土壤重金屬污染修復技術的研究進展

韋余娟

摘要：土壤是農業的基礎，土壤肥力直接影響著農作物的產量和食品安全，同時，土壤也是生物圈的重要組成部分，是土壤動物生存不可缺少的重要場所，其中的微生物是生態系統的重要參與者。現代工業和農業的發展導致部分重金屬沒有被妥善處理，而是進入土壤，造成了嚴重的土壤重金屬污染問題，這對于植物生長、農業發展以及人類健康形成了嚴重威脅。目前，土壤治理工作已經成了社會關注的話題，土壤重金屬修復技術的研發和應用則是治理土壤、改善土壤質量的關鍵所在。鑒于此，本文主要分析探討了土壤重金屬污染修復技術的研究進展，以供參閱。

關鍵詞：土壤;重金屬;污染修復技術

引言

土壤作為人類生存的基礎，關系著人類身心健康以及社會的發展進步。我國有著廣袤的國土資源，但是人口基數大，人均資源不足，加上受污染的土壤日漸增多，加劇了土壤資源緊張和人類需求增加之間的矛盾。此外，土壤污染會導致污染物流入植物，經過生態循環流入到人體，對人體身心健康產生不良影響。為了保證人和自然能夠和諧長遠地發展，應當加強土壤污染的治理，尤其是重金屬污染，加強土壤修復，改善人類生存的環境，為子孫后代創造舒適的環境條件。

1物理化學技術

1.1化學固化

重金屬在土壤中具有可移動性，其與重金屬在土壤中的存在形態關系密切，土壤的理化性質比如有機物含量、pH值等很大程度上影響著重金屬的存在形態以及各種形態之間的轉化，因此可以通過對土壤理化性質的調整，改變重金屬在土壤中的移動性，從而發揮降低污染的作用。化學固化技術就是充分利用這一原理，通過向土壤中添加固化劑，使土壤的理化性質發生改變，通過吸附或者沉淀作用使土壤中的重金屬得到固定，常用的固化劑有石灰、沸石、鋼渣等。化學固化技術屬于原位固化方式，修復成本大幅降低，但是該技術屬于治標不治本的措施，土壤中的重金屬沒有得到根除，而且還會對土壤造成一定程度的破壞，破壞后的土壤不宜進一步的利用。

1.2土壤淋洗

淋洗法是指使用淋洗劑來清洗土壤，使土壤中污染物隨淋洗液流出，然后對淋洗液、土壤進行后續處理，從而達到修復污染土壤的目的。淋洗法具有限制有害污染物的擴散范圍，投資、消耗相對較少，操作人員可不直接接觸污染物等優點。該技術較適合處理砂礫、沙以及黏度較小的土壤中的污染物。該方法的缺點是：若控制不當，沖洗廢液可能會逸出控制區而產生二次污染，所需要費用要由沖洗液中含有的表面活性劑的種類、濃度決定。

1.3電動修復

電動修復技術是由美國路易斯安那州立大學研究出的一種凈化土壤污染的原位修復技術，主要是針對受污染的低透水系數土壤及地下水的修復，其基本原理是將電極插入受污染土壤或地下水區域，通過施加微弱電流形成電場，孔隙中的地下水或額外補充的流體可作為傳導的介質。污染物則在電場產生的各種電動力學效應下沿電場方向定向遷移，到達電極區的污染物則經過電沉降（電鍍在電極棒上）、沉積或共沉積等方式在電極棒附近抽水，或者與離子交換樹脂復合的方式將污染物集中處理或分離。電動修復是一種原位修復技術，近年來發展很快，在一些歐美國家已進入商業化。但事實上，實驗室采用一種金屬離子的溶液做模擬試驗常能有效地去除土壤中的金屬離子，有時也得到相反的結果。這主要與pH控制著土壤溶液中重金屬離子的吸附與解吸、沉淀與溶解有關，而且酸度對電滲速度有明顯影響，所以如何控制土壤pH值是電動修復技術的關鍵。為了控制土壤體系pH值的變化，提高修復效率，許多學者在這方面做了很多努力，并改進了實驗裝置，相信在不久的將來電動修復將成為一個主要的土壤污染修復方法。

2化學修復技術

2.1化學萃取技術

化學萃取技術是一項較為新型的土壤修復技術，應用時間不長但是在實際的土壤治理工作中發揮了顯著的作用。該技術主要是借助化學萃取劑來實現對污染土壤的修復，具有重金屬去除率高的有點，但是流程復雜，操作難度較高，成本高，并且二次污染可能性高，因此仍然需要對該技術進行不斷的研究和優化，不但要不斷對萃取方法進行調整，避免萃取時傷害土壤，還要對萃取劑進行不斷地優化，既要解決成本高昂這一問題，又要盡可能提升其萃取能力，這樣才能夠促使化學萃取技術在發揮顯著的土壤修復作用的同時，又具有經濟環保的特性，推動該技術的廣泛應用。

2.2表面活性劑修復技術

表面活性劑修復技術的應用核心在于表面活性劑，這種化學試劑具有潤濕、分散的作用，將其與污染土壤混合，能夠調整其電荷以及吸附位，或者可以置換出其中的重金屬，促使重金屬變成絡合物或螯合物的形式。該技術能夠提升重金屬的流動特性，以此來降低重金屬的處理難度，指出了土壤重金屬污染修復的新方向。但是該技術的局限性在于可能導致地下水污染問題，針對此，可以采取根據表面活性劑選擇提取劑來加入的方法，加快重金屬處理速度，從而避免對地下水的污染，但該方法未經實踐，效果如何仍無法確定。

2.3化學改良技術

化學改良技術的應用重點在于改良劑的設計，主要是借助改良劑調整土壤的理化特性，并進一步調整土壤的吸附沉淀能力，從而達到增強土壤穩定性的效果。開展土壤治理工作時，在應用化學改良技術的過程中，通常會選擇石膏、硫磺粉、腐殖酸肥等進行改良劑的制作，來促進土壤對重金屬的吸附和沉淀，從而修復污染土壤。但是這些改良劑的使用并不是十全十美的，常常會導致一些副作用，例如，將石膏這樣的天然礦物制作改良劑會過分依賴于試劑的儲存量，可能會影響土壤中微生物的存活。除了以上幾種物質作為改良劑之外，還可以將生物體作為改良劑，這就是生物碳修復技術，通過生物碳的吸附、沉淀、離子交換等，對土壤中的重金屬進行轉化處理，這種方法能夠有效提升土壤質量，獲得良好的重金屬治理效果。將生物碳作為改良劑具有多方面的優勢，生物碳空隙較多，因而表面積較大，同時氧官能團較多，有助于增強土壤肥力和穩定性，更好地能夠促進重金屬污染土壤的修復。

3植物修復技術

3.1植物穩定技術

植物穩定主要是利用耐重金屬植物及其根部的微生物的分泌作用，使土壤中的重金屬發生螯合反應或者沉淀，從而防止重金屬進入地下水或者食物鏈中，降低土壤中重金屬帶來的危害。植物穩定的作用主要表現在以下兩個方面：第一，保護污染土壤不受侵蝕，重金屬污染的土壤往往缺乏植物，更容易受到侵蝕以及淋漓作用的影響，加速了重金屬向周圍地擴散，通過種植耐重金屬植物可以有效的減少土壤侵蝕作用;第二，通過植物根部的吸收或者沉淀作用，可以實現重金屬的固化。植物穩定技術在有機質含量較高、質地黏重的土壤中表現得更為突出，該技術并沒有根除土壤中的重金屬，只是通過固定作用使其不具有生物毒害性，但是若是外環境發生改變，可能會發生二次污染。因此可以采用植物穩定與化學固定相結合的方式進行土壤重金屬污染的修復，會發揮更好的修復效果，但是在植物的穩定性與持久性方面仍需要進一步的研究和探討。

3.2植物揮發技術

植物揮發主要是利用植物及其根部微生物的吸收、積累和揮發作用，使被吸收的重金屬轉化為氣態物質排放到大氣中，現階段，相關的研究主要集中在重金屬汞方面。汞是一種具有揮發性的重金屬，以多種形態存在于土壤中，其中甲基汞的毒性最大。部分耐汞毒的植物及微生物可以將甲基汞以及離子態的汞轉化為毒性相對較小、可揮發的單質汞，進而降低土壤中的汞含量。通過植物揮發技術，可以將具有揮發性的重金屬比如汞揮發到大氣中，具有良好的經濟性，但是該技術處理的重金屬較為單一，而且重金屬揮發到大氣中，可能會造成大氣污染，給人們的健康帶來威脅。

4微生物修復技術

微生物修復技術是由于微生物富含多種強有力的重金屬螯合物質（如肽聚糖、脂多糖等），對重金屬具有吸收、沉淀、氧化和還原等作用，可降低土壤中重金屬的毒性。曹德菊等利用大腸桿菌（Escherichiacoli）、枯草桿菌（Bacillussubtilis）、酵母菌（Saccharomycessp.）3種微生物對重金屬離子Cu、Cd進行修復試驗，實驗結果表明，當環境中Cu、Cd濃度小于等于5mg·L。時，重金屬去除率可達25%“O%。微生物修復技術對土壤擾動少，成本低，可一定程度改良土壤理化性質，但微生物易受各種環境因素的影響，培育、馴化難度大，周期長，且目前研究的微生物專一性強，對復合污染土壤難以推廣應用。

5農耕改良修復技術

土壤重金屬的含量和形態深受農耕條件和方式的影響。如As（III）較A（V）溶解性、移動性和毒性都強，當通氣性良好時，土壤處于氧化狀態，砷主要以As（V）存在，而在淹水條件下，土壤處于還原狀態，砷主要以As（III）形式存在，適當調節土壤含水量可調控土壤氧化還原條件，進而降低重金屬危害作用。改良農作物套種方式亦可促進重金屬污染土壤修復，孫巖等應用玉米和東南景天套種系統，同時施用改良劑蘑菇渣肥、云母和沸石，能有效降低玉米籽粒和莖葉中的Cd和Pb，玉米籽粒Cd和Pb含量均達到食用標準。長期使用高含量重金屬農藥、化肥加劇了農田土壤重金屬的積累，完善化肥、農藥生產工藝，加強生產監管，降低農藥、化肥中的重金屬含量，并對其科學合理施用是從源頭上修復治理重金屬污染土壤的重要措施。

6聯合修復技術

單一修復技術都有一定的局限性，協同兩種或兩種以上的修復技術，形成聯合修復技術，不僅可以提高污染土壤的修復效率，而且可以克服單一修復技術的缺陷。聯合修復技術包括植物-微生物聯合修復技術、物化-生物聯合修復技術、物理-化學聯合修復技術等。植物-微生物聯合修復技術是將微生物和植物結合起來進行土壤修復。國內研究人員發現添加外源微生物可有效提高蜈蚣草累積砷的能力，進一步提升植物修復的效果。植物-微生物聯合修復技術不僅能有效降低土壤中重金屬的含量，而且能保證安全性，不易產生二次污染，是一種高效綠色的修復技術。物化-生物聯合修復是將物理/化學修復技術與生物修復技術聯合，用于修復污染土壤。國內研究人員采用植物提取和化學淋洗聯合修復技術對Zn、Cd污染土壤進行了處理，結果表明聯合技術對重金屬的去除效果更好，好于單一植物提取技術。

結束語

總而言之，通過對以上一些土壤重金屬污染修復技術的介紹，可以預測，在今后的重金屬污染治理中，植物修復將發揮巨大作用。同時，修復過程不僅僅局限于一種修復方式，而將成為兩種或多種修復方式共同作用的情況。因此，在我們了解各種修復方式的實際操作方法及其優缺點后，在應用過程中取長補短，才能更大的發揮其修復能力。并通過一些新的修復思路和方法的探索，為今后的研究指明方向，這還需要植物生理學、土壤學、生態學、化學、遺傳學、環境保護學和生物工程等多個學科的共同努力來實現。

參考文獻

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