鉛鋅污染土壤修復治理應用技術分析

摘要：我國鉛鋅等重金屬污染不斷加劇，打好土壤污染防治攻堅戰，土壤重金屬污染治理勢在必行。治理重金屬污染土壤有兩種途徑，即清除土壤中的污染物或減少重金屬離子的轉移。目前應用較多的修復方法有：含磷物質修復法，電動力學修復、植物修復和微生物修復法。

關鍵詞：鉛鋅;土壤污染;修復治理;應用技術

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2019）07-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.07.019

Abstract：The pollution of heavy metals such as lead and zinc in China is intensifying， and it is imperative to do a good job in soil pollution prevention and control. There are two ways to control heavy metals contaminated soils， that is， to remove pollutants from the soil or to reduce the transfer of heavy metal ions. At present， many repair methods are applied： phosphorus-containing substance repair method， electrokinetic repair， phytoremediation and microbial repair method.

Key words：Lead and zinc;Soil pollution;Repair and treatment; Application technology

近年來，隨著大規模的礦山開采及工業的發展，我國鉛鋅等重金屬污染不斷加劇。土壤鉛鋅污染來源可分為兩個方面，即自然因素及人為原因。自然因素所造成的污染一直存在，但總體來說危害不大。研究表明，人類的活動是造成土壤鉛鋅污染的主要因素，主要包括以下幾個方面：礦山的開采、工業生產及汽車尾氣的排放、污水灌溉和污泥施肥、農藥及化肥等的使用。這些因素往往造成鉛、鋅、汞、鎘及鈷等重金屬進入水和土壤，從而引起植物中毒，進而污染水稻、谷物。這些重金屬在土壤、水體和大氣中長期滯留，可通過消化系統和呼吸系統進入體內，也可通過作物可食部分的富集進入食物鏈。土壤為人類提供著食物和其他再生資源，是人類生存所必須的條件之一，土壤重金屬污染是重金屬進入食物鏈的重要環節，其已成為威脅全球環境和人類生存發展的重要問題，引發了社會的強烈關注。為防止土壤污染加劇，國務院下發《國務院土壤污染防治行動計劃》（國發〔2016〕31號）[1]，各地政府也相繼下發土壤污染防治攻堅文件。因此，土壤重金屬污染治理，勢在必行。

治理鉛鋅污染土壤有兩種途徑：一是清除土壤中的污染物，二是改變污染土壤中的鉛鋅形態或將其固定在土壤中，降低生物可利用的鉛鋅離子量從而減少重金屬離子的遷移。目前的治理方法有物理修復、化學修復、生物修復等。其中物理修復又包括客土、土壤淋洗、電動修復技術、固化/穩定化技術、熱力學修復技術等。化學修復則是在污染土壤中加入特定的化學試劑使之與金屬離子發生反應，從而達到減少或清除污染物的目的，主要包括土壤性能改良、化學淋洗等技術。許多修復方法雖然效果明顯，但是往往工程量大，設備復雜，投資量大，因此難以大規模的應用。就鉛鋅污染土壤修復治理而言，目前應用較多的方法有：含磷物質修復法、電動力學修復、植物修復和微生物修復法。

1 含磷物質修復

磷是農業生產中不可或缺的肥料之一，研究表明，含磷物質對土壤鉛鋅污染具有原位修復的潛能。因其廉價而有效，近年來成為研究熱點。按其來源，用于鉛鋅污染修復的含磷物質可分為五類：無機磷酸與磷酸鹽，磷肥，經磷灰石，磷礦石及骨粉。

含磷物質可通過磷與鉛的相互作用調控土壤中有效鉛的含量，其機理為含磷物質中的磷可與土壤中的鉛離子反應生成不溶或溶解度極小磷鉛礦沉淀，阻止植物對其吸收從而減少向食物鏈的轉移。目前市場上含磷物質對鉛污染修復效果為鈣鎂磷肥（94%）>過磷酸鈣（92%）>磷礦粉（61%）。含磷物質與鋅的作用機理主要為表面配位、離子交換及生成磷酸鹽沉淀等，研究表明，施用可溶性含磷物質可促進對土壤中Zn的吸附，施用后植株內Zn含量明顯降低。我國磷礦資源豐富，研究含磷物質對鉛鋅污染的修復具有重要意義。

2 電動力學修復

電動力學修復是將電極插入污染土壤區域并施加直流電，打破原有的金屬-土壤鍵，通過電遷移、電滲析流或電泳的方式，在直流電場中將重金屬離子從土壤中分離出來。該技術不引入環境有害物質，修復時間短，修復徹底，對低滲透性土壤中Pb、As、Cd、Cu 等重金屬的修復非常有效。針對土壤中的水溶態和可交換態重金屬，電動力學修復極有優勢，但是對有機結合態和殘留態去除效果較差，因此pH是影響其修復效果的重要因素。王守忠等[3]進行了進行了電動力學實驗，研究了改進后的電動力學裝置對于鉛鋅礦尾砂中的重金屬的去除效果。實驗結果表明，該方法對于酸溶態Pb、Zn、Cu去除效果較好，其去除率分別為66%，86%和81%，鐵錳氧化物結合態次之。現在基于電動力學的實際應用效果，在原有基礎上又研究開發出了能實現電動力學的更高效及應用更普及的手段：陽離子選擇膜法、pH值中和法、Lasagra法、絡合劑法、氧化還原法等[4]。

3 植物修復

植物修復是指利用植物提取、吸收、分解、轉化或固定土壤、沉積物、污泥或地表、地下、水中有毒有害物質的技術。污染物超富集植物和耐性植物是用于礦區重金屬污染土壤修復的主要類型，根據其修復原理的不同，可分為植物萃取、植物固定、根系過濾和植物揮發。

植物萃取是通過植物根系對污染物的富集和積累，把土壤中重金屬轉移至地面，再將植物收割，從而達到去除土壤中重金屬的目的，用于萃取的植物主要有印度芥菜、遏藍菜、向日葵、雜交楊樹、蜈蚣草等;植物固定主要指通過植物根系的某些特殊物質或轉化作用，使土壤中的重金屬物質變為毒性較低或相對穩定的物質，以此來減輕污染物在環境中流動的風險與毒害;根際過濾主要是指通過水生植物的發達根系來吸附過濾水體中的重金屬;另外，環境中的一些重金屬如汞、硒等可以通過植物的一些分泌物及根際微生物等轉化為揮發形態，這種去除方式即為植物揮發，如煙草可以把二價汞轉化為毒性較低的氣態汞等。

4 微生物修復技術

微生物修復是利用土壤中某些微生物對重金屬的吸收、沉淀、氧化還原等作用降低土壤重金屬毒性的技術。微生物活動可以通過改變土壤溶液的pH和土壤結構，影響植物的根系分泌等過程，進而影響土壤對重金屬的吸附和重金屬的形態，降低重金屬的生物有效性。微生物修復可分為失活菌體修復和活性菌株修復。失活菌體修復一般是利用微生物生長完畢后的菌體，作為生物吸附劑投入到污染水體中。因不用考慮污染環境對細胞的毒性作用，且吸附過程不需要消耗營養物質，因此在20世紀末成為研究熱點。失活菌體吸附機理研究較為成熟，一般認為通過物理化學作用吸附重金屬離子，主要為細胞壁上具有配位能力的基團（羧基，羥基，酰胺基，烷基等）與重金屬離子形成共價鍵，或重金屬離子通過沉淀或結晶作用固定在細胞表面。大量實驗證明失活菌體有著較高的吸附能力，如地衣芽孢桿菌對鉛的吸附量可達224.8mg/g[5]。

活性菌株修復機理包括胞外吸附和胞內積累。胞外吸附與失活菌修復原理相似，胞內積累主要是菌株通過轉運系統把重金屬轉移至細胞內部，與細胞內部的某些分子結合而積累起來。因此活性菌株對重金屬離子的吸附過程伴隨著新陳代謝，其吸附能力不僅與細胞構造及細胞壁上官能團種類有關，還與菌體本身的抗性大小以及代謝產物有關。活性菌株吸附效果受重金屬濃度影響，吸附過程伴隨著解毒作用。重金屬陽離子對生物體的毒性順序基本為：Ag>Hg>Cu>Cd>Cr>Ni>CO>Zn[6]，若能夠篩選出耐性較強的菌株，其吸附能力往往要好于失活菌體。

5 結語

打好土壤污染防治攻堅戰，重金屬土壤污染治理勢在必行。目前鉛鋅污染土壤修復治理應用較多的方法有：含磷物質修復法，電動力學修復、植物修復和微生物修復法。含磷物質對土壤鉛鋅污染具有原位修復的潛能，針對土壤中的水溶態和可交換態重金屬，電動力學修復極有優勢，但是對有機結合態和殘留態去除效果較差。超富集植物和耐性植物是用于礦區重金屬污染土壤修復的主要類型，微生物修復是利用土壤中某些微生物對重金屬的吸收、沉淀、氧化還原等作用降低土壤重金屬毒性的技術，可分為失活菌體修復和活性菌株修復，是非常具有研究潛力的技術。

參考文獻

[1]國務院.國務院關于印發土壤污染防治行動計劃的通知[EB/OL]（2016-05-31）.http：//www.gov.cn/zhengce/content/2016-05/31/content_5078377.

[2]丁淑芳，謝正苗，吳衛紅等.含磷物質原位化學鈍化重金屬污染土壤的研究進展[J].安徽農業科學，2013，40（35）：17093-17097.

[3]王守忠，劉云國，李欣等.改進電動力技術去除鉛鋅礦尾砂中的重金屬[J].化工環保， 2009，28（4）：331-335.

[4]張廣鑫，陳剛.有關重金屬污染土壤的電動力學修復研究[J].科技創新導報，2013（1）：105-106.

[5]唐娟，張毅，李雷雷等.地衣芽孢桿菌應用研究進展[J].湖北農業科學， 2008，47（3）：351-354.

[6]朱歆瑩，高為，鐘運建.重金屬離子對斜生柵列藻毒性的研究[J].環境監控與預警，2010，2（5）：44-45.

收稿日期：2019-03-12

作者簡介：李進（1989-），女，漢族，碩士，研究方向為環境科學。