土壤重金属污染修复技术及应用分析

陆志家，耿秀华

（江苏科易达环保科技有限公司，江苏 盐城 224007）

全国约有16.1%国土（19.4%耕地）遭受不同程度的重金属污染和有机污染，矿业废弃地则是重金属污染的最主要来源。2016年，中央下拨重金属污染专项治理资金36亿元，支持全国37个土壤重金属污染治理及修复示范工程。土壤重金属污染修复是利用科学的技术或方法去除土壤中的重金属或降低土壤中的重金属活性，实现土壤生态系统功能的恢复，减少重金属污染物被植物吸收、切断重金属污染物迁移，防治重金属对人体健康危害。其中，重金属污染土壤修复技术在修复中发挥着巨大作用，本文通过各种修复技术的分析比较，为实际修复中技术选择提供参考。

1 土壤重金属污染概述

1.1 土壤重金属污染类型及来源

密度超过5 g/cm3的金属被称为重金属，其主要是指镉、铬、镍、锌、铅、铜、汞以及类金属砷等生物性显著的金属。其中，锌、铜的重金属毒性相对较小，而汞、铅、铬、砷、镉则被称为重金属污染中的“五毒”，也是土壤重金属污染治理中重点关注的对象。从土壤重金属污染物来源看，主要分为自然来源和人为因素。其中，自然原因主要是岩石风化和火山喷发等自然地质运动导致的土壤重金属污染。人为因素是土壤重金属污染的最主要来源，如工业生产、矿产开采、机动车尾气排放、金属冶炼和污泥使用等[1]。此外，重金属农药、化肥的过量使用也是导致土壤重金属污染日趋加重的重要因素。

1.2 土壤重金属污染特点及危害

与其他污染物相比，重金属一旦浸入土壤中会呈现生物富集现象，土壤重金属污染具有较强的累积性、隐蔽性、滞后性和不可降解性，持续时间长。土壤中的植物会不断富集重金属污染物，并通过食物链进入动物或人体中累积，对生态环境和人体健康构成严重危害。因此，土壤重金属污染会导致土壤自身的生态性状发生改变，如土壤质量退化，抑制植物光合作用、新陈代谢，影响植物产量和品质等。另外，土壤重金属具有较强的迁移特性，通过食物链不断在植物、动物以及人体内富集，破坏生物体的正常生理代谢，也会对人类健康产生威胁。例如，镉、铬重金属污染富集具有一定的致突变性和致癌性；铜、钒会引起人类生殖障碍；汞会影响胎儿发育；锰在人体中富集还会引起肺炎，诱发其他疾病等。

1.3 土壤重金属污染现状及根源

2017年，我国耕地土壤点位超标率为19.4%，主要是镉、镍、铜、砷、汞、铅等重金属污染，导致土壤重金属污染的主要根源是土壤酸化、肥料不合理施用和工业污染等。农业农村部开展的全国灌区调查表明，在约140万hm2的污水灌区中，遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的64.8%，每年因重金属污染而导致粮食减产的多达1000万t，被重金属污染的粮食多达1200万t,合计造成经济损失约200亿元。原环境保护部对全国26个省市的土壤污染调查表明，土壤重金属污染主要分布于长三角、珠三角、东北老工业基地、成渝平原、渭河平原以及主要矿产资源性城市等。一些地区的土壤重金属污染较为严重，污染类型多样，污染源复杂，控制难度较大等，土壤重金属污染形势依然较为严峻。

2 土壤重金属污染修复技术

2.1 物理隔离修复技术

物理修复技术是指利用物理措施将重金属污染物从受污染的土壤中去除或分离。目前，该技术应用于土壤重金属污染修复较多，也是较为成熟的有热处理、吸附法技术。此外，还包括电动修复法、换土/客土/翻土/去表土法、玻璃化技术、热解吸法和隔离法等。其中，吸附法主要利用生物炭、活性炭等吸附剂。R Mukherjee利用吸附-光催化联合方法对位于意大利南部某地受铜、锌污染的土壤进行修复研究，先采用乙二胺-N，N’-琥珀酸（EDDS）萃取土壤中的重金属，并对土壤洗涤溶液进行光催化、吸附处理，经过萃取、吸附后，土壤中的铜、锌、铁、锰等重金属污染物达到标准[2]。

电动修复法是指在受重金属污染的土壤中插入电极，通过直流电形成电场，使重金属离子在电场作用下定向移动，将电极室中的重金属集中收集、处理，达到修复效果。电动修复适合透水性差的黏土类土壤重金属污染修复。热解吸法利用微波、蒸汽以及红外辐射等对受污染土壤进行加热升温，使土壤中易挥发重金属污染物汞、硒等挥发后收集处理，但容易造成土壤水分及营养损耗，影响土壤生态性能。

2.2 化学改良修复技术

化学改良修复技术主要是将改良剂撒入受污染土壤中，通过改良剂的吸附作用，以及还原氧化、拮抗等，从而降低土壤中的重金属污染物含量。化学改良修复技术包括土壤淋洗法、稳定化修复、拮抗作用及天然矿物治理。其中，应用最为广泛的是EDTA淋洗技术，具有简洁、直观等优势。吴少飞等采用柠檬酸与EDTA联合修复重金属污染土壤，其对Cu、Pb、Cd、Zn等四种重金属污染物的提取效果显著[3]。

淋洗法主要涉及淋洗剂的选用，包括氨基多焌酸类、无机酸，以及天然低分子有机酸。其中，无机酸具有较强的腐蚀性，容易在修复过程中改变受污染土壤的结构及性质；人工合成螯合剂淋洗效果较好，成本较低，但添加螯合剂修复重金属污染土壤容易造成二次污染。相对来说，天然有机酸能够在修复受重金属污染土壤时被环境中的微生物降解，没有残留，且处理效果较好。稳定化修复重金属污染土壤的关键也是选好稳定剂，主要包括有机-无机复合稳定剂，甘蔗渣、树叶等有机稳定剂，石灰、磷酸盐等无机稳定剂。

2.3 生物修复技术

生物修复技术主要是利用植物或微生物的生命代谢活动，减少土壤中的重金属污染物浓度，或使受污染的土壤完全没有危害。该技术修复成本低、无二次污染，可以应用在大范围受污染的土壤中，具有较好的生态效益[4-5]。目前，生物修复技术主要包括植物修复技术、动物修复技术和微生物修复技术。

2.3.1 植物修复技术

植物修复技术，是指利用植物根部萃取和吸收受污染土壤中的重金属，并使其原位固定或隔离。该技术取得预期效果所需时间较长。目前，人们发现油菜、苎麻、野茼蒿、艾草、白杨和落叶松等植物对土壤中的重金属污染物具有较好的富集提取功能。植物修复技术具有应用性较好、清除重金属污染物较彻底等效果。

2.3.2 动物修复技术

作为生物修复技术的重要组成部分，该技术利用蚯蚓、蜘蛛等无脊椎动物，吸附土壤中的重金属元素，把土壤有机物分解为有机酸等物质，使其钝化而失去毒性，达到修复效果。除了可以直接富集重金属，土壤动物还能和微生物、植物协同富集重金属，改变重金属的形态，促使重金属钝化。

2.3.3 微生物修复技术

该技术利用微生物对重金属的氧化还原作用，将土壤中的重金属污染物转化为低毒或无毒的物质，如酵母菌、真菌、生菌和藻类等。此外，枯草芽孢杆菌产生的表面活性肽、绿浓杆菌产生的鼠李糖脂、球拟酵母产生的槐糖脂等生物，利用离子交换、沉淀-溶解和反离子结合等机理，达到去除重金属污染物效果[6]。微生物修复技术具有费用低、可再生等优势。

3 土壤重金属污染修复技术实际应用

3.1 案例背景

为了提升土地利用效率，某市对全市的电镀企业进行整体搬迁，并对搬迁后的电镀企业遗留场地重金属污染进行修复。前期通过现场踏勘和采样检测分析，获取了检测结果数据，如表1所示。现场检测结果显示，该工业区的重金属污染物存在超标现象，主要是铬、镍等污染物，需要采取措施做好修复。

表1 某企业遗留场地重金属检测结果

3.2 修复措施

针对受污染场地现场踏勘，决定采取物理、化学和生物修复处理相结合的修复方式。

3.2.1 物理修复

先对该场地的污染区域进行客土、换土、深翻处理。在已经检测到污染的土壤上方覆盖一层未污染土壤，从而降低场地表层污染，将客土深度控制在35 cm；然后换土，将受污染土壤移除，换成未受重金属污染的土壤，优化场地环境。最后进行深翻。

3.2.2 修复处理

物理修复期间辅助采取化学淋洗、固定修复措施，将清水、天然有机酸作为淋洗剂，降低场地的铜、汞、锌等重金属污染物含量。鉴于化学修复容易造成地下水污染，结合必要的固定修复模式，在受污染土壤中添加有机质、磷酸盐等物质，改变重金属化学形式，降低土壤黏附力，避免二次污染。

3.2.3 生物修复

根据场地水文及气候条件，选择剑叶凤尾蕨植物吸附土壤中的重金属铜、铅元素，达到彻底改善场地生态环境的效果。

3.3 修复结果

表2 某企业遗留场地重金属修复技术对比

从表2可以看出，该场地的修复中，客土、换土及深翻等物理修复费用较高，且效果不理想，而化学和生物修复费用较低，处理效果较好。

4 结语

土壤重金属污染修复是利用科学的技术或方法去除土壤中的重金属或降低土壤中的重金属活性，实现土壤生态系统功能的恢复，减少重金属污染物被植物吸收、切断重金属污染物迁移，防治重金属对人体健康造成危害。在实际应用中，人们应根据修复场地的实际情况，综合运用多种修复方法，以实现预期效果。