土壤重金屬污染現狀及修復技術比較

朱玉斌

（廣東韶科環保科技有限公司，廣東 韶關 512026）

土壤重金屬污染現狀及修復技術比較

朱玉斌

（廣東韶科環保科技有限公司，廣東 韶關 512026）

本文首先分析了土壤重金屬污染的現狀及特點，然后系統闡述了不同土壤重金屬污染修復概念及原理，并對物理修復技術、化學修復技術和生物修復技術的優點、不足和適用性進行比較，最后提出土壤重金屬污染修復的發展展望，希望切實提升土壤重金屬污染修復效果。

土壤重金屬污染；修復技術；比較

農田土壤重金屬污染是指生物毒性顯著的鉛、汞、鉻、鎘，類金屬砷，有毒性的重金屬銅、鎳、鋅等污染物對農田土壤的污染。根據農業部環保監測系統對全國24個省市、320個嚴重污染區的548萬hm2土壤調查發現，大田類農產品污染超標面積占污染區農田面積的20%，其中約有80%是重金屬污染。在約140萬hm2的污水灌區中，遭受重金屬污染的土地面積占污水灌區面積的64.8%，其中嚴重污染的占8.4%。農田土壤重金屬污染不僅造成農作物減產，尤為嚴重的是土壤重金屬污染周期長、隱蔽性強和不可逆的特性，通過食物鏈還會影響到人類的健康。2014年，中央1號文件明確提出要“啟動重金屬污染耕地修復試點”工作，2015年中央1號文件再次明確提出要求實施耕地保護與提升行動，擴大重金屬污染耕地修復等工作。

1 農田土壤重金屬污染現狀及特點

對我國的主要城市農田土壤重金屬的含量進行統計分析，人們發現大部分均超過了背景值。據資料顯示，我國受到污染的農田已有104 000 hm2,一些地區的土壤重金屬污染超標達到了幾十倍，甚至幾百倍，其中11個省的25個地區的農田受到鎘污染。隨著城市化進程的加快，許多城市的農田存在著不同程度的重金屬污染。有研究表明：北京市土壤已受到銅、鋅、鎘、鉻重金屬污染，其中鎘污染最為嚴重。沈陽市的農田土壤加密監測結果顯示，其農田土壤也受到鎘、汞、鉛元素污染，根據國家土壤環境質量二級評估標準，最高超標達26.4倍，平均超標了8.8倍。此外，貴州、河北、廣西、海南等省區的農田土壤也不同程度地存在鋅、鎘、鉛、銅、砷、汞元素污染。土壤重金屬污染呈現出如下特點：

1.1 分布上呈現明顯的區域性

環境保護部在《“十三五”重金屬污染綜合防治技術分析報告》編制說明中提出：要對“十二五”期間的14個重點省份啟動省級規劃編制，對這些地區的鉻、汞、鎘、鉛等重金屬進行重點防控，重點區域包括內蒙古、江蘇、浙江、江西、河南、湖北、湖南、廣東、廣西、四川、云南、陜西、甘肅、青海等14個重點省份，并專門列出了138個重點防護區，土壤重金屬污染排放的區域性特征十分明顯。它主要表現為南方土壤污染重于北方，長三角、珠三角、東北老工業基地等部分區域土壤污染問題較為突出。

1.2 類型上主要以無機型為主

從監測土壤總的點位超標率為16.1%來看，土壤污染主要以無機型為主，占到全部超標點位的82.8%，涉及到的污染物主要有鉻、鎘、汞、砷、銅、鉛、鋅、鎳等8種無機污染物。無機污染物（主要指重金屬，也包括放射性元素和氮磷等），通過采礦、冶煉、農藥化肥施用、金屬加工、火電廠、廢水和污泥等人類活動進入周邊的環境中，對土壤產生不同程度的污染。

1.3 污染源上呈現多樣化

農田土壤重金屬來源廣泛，主要有大氣沉降、固體廢棄物、化肥與農藥等。其中，大氣沉降導致的土壤重金屬污染主要來源于能源、運輸、冶金和建筑材料等生產過程中產生的粉塵和氣體，除汞金屬外，其他重金屬基本是以氣溶膠的形態進入大氣，經過自然沉降和降水進入土壤中。此外，汽車尾氣也是重要污染源之一。固體廢棄物主要是指礦業、工業固體廢棄物等長期堆放后經過雨淋、水洗、日曬等導致重金屬污染物向周邊的土壤擴散、轉移。此外，農藥、化肥的過量使用，也是農田重金屬污染的主要來源之一。

1.4 處理上復雜、難度大

重金屬不易被微生物分解，農田土壤一旦遭受重金屬污染，土壤中的膠體會對重金屬吸附，加之微生物的富集，時間一久還會加劇土壤污染程度，因此，無機型重金屬污染農田土壤甚至是永久性的。此外，重金屬大多數是過渡元素，具有較高的化學活性，參與多種反應，形態多變。隨著農田土壤pH值的變化，不同重金屬呈現出不同的價態、化合態和結合態，這些不同形態的重金屬在穩定性和毒性方面差異較大，處理起來十分復雜。重金屬在農田土壤中遷移轉化，呈現出形式上的多樣化。重金屬不僅具有毒性，還會抑制土壤酶活性，浸入土壤中潛伏周期長。

2 農田土壤重金屬污染主要修復技術比較

針對不同的污染土壤，修復技術的選擇既要考慮農田土壤污染現狀，也要結合技術的特點，并充分考慮修復經費的數量、未來土地的利用方式、區域地形和氣候特點、污染物種類、污染程度及修復周期等一系列因素。具體來說，對于重金屬污染土壤，其修復技術主要有客/換土、土壤淋洗、穩定化、電動和植物修復等。土壤重金屬污染治理的路徑主要是：降低土壤重金屬濃度或者遷移性，清除土壤中的重金屬元素。

2.1 物理修復

土壤重金屬污染治理的方法主要有翻土法、換土法，以及近年來受到大力推廣的電修復法和熱處理法等技術。

2.1.1 物理修復技術

（1）傳統的換土、客土法多應用于重污染區的土壤，深耕翻土多應用于輕度土壤，但該法工程量大，費用高，易打亂土體結構而引發二次污染。因此，換土、翻土等技術多應用于范圍較小的土壤治理。（2）電動修復法作為一種高效、周期短的原位修復技術，適用于粘質小范圍的土壤重金屬污染。它是將電場直接作用于土壤中的金屬離子，使其發生遷移，最終達到處理或分離效果。添加硝酸、表面活性劑等會使電動修復法的修復效果更佳[1]。（3）熱處理技術是通過載氣直接或間接地加熱土壤，使土壤中的金屬離子分離出來并進入氣體處理系統。選用氯鹽、氯化鎂等輔助添加劑，熱脫效果會更好。

2.1.2 物理修復技術比較

（1）優點：翻土、客土法等能夠有效去除土壤重金屬，降低重金屬污染對環境的風險，在翻土時，同步進行施肥，還可以彌補土壤養分，這對于提高單位面積的農作物產量具有積極意義。電修復技術易管理，人工需求量少，接觸到的毒害物質少，無副作用，還可以回收利用重金屬元素。熱處理法工藝簡單，易操作，治理效果好，較徹底。（2）不足：翻土、客土法工程量大，技術開展費用高，占用大量堆積空間，存在二次污染風險。電修復技術：可控性較差，土壤性質對修復效率影響大，尤其是對于含水率低、傳導性差、滲透性高的砂質土壤處理效果不理想。熱處理法：能耗大，對汞蒸汽回收效果差，易產生二次污染。（3）適用性：翻土、客土法適用于處理受重金屬污染較輕、土層較厚的土壤，也適用于處理污染區域較小、污染嚴重、污染物易擴散的土壤。

2.2 化學修復

化學修復重金屬污染的土壤主要是指在受污染的土壤中添加化學修復劑，使其發生化學反應，達到土壤修復或重建的效果。常用到的化學修復技術有穩定/固化技術、淋洗/萃取技術以及改良法等。

2.2.1 化學修復技術

（1）穩定/固化技術：是向污染土壤中加入藥劑（如金屬氧化物、高分子聚合材料、有機質、生物炭等），將土壤中的重金屬固定于固體結構中，降低其生物有效性。（2）淋洗萃取/萃取技術：用水或含有沖洗助劑的無機溶液、螯合劑、表面活性劑、天然有機酸等水溶液淋洗土壤中的污染物，通過淋洗達到修復效果[2]。（3）改良技術：向受到重金屬污染的土壤中施加化學沉淀劑、碳酸鈣、沸石等，對金屬吸附、沉淀和氧化還原，降低生物有效性或重金屬的轉移。

2.2.2 化學修復技術比較

（1）優點：穩定/固化法不會對土壤結構產生破壞，修復周期短，易操作，成本低，治理速度快、效果好。淋洗/萃取技術工藝簡單，尤其是中度重金屬污染的修復效果好。改良技術：見效快，能夠有效降低重金屬物質的水溶性和遷移性。（2）不足：穩定/固化技術受到土壤理化影響較大，固化劑費用較高，增加了修復成本。淋洗/萃取技術投資大，治理費用高，易造成地下水污染，改變土壤性質等風險。改良技術：有破壞土壤微生物系統和二次污染的風險。（3）適用性：穩定/固化技術主要應用于污染面積小、污染嚴重的地塊。淋洗/萃取技術則適用于面積小，但污染較輕的地塊。改良法主要適用于小面積重污染土壤。

2.3 生物修復技術

土壤重金屬生物修復技術是利用生物的吸收、轉化和代謝作用，清除、降解或轉移污染物，達到污染修復效果。生物修復技術主要有植物修復、動物修復和微生物修復等。

2.3.1 生物修復技術

（1）植物修復技術：利用植物的吸收、提取、轉化、固定等機理達到去除或降低土壤中的重金屬污染物。植物修復技術又可以分為植物固定、植物揮發、植物萃取、根基圈生物降解等基本類型。其中，植物萃取技術（培育超富集植物）應用效果顯著。（2）動物修復技術：通過土壤動物（如蚯蚓等）及腸道微生物中土壤活動過程中，達到對土壤中的污染物進行化解、消化，實現降低或消除重金屬污染物的效果。（3）微生物修復技術：由于土壤重金屬污染物不具有可降解性，因此，微生物修復土壤重金屬是通過對重金屬的鈍化或遷移來實現。

2.3.2 生物修復技術比較

（1）優點：植物修復技術經濟性較高，對土壤的生態環境擾動小，還可以美化環境，涵養水源，二次污染的可能性大大降低。動物修復技術：具有簡便、清潔和經濟性。微生物修復技術工藝簡單，成本低，微生物來源廣，經濟效益高，綠色環保。（2）不足：植物修復技術的年限長，培育的超富集植物對土壤重金屬的耐受性有限，且超富集植物也只是對特定的重金屬元素表現出超富集能力。動物修復技術：對惡劣的環境適應性較差，能夠修復的種類和數量有限。微生物修復技術的穩定性較差，易變異，重金屬不會被降解。（3）適用性：植物修復技術適用于大范圍、中等污染的土壤修復。動物修復技術主要適用于土壤污染較輕的地塊。生物修復技術則適用于黏土含量高的污染場地。

3 研究展望

隨著國務院印發的《土壤污染防治行動計劃》的落實，農田土壤重金屬修復逐漸受到人們的高度重視。單一選擇某項技術已經難以滿足現實需要，針對土壤重金屬污染來源廣、污染類型復雜、區域性等特點，人們越來越多地選擇了一些聯合修復技術。這些技術集合了各項技術的優勢，在解決土壤重金屬方面發揮著重要作用，如土壤動物-植物-微生物組合修復、降解菌/真菌-超積累植物的組合修復、化學氧化-生物降解修復、電動-生物修復、蒸汽浸提-生物修復、光催化納米材料等。總之，未來土壤重金屬污染修復應著眼于生態修復，綠色、環保、經濟的聯合修復技術是它的發展趨勢。

1宣 斌，王 濟，段志斌，等.農田土壤重金屬污染現狀及修復技術應用研究進展[J]．環境保護前沿，2017，7（1）：26-34．

2崔德杰，張玉龍.土壤重金屬污染現狀與修復技術研究進展[J]．土壤通報，2004，（3）：366-370．

The Present Situation of Heavy Metal Pollution in Soil and Comparison of Remediation Technology

Zhu Yubin
(Guangdong Shaoke Environmental Protection Technology Co., Ltd., Shaoguan 512026, China)

This paper first analyzes the status and characteristics of soil heavy metal pollution, and then systematically expounded the concept and principle of different heavy metal contaminated soil, and the physical remediation, chemical remediation technology and bioremediation technology advantages, shortcomings and applicability are compared, finally proposed that the development prospect of phytoremediation of heavy metal contaminated soil, hopes to increase the heavy metal pollution soil remediation effect.

soil heavy metal pollution; repair technology; comparison

X53

A

1008-9500(2017)05-0056-03

2017-03-24

朱玉斌（1988-），男，江西南昌人，碩士研究生，從事環評、土壤修復研究工作。