钴污染土壤的治理修复综述

苏 翔，白 瑞

(1.重庆工商大学环境保护研究所，重庆 400067；2.北京建工环境修复股份有限公司，北京 100015)

随着世界经济的迅速发展，环境污染问题也日益严重，逐渐成为大家关注的焦点，近年重金属土壤污染也受到了关注[1-2]。重金属通常能在土壤中富集，富集达到一定程度后会导致土壤环境质量下降，被植物吸收后影响农产品的质量和产量[3-4]，通过食物链进入动物体内，在动物体内富集后严重威胁动物的健康[5-6]。摄入过多的钴盐可引起心肌炎、胃肠功能紊乱、耳聋、甲状腺吸收碘的能力减弱和导致甲状腺的肿大等多种疾病[7]，重金属经胃肠道吸入会影响人的微生态系统从而诱导中枢神经系统疾病[8]。重金属超量时会产生一般毒性效应，严重时甚至可以致突变或致癌,以及生殖与发育毒性[9]。

1 重金属钴污染土壤的特性及危害

通常土壤中钴的含量约0.05～65.00mg/kg之间，中位置位8mg/kg。Lotfy,S.M.等[10]对向日葵、棉花、万寿菊、纳皮草、南瓜等五种植物从污染土壤中提取Co和Cr的能力进行了研究，研究表明植物根系的Co和Cr积累高于芽，Co富集能力的顺序为：向日葵>棉花>万寿菊>纳皮草>南瓜。陈艺文等[11]发现钴的含量为10mg/L时，农作物开始死亡。美国规定灌溉用水钴的最大容许浓度为0.2mg/L。前苏联提出生活供水水源中钴的最大浓度为1mg/L，渔业用水为0.01mg/L[12]。随着科学技术的发展，钴元素得到广泛的开发和利用，钴污染也伴随用量的增大而加剧。钴污染主要来源于核武器试验废物、原子能工业废物、矿藏开采、医疗和科研等行业，其中很大一部分为放射性废物。重金属钴对土壤的污染通常有长期性、不可逆性和隐蔽性三个特性。在降低土壤质量的同时，还会影响农作物产量和品质的下降，通过食物链进入人体，从而人类健康造成影响。由于钴的半衰期较长，环境受到放射性的钴污染后，难以短期衰减，可能对周围动植物的生长和发育造成严重的影响，放射性钴进入人体后，会导致脱发，引起血液系统疾病，严重的会引起白血病，甚至造成死亡[13-14]。因此，土壤中钴污染的治理修复十分必要。

2 常见的重金属污染土壤修复技术

目前国内已经有多种治理重金属污染土壤的方法，如：化学修复法、生物修复法和物理修复法等[15-16]。用一种方法通常难以达到修复目标，通常将以上的方法组合对重金属污染土壤进行治理修复。

2.1 化学修复法

化学修复法主要有化学淋洗法和化学氧化还原法，化学淋洗是在污染土壤中加入与对应重金属反应的化学溶剂，在外力或者外压的作用下使重金属溶解于溶剂中，从而将重金属从固态土壤转移至液相态，然后使液相与土层分离，对分离后的重金属溶液进行处理[17]；化学氧化/还原法是通过添加改良剂，改变重金属在土壤中的形态，通过降低生物有效性来达到修复目标[18]。常见的改良剂有氧化剂、还原剂、吸附剂等。

2.2 物理修复法

物理修复法是通过机械物理的工程措施使土壤得到修复，常见的方法有：翻土、换土、客土法、外运热处理法和原位电动修复法等[19]。

2.3 生物修复法

生物修复法是通过土壤中生物的代谢活动使土壤重金属含量降低的方法。常见的有：植物修复法、微生物修复法和动物修复法[20]。植物修复法在澳大利亚等国家得到较为深入的研究，国外主要对超富集植物的重金属吸收效果进行研究，由于植物的生长条件等难以在其他区域普及[21]。韩辉等[22]对小麦和狗尾草生长过程小麦吸收Cd和Pb的阻控进行研究，研究发现：从狗尾草根际土壤中共分离出的固定重金属和促生能力的菌株,接种于小麦根际既能增加小麦根和地上部干重,又可以降低其对Cd和Pb的富集。蒋先军等[23]研究了印度芥菜对土壤中锌镉污染的富集作用，结果表明：和普通植物相比,印度芥菜对Zn、Cd富集能力较强。王鹏云等研究发现植物主要通过螯合作用、细胞壁沉淀作用、区隔化作用、抗氧化系统解除重金属的危害[24]。

3 钴污染土壤治理修复技术

土壤钴污染分为无放射性和有放射性两种类型[25]，不具有放射性的钴就是普通的重金属元素。目前，国内外对土壤中的重金属钴的修复研究主要集中在植物中钴含量的测量、钴在生态系统中的迁移规律和钴对植物生长的影响[26-27]，直接研究钴污染土壤修复技术的较少，在实践中还是传统的重金属修复方法，即物理法、化学法和生物法。具有放射性钴污染主要是由于钴矿开采、科学研究以及核工业等产生，这类钴污染土壤，通常将其集中封存，利用自然衰减使其得到治理，此过程中避免人和动物进入。但矿山中放射性钴污染由于污染面积较大、迁移速率较快等特点，通常难以控制，对环境影响比较严重。辐射剂量较高的钴污染土壤根据规定封装后转运至特定的放射性钴污染处置场进行处置。这类处置场，通常为国家都统一设计建造、统一管理，放射性钴污染突然通常需要花费大量人力和物力，不仅需要较大的处置场地，通常需要较长的处置时间。

通过近年的研究，学者们将常规重金属污染土壤修复方法与放射性污染土壤处理方法相结合，利用生物修复植物富集的方法去除土壤中的放射性钴，钴元素富集后统一进行处置。即减少了污染，又美化了环境。通过进一步焚烧等处置，钴污染得到进一步浓缩，相对于之前的处置方式节约了大量的人力、物力、财力等[28-29]。如日本人在福岛核电站泄露区域种植向日葵和油菜等植物来富集土壤中的放射性钴元素，达到了良好的治理效果。贺佳[30]研究了竹芋、碰碰香、一串红、龙葵、牛膝菊等植物对钴污染土壤的治理修复效果，试验表明龙葵、牛膝菊和碰碰香均可以富集钴元素。

4 展望

随着钴污染的日益加剧，钴元素污染的土壤修复势在必行，目前其修复技术的研究相对较少，需要更多的关注和研究，才能解决钴污染土壤的治理。物理方法和化学方法通常成本较高，且容易使土壤结构遭到破坏，以至于土壤生物活性降低、土壤肥力下降等。放射性钴污染土壤难以通过常见的修复方法进行治理，将生物修复法与封存处理法结合起来可以使其得到解决。联合修复法理论上可行，目前还需要进一步筛选对治理区域相适应的高累积植物，提高钴的植物富集效率；另外，不具有放射性的钴污染和有放射性的钴污染必须分开处置，有放射性污染的焚烧后桶装封存，无放射性的采用堆肥法、灰化法、高温分解法等多种技术处置。在污染得到处置的同时，探求更高的经济价值。目前国内的重金属灰飞处置终端的处置能力和无害化能力仍需要进一步加强。