重金属污染土壤的生物修复技术研究

葛贵惠

（蚌埠市环境监察支队安徽蚌埠233000）

重金属污染土壤的生物修复技术研究

葛贵惠

（蚌埠市环境监察支队安徽蚌埠233000）

污染土壤的修复是以除污染、复质量、再利用、保生态为目的的，“万物土中生”，土壤质量决定万物的质量。本文综述了土壤中重金属污染来源，详细阐述了污染土壤生物修复技术的类型及作用特点，以期为重金属污染土壤的修复提供借鉴和参考。

土壤修复；重金属；生物技术；植物；微生物

近年来，随着产业结构调整与升级，落后企业逐渐被淘汰或搬迁，则遗留了大量高污染风险场地，带来的环境风险也日趋严重，如常州外国语学校自搬新址后，493名学生检出皮炎、血液指标异常，受污地块上曾是三家化工厂。土壤污染具有累积性、滞后性、隐蔽性和不可逆性的特点，修复技术研究迫在眉睫。

1　几种典型的土壤污染问题

1.1工矿企业重金属累积

含重金属的烟尘、废气，通过自然沉降和雨淋进入土壤；废水直排使得厂矿周边土壤重金属富积；工业固废露天堆放或处理过程中，重金属以辐射状、漏斗状向周围土壤扩散，含量和形态分布特征受废弃物种类和释放率的影响,如铬渣堆放区的Cd、Hg、Pb为重污染,Zn为中度污染,Cr、Cu为轻污染。

1.2交通运输

道路两侧土壤污染主要来自汽车含铅汽油燃烧及轮胎磨损产生粉尘，以Pb、Zn、Cd、Cr、Cu等为主。研究表明，汽车尾气中含Pb量多达20μg/L～50μg/L。公路两侧土壤50m的距离累积的易溶性污染物在4～40g/月·m3，污染元素以道路为中心呈条带状分布，随着距公路距离增大，重金属含量快速降低，到距50m左右的地方，重金属含量基本降低到背景值。

1.3农药、化肥等的使用

施用含汞、镉、砷等农药和不合理施肥，都将导致土壤中重金属污染。一般过磷酸盐中含较多重金属，磷肥次之，氮肥和钾肥含量较低，但氮肥中铅含量最高，Cd、As污染严重。农用薄膜生产应用的热稳定剂中含Cd、Pb，在大量使用塑料大棚和地膜过程中都可以造成土壤重金属污染。

1.4搬迁企业原址重金属污染

经对某搬迁化工厂原址调查，对多个表层土壤样品中的重金属(Cu，Pb,Cr,Zn,Ni和Cd)总量测试分析，发现搬迁区土壤重金属除Zn、Ni外其它重金属平均含量均超过其背景值,其中Cd含量是其背景值的320倍,Pb是背景值的1.8倍。重金属的富集顺序为Pb＞Cr＞Zn＞Cd＞Cu＞Ni。

2　污染土壤的生物修复技术

重金属污染土壤的修复主要有三种途径：一是改变重金属的存在形态。二是利用特殊植物或动物吸收土壤中的重金属或用工程技术将重金属变为可溶态、游离态，降低在环境中的迁移性；三是从土壤中去除。生物修复具有处理费用低、效率高等优点，分为微生物修复、动物修复和植物修复三种类型。

2.1微生物修复

即利用微生物作用对进入土壤环境中难降解物质如大分子有机污染物、重金属等进行治理。

2.1.1泵出生物法

挖出的土壤加水制成浆状，与降解微生物和营养物质在反应器中混合，添加适量的表面活性剂或分散剂从而促进降解。该法要严格控制条件以利于泥浆中有机污染物降解，处理后的泥浆需脱水处理。主要适用于处理污染时间较长、状况已基本稳定或受污面积较大的地区。

2.1.2生物堆制法

基于处理床技术的异位生物处理过程，使土堆内的条件最优化，将挖出的污染土壤堆成长条形的静态堆，通过安装有喷淋营养物的管道，添加必要的养分和水分，必要时加入适量表面活性剂。加拿大魁北克省曾采用此法对污染土壤示范性处理，约500m3的污染土壤被转移到一个清洁沥青台上，由于污染土为黏质土，堆制时混入泥炭和木屑以改善通透性和结构并定期添加养分。34周后，72%以上的石油烃被降解，添加泥炭和木屑显著提高了降解率。

2.1.3土地耕作法

原位土地耕作是通过耕翻土壤，淋洒营养物、水及降解菌株接种物，定期翻动充氧，以提高土壤微生物的活性，促进污染物降解。处理过程产生的渗滤液再回淋于土壤。异位土地耕作法指将污染土壤挖掘搬运到非透性垫层和砂层上，将污染土壤以10cm～30cm厚度均匀平铺，通过耕作方式使污染土壤与表层土壤混合，促进降解。

2.1.4生物通风法

生物通风法是将受污土壤中打井，新鲜空气导入不饱和土层中，增强土著细菌的活性，促进土壤中有机污染物的降解，通空气时有时需加一定量NH3或营养液，为土壤中降解菌提供氮素营养。生物通气主要通过土壤的生物活化作用促使污染物以蒸气的形式挥发。

2.2动物修复技术

动物修复技术是利用土壤动物群通过直接吸收、转化和分解或间接改善土壤理化性质，提高土壤肥力，促进植物和微生物的生长等作用而修复土壤污染的过程。土壤动物占据着不同的生态位，在土壤生态系统中起着分解有机质、熟化土壤、保持土壤持水性和通透性等作用，一般平均每克土中含有原生动物数量可达10000～40000个以上，而土壤后生动物群落主要有线虫、蜈蚣、千足虫、蚯蚓、白蚁等。其中线虫和蚯蚓是非常重要的两种土壤动物，前者数量巨大，繁殖快，世代短，后者蚯蚓体内能携带各种微生物，将蚯蚓引入土壤中，可提高土壤中活性微生物量，而微生物生物吸附、富积及代谢活动都将影响重金属形态的变化，是改良土壤、提高肥力、改善土壤通气性透水性的能手。

研究表明，蚯蚓的钻洞行为可使土壤的空气含量从8%提高到30%，土壤孔隙率从30%提高到60%。向污染土壤中引入蚯蚓，蚯蚓吞食的土壤经蚯蚓体内丰富的酶系统作用后形成颗粒状的泥土—蚓粪，每年经消化道排出量约8 t/hm～12t/hm，这些颗粒物以及蚯蚓本身运动对土壤的机械作用有助于分解土壤有机土，提高土壤DOC含量，促进土壤重金属从残渣态向有效态转变，并能提高多氯联苯(PCBs)降解菌的传播，促进土壤中联苯降解菌种群数量的增加，能促进植物生长，被称为“土壤生态系统工程师”，对维持土壤生态系统功能有不可替代的作用。

2.3植物修复技术

植物修复技术是利用某些植物能忍耐和超量累计某种重金属和有机物污染的特性来清除土壤中的污染物。

2.3.1植物提取作用

通过植物根系吸收污染物并将污染物富集于植物体内，通过吸收运转而后将植物体收获、集中处置。适于重金属污染土壤。植物提取土壤重金属的效率取决于植物本身的富集能力、植物可收获部分的生物量及土壤条件(如土壤质地、酸度、肥力、金属种类及形态等)。超富集植物通常生长缓慢，生物量低，根系浅。因此尽管植物体内金属含量可以很高，但从土壤中吸收走的金属总量未必高，这影响了植物提取修复的效率。

2.3.2植物稳定化作用

指通过根系的吸收和富集、根系表面的吸附使土壤中污染物转化为相对无害物质，或利用植物或植物根系保护污染物使不因风、侵蚀、淋溶以及土壤分散而迁移的稳定化作用。植物稳定化作用可通过根际微生物活动、根际化学反应或污染物的化学变化而起作用。根系分泌物或根系活动产生的二氧化碳会改变土壤pH，植物固定作用可以改变金属的溶解度和移动件或影响金属与有机化合物的结合，受植物影响的土壤环境可以将金属从溶解状态变为不溶解状态。植物稳定化作用可通过吸附、沉淀、络合或金属价态的变化而实现。在铜胁迫试验中，海洲香薷中的分布特征为：根系＞叶片＞茎秆。海洲香薷和紫花香薷对土壤铜、锌、铅符合污染都具有很强的耐性，地上部分铜、锌、铅等重金属含量在植物生长期呈现动态变化，但植物地上部重金属积累量保持增加趋势。

2.3.3植物挥发作用

指污染物被植物吸收后，在植物体内代谢运转，然后以污染物形态向大气释放的过程。在植物体内，植物挥发过程可能与植物提取和植物降解过程同时进行并相互关联。植物挥发作用对某些金属污染的土壤有修复效果。目前主要用于汞、硒重金属污染土壤。

2.3.4植物降解作用

通过植物根系分泌物与根际微生物联合降解污染物的生物化学过程，主要处理复杂有机物。

3　结语

理论的研究终归是要投入实践。各种技术在作用原理、局限性、经济效益及生态效益方面均存在各自优劣，且生物修复对环境需求如土壤性质、温度、pH、营养条件等较严格。因此，受污土壤工程修复时，需要我们在实践过程中不断调整，找到一个最佳的条件，合理选择修复技术，优化组合修复工艺。

[1]杨勇,何艳明.国际污染场地土壤修复技术综合分析[J].环境科学与技术.2012,(10).

[2]王辉,刘国良,许建军.某电镀厂重金属污染土壤治理措施探讨[A].中国环境科学学会学术年会论文集,2013,5.

[3]郑强.铅镉污染土壤的生物修复技术研究[D].吉林农业大学, 2012.

葛贵惠（1981—），女，安徽凤台人，本科，环境保护工程师。主要研究方向：流域生态环境及污染防治，工业废水处理与资源化。