土壤汞污染修復研究進展

王春勇，王爽，商井遠，朱博，郭怡彤，李英

開發與應用

土壤汞污染修復研究進展

王春勇1*，王爽2，商井遠3，朱博1，郭怡彤1，李英1

（1. 遼寧工業大學化學與環境工程學院，遼寧 錦州 121001；2. 錦州市太和區環境保護監測站，遼寧 錦州 121000；3. 葫蘆島市生態環境保護服務中心，遼寧 葫蘆島 125000）

對土壤汞污染的修復技術進行了概述，重點闡述了物理修復法、化學修復法以及生物修復法（包括植物修復和微生物修復），并介紹了上述方法的優缺點。最后對土壤汞污染的修復技術發展趨勢進行了展望。

汞；土壤污染；土壤修復

汞（Hg）屬于一種全球性污染物，其在環境中有極強的毒性和生物富集性[1-3]。土壤是全球范圍內最大的“汞庫”，也是大氣中汞的主要自然來源[4-5]。而土壤環境中的汞具有易遷移性、持久性污染以及可以轉化為劇毒甲基汞等特點[6]。土壤汞主要來源于人為輸入及自然輸入。自然輸入包括火山噴發和自然風化等，而人為輸入包括煤燃燒以及汞礦和金礦排放等[5,7]。土壤中汞能隨空氣或者食物鏈進入到人體，從而危害人體健康。汞對人體的毒性體現在影響生殖發育、引起老年癡呆、致畸和致癌等方面[1,7-8]。已有研究表明汞污染能對土壤動物體內抗氧化酶系統的活性產生影響[9]。此外，汞還能對土壤環境中微生物產生影響。已有研究表明在汞污染嚴重的土壤中，細菌和原生動物的種群數量會減少[10]。

1 我國土壤汞污染現狀

隨著我國的人為汞排放量逐漸提高，我國已成為土壤汞污染較為嚴重的國家[11]。我國2014年發布的土壤狀況調查報告中，汞已成為我國土壤污染排名前三的無機污染物之一[1,12]。我國貴州省萬山地區曾是中國最大的汞礦集散和精煉地，截止到2001年，萬山地區大約生產了22 000 t汞和6 000 t朱砂（HgS）[13]。該地區土壤中汞質量分數達到了5.1～790 mg·kg[14]。鄭冬梅等[15]研究表明葫蘆島市有色冶金-化工區表層土壤中汞質量分數達到了0.05～14.6 mg·kg-1。尹偉等[16]研究表明廣州城市土壤汞質量分數平均值達到了0.614 mg·kg-1。上述研究都表明我國土壤汞污染的嚴峻形勢，因此有必要開展對汞污染土壤的修復研究。本文對已經報道的土壤汞修復技術進行了總結，以期為未來開展土壤汞修復工作提供參考和借鑒。

2 汞污染土壤修復技術

2.1 物理修復技術

土壤汞污染物理修復技術包括客土法、換土法和深耕翻土法等[17]。上述方法主要通過與清潔土壤混合、更換未被污染土壤以及翻動上下層土壤等方式，從而達到降低表層土壤汞濃度的目的。針對土壤汞污染的物理修復方式，雖然見效快，但是成本高，工程量大。

2.2 化學修復技術

土壤汞污染化學修復技術主要是通過添加化學修復劑/穩定劑/固定劑等進行固化以及電動修復等，從而降低土壤汞濃度及其遷移性和生物有效性[1,7]。

2.2.1 固化/穩定化修復

固化/穩定化修復汞污染土壤能在較大范圍pH和氧化還原條件下開展[8]。常用的固化劑/穩定劑，如磷酸鹽、石灰、粉煤灰和硅酸鋁等[18]。相關研究已有報道，例如魏贏等[19]使用FeS、Na2S、黃鐵礦、CaO、黃鐵礦+CaO作為穩定劑來修復貴州萬山地區的汞污染土壤，研究表明Na2S的修復效果最好，其對汞污染土壤的穩定效率能達到90%。Wang等[20]使用了碳酸鈣黏土礦物（CECM）和磷酸二銨（DAP）來固定土壤中汞，研究表明與對照土壤和初始土壤相比，CECM和DAP的施用降低了土壤中生物有效性汞的含量。張亞峰[21]使用了FeS和CaSx穩定汞污染土壤，研究表明FeS和CaSx能有效地降低土壤浸出液中汞的濃度，而二者能穩定汞的機理為形成了硫化汞沉淀。陳杰[22]使用S、Na2S、FeS、Na2S2O3和硫代氨基甲酸鹽固定汞污染土壤，研究表明上述固定劑都能夠降低紫色土中汞TCLP浸出毒性。固化/穩定化修復技術是現在應用較多和較為成熟的修復技術，但是實際應用中需要使用大量的固化劑/穩定劑，此外固定后的汞還存在于土壤中，可能還會存在環境風險。

2.2.2 電動修復

土壤汞污染的電動修復技術主要指通過在土壤中設置電極，并通直流電，使汞產生遷移并對其進行收集及處理[7]。Reddy[23]使用了乙二胺四乙酸二鈉、碘化鉀和氯化鈉作為絡合劑，并結合電動修復技術共同修復汞污染土壤，研究表明0.1 mol·L-1碘化鉀在1.0V的直流電壓下可以將高嶺土中500 mg·kg-1汞離子降低到16 mg·kg-1。電動修復汞污染土壤不會影響土壤肥力，但電動修復易受制于土壤質地，只適用于黏土性土壤，且易受土壤性質影響[7,24]。

2.3 生物修復技術

土壤汞污染生物修復技術是指利用生物某些特性來降低土壤中汞濃度[18]。土壤汞污染的生物修復技術主要包括植物修復和微生物修復。

2.3.1 植物修復

土壤汞污染的植物修復技術主要是利用某些植物來固定、吸收和富集汞。例如，通過植物根部吸收和積累汞或通過根部區域形成汞沉淀來固定土壤中的汞[25]。植物修復技術的關鍵在于候選修復植物的種類，候選植物需要具有廣泛的根系，并且要考慮汞對植物根系產生的毒性以及所用植物的成活率[26]。植物修復技術經常結合其他處理技術共同修復汞污染土壤[26-27]。已有的研究表明油菜、小葉黃楊、苧麻、香根草、加拿大楊等都可以一定程度富集汞[8,28]。蔣大猛等[29]研究表明油菜可以修復輕度汞污染土壤，而油菜的根、葉和莖都可以富集汞，其中根是油菜最主要的富集器官。過昱辰等[30]利用盆栽試驗研究了地毯草、假儉草和多年生黑麥草對土壤汞的富集，研究表明三種草坪草都能去除土壤汞，對土壤中汞的去除率為黑麥草>地毯草>假儉草。王明勇等[31]通過野外調查發現萬山廢棄礦區中乳漿大戟能富集土壤中汞，其對汞的最大富集量達到了35.1 mg·kg-1。趙安琪[32]通過盆栽實驗研究了芒草對汞污染土壤的修復，研究表明芒草具有一定的富集土壤汞能力，芒草根部以及地上部分富集汞含量能隨土壤汞含量先增大隨后減小。土壤汞污染植物修復成本低、綠色且環保。但是此技術修復周期長，且易受污染物濃度等影響。

2.3.2 微生物修復

土壤汞污染微生物修復技術是指通過微生物的新陳代謝或者吸附等作用，來降低汞的生物可利用性及濃度[8,24]。趙盛開等[33]從汞污染土壤中分離出真菌菌株GX-10，其能夠有效吸附土壤中的汞，并能顯著降低汞的毒性、遷移性和生物有效性。Chen等[34]研究表明假單胞菌sp. DC-B1結合生物炭能夠有效地去除土壤中汞。李夢杰等[35]使用裂褶菌（）GGHN08-116來修復受汞、鉛和鉻污染的土壤，研究表明通過菌株穿透土壤方法以及同發酵產物復合修復方法，土壤中交換態汞都出現顯著下降趨勢。郭同同[36]從礦區汞污染土壤中分離出了sp. DC1、sp. DC2和sp. DC3三株耐受菌株，研究表明三株菌都能不同程度地修復100 mg·kg-1汞污染土壤。微生物修復技術前景廣闊，但是其對環境變化敏感，也缺乏相應的理論研究[24]。

3 展望

未來土壤汞污染修復技術，應著重于發展綠色環保的修復技術，利用基因工程和分子生物技術等手段，探索具有高效修復技術的超級汞富集植物以及微生物。同時開展多種修復技術相結合的模式，提高對汞污染土壤的修復效率。

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Research Progress in the Remediation of Mercury Contaminated Soil

1,2,3,1,1,1

（1. School of Chemical and Environmental Engineering, Liaoning University of Technology, Jinzhou Liaoning 121001, China;2. Environmental Protection Monitoring Station of Taihe District, Jinzhou Liaoning 121000, China; 3. Ecological Environmental Protection Service Center of Huludao City, Huludao Liaoning 125000, China）

The remediation technologies for mercury contaminated soil were overviewed, the physical remediation, chemical remediation and bioremediation (including phytoremediation and microbial remediation) were discussed, and the advantages and disadvantages of the above methods were introduced. Finally, the development trend of the remediation technology of mercury contaminated soil was prospected.

Mercury; Contaminated soil; Soil remediation

遼寧省教育廳科學研究經費項目（項目編號：JQL202015402）和（項目編號：JFL202015403）。

2021-04-15

王春勇(1987-)，男，遼寧省朝陽人，博士研究生，從事土壤重金屬方面的研究。E-mail: wangchunyong2010@163.com。

X53

A

1004-0935（2021）10-1474-03