土壤重金属修复技术探讨

王冠华 施培俊 曹传新

摘 要：目前治理土壤重金属污染的技术主要有生物修复技术、化学修复技术和物理修复技术。本文简要介绍了这几种修复技术并分析了它们各自的优缺点。根据现阶段的研究成果展望治理土壤污染的发展趋势。

关键词：污染土壤 重金属 修复 发展趋势

中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）07（a）-0130-02

土壤是人类赖以生存的要素之一，是动植物生存的保障。土壤构成成分复杂，主要构成元素是硅、氧，此外还含有铁、铝等金属元素。自然环境中，土壤中各种元素含量维持在相对平衡的状态。伴随着现代社会发展，人类活动产生了大量污染物，这些污染物进入土壤引起重金属含量超标。重金属超标对动植物生长、人类健康都有很大危害。防治和修复污染土壤已经刻不容缓。

近几年，食品安全越来越受人们所关注，治理好土壤污染便是做好食品安全工作的第一步。但是土壤污染远没有像水、空气污染那样受人们关注。有资料显示，我国有1300～1600万hm2的耕地受到农药的污染，直接经济损失超过200亿元人民币。土壤污染具有隐蔽性、滞后性、难处理性等特点，在相当长的时间内我国土壤污染都难以解决，并且有恶化的可能。为了实现中国现代化进程，我们坚决不能走“先污染后治理”的老路，从现在开始关注污染土壤的修复技术。

1 土壤重金属污染物来源

土壤中重金属污染的来源较广泛，其中主要包括重工业生产中产生的废渣、废气，以及农业生产中过量使用农药、化肥。冶炼、化工、电子等企业如果不及时处理废渣废气，将会产生大量危害环境的重金属污染物，如：铅、镉、汞和砷等。这些重金属污染物难以在自然条件下降解。我国农业生产中大量农药、化肥的使用也使重金属污染形势变得相当严峻。农业生产中有机磷和有机氯农药是污染土壤的主要种类，除此之外无机-有机复合物污染物是土壤污染物来源的新方向[1]。

2 常见的污染土壤修复技术

2.1 生物修复技术

广义的生物修复技术包括植物修复技术、动物修复技术、微生物修复技术。但是因为植物修复技术研究的比较广泛，所以另作一类。生物修复技术是指依靠生物的活动使土壤污染降解或转化为无毒或低毒的过程[2]。这里生物修复技术主要介绍的是微生物。微生物在自身的生长代谢中产生酸类，这些酸与重金属结合，降低了重金属活性，从而达到修复土壤的目的。另外微生物菌根可以促进植物根系吸收重金属的效率，尤其是丛枝菌根对砷污染的土壤具有极大的应用价值[3]。近几年，动物在生物修复技术也有成功应用的案例。高岩等论证了蚯蚓具有强化污染土壤的修复潜力，可见蚯蚓等动物是修复污染土壤的“绿色力量”[4]。

2.2 植物修复技术

植物修复技术是指植物本身特有的吸收富集污染物、转化固定污染物以及通过氧化还原或水解反应等生物化学过程，使土壤环境中的有机污染物得以降解，使重金属等无机污染物被固定脱毒。植物修复技术主要包括四种：植物提取、植物降解、植物稳定、植物挥发[2]。其中通过植物吸收来去除污染土壤中重金属是目前应用最广的方法。这种方法利用超累计植物从土壤中吸收一种或几种重金属，并将其转移、存储到地面上部，最后通过收割集中处理。遏蓝菜属、印度芥菜等被证明是改善污染土壤的理想植物[5]。周启星等认为杂草具有品种多、生态适应能力强的特点，以杂草为对象将会在植物修复技术中取得较大突破[6]。单纯利用植物修复污染土壤存在很多缺陷，近些年人们开始着手从多方面增强植物修复技术的修复效率。增强其效率的方法主要分为两类：第一类是从植物自身入手，主要通过导入能够增强植物吸收重金属效率的基因来增强植物修复效率；第二类从外部环境入手，主要通过微生物（根际促生菌）、物理方法（电动法）、化学方法（向土壤中添加化学试剂）等来增强植物修复效率。

2.3 化学修复技术

化学修复技术是利用加入到土壤的化学修复剂与污染物发生一定的化学反应，使污染物被降解和毒性被去除或降低的修复技术[2]。对于不同类型的污染物和污染土壤的具体特征，化学修复手段和注入的化学物质一般不同。注入的化学物质可以是氧化剂、沉淀剂或解析剂。相对于其他修复技术，化学修复技术起步较早，技术相对成熟。化学修复技术主要依靠化学物质将重金属固定，降低重金属的活性。国内化学修复技术主要是原位淋洗修复，这种方式的修复技术既要考虑修复效率，同时更要考虑试剂对土壤的破坏程度。荷兰、德国、美国等国家的异位淋洗已经较为普及。曾敏等验证了EDTA是一种治理含有铂、锌、铅污染土壤的较好的化学物质[7]。

2.4 物理修复技术

现阶段，物理修复技术在英、美等发达国家得到了很大重视，异位土壤修复已经实现工业化生产。物理修复技术主要包括物理分离技术、蒸汽浸提技术、玻璃化技术和电动修复技术等[1]。其中电动修复技术应用在原位土壤修复方面在近几年比较流行，是一项新兴的物理修复技术。电动修复技术的基本原理类似于原电池，通过直流电将污染物带到阳极附近而被去除。理论和实验证明电动修复技术能够有效的去除污染土壤中铅、镉、铬、砷和汞等重金属。单纯利用电动修复技术容易受到外部条件干扰，效率较低，现在已经有多种和电动修复技术联用的技术。现阶段，电动修复技术可以和Fenton技术、可渗透反应墙（PRB）、植物修复技术和超声波等联用[8]。多种修复技术的联用可以提高电动修复技术的修复效率。

3 污染土壤修复技术的局限性

利用微生物修复污染土壤需要合适的环境条件。土壤水分、pH、有机质含量和可溶性氧等都是微生物生存的必要因素。恶劣的土壤环境因素不利于微生物的生存，也將影响修复效率。培养合适的工程菌去除重金属是微生物修复技术的难题。

植物修复技术是一项经济、有效的修复技术，但是也存在一定的局限性。如同微生物修复技术一样，植物生长受天气、季节等因素影响。并且植物生长周期长，修复时间较其他修复技术长。植物修复技术不能修复深层重金属。引用异地植物有可能会影响生物多样性。目前通过植物吸收治理污染土壤应用范围最广，虽然这项技术可以较好的去除土壤中的重金属，但是如何处理这些超累积植物同样在困扰着人们。另外，筛选合适的超累计植物是一项长期艰苦的工作。就目前而言，利用植物修复重金属污染土壤方向单一，不能处理复合污染土壤。

物理化学技术修复土壤需要相应的物理化学条件，价格昂贵，不适宜大面积土壤修复治理。此外，由于各种化学试剂的加入，有可能影响土壤肥力，并有可能产生毒性更大的污染物，从而引起二次污染。

4 污染土壤修复治理技术的发展趋势

现在修复重金属污染土壤的技术主要从两个方面着手：一是将土壤中重金属固定，降低其活性，减少植物对其吸收程度。潘根兴等人发现生物质炭具有疏松多孔、含氧官能团丰富等特点，利用生物质炭可以钝化土壤中铅和镉的生物活性，减少水稻对镉的吸收[9]；范迪富等发现凹凸棒石具有较大的比表面积和良好的吸附能力，其强大的吸附能力能将重金属固定从而阻止重金属向植物转移，并且凹凸棒石不会对土壤产生附加不良影响[10]；二是去除土壤中重金属。去除土壤中重金属是现在研究最多最广的领域。单一的修复技术存在特定缺陷、修复效率低的特点。面对现在污染物难以处理，修复效率低的问题，未来修复技术发展方向将会从单一修复向两种或是两种以上修复技术联用的方向发展。单一植物修复技术和微生物修复技术将向基因工程发展，利用转基因技术培养出修复效率更好的超累计植物或工程菌。在物理化学修复技术方面已经出现相应的前沿技术，超临界提取土壤中污染物和光催化氧化技术都是在物理化学修复技术方面新兴的土壤修复技术[5]。

参考文献

[1] 史海娃，宋卫国，赵志辉.我国农业土壤污染现状及其成因[J].上海农业学报，2008，24（2）：122-126.

[2] 黄昌勇，徐建明.土壤学[M].北京：中国农业出版社，2010.

[3] 肖艷平，尹睿，沈生元，等.丛枝菌根真菌在植物修复砷污染土壤中的作用[J].土壤，2010，40（2）：171-177.

[4] 高岩，骆永明.蚯蚓对土壤污染的指示作用及其强化修复的潜力[J].土壤学报，2005，42（1）：141-148.

[5] 周东美，郝秀珍，薛艳，等.污染土壤的修复技术研究进展[J].生态环境，2004，13（2）：234-242.

[6] 魏树和，周启星，刘睿.重金属污染土壤修复中杂草资源的利用[J].自然资源学报，2005，20（3）：433-440.

[7] 曾敏，廖柏寒，曾清如，等.3种萃取剂对土壤重金属的去除及其对重金属有效性的影响[J].农业环境科学学报，2006，25（4）：979-982.

[8] 彭良梅，钟丽佳，赵柯，等.电动法及其联用技术修复多环芳烃及重金属复合污染土壤的研究进展[J].农村经济与科技.2012，23（10）：15-17.

[9] 潘根兴，李恋卿.重金属污染土壤生物黑炭修复技术[J].中国农村科技，2013（4）：40-41.

[10] 范迪富，黄顺生，廖启林，等.不同量剂凹凸棒石粘土对镉污染菜地的修复实验[J].江苏地质，2007，3l（4）：323-328.