重金属污染土壤物化修复技术研究进展

摘要：随着工农业的迅速发展，以及发展过程中环保设施和管理的缺失，导致大量重金属污染物进入土壤系统，一旦进入土壤的重金属污染物含量超过土壤本身的自净能力，将会导致土壤功能和结构的破坏，有害物质或其分解产物在土壤中积累，并最终通过直接或间接途径进入人体，危害人体健康。本文综述了国内外重金属污染场地的物理修复技术、化学修复技术和物化联合修复技术，对比各修复技术的优缺点，为土壤重金属污染场地治理与修复提供新思路和新方法。

关键词：重金属污染;土壤;物化联合修复技术;污染场地治理

土壤重金属污染是指由于人类活动，土壤中的微量重金属元素在土壤中过量沉积而引起的含量过高最终超过背景值，进而造成生态环境质量恶化的现象。我国土壤重金属污染来源主要有工业场地搬迁、城市垃圾、污水灌溉、大气中沉降以及废弃物的处置不当等[1-3].。土壤重金属污染具有长期性、隐匿性、不可逆性以及不能完全被分解等特点，具有一定的治理难度和突出的环境风险[4].因此，土壤重金属污染修复技术的研究备受关注.

在众多重金属修复技术当中，物理、化学修复技术具有容易实施，效率高，适用土壤范围广等特点，被广泛应用于重金属污染场地的治理中，并取得了显著效果。本文综述了国内外重金属污染场地的物理/化学修复技术和物化协同修复技术，分析比较各种修复技术，为土壤重金属污染场地治理与修复提供新思路和新方法，以降低土壤重金属污染的危害。

1 重金属污染修复技术

1.1物理修复技术

物理修复是利用物理原理来治理重金属污染的土壤，可用于重金属污染的物理修复技术包括改土处理、电动处理、热处理和玻璃化技术等。

1.1.1改土处理

改土处理包括翻土、换土和客土等方法。土壤仅受轻度污染时采用深耕翻土的方法，翻土是将污染的表层土翻耕至下层，利用稀释达到减轻污染浓度的目的。客土法是直接在污

染土壤里加入一定比例未污染的土壤，混合均匀或覆盖在表面，使污染物的浓度降低或是减少与动植物的接触以达到减轻危害的目的;换土是指把污染土壤取走换成未污染的土壤，仅适用于小面积重污染，但是要妥善处理换走的土壤。1

吕本儒、杨湘智[5]对某化工污染场地中污染土壤采用换土法异位修复工程，采用《展览会用地土壤环境质量评价标准》（暂行）（HJ350-2007）为评价标准，采样点位与前期调查时发现存在污染的点位重合通过分析，所采集的样品全部达到A级标准，一次性通过验收监測。改土处理法的对土壤的修复效果好，不受土壤条件的限值，但人物力消耗极大，污染物无法得到根除。

1.1.2 电动处理

电动修复也叫电修复，主要原理是将电极插入到受污染的土壤中并通以直流电，污染物在电场作用下发生电化学反应，迁移富集于电极区，从而达到去除污染物的目的[6]。此方法有耗能低、修复周期短、对环境影响少等优点，但是它只适用于透水性差粘土类小面积污染区土壤的修复，对于大面积污染土壤如矿区土壤、冶炼厂周围的污染土壤等效果不佳且技术上还不够完善。

ALMEIRA等[7]采用电动修复处理受镉污染高岭土向阴极添加不同浓度的硝酸溶液对高岭土中镉的影响，结果表明，向阴极电解液中添加浓度为0.06M硝酸，可以去除高岭土中镉，去除率达到98%;周鸣等[8]采用电动力学修复铜、铅、镉复合污染土壤，研究发现在EDTA溶液与重金属的络合可以强化电动修复效果，在0.1mol/L的EDTA实验条件下，复合污染土壤中总铜、总铅、总镉的去除率分别为90.2%、68.1%和95.1%;Cameselle等[9]以有机酸中的柠檬酸为促进剂，对受重金属污染的农田土壤进行电动修复研究，结果表明。在浓度0.5M柠檬酸、土壤pH值为2-4时，Cd的去除率为78.7%，Co的去除率为78.6%，Cu的去除率为72.5%，Zn的去除率为73.3%，Cr的去除率为11.8%，Pb的去除率为9.8%。

1.1.3 热处理

热处理修复重金属污染的土壤方式通常有两种，分别为热脱附修复和热解修复。热脱附修复指在高频电压的作用下产生热能，通过热量在土壤介质中传导，促使重金属从土壤环境中解吸、分离，最终达到去除污染物目的，热脱附修复主要用于 Hg 和 Se 等易挥发重金属污染的土壤[10]。热解修复是指物质受热分解的反应过程，对于重金属而言，温度较高时，热解处理能够改善土壤等固相中的重金属的稳定性，增加重金属固化效果[11]。

勾立争等[12]采用热脱附方式修复华北地区汞污染土壤，研究发现提高热脱附温度和时间会促进汞去除。杨勤等[13]以两种地区汞污染土为样品进行热脱附处理，结果表明在一定热脱附温度和时间条件下土壤总汞残余量降至10mg/kg，脱附率达到90%。权胜祥[14]在一定温度和时间下，对电子垃圾区土壤进行焚烧固化处理，结果显示Cr､Mn､Co､Ni､Cu､Zn和Cd的固定率分别为90.0%､85.4%､99.8%､95.9%､99.6%､93.0%和87.4%;陈天明等[15]采用热处理法处理电镀污泥，促使污泥中重金属由非稳定态向稳定态转化，铜和镍残渣态含量由79. 65% 和 54. 32%提升至96. 70%和84. 62%，降低了重金属的可利用性。

1.1.4玻璃化技术

玻璃化技术是指向污染土壤中插入电极，对污染土壤固体组分给予高温处理，使污染物得以挥发或热解从而从土壤中去除的过程。熔化的污染土壤冷却后形成化学惰性的、非扩散性的整块坚硬玻璃体，进而使有害金属得到固化。玻璃化技术已较多地应用于飞灰、污泥中的重金属的固定及资源化，显示了较大的优势[16-18]

王贝贝等[19]采用微波技术对土壤中Cd玻璃化固定研究，微波（539W）辐照5min时，土壤中Cd的固定率可达到95%以上;张金龙等[20]通过正交实验表明，对于重金属As、Pb和Zn，温度和重金属浓度对重金属固定效率影响最为显著，在重金属浓度为6000mg/kg时，重金属固定效率最高。

1.2 化学修复技术

化学修复技术主要是指通过利用改良剂使土壤中的重金属进行化学反应，最终达到修复目的，化学修复技术重点在于改良剂的选择[21]，广泛用于重金属污染的改良剂有：无机淋洗剂、螯合剂、有机酸、表面活性剂和复合淋洗剂等。可用于重金属污染的化学修复技术包括土壤淋洗和稳定化修复等

1.2.1 土壤淋洗

土壤淋洗法是利用能促进土壤环境中污染物溶解或迁移的生物化学溶剂，通过水力压头或在重力作用下将其注入被污染的土层中，将土壤中的固相重金属转移至液相中，然后再把含有污染物的液体从土层中抽提出来，进行分离和污水处理[22]。淋洗的机制为利用淋洗液或化学助剂与土壤中污染物结合，通过淋洗液的解析、螯合、溶解或固定等化学作用，达到修复土壤的目的[23]。

土壤淋洗修复方法的关键在于寻找一种经济实用的淋洗剂，既能有效的去除重金属污染物，不会破坏土壤基本理化性质，而且不会造成二次污染[24]。

武迎飞[25]采用EDTA溶液对Pb、Cd重金属污染土壤进行室内震荡淋洗，结果表明0.1mol/LEDTA比0.05mol/LEDTA淋洗效果更好，Pb、Cd去除效果最高可达52.27%、83.65%;梁金利等[26]采用1mol/L的草酸，淋洗5h，淋洗4次条件下可达到最佳淋洗效果，Cu、Zn、Ni和Cr的去除率为99.6%，66.98%，88.7%和18.23%;李明等[27]采用土壤淋洗与生物炭稳定化联合修复高浓度Cd污染土壤，使用0.12moL/LEDTA-2Na淋洗震荡3h，对Cd的去除率达到81.3%，有效态Cd的含量降低了51.0%，对土壤中Cd去除效果显著。

1.2.2 稳定化修复

土壤稳定化修复是指在受污染的土壤中加入各类稳定化药剂，通过化学或物理的方式来吸附、沉淀、络合、离子交换和氧化还原等反应，从而改变重金属的形态，减少受污染土壤中的有害组分的毒性、溶解迁移性、降低污染物的生物有效性，从而达到修复受污染土壤的目的[28]。目前，常用的稳定化药剂有磷酸盐药剂、粘土矿物、硫化物和矿渣等。在众多重金属修复技术中，稳定化技术具有花费少、环境损失小、修复后土地可规利用率高、适用范围广等[29]诸多优点，因此该技术被广泛应用于重金属污染土壤修复之中

莫小荣等[30]采用FeS、电石渣、菌渣及其复配组合对砷污染土壤进行稳定实验，结果表明，单独使用FeS对土壤As稳定化率为84.69%，FeS、電石渣和菌渣在一定比例下复配，对As的稳定化率可达到90.53%，复配稳定化药剂优于单一稳定化药剂;李倩[31]针对某地区有色金属厂Cd、Pb、As复合重金属污土壤，筛选、复配了 TMT-15-FeCl3-熟石膏复配型稳定化剂，优化影响因素，稳定化7d，对土壤中有效态 Cd、Pb和As 的稳定化率分别可达 61. 28%、73. 62% 和51. 86%。

2 修复方法比较

不同修复技术的对比如表1所示。重金属污染场地的修复需要考虑多种因素，修复技术的选择需要确保污染场地的修复效果能满足土地利用方式的要求，在技术上可行条件下兼顾经济成本和未来发展规划，选择达到目标的最简化的途径或方法[10]。

3 物化联合修复技术

物理和化学修复方法单独作为重金属污染土壤修复技术已经有了许多的研究和报道，而协同两者或两者以上修复方式进行联合修复重金属污染土壤的研究较少。联合修复旨在提高污染土壤的修复速率与效率，而且可以克服单项修复技术的局限性，实现更高效的修复[32]。

孟凡生[33]等在电动修复条件下，向阴极添加高锰酸钾溶液用以修复铬渣污染土壤，使铬渣污染土壤去除率20.9%提高到42.6%，究其原因，在高锰酸钾氧化作用使三价铬转化为迁移更加活跃且不容易形成沉淀的六价铬，促进了铬的去除;罗志远[34]采用物理筛分和EDTA淋洗联合修复重金属Pb、Cd、As污染土壤，结果表明，对大于0.074mm粒径重金属污染土壤含量值低于限制要求，修复效果显著，但对于细粒径土壤EDTA淋洗无法达到目标值，需另寻他法;徐红婷[35]等采用电动-氧化修复条件修复重金属污染土壤，结果表明，控制阴极液pH值为酸性时，该方法对重金属有一定的去除作用。

4 研究展望

物化修复技术修复具有快速高效的特点，但也有破坏土壤结构，能耗大，易造成二次污染等局限性。因此，多技术联合修复是未来发展趋势，作者认为关于重金属污染土壤修复的进一步研究可以从以下角度开展工作：

（1）由于我国土壤污染面积较大，在制定有关重金属污染土壤修复计划时，应该根据不同重金属的来源及存在形态，发展相应的修复技术，选取经济高效的修复设施是重金属土壤修复的重中之重。

（2）针对我国严重的土壤污染形势，克服单一修复技术的缺点，可以采用物化修复技术与生物修复技术相结合的方式综合治理重金属污染土壤。

（3）我国土壤修复仍处于初级阶段，应尽快建立完善的土壤环境保护体系，严格落实环境监督机制，加强环境执法力度，使土壤治修复工作更加的科学。

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作者简介：陈驰（1995-），男，硕士研究生，主要研究方向为有机物、重金属污染土壤修复。

沈阳建筑大学市政与环境工程学院 辽宁沈阳 110168