金屬礦區(qū)污染土壤的修復技術研究進展

韓張雄，端愛玲，楊樹俊，張樹雄，王思遠，張賀，孫東年，劉耕苑

(江蘇省地質工程勘察院，江蘇 南京 210012)

金屬礦山開采后，造成土壤環(huán)境中重金屬含量超過其背景，帶來污染，而這些重金屬會在植物和動物體內累積，進而危及人類健康安全，因此，對礦區(qū)污染土壤進行治理修復刻不容緩。礦區(qū)重金屬修復治理的基本原理主要包括：①利用合適的方法將重金屬元素從土壤中徹底或部分去除，從而降低其對土壤生態(tài)系統(tǒng)的危害[1]；②利用相應的技術或方法使重金屬在土壤形成穩(wěn)定的結合態(tài)，即降低其在土壤生態(tài)系統(tǒng)中活效態(tài)含量[2]。這些修復技術主要包括物理和工程措施、生物去除及固定化技術、化學原位改良及固定化措施，目前應用最為廣泛的是通過生物吸附固定去除及化學原位鈍化固定法[3]。

1 金屬礦山污染治理的物理及工程措施

當?shù)V區(qū)重金屬污染地塊相對較小，或者有特殊需求的污染地塊修復時，用物理及工程措施對土壤進行修復，其修復較為徹底、見效快。主要包括稀釋重金屬污染物、換土、客土、去土、翻土、電解重金屬、隔離固定等方法[4-5]。

稀釋污染土壤重金屬的方法主要用于污染面積相對較小的土壤，采用將無污染土壤與污染土壤混合，以達到降低單位面積土壤污染物的含量，從而減輕土壤污染程度的方法，本方法可以有效的降低單位土壤中重金屬的含量，但不會減少土壤中重金屬的總量[6]。換土法主要用于重金屬含量高且成分復雜，直接修復成本高、難度大，相對面積較小的污染土壤，可直接利用未污染土壤將其全部置換，以達到降低重金屬污染毒害的目的[7]。客土法與換土法類似，但主要針對需要利用的局部土壤，可以通過客土法，使局部土壤達到利用要求[8]。去土法一般指將重金屬污染的表土剝離，異地處理，從而減小土壤中重金屬的含量[9]。翻土法主要適用于重金屬污染相對較輕的礦區(qū)土壤，利用機械手段將土層上下翻動，實現(xiàn)表層土和深層土相互混勻，降低土壤中重金屬的單位濃度。電動力磁化吸附法主要通過將土壤接通電源，在電磁力的作用下，重金屬離子在土壤電場梯度力作用下在土壤中進行電動位移或滲透，在電極部位富集，通過將電極部位周邊的土壤進行集中處理來降低土壤中重金屬含量[10]。

土壤中重金屬污染物的物理及工程措施雖然對土壤中重金屬污染治理具有一定的效果，但由于其工程量大，花費較大，且容易造成土壤肥力下降等缺陷，所以只適用于污染較為嚴重且污染面積較小的工礦區(qū)。

2 金屬礦山污染土壤的生物吸附與固定措施

金屬礦山土壤污染后，可以通過生物吸附、固定的方法去除，主要包括植物修復[11-12]、微生物修復[13-14]、動物修復[15]。這些修復的共同特點就是利用生物的各種活動改變土壤中重金屬的有效態(tài)含量，并通過吸附、氧化還原或沉淀污染區(qū)土壤中重金屬，從而達到降低重金屬對土壤的危害的目的[16-17]。

植物修復包括植物吸附、揮發(fā)和固定3種。植物吸附法主要通過在污染土壤中種植富集植物，通過植物吸收以后，將植物收割、處理或回收，達到減少土壤中重金屬的目的[18-19]。植物揮發(fā)是指針對具有揮發(fā)形態(tài)的污染元素，利用植物的新陳代謝，將土壤中重金屬吸收，轉運至葉片毛孔附近，利用植物蒸發(fā)散發(fā)，重金屬通過植物表面揮發(fā)至大氣環(huán)境中，從而作用將揮發(fā)態(tài)重金屬直接排入周圍環(huán)境，降低其對土壤的危害的過程，這類重金屬主要包括汞、硒等[20]。植物穩(wěn)定是通過植物根系在代謝過程中產(chǎn)生的生物堿及其他分泌物與土壤中重金屬發(fā)生作用，使重金屬以固定結合態(tài)存在于土壤中，或通過化學作用降低重金屬的毒性，從而減少重金屬的危害[21]。

微生物修復是近年來發(fā)展起來的礦區(qū)重金屬修復方法，主要是利用微生物對特定的重金屬具有專性吸附作用或通過氧化還原等作用改變土壤環(huán)境，使重金屬污染物固化沉淀，降低其生物有效性的修復方法[22]。

動物修復通過利用土壤動物對重金屬元素進行吸持或通過改善土壤環(huán)境，降低土壤中重金屬有效性的修復方法。土壤動物通過自身吸附，也通過分解土壤表層植物枯落物，改善土壤環(huán)境，從而達到礦區(qū)土壤的生態(tài)修復[23]。

另外，農(nóng)藝措施的改變也有助于降低礦區(qū)重金屬的危害，一般可以通過以下兩種農(nóng)藝措施來降低土壤中重金屬的危害，一種是改為種植不直接食用的作物，既可以改善生態(tài)環(huán)境，又可以利用植物吸收土壤中重金屬。另一種是根據(jù)不同的作物對重金屬的吸附能力不同，可種植既吸收土壤中重金屬又不會將重金屬轉運至可食部分的作物，來降低重金屬對人體的傷害[24]。同時也可以通過改善施肥及農(nóng)藥的使用等措施來降低重金屬污染[25-26]。

生物修復對重金屬礦山的生態(tài)修復起到了非常顯著的效果，且其操作簡單，費用較低，有利于實現(xiàn)大面積的修復，但其修復周期較長，對需要及時修復的土壤起不到顯著的成效，因此不適用于急需修復的礦區(qū)土壤[27]。

3 礦區(qū)重金屬污染化學淋洗及原位固定措施

土壤中重金屬的化學修復法一般利用化學物質與土壤溶液中重金屬發(fā)生反應，使重金屬活性降低或將作用后的重金屬直接從土壤中去除的方法，一般包括化學淋洗修復和化學原位固定修復[28-29]。

化學淋洗作用一般利用具有絡合作用的化學溶劑，將土壤中重金屬通過淋溶，在重力作用下，隨著土壤溶液從土壤中去除，從而達到異位或原位修復土壤的目的[30]。在化學淋洗的過程中，要針對重金屬的污染特點，及污染土壤的不同，選擇不同的淋洗溶劑，同時需要將污染土壤與周圍環(huán)境隔離，否則容易造成重金屬污染物的擴散，使污染面積增大，在淋洗溶劑回收時也應注意二次污染問題[31]。化學淋洗雖然能徹底去除重金屬污染物，但其操作較為繁瑣，且淋洗溶劑本身也會對土壤造成污染，并且淋洗溶劑回收時又容易造成二次污染，因此化學淋洗法不適合大面積開展[32-33]。

目前，針對金屬礦山污染土壤的修復治理的方法多種多樣，但由于金屬礦山的開采方式、管理模式等均存在差異，并且每種重金屬的污染特點也不相同，所以利用單一的方法修復存在著局限性。在金屬礦山污染土壤治理上，需要充分掌握重金屬污染機理，選擇合適的修復方法。單一的修復方法無法適用于金屬礦山這種復雜的污染體系，而多種方法的結合可以彌補單一修復方法的缺陷，因此在研究礦山重金屬修復治理過程中可以在充分研究其機理的基礎上，考慮多種修復方法。