土壤重金屬污染的化學和生物修復技術進展探析

胡嶸森（北京師范大學第三附屬中學，北京市100195）

土壤重金屬污染的化學和生物修復技術進展探析

胡嶸森（北京師范大學第三附屬中學，北京市100195）

我國已有大部分土壤耕地受到Cd、As、Pb、Mn、Zn、Cu和Cr等重金屬污染。土壤修復已經成為一項十分緊迫的任務。目前，土壤重金屬污染修復技術可以分為物理修復、化學修復、農業修復和生物修復法。本文主要探究了化學修復法和生物修復法的原理、技術特點以及相關的實踐應用，并提出了相關的改進意見，為土壤重金屬污染的修復技術提供相應的科學支持。

土壤；重金屬污染；化學修復；生物修復

前言

隨著我國工業化進程的不斷深入，工業化所產生的環境問題也日益突出，尤其是環境土壤重金屬污染問題。據報道，我國已有大部分土壤耕地受到Cd、As、Pb、Mn、Zn、Cu和Cr等重金屬污染，例如，2009年的湖南省瀏陽市雙橋村鎘污染事件和2011年廣東河源市紫金縣鉛污染事件，并且對當地居民的健康造成了極大危害。因此，如何修復被重金屬污染的土壤受到了廣泛關注。目前，土壤重金屬污染修復技術可以分為物理修復、化學修復、農業修復和生物修復法。其中，物理修復法主要包括客土、換土、去表土、深耕翻土法，熱解析法和玻璃化法；化學修復法主要包括有電動修復法、淋洗法和穩定化法；農業修復法主要有施用有機肥，控制土壤水分、pH和Eh值；生物修復法主要有植物吸收法、植物固定、植物揮發法、根系過濾、動物修復和微生物修復法。通過文獻調研，本文主要比較了近幾年化學修復法和生物修復法的特點，并介紹了一些重要的實踐和應用，來探討化學修復、生物修復的方法，希望能為未來的環境土壤重金屬修復技術提供相應的科學支持。

1　化學修復技術

1.1土壤淋洗法

土壤淋洗法主要是通過尋找一些土壤淋洗液來淋洗被污染的土壤。土壤淋洗法常以有機酸、堿、無機酸及螯合物作為淋洗劑，將可遷移性弱的重金屬離子轉化為可遷移性強的重金屬離子，使重金屬元素從土壤中淋洗出來。例如，吳烈善學者等人用單寧酸和檸檬酸以不同濃度、淋洗時間、復配體積比下對土壤中的重金屬進行了單一和復合淋洗來研究有機酸的去除效果，發現在單寧酸和檸檬酸在復合淋洗土壤時對土壤中Cd能達到97.47%的去除率，證明了土壤淋洗法對土壤中重金屬的去除有著顯著的效果。雖然土壤淋洗法去除效率高，但是由于淋洗劑會使土壤理化性質改變，因此造成二次污染問題。

1.2化學穩定化法

化學穩定化法是通過向土壤中添加鈍化劑來降低重金屬的生物有效性，其主要原理是利用吸附作用、離子交換、配合反應共沉淀和氧化還原等手段降低重金屬對生態環境污染。例如，孫翠平等學者通過利用有機、無機和復合鈍化劑來鈍化土壤中的重金屬，驗證了多種鈍化劑對土壤的重金屬污染的修復有較好的效果。由于鈍化劑一般也是化學試劑組成，也容易造成土壤環境的二次污染。因此，尋找對環境友好的鈍化劑是化學穩定化法研究的重點。對環境友好并且有較好的應用前景的鈍化劑目前主要包括改性黏土礦物和生物碳等，例如，韓毅學者等人通過使用富含微孔的生物炭，探究其對煙草和土壤中汞金屬含量的影響，驗證了富含微孔的生物炭能抑制煙草對汞的富集，降低土壤中汞的生物可利用性，同時還能提高土壤的肥料利用率，因此富含微孔的生物炭在修復土壤重金屬汞方面有優勢。

2　生物修復技術

2.1植物修復技術

植物修復技術以其安全、廉價、易獲取而在近年來成為土壤重金屬修復發展熱點。植物修復技術主要包括植物揮發法，植物固化法和超富集植物法。其中，超富集植物法在植物修復技術中目前得到了廣泛地關注。超富集植物的主要特征是可以大量地富集重金屬，富集能力是普通植物的100～1000倍以上，并且植物體生長旺盛，可以完成其完整的生活史。超富集植物的去除重金屬的機理因植物的種類而異。例如，有學者研究得到，在重金屬脅迫下，植物根系會產生檸檬酸與重金屬形成絡合物，進而提高土壤中重金屬的可遷移性，易于被植物吸收從而達到去除土壤中的重金屬。因此，有效的篩選出優良的超富集植物是超富集植物法的研究重點。周杰良學者等人曾以湖南常見的25種藤本植物為樣本，設置不同種Cd溶液來研究藤本植物的富集效果，研究發現，藤本植物中蔓長春花對Cd污染的耐性很強，并且轉移系數和富集系數均大于1，符合超富集植物的標準，并且在土壤重金屬富集測試有較好的效果。超富集植物法對土壤的理化性質改變小，不易造成土壤環境的二次污染，在土壤重金屬污染修復中有較好的應用前景。然而，超富集植物的修復周期長，難以高通量修復污染的土壤，并且收割后的超富集植物的處理機制仍不完善，因此超富集植物法還需要進一步改進。

2.2微生物修復技術

微生物技術主要是利用微生物吸附、氧化還原和礦化固結重金屬離子，從而降低重金屬濃度和可利用態，減少重金屬對生物體的危害。因此，篩選出具有高效去除土壤重金屬性能的微生物是微生物修復技術的熱點。例如，靳治國學者等人從重金屬污染的土壤中分離和篩選出了耐高濃度Pb的綠色木霉菌以及耐受高濃度Cd的淡紫擬青霉菌，發現兩菌均可在有高濃度重金屬Pb和Cd的條件下正常生長，可作為土壤中重金屬離子的吸附劑。雖然微生物修復技術修復效果好，并且微生物修復劑低毒性，對土壤環境不易造成顯著性破壞，但微生物修復技術存在“外來細菌”對本土細菌的威脅等問題，因此可以通過基因工程技術修飾本土微生物基因，以增加其修復效率并且減少“外來細菌”威脅。

3　小結和展望

本文主要介紹了化學和生物修復土壤重金屬的污染技術。化學修復法具有去除重金屬效率高并且周期短，但是添加的化學試劑易改變土壤的理化性質，導致土壤受到二次污染；生物修復技術主要是利用生物體的代謝活動及其代謝產物修復重金屬污染的土壤，因此生物修復法對環境更友好，但生物修復技術的修復周期長，效率低，去除目標單一，難以達到“一劑多用”的效果，因此可以結合基因突變，基因重組等技術，到達高通量去除土壤中的重金屬并且對環境友好的效果。

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2095-2066（2016）31-0010-02

2016-10-3