導(dǎo)致土壤本身存在一定的重金屬，而一些自然災(zāi)害如火山爆發(fā)、森林火災(zāi)等會導(dǎo)致重金屬元素部分在空中懸浮，部分進(jìn)入土壤，部分會被植物吸收，再經(jīng)植物根系進(jìn)入土壤；二是人為因素，工業(yè)化進(jìn)程的加快使得人為因素引發(fā)的重金屬污染問題變得愈發(fā)嚴(yán)重，其中有色重金屬礦床的開發(fā)和冶煉是環(huán)境中重金屬元素的主要來源。

2 土壤修復(fù)劑在土壤重金屬污染治理中的應(yīng)用

現(xiàn)階段，土壤重金屬污染治理中使用的土壤修復(fù)劑大致可以分為3種類型，這里分別對其進(jìn)行分析。

2.1 活化劑

2.1.1 螯合劑。螯合劑是土壤修復(fù)中應(yīng)用最為廣泛的活化劑，具備較強(qiáng)的活化能力，對于多種重金屬元素都有著相應(yīng)的作用，能提升其在土壤中的可移動性及生物有效性。除去合成螯合劑，一部分有機(jī)酸類天然螯合劑如草酸、蘋果酸等也得到了有效應(yīng)用，其本身易降解，而且具備較好的環(huán)境安全性，受到了研究人員的廣泛關(guān)注。螯合劑進(jìn)行土壤修復(fù)的基本原理，主要是具備有能夠進(jìn)行配位弧對電子對的分子、原子或者離子化合物，可以與土壤中的重金屬進(jìn)行結(jié)合，形成水溶性環(huán)狀結(jié)構(gòu)絡(luò)合物，使得重金屬能從土壤中解吸［2］。

圖1 土壤重金屬污染

2.1.2 表面活性劑。表面活性劑的作用是降低溶劑表面張力，具備良好的親水性和親油性，能對土壤中的重金屬元素進(jìn)行活化。目前，比較常用的表面活性劑有2種，一種是天然存在的表面活性劑，可以從微生物、植物或者動物身上提取，另一種則是人工合成的表面活性劑。相比較而言，天然表面活性劑具有綠色、環(huán)保的優(yōu)勢，因此應(yīng)用前景更加廣闊，而人工合成的表面活性劑成本低廉、產(chǎn)量高，需要使用方根據(jù)具體情況進(jìn)行選擇。表面活性劑在重金屬污染土壤中的應(yīng)用，主要是借助其所具備的吸附作用，對土壤中的重金屬元素陽離子進(jìn)行吸附，借助相應(yīng)的物理反應(yīng)來達(dá)到土壤修復(fù)的目的。對比螯合劑，表面活性劑在修復(fù)重金屬污染土壤的過程中，主要是利用絡(luò)合反應(yīng)和離子交換，將存在于土壤中的重金屬置換出來。

2.2 鈍化劑

最早的鈍化劑是能與重金屬結(jié)合的物質(zhì)，如石灰等，可以降低重金屬的生物有效性，因此在重金屬污染土壤的修復(fù)中有著良好的應(yīng)用。

2.2.1 無機(jī)鈍化劑。無機(jī)鈍化劑包含金屬及氧化物、石灰性材料、磷酸鹽以及硅鈣等材料，普遍具備較大的比表面積和較強(qiáng)的吸附性，能對多數(shù)重金屬污染問題進(jìn)行修復(fù)。而在修復(fù)過程中，同時存在物理和化學(xué)反應(yīng)，修復(fù)效率較高。但是，無機(jī)鈍化劑中的養(yǎng)分含量較低，會引發(fā)土壤有機(jī)質(zhì)不足、土壤結(jié)構(gòu)改變等問題。

在條件允許的情況下，重金屬離子一旦溶解，就會吸附在鈍化劑表面，顯著提高鈍化劑的pH值。而在這個過程中，重金屬離子也能與石灰性材料、硅酸鹽、金屬氧化物等發(fā)生反應(yīng)，生成鹽類沉淀。沉淀環(huán)節(jié)還會出現(xiàn)沉淀物包裹重金屬元素的現(xiàn)象，能有效降低重金屬與植物接觸的概率，或者即便是產(chǎn)生了直接接觸，植物吸收的重金屬元素也很少，在避免重金屬于植物內(nèi)聚集的同時，也可以完成對于重金屬污染土壤的有效修復(fù)［3］。

2.2.2 有機(jī)鈍化劑。我國作為農(nóng)業(yè)大國，對于農(nóng)業(yè)的發(fā)展非常重視。新時期，農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要方向是循環(huán)農(nóng)業(yè)，需要研究人員積極探索農(nóng)業(yè)廢棄物的循環(huán)利用，對土壤中的重金屬污染進(jìn)行修復(fù)。研究表明，有機(jī)肥的施加可以降低土壤中重金屬元素鋅、鎘等的有效態(tài)含量，有機(jī)肥和農(nóng)業(yè)廢棄物如秸稈等都能在一定程度上修復(fù)受到重金屬污染的土壤。相比較無機(jī)鈍化劑，有機(jī)鈍化劑的效果相當(dāng)，能降低重金屬的生物有效性，而且不會導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)變化，反而能對其進(jìn)行優(yōu)化，提升土壤中的有機(jī)質(zhì)含量，為植物的生長提供助力。

2.3 微生物菌劑

20世紀(jì)70年代末至80年代初，研究人員開發(fā)出了多種土壤調(diào)理劑，在改善土壤結(jié)構(gòu)的同時，可以促進(jìn)植物生長，抑制病原菌生長，也可以提高農(nóng)作物的抗病性。尤其是微生物制劑的出現(xiàn)，在土壤重金屬污染修復(fù)中取得了顯著成果。微生物菌劑可以分為固體粉狀和液體狀。很多公司都推出了相應(yīng)的微生物土壤改良劑和微生物有機(jī)復(fù)混肥。在土壤中存在大量的微生物，其類型異常豐富，包括細(xì)菌、真菌等，能改善土壤結(jié)構(gòu)。

相比其他土壤修復(fù)劑，微生物菌劑有著更大的比表面積，本身的表面有電荷存在，加上微生物本身的代謝活動，使得其在對重金屬污染土壤進(jìn)行修復(fù)時有3種不同的方式，分別是微生物吸附與沉淀、微生物溶解與絡(luò)合、生物轉(zhuǎn)化。在分泌細(xì)菌的情況下，細(xì)胞壁表面會產(chǎn)生羧基、磷酸等陰離子，繼而與土壤中存在的重金屬元素發(fā)生反應(yīng)，將重金屬元素吸附過來，而在進(jìn)入細(xì)胞壁后，重金屬元素會通過微生物的代謝作用，被存儲在細(xì)胞內(nèi)部的不同區(qū)域，或者于胞外基質(zhì)上結(jié)合，甚至有部分特殊重金屬會進(jìn)入可溶或者不溶性多聚物內(nèi)形成沉淀［4］。

3 結(jié)語

在土壤重金屬污染修復(fù)中，采用的土壤修復(fù)劑類型包括活化劑、鈍化劑及微生物菌劑等。活化劑能提升重金屬在土壤中的有效性，強(qiáng)化其他修復(fù)技術(shù)的修復(fù)效率，在對重金屬污染進(jìn)行修復(fù)的過程中需要結(jié)合其他技術(shù)；鈍化劑可以降低重金屬的有效性，避免重金屬向植物轉(zhuǎn)移，要求工作人員必須做好土壤重金屬濃度的監(jiān)測，避免鈍化后生成物中重金屬的二次釋放；微生物菌劑可以通過吸附、沉淀、絡(luò)合等減少土壤中重金屬元素的含量，對土壤結(jié)構(gòu)和土壤性質(zhì)產(chǎn)生的影響最小。隨著土壤修復(fù)劑類型的不斷豐富，其將在重金屬污染土壤治理中發(fā)揮積極的作用。