土壤重金屬污染及修復技術(shù)研究

摘要：土壤重金屬污染是當前人類(lèi)面臨的最嚴峻的環(huán)境問(wèn)題之一。概述了我國重金屬污染土壤的現狀及不同的修復技術(shù)，并對各修復技術(shù)進(jìn)行分析，指出其優(yōu)缺點(diǎn)。對土壤重金屬污染修復技術(shù)的未來(lái)發(fā)展作了展望，為今后進(jìn)一步開(kāi)展土壤重金屬污染修復的研究工作提供參考。

關(guān)鍵詞：土壤重金屬污染、修復技術(shù)

土壤是全人類(lèi)賴(lài)以生存的最重要自然資源之一， 也是生態(tài)環(huán)境系統重要的組成部分。隨著(zhù)工農業(yè)經(jīng)濟的快速發(fā)展，全國土壤重金屬污染問(wèn)題越發(fā)突出。攜帶大量重金屬離子的工業(yè)、生活污水排向河道、耕地以及農用化肥、除草劑等的過(guò)量使用、金屬礦山的無(wú)序開(kāi)采、礦石的冶煉、工業(yè)固體廢物、醫療廢物以及生活垃圾的隨意傾倒，這些都是造成土壤重金屬污染現狀的罪魁禍首。重金屬在土壤中不易隨水淋溶，難被生物降解，具有明顯的生物富集表征，有隱蔽性、不可逆性、普遍性、長(cháng)期性、表聚性等顯著(zhù)特點(diǎn)[1-2]， 如果土壤中的重金屬含量積累超過(guò)了其自?xún)舫休d凈化能力時(shí)，就會(huì )對地上植物和地下土壤微生物產(chǎn)生毒害，這不僅會(huì )造成農作物的產(chǎn)量和質(zhì)量品質(zhì)的下降，還通過(guò)一定的生物鏈影響農副產(chǎn)品的食用安全，土壤的重金屬污染問(wèn)題已經(jīng)引起了全世界的廣泛重視。對土壤重金屬污染的各種修復技術(shù)研究也成為當前環(huán)保工作者研究的熱門(mén)課題之一。

1 土壤重金屬污染現狀

根據農業(yè)部環(huán)保監測數據顯示目前我國有超過(guò)10% 的耕地受到重金屬污染，每年糧食減產(chǎn)約1000萬(wàn)噸， 受重金屬污染導致不能食用的糧食也達1200萬(wàn)噸，造成至少200億元的經(jīng)濟損失。對全國糧食調查發(fā)現，重金屬Pb、Cd、Hg、As超標率占10%。珠三角地區不適宜種植的耕地占土壤總面積的22.8%[3]，從全國污染分布位置來(lái)看，南方土壤重金屬污染形勢較北方更嚴峻；成都平原、珠三角、湘贛鄂、京津冀等區域土壤污染問(wèn)題較為嚴重，其中主要污染物為鎘、鎳、砷、 汞、鉛等重金屬。在種種污染源侵蝕下，土壤重金屬工業(yè)污染問(wèn)題愈演愈烈，引發(fā)民眾擔憂(yōu)。近年來(lái)土壤重金屬污染不僅日益加重，而且范圍還在不斷轉移擴散。專(zhuān)家指出，我國土壤重金屬污染目前表現為由工業(yè)向農業(yè)轉移、由城市向農村轉移、由上游向下游轉移、由地表向地下轉移、由水土污染向食品鏈轉移，日積月累的污染正在演變成土壤污染事故的頻頻發(fā)生。因而如何有效地從源頭控制及修復土壤重金屬的污染，讓土壤也能高質(zhì)量的為人們服務(wù)，如何高效利用各種修復技術(shù)成為了生態(tài)環(huán)境保護工作者最為關(guān)心的問(wèn)題。

2 土壤重金屬污染修復技術(shù)

2.1 物理修復技術(shù)

物理修復是指用物理的原理和方法來(lái)解決土壤重金屬污染問(wèn)題。主要有：客土是在已經(jīng)被污染的土壤 表面上覆蓋新鮮土；翻土是將被污染的表土翻至下層；換土是將已經(jīng)污染的土壤移去，換上未污染的新鮮土；土壤淋洗[4]是將污染的土壤用淋洗液來(lái)淋洗；熱處理[5]是將污染土壤加熱后，使土壤中的揮發(fā)性污染物揮發(fā)、回收或處理；固化[6]是將一定量的固化劑與污染土壤進(jìn)行混合，經(jīng)熟化后最終形成滲透性低的固體混合物。物理修復技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能夠比較徹底地清除被污染土壤中的重金屬，具有穩定、不受土壤條件限制，但工程量大、治理費用高，并且更換下來(lái)的土壤沒(méi)有更好的處置場(chǎng)所。

2.2 化學(xué)修復技術(shù)

化學(xué)修復技術(shù)就是向被重金屬污染土的壤中加入一定量的鈍化劑、抑制劑、吸附劑等化學(xué)試劑，這些化學(xué)試劑通過(guò)與重金屬發(fā)生氧化、還原、吸附、螯 合、沉淀、抑制等反應，進(jìn)而降低重金屬的生物有效性，減輕毒害作用。比如可以加入EDTA淋洗劑，土壤中的重金屬就會(huì )通過(guò)鰲合作用，被分離出來(lái)，并且不破壞土壤本身的結構。也有研究顯示對改性后的油頁(yè)巖殘渣對土壤中重金屬離子Pb2+、Cd2+具有很好的吸附作用，由此我們可以認為改性油頁(yè)巖殘渣可以作為農 田土壤很好的改良劑，達到“以廢治廢”的效果�；瘜W(xué)修復技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是作為一種原位修復技術(shù)，成本低，能夠改良大面積的污染土地，方法簡(jiǎn)單，易于實(shí)施，尤其是對于輕中度重金屬污染的土壤，該類(lèi)技術(shù)修復效果顯著(zhù)，缺點(diǎn)是沒(méi)能去除土壤中的重金屬，容易再度活化。

2.3 生物修復技術(shù)

生物修復是指充分利用生物特有的分解有毒有害物質(zhì)的能力，去除土壤中的污染物，達到污染恢復的目標。其主要有動(dòng)物修復、微生物修復以及植物修復技術(shù)等[7]。其中動(dòng)物修復技術(shù)是利用土壤中的一些低等動(dòng)物來(lái)吸收土壤中的重金屬；微生物修復[8]是利用土壤中的某些微生物對重金屬具有吸收、沉淀、氧化還原等作用，從而達到改善土壤的目的。周春娟[9]的研究實(shí)驗表明微生物活動(dòng)可以通過(guò)改變土壤的PH、含氧量、土壤微生物酶的活性等，通過(guò)影響植物的根系分泌總糖、有機酸等過(guò)程，進(jìn)而影響土壤對重金屬的吸附，降低重金屬的生物有效性。植物修復[10]是一種利用某些人工培育或自然的植物對污染物進(jìn)行吸收、積累和轉化，從而降低重金屬的生物有效性。還有研究表明，一些特殊植物可以忍耐或超富集某種重金屬離子，通過(guò)植物自身根系吸收、轉移土壤中的重金屬， 達到土壤修復的目的。白淑蘭研究了一種生物新技術(shù)---菌根技術(shù)，雖然這種技術(shù)還不是很成熟，但對我們今后土壤修復研究提供了方向，這也將成為污染土壤的植物修復研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。 生物修復技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是投資少、費用低、便于管 理、易操作、不會(huì )產(chǎn)生二次污染，并且植物修復重金屬污染的同時(shí)也增加了土壤有機質(zhì)的含量和土壤肥力，易于大面積推廣，缺點(diǎn)是不能治理重污染土壤。

2.4 農業(yè)修復技術(shù)

農業(yè)修復技術(shù)是通過(guò)因地制宜的改變一些耕作管理習慣，來(lái)緩解重金屬的毒害作用。在不影響土壤供肥的情況下，選擇最能降低土壤重金屬污染的有機 肥；選擇種植抗污染能力強、不易進(jìn)入食物鏈的農作物；根據實(shí)際土壤污染情況，調整耕種制度和耕種結構，因地制宜地種植作物。農業(yè)修復技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能夠合理的利用農業(yè)生態(tài)系統，保持土壤的肥力，提高土壤質(zhì)量，易操作、費用較低，實(shí)施方便。缺點(diǎn)是周期長(cháng)，需與生物修復、化學(xué)修復技術(shù)配合使用，對輕度污染的土壤比較適用。

2.5 復合修復技術(shù)

復合修復技術(shù)是通過(guò)多種修復技術(shù)共用或者以一種修復技術(shù)為主輔以其他手段來(lái)降低土壤重金屬污染，目前研究較多的復合技術(shù)主要有生物復合技術(shù)、 物理化學(xué)復合技術(shù)和物理化學(xué)-生物復合技術(shù)等。植物與微生物的復合修復，特別是植物根系與根際土壤微生物的復合修復，已經(jīng)在試驗場(chǎng)和小規模的修復中取得了一定效果。衛澤斌通過(guò)研究化學(xué)淋洗和深層固定復合技術(shù)，有效的實(shí)現了重金屬污染土壤修復。陳晴 空[16]化學(xué)-植物復合合修復技術(shù)有利于植物根部對重金屬的吸收.其中近年來(lái)對鰲合誘導植物提取技術(shù)的研究 比較熱門(mén)，它把多種技術(shù)（植物提取、淋洗技術(shù)、根 際過(guò)濾）聯(lián)合應用到重金屬污染土壤修復上，大幅度地提高植物對土壤重金屬的吸收和富集能力，達到修復的效果。復合修復技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以在一定程度上克服使用單一的修復手段存在的缺點(diǎn)，提高修復效率、降低修復成本。缺點(diǎn)是技術(shù)還不夠成熟，沒(méi)有大規模應用到實(shí)際中，且多種技術(shù)復合后的相互作用機制還有待進(jìn)一步研究。

3 我國土壤重金屬污染修復現狀研究及展望

相對我國日趨嚴峻的土壤重金屬污染問(wèn)題，配套的土壤修復技術(shù)的研究就顯的比較滯后，還有一些理論和技術(shù)問(wèn)題需要突破，但也取得了一定的成果。 2011年，第一個(gè)國家級土壤修復示范項目—大環(huán)江河流域土壤重金屬污染治理工程項目實(shí)施。項目利用自然界的重金屬超積累植物，吸收污染土壤中的重金屬元素。2013年，四川綿陽(yáng)某處鎘污染土壤修復過(guò)程中采用了離子礦化穩定劑，結果顯示，經(jīng)過(guò)該技術(shù)修復后重金屬浸出濃度大大降低。2014年6月國土資源部公益性行業(yè)科研專(zhuān)項《電動(dòng)力學(xué)與PRB技術(shù)聯(lián)合修復有機氯和Cd和Cr（Ⅵ）污染土壤》項目在湖南啟動(dòng)。項目首次利用電動(dòng)力學(xué)—滲透反應格柵技術(shù)和電動(dòng)力學(xué)—固化技術(shù)相結合的方式，對復合重金屬污染土壤進(jìn)行研究，為土壤修復提供理論基礎和技術(shù)支撐。最近成都某公司創(chuàng )新研發(fā)了土壤重金屬修復生物原位鈍 化技術(shù)和產(chǎn)品，應用效果顯著(zhù)。專(zhuān)家研究表明，植物具有響應重金屬Cd脅迫信號轉導的分子調控機制，由此為我們土壤重金屬污染植物修復基因工程提供了新的技術(shù)途徑和基因資源。我國受重金屬污染的土壤面積越來(lái)越大，在這種背景下，修復工作要在摸清不同土壤重金屬污染原因、重金屬種類(lèi)、范圍、程度及遷移轉化規律的基礎上，把物理修復、化學(xué)修復、植物修復等多種修復手段進(jìn)行結合，采用最有效的生物修復綜合技術(shù)，同時(shí)充分運用分子生物學(xué)、基因工程等先進(jìn)技術(shù)手段來(lái)提高生物修復的實(shí)用性，并不斷開(kāi)發(fā)新技術(shù)，篩選、尋找更多的超累積植物，充分發(fā)揮土壤、動(dòng)學(xué)、植物、微生物等學(xué)科的特點(diǎn)進(jìn)行組合修復研究將是今后的趨勢。