重金屬污染土壤的修復技術與方法研究

袁 靜，劉 麗，王小茹

（海南省地質測試研究中心，海南海口 570206）

0 引言

雖然我國擁有遼闊的國土面積，但是由于人口數眾多，人均可用耕地面積非常有限，加之其中伴有土壤重金屬污染問題，不僅影響了農作物健康成長，也可能會危害人體健康。為了可以提高國內土地資源利用率，有關部門必須要加快應用先進的土壤修復技術來處理現階段存在重金屬污染問題的土壤，保障它們的質量。因此，如何有效修復受到重金屬污染的土壤是當下值得深入探討的重要課題之一。

1 重金屬污染土壤的修復意義

土壤出現重金屬污染的成因主要是自然活動或者人類活動產生了大量能夠對土壤產生污染的重金屬，尤其是人類活動更是造成重金屬污染土壤的核心因素，如排放廢水、交通尾氣或者其他類型的廢氣，使得生成的重金屬元素進入了土壤當中而增加了其重金屬元素的相應含量。重金屬污染土壤問題會對社會和諧發展帶來不利影響，加快其修復處理勢在必行。首先，出現重金屬污染的土壤會給植物的正常生長帶來危害，如重金屬透過土壤被植物吸收之后可能會對其營養吸收能力以及光合作用等生理反應產生不利影響。其次，對微生物或者其他各種類型的生物活動會帶來不利影響，如食草動物食用了被重金屬污染的土地栽植產品，那么這時候這些污染會對它們產生危害。

2 重金屬污染土壤的物理修復技術與方法

2.1 換土修復

一般物理修復土壤技術是通過深耕翻土的手段來修復及治理受到重金屬污染的土壤，一般主要適用于處理那些污染程度比較輕的土壤。而該修復土壤的方法則是應用比較成熟的一種土壤全面修復方法，是采用深耕的方式將受污染土壤挖出來之后再重新填充高質量的清潔土壤，可以有效治理嚴重的重金屬土壤污染問題，但是該種修復法涉及較大工程量，投資成本比較大，并且會直接影響所處理土壤的肥力。

2.2 分離修復

該法可以根據分離土壤中重金屬成分中所用方式的不同劃分成脫水分離、顆粒篩分與水力學分離等不同種類的分離，可以從土壤、廢渣或者沉積物中將重金屬分離出來。該種土壤修復技術固然可以很好地修復受污染土壤，但是一般主要適用于處理小范圍受污染嚴重的土壤處理，可以對受污染土壤原有的功能進行最大程度恢復及改良。

2.3 高溫熱解

高溫熱解是運用蒸汽、紅外線或電力等加熱方式來對那些受污染土壤進行修復，主要適用于處理砷、汞等這些具有揮發性的重金屬土壤污染當中。在整個高溫熱解修復處理中，所處理土壤的肥力不會發生過大改變，如一般土壤中的殘渣態汞和有機結合態汞在經過處理之后降低比例可以達到57.8%與73.17%。但是該種物理修復方法會涉及比較多的能量消耗，所以同樣不適宜大規模土壤污染修復處理，同時收集重金屬不當會進一步誘發二次污染問題，還可能會對土壤中有機質、水分等造成破壞，所以該種修復方法主要適用于結合植物修復技術進行修復處理。

3 重金屬污染土壤的生物修復技術與方法

3.1 植物修復

該修復法是有效運用各種植物的理化性質來吸收或者轉化土壤之中的無機污染物或者有機污染物，降低土壤污染物濃度，減少其對生態環境的破壞。一方面，基于植物修復可以對污染物遷移過程進行控制，有效保護受污染土壤。另一方面，可以在植物根系部位處吸附重金屬，之后借助植物提取（吸收）、揮發或穩定的方式來對土壤進行有效修復（圖1）。該種修復方法可以本著因地制宜原則進行合理處理，處理成本比較低，效果也比較理想。但是該處理土壤法涉及較長時間的修復時間，并且容易因為病蟲害問題而直接影響其修復能力發揮。比如，借助蜈蚣草可以對受到Cd、Zn等重金屬污染的土壤進行修復，或者運用寶山堇菜來對受到Cd污染的土壤盡心修復處理。

圖1 植物修復土壤原理圖

3.2 動物修復

動物修復是借助生活在土壤當中的動物群來對土壤理化性質與肥力進行改善，進而起到土壤污染修復的作用。以蚯蚓為例，它們可以在自身吸收作用與身體內酶類作用下富集土壤中的各種重金屬。如果處于重金屬含量比較高的土壤中，那么蚯蚓體內激酶活性會顯著上升，此時可以在體內通過促進重金屬和蛋白質結合方式起到修復土壤、降低土壤重金屬活性和毒性。此外，基于自身生理活動，可以對那些可以吸收重金屬的生物產生促進作用，如許多土壤中的微生物能夠以蚯蚓分泌出來的黏液為基準，在對黏液進行分解過程中對土壤重金屬進行處理，這樣可以對所處理受污染土壤理化結構與性質，保障植物健康生長。

3.3 微生物修復

微生物在土壤中的存在量非常龐大，新陳代謝效率高，可以高效地吸附土壤中的重金屬成分，或者采用生物基類的方式來處理重金屬，保證可以對土壤當中重金屬污染情況進行有效改善。又或者，可以在微生物群體彼此之間的抗性作用來對重金屬進行轉化來對它們的污染情況進行降低，部分厭氧菌可以在硫化氫作用下使得土壤當中的重金屬離子沉淀于細胞外，如藻類、硫酸還原菌以及藍細菌等都可以借助微生物細胞外的聚合物生成作用來沉淀相應土壤中的重金屬離子。根據修復方式的不同，可以進一步將其分成原位與異位兩種修復類型，前者涉及土地耕作、生物強化與通風等，借助在土壤中直接投放磷、氮等或者進行供氧的方式來改善微生物新陳代謝，加速它們對土壤中重金屬成分進行講解。而后一種修復方式則是將受到污染的土壤挖出之后利用微生物進行集中降解修復處理，該種微生物修復處理主要適用于待修復處理土壤周圍環境相對比較穩定的區域當中。

4 重金屬污染土壤的化學修復技術與方法

4.1 土壤淋洗

土壤淋洗可以進一步細分為原位與異位兩種類型，前者是在待處理受污土壤上的原位處進行直接淋洗處理，整體修復操作便捷、成本低，主要適用于那些容易滲透的土壤當中。該種修復方法修復受污土壤機理在于運用滲透劑同受污物質之間的解析、溶解、螯合與固定來構成一系列遷移態物質，淋洗到地下水附近部位處后再從地下水中提取、收集以及修復處理污染物質。而異位土壤淋洗則是將受污染部分土壤挖出來再進行集中淋洗修復處理，一般可以在篩選與分離受污土壤后經由淋洗處理土壤后在震動作用下分離土壤與重金屬等受污染物質，最后再經由固液分離處理后回填經過淋洗處理之后的土壤。該種淋洗處理具有更好的污染修復效果，但是卻涉及較高修復價格，主要適用于5 000 T以上受污染土壤修復當中。由于淋洗液中涉及可溶態污染物或游離態污染物，所以要運用沉淀法、電化學法來處理及回收污染物。

4.2 電動修復

電動修復主要用于修復原位受污土壤，主要是通過陰電極和陽電極來構成低功率直流電場，以此來驅動重金屬污染物在電場作用下進行某一方向的移動。該種化學修復法是一種現場土壤修復方法，整體修復操作簡單，并且不會對周邊環境產生過大影響，同時涉及比較高的能量利用率和經濟效益。

5 結語

重金屬污染土壤會給植物的正常生長，微生物活動和人體健康帶來危害，也會危害周邊水體環境。而重金屬污染土壤修復的技術與方法眾多，具體涵蓋了化學修復、物理修復、生物修復等多種修復方法，實際修復受污土壤中需要結合土壤受污染情況與條件，綜合考慮成本、安全以及可行性等因素之后確定最佳的受污土壤修復技術與方法，保證最大程度提高受污土壤修復效果。