鈷污染土壤的治理修復綜述

蘇 翔，白 瑞

(1.重慶工商大學環(huán)境保護研究所，重慶 400067；2.北京建工環(huán)境修復股份有限公司，北京 100015)

隨著世界經濟的迅速發(fā)展，環(huán)境污染問題也日益嚴重，逐漸成為大家關注的焦點，近年重金屬土壤污染也受到了關注[1-2]。重金屬通常能在土壤中富集，富集達到一定程度后會導致土壤環(huán)境質量下降，被植物吸收后影響農產品的質量和產量[3-4]，通過食物鏈進入動物體內，在動物體內富集后嚴重威脅動物的健康[5-6]。攝入過多的鈷鹽可引起心肌炎、胃腸功能紊亂、耳聾、甲狀腺吸收碘的能力減弱和導致甲狀腺的腫大等多種疾病[7]，重金屬經胃腸道吸入會影響人的微生態(tài)系統(tǒng)從而誘導中樞神經系統(tǒng)疾病[8]。重金屬超量時會產生一般毒性效應，嚴重時甚至可以致突變或致癌,以及生殖與發(fā)育毒性[9]。

1 重金屬鈷污染土壤的特性及危害

通常土壤中鈷的含量約0.05～65.00mg/kg之間，中位置位8mg/kg。Lotfy,S.M.等[10]對向日葵、棉花、萬壽菊、納皮草、南瓜等五種植物從污染土壤中提取Co和Cr的能力進行了研究，研究表明植物根系的Co和Cr積累高于芽，Co富集能力的順序為：向日葵>棉花>萬壽菊>納皮草>南瓜。陳藝文等[11]發(fā)現鈷的含量為10mg/L時，農作物開始死亡。美國規(guī)定灌溉用水鈷的最大容許濃度為0.2mg/L。前蘇聯提出生活供水水源中鈷的最大濃度為1mg/L，漁業(yè)用水為0.01mg/L[12]。隨著科學技術的發(fā)展，鈷元素得到廣泛的開發(fā)和利用，鈷污染也伴隨用量的增大而加劇。鈷污染主要來源于核武器試驗廢物、原子能工業(yè)廢物、礦藏開采、醫(yī)療和科研等行業(yè)，其中很大一部分為放射性廢物。重金屬鈷對土壤的污染通常有長期性、不可逆性和隱蔽性三個特性。在降低土壤質量的同時，還會影響農作物產量和品質的下降，通過食物鏈進入人體，從而人類健康造成影響。由于鈷的半衰期較長，環(huán)境受到放射性的鈷污染后，難以短期衰減，可能對周圍動植物的生長和發(fā)育造成嚴重的影響，放射性鈷進入人體后，會導致脫發(fā)，引起血液系統(tǒng)疾病，嚴重的會引起白血病，甚至造成死亡[13-14]。因此，土壤中鈷污染的治理修復十分必要。

2 常見的重金屬污染土壤修復技術

目前國內已經有多種治理重金屬污染土壤的方法，如：化學修復法、生物修復法和物理修復法等[15-16]。用一種方法通常難以達到修復目標，通常將以上的方法組合對重金屬污染土壤進行治理修復。

2.1 化學修復法

化學修復法主要有化學淋洗法和化學氧化還原法，化學淋洗是在污染土壤中加入與對應重金屬反應的化學溶劑，在外力或者外壓的作用下使重金屬溶解于溶劑中，從而將重金屬從固態(tài)土壤轉移至液相態(tài)，然后使液相與土層分離，對分離后的重金屬溶液進行處理[17]；化學氧化/還原法是通過添加改良劑，改變重金屬在土壤中的形態(tài)，通過降低生物有效性來達到修復目標[18]。常見的改良劑有氧化劑、還原劑、吸附劑等。

2.2 物理修復法

物理修復法是通過機械物理的工程措施使土壤得到修復，常見的方法有：翻土、換土、客土法、外運熱處理法和原位電動修復法等[19]。

2.3 生物修復法

生物修復法是通過土壤中生物的代謝活動使土壤重金屬含量降低的方法。常見的有：植物修復法、微生物修復法和動物修復法[20]。植物修復法在澳大利亞等國家得到較為深入的研究，國外主要對超富集植物的重金屬吸收效果進行研究，由于植物的生長條件等難以在其他區(qū)域普及[21]。韓輝等[22]對小麥和狗尾草生長過程小麥吸收Cd和Pb的阻控進行研究，研究發(fā)現：從狗尾草根際土壤中共分離出的固定重金屬和促生能力的菌株,接種于小麥根際既能增加小麥根和地上部干重,又可以降低其對Cd和Pb的富集。蔣先軍等[23]研究了印度芥菜對土壤中鋅鎘污染的富集作用，結果表明：和普通植物相比,印度芥菜對Zn、Cd富集能力較強。王鵬云等研究發(fā)現植物主要通過螯合作用、細胞壁沉淀作用、區(qū)隔化作用、抗氧化系統(tǒng)解除重金屬的危害[24]。

3 鈷污染土壤治理修復技術

土壤鈷污染分為無放射性和有放射性兩種類型[25]，不具有放射性的鈷就是普通的重金屬元素。目前，國內外對土壤中的重金屬鈷的修復研究主要集中在植物中鈷含量的測量、鈷在生態(tài)系統(tǒng)中的遷移規(guī)律和鈷對植物生長的影響[26-27]，直接研究鈷污染土壤修復技術的較少，在實踐中還是傳統(tǒng)的重金屬修復方法，即物理法、化學法和生物法。具有放射性鈷污染主要是由于鈷礦開采、科學研究以及核工業(yè)等產生，這類鈷污染土壤，通常將其集中封存，利用自然衰減使其得到治理，此過程中避免人和動物進入。但礦山中放射性鈷污染由于污染面積較大、遷移速率較快等特點，通常難以控制，對環(huán)境影響比較嚴重。輻射劑量較高的鈷污染土壤根據規(guī)定封裝后轉運至特定的放射性鈷污染處置場進行處置。這類處置場，通常為國家都統(tǒng)一設計建造、統(tǒng)一管理，放射性鈷污染突然通常需要花費大量人力和物力，不僅需要較大的處置場地，通常需要較長的處置時間。

通過近年的研究，學者們將常規(guī)重金屬污染土壤修復方法與放射性污染土壤處理方法相結合，利用生物修復植物富集的方法去除土壤中的放射性鈷，鈷元素富集后統(tǒng)一進行處置。即減少了污染，又美化了環(huán)境。通過進一步焚燒等處置，鈷污染得到進一步濃縮，相對于之前的處置方式節(jié)約了大量的人力、物力、財力等[28-29]。如日本人在福島核電站泄露區(qū)域種植向日葵和油菜等植物來富集土壤中的放射性鈷元素，達到了良好的治理效果。賀佳[30]研究了竹芋、碰碰香、一串紅、龍葵、牛膝菊等植物對鈷污染土壤的治理修復效果，試驗表明龍葵、牛膝菊和碰碰香均可以富集鈷元素。

4 展望

隨著鈷污染的日益加劇，鈷元素污染的土壤修復勢在必行，目前其修復技術的研究相對較少，需要更多的關注和研究，才能解決鈷污染土壤的治理。物理方法和化學方法通常成本較高，且容易使土壤結構遭到破壞，以至于土壤生物活性降低、土壤肥力下降等。放射性鈷污染土壤難以通過常見的修復方法進行治理，將生物修復法與封存處理法結合起來可以使其得到解決。聯合修復法理論上可行，目前還需要進一步篩選對治理區(qū)域相適應的高累積植物，提高鈷的植物富集效率；另外，不具有放射性的鈷污染和有放射性的鈷污染必須分開處置，有放射性污染的焚燒后桶裝封存，無放射性的采用堆肥法、灰化法、高溫分解法等多種技術處置。在污染得到處置的同時，探求更高的經濟價值。目前國內的重金屬灰飛處置終端的處置能力和無害化能力仍需要進一步加強。