重金屬污染土壤修復研究
——以土壤修復劑應用為例

吳汝歡

（東莞市生態環境局中堂分局，廣東 東莞 523000）

調查研究顯示，當前我國受到重金屬污染的耕地面積超過了2 000萬hm2，并且這個數字還在不斷增長。重金屬污染物的存在不僅影響農產品的質量，而且與民生問題存在直接關聯，需要得到有關部門的高度重視。現階段，對于重金屬污染土壤的修復，采用的方法主要是物理化學修復、生物修復和農藝調控。另外，還可使用土壤修復劑來治理土壤重金屬污染，土壤修復劑與土壤中存在的重金屬元素接觸后，能將重金屬元素直接從土壤中去除或者改變其存在形態，以保證土壤修復效果。

1 土壤重金屬污染概述

土壤重金屬污染主要是重金屬或者相關化合物引發的環境污染，多是由人類生產活動引起的，如礦產開采、工業生產及污水灌溉等［1］，比較常見的重金屬污染有鉛污染、鎘污染、汞污染、新污染等，不僅會引發各種各樣的環境污染和生態破壞，還會對人體造成傷害（見圖1）。土壤重金屬污染中重金屬元素的來源有2個：一是自然渠道，土壤本身是由巖石風化得到的，而在巖石中含有相應的重金屬元素，導致土壤本身存在一定的重金屬，而一些自然災害如火山爆發、森林火災等會導致重金屬元素部分在空中懸浮，部分進入土壤，部分會被植物吸收，再經植物根系進入土壤；二是人為因素，工業化進程的加快使得人為因素引發的重金屬污染問題變得愈發嚴重，其中有色重金屬礦床的開發和冶煉是環境中重金屬元素的主要來源。

2 土壤修復劑在土壤重金屬污染治理中的應用

現階段，土壤重金屬污染治理中使用的土壤修復劑大致可以分為3種類型，這里分別對其進行分析。

2.1 活化劑

2.1.1 螯合劑。螯合劑是土壤修復中應用最為廣泛的活化劑，具備較強的活化能力，對于多種重金屬元素都有著相應的作用，能提升其在土壤中的可移動性及生物有效性。除去合成螯合劑，一部分有機酸類天然螯合劑如草酸、蘋果酸等也得到了有效應用，其本身易降解，而且具備較好的環境安全性，受到了研究人員的廣泛關注。螯合劑進行土壤修復的基本原理，主要是具備有能夠進行配位弧對電子對的分子、原子或者離子化合物，可以與土壤中的重金屬進行結合，形成水溶性環狀結構絡合物，使得重金屬能從土壤中解吸［2］。

圖1 土壤重金屬污染

2.1.2 表面活性劑。表面活性劑的作用是降低溶劑表面張力，具備良好的親水性和親油性，能對土壤中的重金屬元素進行活化。目前，比較常用的表面活性劑有2種，一種是天然存在的表面活性劑，可以從微生物、植物或者動物身上提取，另一種則是人工合成的表面活性劑。相比較而言，天然表面活性劑具有綠色、環保的優勢，因此應用前景更加廣闊，而人工合成的表面活性劑成本低廉、產量高，需要使用方根據具體情況進行選擇。表面活性劑在重金屬污染土壤中的應用，主要是借助其所具備的吸附作用，對土壤中的重金屬元素陽離子進行吸附，借助相應的物理反應來達到土壤修復的目的。對比螯合劑，表面活性劑在修復重金屬污染土壤的過程中，主要是利用絡合反應和離子交換，將存在于土壤中的重金屬置換出來。

2.2 鈍化劑

最早的鈍化劑是能與重金屬結合的物質，如石灰等，可以降低重金屬的生物有效性，因此在重金屬污染土壤的修復中有著良好的應用。

2.2.1 無機鈍化劑。無機鈍化劑包含金屬及氧化物、石灰性材料、磷酸鹽以及硅鈣等材料，普遍具備較大的比表面積和較強的吸附性，能對多數重金屬污染問題進行修復。而在修復過程中，同時存在物理和化學反應，修復效率較高。但是，無機鈍化劑中的養分含量較低，會引發土壤有機質不足、土壤結構改變等問題。

在條件允許的情況下，重金屬離子一旦溶解，就會吸附在鈍化劑表面，顯著提高鈍化劑的pH值。而在這個過程中，重金屬離子也能與石灰性材料、硅酸鹽、金屬氧化物等發生反應，生成鹽類沉淀。沉淀環節還會出現沉淀物包裹重金屬元素的現象，能有效降低重金屬與植物接觸的概率，或者即便是產生了直接接觸，植物吸收的重金屬元素也很少，在避免重金屬于植物內聚集的同時，也可以完成對于重金屬污染土壤的有效修復［3］。

2.2.2 有機鈍化劑。我國作為農業大國，對于農業的發展非常重視。新時期，農業發展的主要方向是循環農業，需要研究人員積極探索農業廢棄物的循環利用，對土壤中的重金屬污染進行修復。研究表明，有機肥的施加可以降低土壤中重金屬元素鋅、鎘等的有效態含量，有機肥和農業廢棄物如秸稈等都能在一定程度上修復受到重金屬污染的土壤。相比較無機鈍化劑，有機鈍化劑的效果相當，能降低重金屬的生物有效性，而且不會導致土壤結構變化，反而能對其進行優化，提升土壤中的有機質含量，為植物的生長提供助力。

2.3 微生物菌劑

20世紀70年代末至80年代初，研究人員開發出了多種土壤調理劑，在改善土壤結構的同時，可以促進植物生長，抑制病原菌生長，也可以提高農作物的抗病性。尤其是微生物制劑的出現，在土壤重金屬污染修復中取得了顯著成果。微生物菌劑可以分為固體粉狀和液體狀。很多公司都推出了相應的微生物土壤改良劑和微生物有機復混肥。在土壤中存在大量的微生物，其類型異常豐富，包括細菌、真菌等，能改善土壤結構。

相比其他土壤修復劑，微生物菌劑有著更大的比表面積，本身的表面有電荷存在，加上微生物本身的代謝活動，使得其在對重金屬污染土壤進行修復時有3種不同的方式，分別是微生物吸附與沉淀、微生物溶解與絡合、生物轉化。在分泌細菌的情況下，細胞壁表面會產生羧基、磷酸等陰離子，繼而與土壤中存在的重金屬元素發生反應，將重金屬元素吸附過來，而在進入細胞壁后，重金屬元素會通過微生物的代謝作用，被存儲在細胞內部的不同區域，或者于胞外基質上結合，甚至有部分特殊重金屬會進入可溶或者不溶性多聚物內形成沉淀［4］。

3 結語

在土壤重金屬污染修復中，采用的土壤修復劑類型包括活化劑、鈍化劑及微生物菌劑等。活化劑能提升重金屬在土壤中的有效性，強化其他修復技術的修復效率，在對重金屬污染進行修復的過程中需要結合其他技術；鈍化劑可以降低重金屬的有效性，避免重金屬向植物轉移，要求工作人員必須做好土壤重金屬濃度的監測，避免鈍化后生成物中重金屬的二次釋放；微生物菌劑可以通過吸附、沉淀、絡合等減少土壤中重金屬元素的含量，對土壤結構和土壤性質產生的影響最小。隨著土壤修復劑類型的不斷豐富，其將在重金屬污染土壤治理中發揮積極的作用。