重金屬污染土壤修復技術及其研究進展

張英婷 李紫龍 蔣妮娜 李林 高然 李斌

（1 國家電投集團遠達環保工程有限公司重慶科技分公司 重慶 401122 2 重慶遠達渝地環境治理有限公司 重慶 401122）

土壤環境可以為植物提供生長所需的基本的營養元素，但是土壤中重金屬含量超標不利于植物的生長，會引起植物生理特征的改變。與空氣污染和水污染相比，土壤污染被稱為“無形污染”，并且更加難以修復。隨著采礦業、鋼鐵生產業、電鍍業等的飛速發展，造成了大范圍的土壤污染，給環境帶來了巨大的影響，威脅到人類的健康與生態環境的平衡［1］。其中以鎘、鉻、砷、汞為代表的受污染耕地約占全部耕地面積的1/5［2-3］，工業用地的土壤也存在嚴重的重金屬污染問題。在受污染的農田上種植農作物會使作物中積聚部分重金屬，造成作物重金屬超標，然后通過食物鏈蓄積在人體內，從而危害人體健康。因此，迫切需要研發出高效的修復技術［4］。目前，針對重金屬污染土壤的修復技術主要分為生物修復技術和物理化學修復技術2 大類。

1 生物修復技術

生物修復技術主要分為植物修復和微生物修復2 大類。生物修復技術可以大面積推廣且不會對土壤生態環境造成破壞，增加土壤有機質的含量，有效避免二次污染，可以回收部分貴重金屬獲得直接經濟效益等而受到廣泛關注。

1.1 植物修復

植物修復是通過不同的植物種類對土壤污染區域的污染物進行固定、降解的技術。其基本原理是利用植物根系對土壤中的重金屬離子的提取能力，將其從土壤中分離出來，重金屬通過植物的代謝被分解為毒性較小的存在形態，并存貯在植物的莖和葉中［5］。目前有越來越多的超積累植物，這些植物可以在重金屬濃度較高的土壤中生存，展現出良好的重金屬的吸附效果，但多數超富集植物生長緩慢，富集量小，制約了植物修復法的應用，因此有了技術改進措施。

（1）化學強化措施。利用螯合劑、淋洗劑等化學藥劑將土壤中不溶性的重金屬轉化為可溶性的狀態，促進植物對重金屬的吸附。現階段主要使用的螯合劑包括乙酸、檸檬酸、EDTA等，淋洗劑以生物表面活性劑作代表［6-7］。張磊等［8］向Cd 污染土壤中添加適量的EGTA 發現，螯合劑的加入有效地提高了棉花植株地上部分對Cd的積累量。韓廿［9］通過向重金屬污染土壤中施加螯合劑，明顯提高了植物對重金屬的提取效率，研究4種不同的螯合藥劑對4種不同的植株修復Cd 和As 復合污染農田土壤的作用。實驗證明不同螯合劑對各植物器官內重金屬積累量都會產生一定程度的影響。

（2）植物激素強化措施。植物激素可以促進植物的生長并調節其生理代謝能力，通過提高其生物量，達到改善對土壤的修復效果［7］。袁江［10］通過盆栽試驗，向東南景天和龍葵盆栽中加入植物激素IAA 發現植物激素的添加有利于超富集植物的生長狀況和生物量，且能有效提高植物地上部分重金屬提取含量。

（3）農藝強化措施。農藝措施主要包括向土壤中施肥、布水控制、利用改良耕作技術等。通過肥料的施加，改善土壤pH值，達到對重金屬的活化作用，增加植物吸收的能力［7］。

1.2 微生物修復

微生物修復技術通過微生物的代謝功能來吸收、富集、減少溶解沉積土中的污染因子，然后將重金屬固定在土中或者將重金屬的價態或者毒性進行一定程度的轉變。細菌對于土壤中重金屬具有較強的耐受性，例如綠膿桿菌、糞產堿桿菌以及銅綠假單胞菌具有較好的鎘去除能力［11］。微生物不能直接降解重金屬，其菌種接種培育較困難，效率低。因此微生物修復技術多以輔助其他技術存在［6，12］。

1.3 動植物聯合修復

單一的植物或者微生物修復方式因為污染物的多樣性以及含量超標受到了限制，因此聯合修復技術被提出來。在聯合修復技術中，微生物主要通過2種方式增強植物對污染土壤的修復：①微生物對重金屬的吸附作用；②分泌有機酸及植物生長所需的營養物質，促進超富集植物對重金屬的吸收。楊揚等［13］以吊蘭和蚯蚓聯合使用，對土壤中的重金屬Cd 進行修復，吊蘭在修復中是主導因素，蚯蚓是次要因素，蚯蚓能夠改善土壤的通氣性和理化性質。通過實驗發現吊蘭-蚯蚓聯合修復具有較好的修復效果。潘偉斌等［14］發明了植物修復方法，以小飛揚草與芽孢桿菌、假單胞菌聯合修復重金屬Pb、Cd 污染的土壤。其中芽孢桿菌與假單胞菌起到對土壤中重金屬的活化作用，促進了小飛揚草對重金屬的富集，改善了修復效果。

2 物理化學修復技術

2.1 土壤淋洗技術

土壤淋洗浸出技術是將化學浸出劑與土壤相混合，以溶解土壤中的污染因子，將其與土壤分離，然后將浸出液回收提取出重金屬，達到污染土壤修復的1種技術。常用的淋洗劑主要包括表面活性劑、有機酸、螯合劑及絡合劑等。此技術主要適用于處理水溶性污染物、重金屬等無機化合物，技術工藝較為復雜，工期長、施工成本較高。隨著研究的深入，有了很多淋洗的技術改進措施。

（1）淋洗助劑強化措施。通過淋洗劑的加入雖然可以去除大部分的重金屬污染物，但多為水溶態以及交換態的金屬離子。添加淋洗助劑可以在一定程度上去除土壤中以結合態和殘渣態的形式穩定存在的重金屬離子［15］。戴竹青等［16］以Cu、Zn、Pb 和Cd 共同污染土壤為研究對象，采用還原劑鹽酸羥胺調控土壤中重金屬化學形態，以檸檬酸為淋洗劑，考察檸檬酸、鹽酸羥胺聯合淋洗對土壤重金屬的洗脫效果，發現加入鹽酸羥胺后，土壤重金屬洗脫率極大地增加，Pb 洗脫率提高36.2%，Cu、Zn、Pb、Cd 洗脫率分別達到了55.9%、58.3%、47.1%和47.9%。

（2）電動強化措施。電動技術和淋洗技術聯合修復進一步拓寬可修復土壤的類型，通過電動作用可以有效增大電解質的含量，促進重金屬離子與土壤分離，可以同時固定重金屬，減少淋洗廢液的二次處理［17］。譚雪瑩等［18］針對某工業污染場地中的鉛污染土壤，采用電動和淋洗相結合的方法進行修復，通電80 min 后，發現土壤中的鉛濃度由原來的（410±16）mg/kg降到（252±10）mg/kg，表明淋洗與電動聯用技術可以有效提高修復效果。

（3）超聲和微波強化法。通過超聲和微波的輔助方法，可以加速土壤與淋洗劑的混合與反應，加快土壤中重金屬形態的變化［15］。熊偉等［19］采用超聲波強化檸檬酸淋洗修復銻污染土壤，通過實驗發現超聲波功率、超聲時間以及pH 值對淋洗效果有顯著的影響，超聲波強化能夠提高土壤中各種形態銻的淋出。

2.2 穩定化技術

穩定化修復技術，即向受污染的土壤中添加一定量的穩定化藥劑，改變土壤中重金屬的理化性質，降低重金屬的可生物利用度，從而減少外物對土壤中重金屬的吸附［20-21］。但是，這種材料僅改變了重金屬的存在形態和生物可利用度，而沒有改變土壤中重金屬的實際總量，存在重金屬再次活化的潛在風險［22］。因此需要開發出新型的“綠色、高效、經濟、持久”穩定化材料。張劍等［23］對比了12種不同的藥劑在鎘污染稻田上的應用效果，發現堿性肥料（硅鈣鎂鉀肥）和磷酸鹽肥料（鈣鎂磷肥）可以有效減少土壤中的有效態Cd 和糙米中的Cd 含量。穩定化藥劑可以直接將重金屬進行固定，降低了重金屬的可生物利用度，減少農作物對重金屬的吸收。

2.3 電動修復技術

電動修復技術是專門針對低滲透粘性土壤開發出來的1種方法，將惰性電極植入受污染土壤的兩端，以形成直流電場。通過電遷移、電滲析和電泳作用使污染因子移動到電極的兩端，然后從土壤中遷移出來，最終實現了土壤的修復［24］。

重金屬在土壤中主要以金屬氧化態和碳酸鹽結合態存在，若用單一的電動修復技術很難活化和轉移此類重金屬。因此，研究者從提高重金屬遷移能力、多種技術聯合使用等方面對電動強化修復技術進行了研究［17］。薛浩［25］以某鉻渣存儲區場地中的污染土壤作為實驗對象，利用酸化的方式強化電動修復技術對土壤進行修復后發現，此技術可以顯著提高鉻污染土壤中鉻的去除率，六價鉻去除率最大提升了58.65%。通過添加酸液，可以使重金屬以各種可提取態為在土壤中的主要存在形式，從而降低土壤中殘留鉻的生物利用度。

2.4 客土、換土法

客土法即在污染土壤中添加1 層未污染的土壤與原土壤混合，降低土壤中重金屬的含量。換土法是指去除表面上的受重金屬污染的土壤，并用干凈的土來代替。通過低滲透粘土層隔離鎘污染。此方法見效快、效果好，多與植物修復技術聯用，主要缺點在于工程量較大、投資較高，并且容易降低土壤中的肥力等。

3 結論和展望

目前，土壤的修復方式多樣，中國傳統的理化修復技術相對成熟，但還存在一定的局限性，如會破壞土壤的理化性質，修復后的部分土壤無法繼續回填，導致土壤肥力下降，這將嚴重影響生態環境。而利用生物修復技術，具有經濟效益高、發展前景好、適用范圍廣的優點。在實操過程中，要求結合重金屬污染土壤的性質與未來土地的規劃及利用類型，制定最合適的聯合修復技術方案，以達到對重金屬污染土壤的修復目的。