土壤重金屬污染及修復技術

衛柯予

（湖南農業大學，長沙 410128）

土壤重金屬污染及修復技術

衛柯予

（湖南農業大學，長沙 410128）

重金屬因具有毒性強、易積累、難降解的特性，使得土壤重金屬污染成為目前全球主要的環境問題之一。我國目前土壤污染問題形勢嚴峻，影響到國民的身體健康，社會的和諧發展，開發并應用高效修復技術迫在眉睫。文章選擇鎘、鉛、汞等3種重金屬進行介紹，并簡述其污染的主要來源、毒害作用及當今土壤重金屬污染修復技術的情況與進展。

重金屬污染 土壤修復技術 環境保護

1 土壤中重金屬污染源及其危害

1.1 鎘

1.1.1 土壤中鎘污染的主要來源

土壤及自然環境中的鎘污染主要來自人為活動的排放，可分為3個方面。（1）在金屬冶煉、電子工業、礦山開采等重工業生產中，廢氣中的鎘自然沉降進入土壤、河流[1]。（2）化工、采礦影響城市生活產生的污水，用以農業灌溉，造成污染。（3）磷肥生產過程中，不溶態的鎘轉化為水溶態，有效性與毒性大大的提高，造成土壤鎘的積累[2]。

1.1.2 鎘的作用機理及毒性

鎘在土壤中發生溶解、凝聚、螯合等反應生成不同形態的鎘。其中，以水溶交換態的有效性最強，最易被植物吸收[3]，進而經食物鏈被人體吸收。鎘中毒對肺功能和腎臟功能造成嚴重損害。長期生活在鎘污染區將會導致骨頭脆化、骨質疏松、腰椎、脊柱畸形[4]。

1.2 鉛

1.2.1 土壤中鉛污染的主要來源

土壤中鉛的來源是母質和礦物，在風化沉積過程中釋放鉛元素。人為的來源主要有3個方面。（1）含鉛廢氣和顆粒物隨著雨水沉降進入土壤，造成污染。（2）廢棄鉛產品。比如，鉛酸電池、電纜包皮和建筑垃圾等處理不當，造成污染。（3）含鉛污水用于農業灌溉，造成耕層土壤鉛積累量顯著增加。

1.2.2 鉛的毒性

土壤中的鉛被植物吸收后，通過食物鏈最終影響人體。除直接攝入鉛污染食品外，鉛還可以通過皮膚接觸，呼吸道途徑進入人體。鉛污染對人體健康的危害程度比較顯著。它的污染物中毒性很大，且以神經毒性為主的一種重金屬元素[5]。重金屬鉛對人體的骨髓造血系統、神經系統、生殖系統和消化系統等均有不同程度的損害。研究表明，長期受鉛污染的孕婦血鉛含量明顯高于正常孕婦，而胎兒成活率和健康程度明顯低于正常胎兒[6]。

1.3 汞

1.3.1 土壤汞污染的來源

土壤汞的最基本來源是母質風化。其汞元素的含量直接決定著土壤的汞含量。進入土壤的外源汞主要來自工業生產和城市生活的“三廢”排放。其中，含汞廢氣通過大氣沉降進入土壤。農業生產中，使用的含汞肥料、農藥也是重要來源。

1.3.2 汞的毒性

元素汞不能被人體消化系統吸收，即使誤服也可很快排出。汞的氧化物會造成輕微腹瀉，大多數人無臨床癥狀。

2 重金屬污染土壤的修復技術

2.1 概述

目前，重金屬污染土壤修復技術基于2種思路：（1）把重金屬污染物活化，并從土壤中移除。（2）盡可能將重金屬污染物穩定在土壤中，減少遷移。

2.2 物理修復技術

物理技術包括排土、客土、深耕、淋洗、電解和熱處理法等措施[7]。排土、換土、去表土、客土等一般被認為是治理土壤重金屬污染的根本途徑。但是，工程量較大。深耕是通過上下翻動土壤，使得表土中的重金屬含量降低。（1）淋洗法是把土壤中的重金屬提取到淋洗劑中，進而移除土壤中的重金屬。（2）電解法是在污染土壤中插入電極，調節土壤的pH。重金屬通過土壤溶液向兩級富集，進而去除重金屬離子。實驗結果顯示，在粘土內鉛離子、鉻離子等的去除率可以達到90%以上[8]。（3）熱處理法是通過人工升溫或降壓，使得重金屬元素及其化合物揮發而得以去除。在何姍姍等[9]的汞污染修復研究中，熱處理去除汞的效率一般在50%以上，有時也可達到90%。

2.3 化學修復技術

化學修復技術主要使用改良劑和化學淋洗法等。改良劑的機理是穩定固化重金屬。通過向污染土壤中投入改良劑，調節土壤pH，使土壤重金屬發生吸附、螯合、沉淀及其他氧化還原反應，從而降低重金屬元素的有效性或使之以毒性較低的價態存在，實現固化、穩定化。現在生產實踐中常用的改良劑有石灰、磷酸鹽、碳酸鈣、硅酸鹽等。其中，以磷酸鹽為改良劑是目前減少汞有效性和溶解性研究最徹底的方法[10]。席歡等[11]的研究，是向鉛污染潮土中加入蜂窩煤灰渣，并分析土壤性質的變化，發現土壤有效磷含量上升，有效鉛含量降低，pH值升高，這可能是由于蜂窩煤灰渣本身的pH值較高。化學淋洗法采用生物或化學溶劑作為淋洗劑，將污染土壤的重金屬溶解后再分離，即達到修復土壤的目的。唐敏等[12]在砷污染土壤研究中，采用檸檬酸作為砷淋洗劑。結果顯示，土壤砷的去除率最高可達70%以上。

2.4 生物修復技術

生物修復技術包含植物修復、動物修復、微生物修復。

2.4.1 植物修復

植物修復是將特定的重金屬耐受性的植物種植在被污染的土壤上，污染重金屬被吸收到植物中富集，收獲后達到修復土壤的目的。植物修復技術根據作用機理不同，還可進一步分為植物穩定、植物提取和植物揮發。（1）植物穩定是起植物根系的吸附和根系分泌物的沉淀作用，可有效降低污染土壤中重金屬的有效性，并阻止其通過地下水和食物鏈途徑危害人體。（2）植物提取能夠吸收有毒金屬污染物，運輸到植物的莖葉中儲存起來，收獲后即達到修復土壤的目的。目前世界上發現的超積累植物接近500種，研究較多的有蜈蚣草對砷的富集，景天對鋅的富集，苜蓿對銅的富集，向日葵對鎘的富集等。邢維芹等[13]的研究中，在鉛污染貧磷潮土上種植黑麥草并補施磷肥進行土壤修復，結果顯示，種植黑麥草增加了土壤的鉛有效性；施加磷肥促進植物生長，降低土壤鉛含量。（3）植物揮發是通過種植一些植物，促進土壤中的重金屬污染物轉化為可揮發的狀態。一般是通過植物根系分泌物、根際微生物與重金屬反應實現的。

2.4.2 動物修復

某些低等動物特別是土壤小動物，對重金屬具有耐受性，利用動物的這個特性吸收土壤中的重金屬，達到土壤修復的目的。根據高巖等[14]的研究，對于砷污染土壤，蚯蚓具有一定的吸收修復能力。

2.4.3 微生物修復

微生物憑借自身生化反應被用以重金屬污染土壤的修復，具體通過吸附、沉淀、甲基化等反應進行。目前，可用于重金屬吸附的微生物有細菌、絲狀真菌、酵母和藻類等[15]。生物沉淀、甲基化反應作用于重金屬離子，使之轉化為低毒或無毒價態。微生物的分泌物也可以與重金屬離子結合反應，產物為穩定的沉淀或絡合物，有效減弱了重金屬毒性。微生物影響植物根際環境，增強植物根系對重金屬的吸附、轉化和積累，也可達到修復土壤的目的。相比于其他修復技術，微生物修復的優點在于：不破壞土壤環境、操作簡易、成本低等。但微生物的活性易受土壤的環境影響，且不同微生物的修復效果存在差異，都限制了微生物修復技術的推廣應用。

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[12] 唐敏，張煥禎，李亮．砷污染土壤檸檬酸萃取修復技術研究．環境污染與防治，2010，32（12）：31～34，58

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