砷污染土壤修復(fù)技術(shù)概述

閆波 魏樣 孫嬰嬰

【摘 要】根據(jù)我國(guó)土壤砷污染現(xiàn)狀及污染擴(kuò)散趨勢(shì)，介紹了砷污染土壤修復(fù)治理的物理、化學(xué)、生物修復(fù)技術(shù)及其應(yīng)用效果，分析了各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，并分析了砷污染土壤修復(fù)技術(shù)的發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】砷污染;物理修復(fù);熱解吸;植物修復(fù);微生物修復(fù)

中圖分類號(hào)： X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）11-0123-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.11.056

【Abstract】According to the status quo of arsenic pollution in China and its spreading trend，this paper introduces the physical，chemical and bioremediation techniques and their application effects， analyzes the advantages and disadvantages of various technologies，and analyzes the development direction of arsenic soil remediation techniques.

【Key words】Arsenic contamination; Physical repair; Thermal desorption; Plant restoration; Microbiological repair

砷是社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)中的一種重要元素，被廣泛應(yīng)用于合金、農(nóng)藥、防腐劑制造以及制藥等領(lǐng)域。在砷的開(kāi)采、加工、利用過(guò)程中，一部分的砷不可避免的進(jìn)入周圍的土壤中，造成環(huán)境污染。調(diào)查顯示，美國(guó)環(huán)保局超級(jí)基金計(jì)劃中41%的污染場(chǎng)地存在砷污染，澳大利亞也存在1萬(wàn)多個(gè)存在砷污染的場(chǎng)地，我國(guó)廣西、云南、青海等地也存在砷污染較為嚴(yán)重的地塊[1]。土壤中的砷被動(dòng)植物富集，可能會(huì)通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，威脅人類健康。因此，如何有效的治理砷污染土壤，成為國(guó)內(nèi)外的研究熱點(diǎn)。砷污染土壤的修復(fù)治理主要有三種途徑。一是隔離法，即采用水泥密封、隔離墻等阻隔技術(shù)將污染土壤與周圍環(huán)境隔離，從而減輕對(duì)環(huán)境的危害。二是通過(guò)物理、化學(xué)或生物方法改變土壤中砷的賦存形態(tài)，降低砷的移動(dòng)性、生物有效性與毒性。三是通過(guò)淋洗、萃取、生物富集等技術(shù)將砷從污染土壤中提取出來(lái)，從根本上降低土壤砷含量。根據(jù)修復(fù)措施，可以將砷污染土壤修復(fù)技術(shù)分為3類：物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)和生物修復(fù)技術(shù)。

1 物理修復(fù)

物理修復(fù)技術(shù)主要是通過(guò)物理性的方法如改土法、隔離法、電動(dòng)修復(fù)法等修復(fù)砷污染土壤。改土法又可分為翻土法和客土法兩大類。翻土法即通過(guò)翻耕的方式處理砷污染土壤，一方面可以使污染土壤與清潔土壤充分混合，降低單位土壤砷含量;另一方面可以通過(guò)翻耕改變?cè)型馏w的理化性質(zhì)，增加土體的通氣性和透水性，提高土壤生物活性，從而增強(qiáng)土體的自凈能力。客土法是以部分或全部置換污染土壤的方式達(dá)到修復(fù)治理目的。研究表明，一般情況下，土壤中的重金屬污染物主要集中在土壤表層，污染物含量可占總量的50%以上，在去除表層土壤（15～30cm）后，種植的作物中重金屬含量可以降低50%。隔離修復(fù)技術(shù)一般采用生石灰、水泥、膨潤(rùn)土或者選擇性滲透膜等材料，在污染土壤與周圍清潔土壤之間構(gòu)建隔離層，阻斷砷的遷移途徑。如鈣基膨潤(rùn)土阻斷砷遷移的機(jī)理為通過(guò)吸附作用將砷離子固定在土壤顆粒中，其中巰基化膨潤(rùn)土對(duì)砷離子的吸附能力接近100%，提高幅度最大，且吸附后的砷離子解吸率小于1%[2]。電動(dòng)修復(fù)法即人為在污染土壤中安插正負(fù)電極，通過(guò)電場(chǎng)作用使砷離子定向移動(dòng)，最終在電極處聚集沉淀，以此來(lái)達(dá)到去除砷污染物的目的。紀(jì)冬麗等采用電動(dòng)聯(lián)合滲透反應(yīng)格柵（EK/PRB）修復(fù)砷污染土壤的研究表明，單獨(dú)的電動(dòng)修復(fù)（EK）對(duì)砷污染的去除率可達(dá)42%，采用EK/PRB聯(lián)合修復(fù)法可以將去除率提高到57%，使用鹽酸調(diào)節(jié)陰極pH后可將去除率提高至68%[3]。

2 化學(xué)修復(fù)

化學(xué)修復(fù)技術(shù)主要是采用向土壤內(nèi)添加化學(xué)試劑（如磷酸鹽類、檸檬酸類、碳酸鹽類）改變砷污染物的移動(dòng)性，降低其生物有效性和毒性，達(dá)到將砷污染物淋洗或固定土壤中的目的。目前化學(xué)修復(fù)技術(shù)國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了大量的研究，技術(shù)較為成熟，常見(jiàn)的化學(xué)修復(fù)方法有淋洗法和固定/穩(wěn)定化法。淋洗修復(fù)技術(shù)主要是通過(guò)添加磷酸、檸檬酸等試劑，增加砷污染物的移動(dòng)性，隨淋洗劑排出土壤。研究表明，利用9.4%的H3PO4 淋洗砷污染土壤6h后，土壤砷接近完全清除，去除率達(dá) 99.9%，檸檬酸在濃度為0.25mol·L-1、土液比1：50、作用時(shí)間21h的條件下對(duì)土壤砷的去除率可達(dá)70%以上[4]。通過(guò)對(duì)不同的淋洗劑進(jìn)行組合，可以提高砷的出去效果。鄧天天等在華北地區(qū)的研究表明，F(xiàn)eCl3與檸檬酸組成的復(fù)合淋洗劑效果要優(yōu)于單一淋洗劑[5]。陳尋峰等在湖南省的研究發(fā)現(xiàn)，用NaOH與EDTA復(fù)合淋洗砷污染土壤，可以將砷污染去除率由66.73%提高37%到91.83%[6]。固化/穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)是利用石灰、水泥、硫化物等降低砷的遷移性。常用的固化技術(shù)是利用水泥將砷污染土壤固化，常用的穩(wěn)定化材料為石灰和硫酸鐵等硫化物。

3 生物修復(fù)

生物修復(fù)即依靠土壤中的動(dòng)物、植物、微生物來(lái)降低砷污染毒性的方法。植物修復(fù)即利用富集植物及其分泌物來(lái)降解、吸收土壤中的砷污染物，需要篩選砷超富集植物。常見(jiàn)的砷富集植物如蜈蚣草，對(duì)砷具有很強(qiáng)的富集和耐受能力，在適當(dāng)?shù)氖┯昧追收{(diào)節(jié)蜈蚣草生長(zhǎng)的條件下，種植7個(gè)月后對(duì)土壤砷的去除率可達(dá)7.84%[7]。苧麻、小蓬草、艾草、芒、商陸、狗尾草等對(duì)砷也具有一定的富集能力。動(dòng)物修復(fù)法即利用土壤動(dòng)物改善土壤理化性質(zhì)如通氣透水性提高土壤自凈能力或者通過(guò)動(dòng)物富集土壤中的砷污染物，威廉環(huán)毛蚓對(duì)砷具有一定的富集能力[8]。微生物修復(fù)則是利用對(duì)砷具有一定分解、轉(zhuǎn)化能力的菌類將高毒形態(tài)的砷轉(zhuǎn)換為低毒或無(wú)毒形態(tài)的砷。將中華根瘤菌屬的DWY-1菌株接種到砷污染水稻土中培育14天后，土壤中的總砷降低了32.9%[9]。硫酸還原桿菌和硫酸氧化桿菌可以將污染土壤中的砷轉(zhuǎn)化為硫化物[10]。通常情況下，植物-微生物聯(lián)合修復(fù)比單一的修復(fù)技術(shù)效果更好，李秀玲等的研究表明，修復(fù)菌株CP3和CP7作用下，風(fēng)車草對(duì)砷的富集率和遷移率可以分別提高65%和21%[2]。

4 展望

隨著我國(guó)砷污染情況的加重，砷污染修復(fù)技術(shù)的發(fā)展對(duì)人類的健康和環(huán)境安全至關(guān)重要。需要不斷的對(duì)現(xiàn)有的修復(fù)技術(shù)進(jìn)行改善提高，并不斷開(kāi)拓創(chuàng)新，開(kāi)發(fā)出更加成熟、對(duì)環(huán)境副作用更小的新技術(shù)。納米技術(shù)是近幾年出現(xiàn)的一種新型技術(shù)，有學(xué)者通過(guò)水熱合成法制備出納米片狀ZnO光催化劑用于砷污染土壤修復(fù)，發(fā)現(xiàn)20ml砷污染土壤提取液中添加0.04g的納米片狀ZnO對(duì)三價(jià)砷的降解率高達(dá)90%以上[11]。隨著納米技術(shù)的飛速發(fā)展和研究的進(jìn)一步深入，納米修復(fù)技術(shù)必將成為砷污染修復(fù)的未來(lái)。

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※基金項(xiàng)目：陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)內(nèi)部科研項(xiàng)目（DJNY2019-17）。

作者簡(jiǎn)介：閆波（1990—），男，山東德州人，漢族，碩士，工程師，主要從事土地整治工程技術(shù)研究。