土壤重金屬污染修復技術及應用分析

陸志家，耿秀華

（江蘇科易達環保科技有限公司，江蘇 鹽城 224007）

全國約有16.1%國土（19.4%耕地）遭受不同程度的重金屬污染和有機污染，礦業廢棄地則是重金屬污染的最主要來源。2016年，中央下撥重金屬污染專項治理資金36億元，支持全國37個土壤重金屬污染治理及修復示范工程。土壤重金屬污染修復是利用科學的技術或方法去除土壤中的重金屬或降低土壤中的重金屬活性，實現土壤生態系統功能的恢復，減少重金屬污染物被植物吸收、切斷重金屬污染物遷移，防治重金屬對人體健康危害。其中，重金屬污染土壤修復技術在修復中發揮著巨大作用，本文通過各種修復技術的分析比較，為實際修復中技術選擇提供參考。

1 土壤重金屬污染概述

1.1 土壤重金屬污染類型及來源

密度超過5 g/cm3的金屬被稱為重金屬，其主要是指鎘、鉻、鎳、鋅、鉛、銅、汞以及類金屬砷等生物性顯著的金屬。其中，鋅、銅的重金屬毒性相對較小，而汞、鉛、鉻、砷、鎘則被稱為重金屬污染中的“五毒”，也是土壤重金屬污染治理中重點關注的對象。從土壤重金屬污染物來源看，主要分為自然來源和人為因素。其中，自然原因主要是巖石風化和火山噴發等自然地質運動導致的土壤重金屬污染。人為因素是土壤重金屬污染的最主要來源，如工業生產、礦產開采、機動車尾氣排放、金屬冶煉和污泥使用等[1]。此外，重金屬農藥、化肥的過量使用也是導致土壤重金屬污染日趨加重的重要因素。

1.2 土壤重金屬污染特點及危害

與其他污染物相比，重金屬一旦浸入土壤中會呈現生物富集現象，土壤重金屬污染具有較強的累積性、隱蔽性、滯后性和不可降解性，持續時間長。土壤中的植物會不斷富集重金屬污染物，并通過食物鏈進入動物或人體中累積，對生態環境和人體健康構成嚴重危害。因此，土壤重金屬污染會導致土壤自身的生態性狀發生改變，如土壤質量退化，抑制植物光合作用、新陳代謝，影響植物產量和品質等。另外，土壤重金屬具有較強的遷移特性，通過食物鏈不斷在植物、動物以及人體內富集，破壞生物體的正常生理代謝，也會對人類健康產生威脅。例如，鎘、鉻重金屬污染富集具有一定的致突變性和致癌性；銅、釩會引起人類生殖障礙；汞會影響胎兒發育；錳在人體中富集還會引起肺炎，誘發其他疾病等。

1.3 土壤重金屬污染現狀及根源

2017年，我國耕地土壤點位超標率為19.4%，主要是鎘、鎳、銅、砷、汞、鉛等重金屬污染，導致土壤重金屬污染的主要根源是土壤酸化、肥料不合理施用和工業污染等。農業農村部開展的全國灌區調查表明，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%，每年因重金屬污染而導致糧食減產的多達1000萬t，被重金屬污染的糧食多達1200萬t,合計造成經濟損失約200億元。原環境保護部對全國26個省市的土壤污染調查表明，土壤重金屬污染主要分布于長三角、珠三角、東北老工業基地、成渝平原、渭河平原以及主要礦產資源性城市等。一些地區的土壤重金屬污染較為嚴重，污染類型多樣，污染源復雜，控制難度較大等，土壤重金屬污染形勢依然較為嚴峻。

2 土壤重金屬污染修復技術

2.1 物理隔離修復技術

物理修復技術是指利用物理措施將重金屬污染物從受污染的土壤中去除或分離。目前，該技術應用于土壤重金屬污染修復較多，也是較為成熟的有熱處理、吸附法技術。此外，還包括電動修復法、換土/客土/翻土/去表土法、玻璃化技術、熱解吸法和隔離法等。其中，吸附法主要利用生物炭、活性炭等吸附劑。R Mukherjee利用吸附-光催化聯合方法對位于意大利南部某地受銅、鋅污染的土壤進行修復研究，先采用乙二胺-N，N’-琥珀酸（EDDS）萃取土壤中的重金屬，并對土壤洗滌溶液進行光催化、吸附處理，經過萃取、吸附后，土壤中的銅、鋅、鐵、錳等重金屬污染物達到標準[2]。

電動修復法是指在受重金屬污染的土壤中插入電極，通過直流電形成電場，使重金屬離子在電場作用下定向移動，將電極室中的重金屬集中收集、處理，達到修復效果。電動修復適合透水性差的黏土類土壤重金屬污染修復。熱解吸法利用微波、蒸汽以及紅外輻射等對受污染土壤進行加熱升溫，使土壤中易揮發重金屬污染物汞、硒等揮發后收集處理，但容易造成土壤水分及營養損耗，影響土壤生態性能。

2.2 化學改良修復技術

化學改良修復技術主要是將改良劑撒入受污染土壤中，通過改良劑的吸附作用，以及還原氧化、拮抗等，從而降低土壤中的重金屬污染物含量。化學改良修復技術包括土壤淋洗法、穩定化修復、拮抗作用及天然礦物治理。其中，應用最為廣泛的是EDTA淋洗技術，具有簡潔、直觀等優勢。吳少飛等采用檸檬酸與EDTA聯合修復重金屬污染土壤，其對Cu、Pb、Cd、Zn等四種重金屬污染物的提取效果顯著[3]。

淋洗法主要涉及淋洗劑的選用，包括氨基多焌酸類、無機酸，以及天然低分子有機酸。其中，無機酸具有較強的腐蝕性，容易在修復過程中改變受污染土壤的結構及性質；人工合成螯合劑淋洗效果較好，成本較低，但添加螯合劑修復重金屬污染土壤容易造成二次污染。相對來說，天然有機酸能夠在修復受重金屬污染土壤時被環境中的微生物降解，沒有殘留，且處理效果較好。穩定化修復重金屬污染土壤的關鍵也是選好穩定劑，主要包括有機-無機復合穩定劑，甘蔗渣、樹葉等有機穩定劑，石灰、磷酸鹽等無機穩定劑。

2.3 生物修復技術

生物修復技術主要是利用植物或微生物的生命代謝活動，減少土壤中的重金屬污染物濃度，或使受污染的土壤完全沒有危害。該技術修復成本低、無二次污染，可以應用在大范圍受污染的土壤中，具有較好的生態效益[4-5]。目前，生物修復技術主要包括植物修復技術、動物修復技術和微生物修復技術。

2.3.1 植物修復技術

植物修復技術，是指利用植物根部萃取和吸收受污染土壤中的重金屬，并使其原位固定或隔離。該技術取得預期效果所需時間較長。目前，人們發現油菜、苧麻、野茼蒿、艾草、白楊和落葉松等植物對土壤中的重金屬污染物具有較好的富集提取功能。植物修復技術具有應用性較好、清除重金屬污染物較徹底等效果。

2.3.2 動物修復技術

作為生物修復技術的重要組成部分，該技術利用蚯蚓、蜘蛛等無脊椎動物，吸附土壤中的重金屬元素，把土壤有機物分解為有機酸等物質，使其鈍化而失去毒性，達到修復效果。除了可以直接富集重金屬，土壤動物還能和微生物、植物協同富集重金屬，改變重金屬的形態，促使重金屬鈍化。

2.3.3 微生物修復技術

該技術利用微生物對重金屬的氧化還原作用，將土壤中的重金屬污染物轉化為低毒或無毒的物質，如酵母菌、真菌、生菌和藻類等。此外，枯草芽孢桿菌產生的表面活性肽、綠濃桿菌產生的鼠李糖脂、球擬酵母產生的槐糖脂等生物，利用離子交換、沉淀-溶解和反離子結合等機理，達到去除重金屬污染物效果[6]。微生物修復技術具有費用低、可再生等優勢。

3 土壤重金屬污染修復技術實際應用

3.1 案例背景

為了提升土地利用效率，某市對全市的電鍍企業進行整體搬遷，并對搬遷后的電鍍企業遺留場地重金屬污染進行修復。前期通過現場踏勘和采樣檢測分析，獲取了檢測結果數據，如表1所示。現場檢測結果顯示，該工業區的重金屬污染物存在超標現象，主要是鉻、鎳等污染物，需要采取措施做好修復。

表1 某企業遺留場地重金屬檢測結果

3.2 修復措施

針對受污染場地現場踏勘，決定采取物理、化學和生物修復處理相結合的修復方式。

3.2.1 物理修復

先對該場地的污染區域進行客土、換土、深翻處理。在已經檢測到污染的土壤上方覆蓋一層未污染土壤，從而降低場地表層污染，將客土深度控制在35 cm；然后換土，將受污染土壤移除，換成未受重金屬污染的土壤，優化場地環境。最后進行深翻。

3.2.2 修復處理

物理修復期間輔助采取化學淋洗、固定修復措施，將清水、天然有機酸作為淋洗劑，降低場地的銅、汞、鋅等重金屬污染物含量。鑒于化學修復容易造成地下水污染，結合必要的固定修復模式，在受污染土壤中添加有機質、磷酸鹽等物質，改變重金屬化學形式，降低土壤黏附力，避免二次污染。

3.2.3 生物修復

根據場地水文及氣候條件，選擇劍葉鳳尾蕨植物吸附土壤中的重金屬銅、鉛元素，達到徹底改善場地生態環境的效果。

3.3 修復結果

表2 某企業遺留場地重金屬修復技術對比

從表2可以看出，該場地的修復中，客土、換土及深翻等物理修復費用較高，且效果不理想，而化學和生物修復費用較低，處理效果較好。

4 結語

土壤重金屬污染修復是利用科學的技術或方法去除土壤中的重金屬或降低土壤中的重金屬活性，實現土壤生態系統功能的恢復，減少重金屬污染物被植物吸收、切斷重金屬污染物遷移，防治重金屬對人體健康造成危害。在實際應用中，人們應根據修復場地的實際情況，綜合運用多種修復方法，以實現預期效果。