土壤重金屬污染的現狀及其治理

鄭 越

（東營市生態環境局，山東 東營 257000）

1 我國土壤重金屬污染的現狀

調查資料顯示，我國目前大量土地遭受不同程度的重金屬污染，其中被重金屬污染的耕地面積約為2×105km2，占我國耕地總量的1/5 左右，我國每年土壤重金屬污染導致的糧食減產和糧食污染總量高達2 000 萬t，造成的直接經濟損失高達200 億元[1]。我國土壤重金屬污染現狀非常嚴峻，特別在工礦業廢區更加嚴重，從我國土壤重金屬污染地區分布來看，南方地區污染程度顯著高于北方地區，尤其在中南地區和西南地區超標最為突出。

1.1 具有明顯的地域分布特點

我國土壤重金屬污染分布具有明顯的地域性，中部、東部、西部三大地區的土壤重金屬污染情況具有明顯差異。其中，中部地區的土壤重金屬污染最為嚴重，東部和西部地區的土壤重金屬污染程度較輕，原因是中部地區是我國主要的金屬礦和煤礦分布地區，礦藏開采造成了大量重金屬污染物泄露，中部地區的河南、山西和湖南，東部地區的廣東、遼寧和江蘇，西部地區的云南、貴州、重慶和陜西，這三大地區共計14個省份已經成為我國土壤重金屬污染的重災區，必須對這些地區的土壤重金屬污染予以高度重視。我國三大地區土壤重金屬污染詳情如表1所示[2]。

表1 我國三大地區土壤重金屬污染分布

1.2 污染物以無機元素為主

現階段，我國土壤重金屬污染存在土壤點位超標的現象，具體土壤點位超標率顯示，污染物源以無機元素為主，土壤點位超標率排列在前8 位的無機元素包括鉛、鉻、鎘、鋅、砷、鎳、銅和汞，尤其以鎘元素的超標點位最高，汞元素和鎳元素的超標點位次之，鉻和鋅元素超標點位最輕[3]。從地域分布特點來看，不同地區的主要污染物分布各不相同，在我國東北部的黑龍江、吉林和遼寧等老工業地區，城區、郊區和一些農耕區遭受到嚴重的鎘、砷、汞、鉛和鉻等金屬元素污染，我國西部土壤重金屬污染最為嚴重的四川、云南和內蒙古等地區遭受到嚴重的汞、鎘、砷等重金屬污染，華南地區有將近一半的農業用地遭受到嚴重的砷、汞、鎘等重金屬元素污染。其中，內蒙古河套地區土壤砷元素超標，對當地居民的生命安全健康造成威脅。

1.3 污染治理具有較大的難度

重金屬污染物在自然條件下很難自然降解，當土壤遭受到重金屬污染后幾乎無法自然恢復到原先的狀態，而且，重金屬污染物在土壤環境中非常容易被土壤中的膠體吸附并隨著時間推移不斷累積。此外，土壤重金屬污染物在土壤環境中存在的形態比較復雜，重金屬元素中的過渡重金屬元素的化學活性較強，這些過渡重金屬元素比較容易發生化學反應，造成土壤pH 值不斷變化。土壤中的過渡重金屬元素會發生各種化學反應，最終導致重金屬元素在土壤中以多種形態和價態存在。

2 土壤重金屬污染治理技術分析

2.1 工程治理技術

工程治理技術是指利用物理機械原理對被污染土地進行治理，現有的工程治理技方法主要有換土法、客土法和深耕翻土法等，客土法是指往被污染的土壤中添加干凈土壤，將被污染土壤與外界隔離或者降低土壤中重金屬污染物的濃度；換土法是指將被污染的土壤挖掘并搬運到別處進行妥善處理，然后換上干凈的土壤；深耕翻土法是指利用機械對被污染土地進行深耕作業，將上層重金屬污染物濃度高的土壤翻到下層，使得土壤表面的重金屬污染物濃度降低。在工程治理技術具體應用的過程中，應根據土壤被污染的程度科學選擇治理方法，通常污染程度較輕的土地適用深耕翻土法，污染程度嚴重的土地適用換土法和客土法。需要注意的是，采用換土法時，對挖掘出的污染土壤應進行妥善堆放和處理，以防治對環境造成二次污染。

2.2 物理治理技術

物理治理技術目前主要有電動修復法、電熱修復法和土壤淋洗法3 種。

2.2.1 電動修復法

電動修復法是指利用電流所產生的強電場作用使得土壤中的無機離子和重金屬元素如Cr、Cd、Pb、Zn 等以電遷移和電透滲的方式向電極匯集，然后對污染土壤進行集中收集并處理。電動修復法不會對土層進行攪動，修復效率高，電流能夠打破所有的金屬-土壤化學鍵，在電壓一定的條件下，通電時間和去除率成正比，通電時間越長，去除率越高，它是一種經濟有效的土壤重金屬污染原位修復技術。但是，利用電動修復法對電遷移性較差和滲透性較高的土壤進行修復時，去除效果明顯較差并且作用比較微弱，研究表明，重金屬污染物的種類、土壤組分、土壤pH 值以及土壤緩沖性能都是影響電動修復法修復效果的因素，電動修復法對土壤條件要求特殊且對處理設備條件要求較高，很難進行大規模推廣和應用。

2.2.2 電熱修復法

電熱修復法是通過高頻電壓所產生的強電磁波對被污染土壤進行加熱，利用某些重金屬污染物在高溫條件下的揮發特性，將可揮發重金屬污染物從土壤中解吸、分離和揮發出去，最終實現修復土壤的目的，該修復技術適用于被Hg 和Se 等重金屬元素污染的土壤，但是電熱修復法在修復土壤的同時，高溫也會嚴重破壞土壤本身的成分和結構。

2.2.3 土壤淋洗法

土壤淋洗法的原理是利用淋洗液將土壤中的重金屬轉移至土壤液相中，然后對富含重金屬物質的廢水進行收集和處理，以此達到修復土壤的目的。土壤淋洗法的核心是如何尋找和選擇既不對土壤成分和結構造成破壞，又可以有效提取各種形態重金屬物質的淋洗液。目前常用的淋洗液有堿、鹽、有機酸、無機酸和螯合劑，試驗表明，EDTA 能夠明顯降低土壤對Cu 的吸收率和解吸率，土壤對Cu 的吸收率和解吸率與EDTA 劑量的對數之間存在明顯的負相關關系，土壤淋洗法是一種工藝技術最成熟、使用時間最早和使用范圍最廣的物理治理技術。

2.3 化學治理技術

化學治理技術是利用化學藥劑的沉淀、吸附、抑制等作用對土壤中重金屬元素的價態和形態進行改變，實現對土壤中重金屬污染物濃度的降低和控制，目前常用的化學治理技術主要有化學改良法、化學抑制法、有機質改良法等?；瘜W改良法是指向被污染土壤中投入一定量的化學改良劑，對土壤中重金屬的存在形態進行改變，使得被污染土壤中遷移性和溶解性較高的重金屬污染物得以鈍化，降低植物對重金屬元素的利用率，常用的化學改良劑有石灰石、碳酸鈣和磷酸鹽等，石灰石和碳酸鈣的作用是對土壤的pH值進行調節，使得土壤中的重金屬元素轉化成氫氧化物等不溶性或難溶性的物質。石灰石和碳酸鈣對Cd、Cu、Zn 等重金屬污染土壤具有良好的改良作用，磷酸鹽能夠將土壤中的重金屬元素轉化成磷酸鹽結合態鹽類等難溶性的物質，可以有效降低Pb、Cu、Zn、Cd 的濃度，在具體應用時，應根據不同化學改良劑的不同作用機理，針對土壤重金屬污染的種類，科學地選擇化學改良劑。有機質改良法是指向土壤中添加有機物質，實現對各種陽離子黏劑的替代，改變土壤的pH 值和導電性。

2.4 生物治理技術

生物治理技術是指利用生物的消減作用對土壤中的重金屬污染物進行凈化或者將重金屬的毒性降低。生物治理技術治理效果好且可行性高，是目前土壤重金屬污染治理技術研究的熱點。

2.4.1 植物修復法

植物修復法是利用自然界已有或者人工培育的植物對土壤重金屬污染進行修復的技術，包括植物提取、植物揮發和植物穩定三種。植物提取是利用重金屬超富集植物將土壤中的重金屬元素吸收到植物體內并轉移到地上部分，再通過收割植物地上部分并進行處理，實現降低土壤中重金屬污染物濃度的目的。目前已經發現的重金屬超富集植物超過700 種，連續種植重金屬超富集植物，可以有效降低土壤中的重金屬污染物濃度。在應用植物提取技術時，只有當植物組織中的重金屬元素干重含量在0.1%～1.0%時，收割植物地上組織才有較高的土壤治理價值和經濟價值。植物揮發是利用植物根系對重金屬離子的吸收，將重金屬元素轉化成氣態形式揮發到大氣中，植物揮發主要針對土壤中Hg和Se的治理，但是會對大氣造成二次污染。植物穩定是指利用超累積植物和耐重金屬毒害植物根系對重金屬污染物的吸附和沉淀作用，將重金屬污染物積累并固定在植物根系中，防止污染物隨著雨水淋洗和空氣擴散進行轉移，當地表植被遭到破壞時，植物穩定作用會失效。

2.4.2 微生物修復法

微生物修復法是通過改變植物根際的微環境，有效提高超富集植物根系對重金屬污染物的吸收、吸附、沉淀、積累和固定的效率，同時可以降低重金屬污染物對超富集植物的毒性。菌根植物的根系表面上的菌絲能夠與根際圈內的重金屬污染物接觸并直接對重金屬污染物進行吸收、吸附和螯合反應，例如，膠菌、硫酸還原菌、藍細菌及某些藻類可以分泌胞外聚合物和重金屬離子發生反應，結合形成絡合物。此外，研究發現，某些微生物能夠將毒性很強的甲基汞轉化成可揮發和毒性較小的Hg 單質。

2.5 農業生態修復法

農業生態修復法當前主要分為農藝修復和生態修復兩種。農藝修復是指調整農業耕作的管理機制，種植一些不參與食物鏈的植物，增加有機肥的使用量，對重金屬污染物進行固定，使用一些能夠消減土壤重金屬污染的化肥，達到有效降低土壤中重金屬污染濃度的目的；生態修復是通過調節土壤的水分、肥力、酸堿性、有機質含量、pH 值和氧化還原性能，調節土壤環境氣溫和空氣濕度等生態因素，以調控重金屬污染物在所處環境介質中的活性，從而控制重金屬污染物的遷移和減輕重金屬污染對環境的危害。在治理土壤重金屬污染時，生態修復技術修復效率較低，短時間內看不到明顯的修復效果。

3 結論

生物修復技術及其強化技術具有綠色、高效和長期的優點，應用前景非常廣闊，其未來發展趨勢體現在：篩選和培育超累積植物，超累積植物通常生長很慢，生物量低且吸收重金屬種類單一，應重點關注吸收效率高、重金屬吸收種類多和生物量大的超累積植物的篩選和培育；發揮基因工程技術的作用，將生物量大、適應能力強和生長快速的基因導入所篩選和培育好的超累積植物基因和微生物基因中，提高生物修復效率；充分利用生物修復聯合技術，土壤重金屬污染修復是一個系統性的工程，生物修復與多種修復技術的聯合技術研究和應用能夠提高重金屬的生物有效率，從而有效提升生物修復效率。