土壤重金屬污染及修復(fù)技術(shù)研究

摘要：土壤重金屬污染是當(dāng)前人類面臨的最嚴(yán)峻的環(huán)境問題之一。概述了我國重金屬污染土壤的現(xiàn)狀及不同的修復(fù)技術(shù)，并對各修復(fù)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(fù)技術(shù)的未來發(fā)展作了展望，為今后進(jìn)一步開展土壤重金屬污染修復(fù)的研究工作提供參考。

關(guān)鍵詞：土壤重金屬污染、修復(fù)技術(shù)

土壤是全人類賴以生存的最重要自然資源之一， 也是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)重要的組成部分。隨著工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，全國土壤重金屬污染問題越發(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(nóng)用化肥、除草劑等的過量使用、金屬礦山的無序開采、礦石的冶煉、工業(yè)固體廢物、醫(yī)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(xiàn)狀的罪魁禍?zhǔn)�。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、長期性、表聚性等顯著特點(diǎn)[1-2]， 如果土壤中的重金屬含量積累超過了其自凈承載凈化能力時，就會對地上植物和地下土壤微生物產(chǎn)生毒害，這不僅會造成農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量品質(zhì)的下降，還通過一定的生物鏈影響農(nóng)副產(chǎn)品的食用安全，土壤的重金屬污染問題已經(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(fù)技術(shù)研究也成為當(dāng)前環(huán)保工作者研究的熱門課題之一。

1 土壤重金屬污染現(xiàn)狀

根據(jù)農(nóng)業(yè)部環(huán)保監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示目前我國有超過10% 的耕地受到重金屬污染，每年糧食減產(chǎn)約1000萬噸， 受重金屬污染導(dǎo)致不能食用的糧食也達(dá)1200萬噸，造成至少200億元的經(jīng)濟(jì)損失。對全國糧食調(diào)查發(fā)現(xiàn)，重金屬Pb、Cd、Hg、As超標(biāo)率占10%。珠三角地區(qū)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看，南方土壤重金屬污染形勢較北方更嚴(yán)峻；成都平原、珠三角、湘贛鄂、京津冀等區(qū)域土壤污染問題較為嚴(yán)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)污染問題愈演愈烈，引發(fā)民眾擔(dān)憂。近年來土壤重金屬污染不僅日益加重，而且范圍還在不斷轉(zhuǎn)移擴(kuò)散。專家指出，我國土壤重金屬污染目前表現(xiàn)為由工業(yè)向農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)移、由城市向農(nóng)村轉(zhuǎn)移、由上游向下游轉(zhuǎn)移、由地表向地下轉(zhuǎn)移、由水土污染向食品鏈轉(zhuǎn)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(fù)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(fù)技術(shù)成為了生態(tài)環(huán)境保護(hù)工作者最為關(guān)心的問題。

2 土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)

2.1 物理修復(fù)技術(shù)

物理修復(fù)是指用物理的原理和方法來解決土壤重金屬污染問題。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(fù)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(wěn)定、不受土壤條件限制，但工程量大、治理費(fèi)用高，并且更換下來的土壤沒有更好的處置場所。

2.2 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

化學(xué)修復(fù)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)試劑通過與重金屬發(fā)生氧化、還原、吸附、螯 合、沉淀、抑制等反應(yīng)，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通過鰲合作用，被分離出來，并且不破壞土壤本身的結(jié)構(gòu)。也有研究顯示對改性后的油頁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(rèn)為改性油頁巖殘渣可以作為農(nóng) 田土壤很好的改良劑，達(dá)到“以廢治廢”的效果。化學(xué)修復(fù)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是作為一種原位修復(fù)技術(shù)，成本低，能夠改良大面積的污染土地，方法簡單，易于實施，尤其是對于輕中度重金屬污染的土壤，該類技術(shù)修復(fù)效果顯著，缺點(diǎn)是沒能去除土壤中的重金屬，容易再度活化。

2.3 生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)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(dá)到污染恢復(fù)的目標(biāo)。其主要有動物修復(fù)、微生物修復(fù)以及植物修復(fù)技術(shù)等[7]。其中動物修復(fù)技術(shù)是利用土壤中的一些低等動物來吸收土壤中的重金屬；微生物修復(fù)[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(dá)到改善土壤的目的。周春娟[9]的研究實驗表明微生物活動可以通過改變土壤的PH、含氧量、土壤微生物酶的活性等，通過影響植物的根系分泌總糖、有機(jī)酸等過程，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(fù)[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(zhuǎn)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，通過植物自身根系吸收、轉(zhuǎn)移土壤中的重金屬， 達(dá)到土壤修復(fù)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(fù)研究提供了方向，這也將成為污染土壤的植物修復(fù)研究領(lǐng)域的熱點(diǎn)。 生物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是投資少、費(fèi)用低、便于管 理、易操作、不會產(chǎn)生二次污染，并且植物修復(fù)重金屬污染的同時也增加了土壤有機(jī)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(nóng)業(yè)修復(fù)技術(shù)

農(nóng)業(yè)修復(fù)技術(shù)是通過因地制宜的改變一些耕作管理習(xí)慣，來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(jī) 肥；選擇種植抗污染能力強(qiáng)、不易進(jìn)入食物鏈的農(nóng)作物；根據(jù)實際土壤污染情況，調(diào)整耕種制度和耕種結(jié)構(gòu)，因地制宜地種植作物。農(nóng)業(yè)修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是能夠合理的利用農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)，保持土壤的肥力，提高土壤質(zhì)量，易操作、費(fèi)用較低，實施方便。缺點(diǎn)是周期長，需與生物修復(fù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)配合使用，對輕度污染的土壤比較適用。

2.5 復(fù)合修復(fù)技術(shù)

復(fù)合修復(fù)技術(shù)是通過多種修復(fù)技術(shù)共用或者以一種修復(fù)技術(shù)為主輔以其他手段來降低土壤重金屬污染，目前研究較多的復(fù)合技術(shù)主要有生物復(fù)合技術(shù)、 物理化學(xué)復(fù)合技術(shù)和物理化學(xué)-生物復(fù)合技術(shù)等。植物與微生物的復(fù)合修復(fù)，特別是植物根系與根際土壤微生物的復(fù)合修復(fù)，已經(jīng)在試驗場和小規(guī)模的修復(fù)中取得了一定效果。衛(wèi)澤斌通過研究化學(xué)淋洗和深層固定復(fù)合技術(shù)，有效的實現(xiàn)了重金屬污染土壤修復(fù)。陳晴 空[16]化學(xué)-植物復(fù)合合修復(fù)技術(shù)有利于植物根部對重金屬的吸收.其中近年來對鰲合誘導(dǎo)植物提取技術(shù)的研究 比較熱門，它把多種技術(shù)（植物提取、淋洗技術(shù)、根 際過濾）聯(lián)合應(yīng)用到重金屬污染土壤修復(fù)上，大幅度地提高植物對土壤重金屬的吸收和富集能力，達(dá)到修復(fù)的效果。復(fù)合修復(fù)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(fù)手段存在的缺點(diǎn)，提高修復(fù)效率、降低修復(fù)成本。缺點(diǎn)是技術(shù)還不夠成熟，沒有大規(guī)模應(yīng)用到實際中，且多種技術(shù)復(fù)合后的相互作用機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

3 我國土壤重金屬污染修復(fù)現(xiàn)狀研究及展望

相對我國日趨嚴(yán)峻的土壤重金屬污染問題，配套的土壤修復(fù)技術(shù)的研究就顯的比較滯后，還有一些理論和技術(shù)問題需要突破，但也取得了一定的成果。 2011年，第一個國家級土壤修復(fù)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，四川綿陽某處鎘污染土壤修復(fù)過程中采用了離子礦化穩(wěn)定劑，結(jié)果顯示，經(jīng)過該技術(shù)修復(fù)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)科研專項《電動力學(xué)與PRB技術(shù)聯(lián)合修復(fù)有機(jī)氯和Cd和Cr（Ⅵ）污染土壤》項目在湖南啟動。項目首次利用電動力學(xué)—滲透反應(yīng)格柵技術(shù)和電動力學(xué)—固化技術(shù)相結(jié)合的方式，對復(fù)合重金屬污染土壤進(jìn)行研究，為土壤修復(fù)提供理論基礎(chǔ)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(fù)生物原位鈍 化技術(shù)和產(chǎn)品，應(yīng)用效果顯著。專家研究表明，植物具有響應(yīng)重金屬Cd脅迫信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的分子調(diào)控機(jī)制，由此為我們土壤重金屬污染植物修復(fù)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越大，在這種背景下，修復(fù)工作要在摸清不同土壤重金屬污染原因、重金屬種類、范圍、程度及遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律的基礎(chǔ)上，把物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、植物修復(fù)等多種修復(fù)手段進(jìn)行結(jié)合，采用最有效的生物修復(fù)綜合技術(shù)，同時充分運(yùn)用分子生物學(xué)、基因工程等先進(jìn)技術(shù)手段來提高生物修復(fù)的實用性，并不斷開發(fā)新技術(shù)，篩選、尋找更多的超累積植物，充分發(fā)揮土壤、動學(xué)、植物、微生物等學(xué)科的特點(diǎn)進(jìn)行組合修復(fù)研究將是今后的趨勢。