淺談陜西省農田重金屬污染修復
——以化學淋洗技術為例

趙澤宇

（西北農林科技大學資源環境學院 陜西咸陽 712100）

土壤重金屬污染是指人類活動產生的重金屬元素通過各種途徑不斷進入土壤并積累，導致土壤質量降低、功能失調，進而影響動植物及土壤微生物生長發育。因其形態多變、易累積、僅能遷移轉化而不能被降解消除等特點，對農產品、地下水的安全問題乃至人體的生命健康存在較為嚴重的威脅。土壤中重金屬污染主要包括汞（Hg）、鎘（Cd）、鉻（Cr）、鉛（Pb）、砷（As）等，其主要污染源來自化肥農藥的使用、污灌、大氣沉降、化工廠“三廢”排放等。據我國農業農村部對全國140 萬公頃污灌區開展的調查結果顯示，64.8%的污灌區土地受到重金屬污染。因而，土壤重金屬污染的修復工作刻不容緩。

1 陜西省地域及土壤重金屬含量概況

陜西，位于中國內陸腹地，介于東經105°29′～111°15′，北緯31°42′～39°35′，總面積20.56萬平方千米。陜西省地勢呈南北高，橫跨3 個氣候帶，陜北北部長城沿線屬中溫帶季風氣候，關中及陜北大部屬暖溫帶季風氣候，陜南屬北亞熱帶季風氣候。境內土壤主要以風沙土、水稻土、塿土、黃綿土等為主。

陜西可能是我國耕地重金屬污染的多發區域[1]。根據陳文軒等研究結果[2]，在全國范圍內，陜西的耕地重金屬污染程度與福建、湖南省等地最為嚴重。其中，陜西存在Cr含量次高值區且銅（Cu）含量較高。同時，陜西Cd、Hg屬于中度污染，其中部較大范圍區域Pb含量較高；除鋅（Zn）之外，陜西農田主要重金屬元素含量均高于全國平均值。

從農田土壤污染等級分析，陜西省農田土壤重金屬富集程度較高。綜合土壤重金屬分布特征及污染評級結果來看，農田土壤首要污染物為Cd、Hg，在土壤修復過程中應該優先控制。陜西省農田土壤重金屬含量較大程度高于當地背景值，結合該省內部地區多大力發展第二產業，過度的工業活動可能是導致該區域土壤重金屬污染程度較高的原因。

2 化學淋洗技術研究及應用情況

化學淋洗技術是指通過向污染土壤中加入化學或生物化學淋洗劑，在解吸、溶解、螯合、絡合等物理、化學過程作用下使污染物與被污染土壤分離，然后將包含污染物的液體抽提出來的技術。該技術可分為原位修復和異位修復，前者較為經濟，后者處理效果更佳。化學淋洗技術具備操作過程簡單、修復效果徹底，且穩定、修復周期短、對高濃度污染土壤修復效果極佳等特點。而目前應用淋洗修復技術的關鍵在于尋找到一種合適的淋洗劑，需要滿足以下3個條件：（1）能夠有效去除目標修復土壤的主要污染物；（2）最大程度降低對土壤肥力及其理化性質的破壞；（3）不會造成二次污染而破壞環境。

在不同的化學淋洗劑和淋洗條件下，該技術可用于修復不同類型的污染土壤。Moon等[3]研究多種無機酸、堿對Zn污染土壤淋洗的修復效果，發現2 mol·L－1的鹽酸去除效率最高。雖然酸洗溶液對重金屬的去除效率高，但對土壤理化性質有很強的破壞力，無機溶劑的使用會造成土壤pH的改變和肥力的下降。人工螯合劑和人工合成表面活性劑對生態的影響破壞性相對較小，但修復成本昂貴、難生物降解、易造成二次污染。在眾多人工螯合劑中，有機酸復合劑目前用途最為廣泛，李定龍[4]等以典型化工廠污染土壤為修復對象，通過室內模擬實驗利用檸檬酸和β－環糊精制成的復合劑在最佳修復條件下可使Cd的去除率達到80.14%。天然有機酸和生物表面活性劑具備經濟實用、高生物降解性、修復效果良好等特點，但是生物表面活性劑難以量產，因而天然有機酸具備良好的發展前景。吳儉[5]采用檸檬酸、酒石酸等有機酸與草酸組合淋洗技術處理Cd、Zn復合污染土壤，發現0.1 mol·L-1酒石酸振蕩對復合污染土壤的Cd、Zn去除率分別為30.74%、25.59%。

當前在眾多已知重金屬中，對于Cd污染的化學淋洗修復研究最為廣泛且深入。同時，Cd也是陜西省農田最需要優先治理的首要污染物之一。Yang等[6]使用淋洗劑EDDS（乙二胺-N,N′-二琥珀酸）對Cd、Cu、Zn和Pb污染土壤的修復效果，研究結果表明，在最優淋洗條件下（pH=5.5），對Cd的去除率可以達到52%，且對于Cu、Zn、Pb的去除率分別為66%、64%、48%，對于處理復合型重金屬污染有較大的研究潛力。Torres等[7]通過實驗發現Texapon N-40等3 種表面活性劑對Cd、Cu、Ni、Zn、As都能達到較好的去除效果，其中Tween80對Cd的去除效果可達到86%。

3 化學淋洗技術與其他修復技術聯合使用實現農田土壤修復

為解決化學淋洗技術可能帶來的二次污染、應用范圍小、對土壤性質造成破壞等問題，部分研究人員提出了將兩種或兩種以上的修復技術協同使用組成聯合修復體系的辦法，為修復受重金屬污染的農田土壤提供了新的思路。

衛澤斌等[8]為開發原位修復重金屬污染農田土壤的新方法——化學淋洗和深層固定聯合修復技術，通過盆栽試驗，以廣東省某鉛鋅礦廢水污染的水稻田土為材料，利用化學混合試劑淋洗污染土壤，并向深層土壤中添加化學固定劑，用以固定從耕作層隨淋溶液向下遷移的重金屬，降低地下水受污染風險。實驗結果表明，混合試劑對土壤進行淋洗能夠有效去除耕層土壤中的Zn、Cd、Pb含量，且淋洗出的重金屬、COD都可被經過堿性FeCl3處理的深層土壤有效固定，其中，深層土壤對COD、Zn、Cd、Pb的固定效率分別為37.7%、15.5%、44.6%、69.0%，且Zn、Cd濃度符合地下水質量Ⅲ類標準，能夠很好地控制對地下水環境造成的風險，從而實現重金屬污染土壤的安全修復。因此，化學淋洗和深層固定聯合修復技術也可作為一種安全、有效、低成本的重金屬污染農田土壤修復途徑。

黃細花[9]等為彌補單一修復措施的不足，運用套種和化學淋洗聯合修復技術，通過盆栽實驗，在東南景天和玉米套種的條件下，完成不同濃度及種類的混合劑對農田土壤的化學淋洗。實驗結果表明，通過土壤測定發現經兩季套種植物聯合淋洗技術處理后，土壤Cd含量降低27.8%～44.6%，土壤Zn含量降低12.6%～16.5%，土壤Pb含量降低3.6%～5.7%；通過淋出液測定分析發現，濃度為10 mmol/L、20 mmol/L混合淋洗液處理過的實驗組淋出液的Cd、Zn、COD含量濃度均符合農田灌溉水質標準，后續風險較小。在該套種和化學淋洗聯合修復體系下，植物提取主要去除土壤中的Zn、Cd，化學淋洗主要去除土壤中的Pb。“套種+淋洗”這一聯合修復體系不僅可以縮短農田土壤修復周期，而且對解決Zn、Cd、Pb復合型重金屬污染問題有極大的發展潛力；同時，對治理陜西省的農田土壤污染有較好的應用及發展空間。

4 農田污染治理其他配套措施

由于當前農田土壤的修復工作仍處于起步階段，盡管部分理論研究已經經過了較為全面的探索，但受限于成本昂貴、設備稀缺等，導致實際工程技術層面的應用難以實施、推廣。因而在治理污染農田土壤的同時，還應完善相關配套措施。

4.1 倡導清潔生產，從源頭防止農田污染

農業清潔生產是指在農業生產的過程中，全程使用無污染且對環境友好的綠色農用化學品，杜絕如含重金屬的污泥、化肥、農藥等產品。清潔生產是從源頭減少重金屬等污染進入農田土壤，減少其對農田及農產品安全所造成的負面影響。

4.2 大力推廣農田污染防治技術

為有效防治農田土壤污染，提高農產品質量，應大力推廣各項新興污染防治技術。（1）農藥污染防控技術，主要包括農藥減量化應用、生物可降解型農藥替代及農藥殘留生物降解技術等。（2）肥料污染防控技術，主要包括平衡施肥、環境友好型化肥替代、肥料結構優化等技術。（3）畜禽糞便污染防控技術，包括畜禽場糞便高溫連續發酵技術、資源化利用（肥料化、能源化和飼料化）等技術。（4）農膜殘留污染防控技術，包括新型可降解塑料膜替代及農膜回收技術，減少塑料薄膜的使用量和農田土壤殘留量, 從源頭阻斷污染來源。

5 結論與展望

針對陜西省重金屬污染情況，化學淋洗技術及其相關聯合修復技術具備較大的應用前景，因而提出以下發展或應用建議。

（1）加大力度開發綠色淋洗劑，減少化學淋洗技術對土壤肥力、理化性質的影響，并應該盡可能在使用后便于處理和再次利用。

（2）針對目標土壤污染情況制訂針對性方案，選用最恰當的淋洗劑和淋洗條件。在治理復合污染土壤時，優先選擇對首要污染物處理效率高的試劑。

（3）選用復合淋洗劑或聯合修復技術，既可以降低成本，而且對于提高修復效率或減少對土壤破壞有較好的效果。例如，有機酸復合鹽淋溶劑的重金屬去除率高于單一有機酸試劑；天然有機酸淋洗劑-植物聯合修復不僅可以提高重金屬去除效率，而且減少了對土壤肥力的影響。