土壤汞污染修復(fù)研究進(jìn)展

王春勇，王爽，商井遠(yuǎn)，朱博，郭怡彤，李英

開(kāi)發(fā)與應(yīng)用

土壤汞污染修復(fù)研究進(jìn)展

王春勇1*，王爽2，商井遠(yuǎn)3，朱博1，郭怡彤1，李英1

（1. 遼寧工業(yè)大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，遼寧 錦州 121001；2. 錦州市太和區(qū)環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)站，遼寧 錦州 121000；3. 葫蘆島市生態(tài)環(huán)境保護(hù)服務(wù)中心，遼寧 葫蘆島 125000）

對(duì)土壤汞污染的修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了概述，重點(diǎn)闡述了物理修復(fù)法、化學(xué)修復(fù)法以及生物修復(fù)法（包括植物修復(fù)和微生物修復(fù)），并介紹了上述方法的優(yōu)缺點(diǎn)。最后對(duì)土壤汞污染的修復(fù)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

汞；土壤污染；土壤修復(fù)

汞（Hg）屬于一種全球性污染物，其在環(huán)境中有極強(qiáng)的毒性和生物富集性[1-3]。土壤是全球范圍內(nèi)最大的“汞庫(kù)”，也是大氣中汞的主要自然來(lái)源[4-5]。而土壤環(huán)境中的汞具有易遷移性、持久性污染以及可以轉(zhuǎn)化為劇毒甲基汞等特點(diǎn)[6]。土壤汞主要來(lái)源于人為輸入及自然輸入。自然輸入包括火山噴發(fā)和自然風(fēng)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(jìn)入到人體，從而危害人體健康。汞對(duì)人體的毒性體現(xiàn)在影響生殖發(fā)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(duì)土壤動(dòng)物體內(nèi)抗氧化酶系統(tǒng)的活性產(chǎn)生影響[9]。此外，汞還能對(duì)土壤環(huán)境中微生物產(chǎn)生影響。已有研究表明在汞污染嚴(yán)重的土壤中，細(xì)菌和原生動(dòng)物的種群數(shù)量會(huì)減少[10]。

1 我國(guó)土壤汞污染現(xiàn)狀

隨著我國(guó)的人為汞排放量逐漸提高，我國(guó)已成為土壤汞污染較為嚴(yán)重的國(guó)家[11]。我國(guó)2014年發(fā)布的土壤狀況調(diào)查報(bào)告中，汞已成為我國(guó)土壤污染排名前三的無(wú)機(jī)污染物之一[1,12]。我國(guó)貴州省萬(wàn)山地區(qū)曾是中國(guó)最大的汞礦集散和精煉地，截止到2001年，萬(wàn)山地區(qū)大約生產(chǎn)了22 000 t汞和6 000 t朱砂（HgS）[13]。該地區(qū)土壤中汞質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)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(qū)表層土壤中汞質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)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(zhì)量分?jǐn)?shù)平均值達(dá)到了0.614 mg·kg-1。上述研究都表明我國(guó)土壤汞污染的嚴(yán)峻形勢(shì)，因此有必要開(kāi)展對(duì)汞污染土壤的修復(fù)研究。本文對(duì)已經(jīng)報(bào)道的土壤汞修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了總結(jié)，以期為未來(lái)開(kāi)展土壤汞修復(fù)工作提供參考和借鑒。

2 汞污染土壤修復(fù)技術(shù)

2.1 物理修復(fù)技術(shù)

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

2.2 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

土壤汞污染化學(xué)修復(fù)技術(shù)主要是通過(guò)添加化學(xué)修復(fù)劑/穩(wěn)定劑/固定劑等進(jìn)行固化以及電動(dòng)修復(fù)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(wěn)定化修復(fù)

固化/穩(wěn)定化修復(fù)汞污染土壤能在較大范圍pH和氧化還原條件下開(kāi)展[8]。常用的固化劑/穩(wěn)定劑，如磷酸鹽、石灰、粉煤灰和硅酸鋁等[18]。相關(guān)研究已有報(bào)道，例如魏贏等[19]使用FeS、Na2S、黃鐵礦、CaO、黃鐵礦+CaO作為穩(wěn)定劑來(lái)修復(fù)貴州萬(wàn)山地區(qū)的汞污染土壤，研究表明Na2S的修復(fù)效果最好，其對(duì)汞污染土壤的穩(wěn)定效率能達(dá)到90%。Wang等[20]使用了碳酸鈣黏土礦物（CECM）和磷酸二銨（DAP）來(lái)固定土壤中汞，研究表明與對(duì)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(wěn)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(wěn)定汞的機(jī)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(wěn)定化修復(fù)技術(shù)是現(xiàn)在應(yīng)用較多和較為成熟的修復(fù)技術(shù)，但是實(shí)際應(yīng)用中需要使用大量的固化劑/穩(wěn)定劑，此外固定后的汞還存在于土壤中，可能還會(huì)存在環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。

2.2.2 電動(dòng)修復(fù)

土壤汞污染的電動(dòng)修復(fù)技術(shù)主要指通過(guò)在土壤中設(shè)置電極，并通直流電，使汞產(chǎn)生遷移并對(duì)其進(jìn)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(luò)合劑，并結(jié)合電動(dòng)修復(fù)技術(shù)共同修復(fù)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(dòng)修復(fù)汞污染土壤不會(huì)影響土壤肥力，但電動(dòng)修復(fù)易受制于土壤質(zhì)地，只適用于黏土性土壤，且易受土壤性質(zhì)影響[7,24]。

2.3 生物修復(fù)技術(shù)

土壤汞污染生物修復(fù)技術(shù)是指利用生物某些特性來(lái)降低土壤中汞濃度[18]。土壤汞污染的生物修復(fù)技術(shù)主要包括植物修復(fù)和微生物修復(fù)。

2.3.1 植物修復(fù)

土壤汞污染的植物修復(fù)技術(shù)主要是利用某些植物來(lái)固定、吸收和富集汞。例如，通過(guò)植物根部吸收和積累汞或通過(guò)根部區(qū)域形成汞沉淀來(lái)固定土壤中的汞[25]。植物修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵在于候選修復(fù)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(duì)植物根系產(chǎn)生的毒性以及所用植物的成活率[26]。植物修復(fù)技術(shù)經(jīng)常結(jié)合其他處理技術(shù)共同修復(fù)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(fù)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(guò)昱辰等[30]利用盆栽試驗(yàn)研究了地毯草、假儉草和多年生黑麥草對(duì)土壤汞的富集，研究表明三種草坪草都能去除土壤汞，對(duì)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(guò)野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)萬(wàn)山廢棄礦區(qū)中乳漿大戟能富集土壤中汞，其對(duì)汞的最大富集量達(dá)到了35.1 mg·kg-1。趙安琪[32]通過(guò)盆栽實(shí)驗(yàn)研究了芒草對(duì)汞污染土壤的修復(fù)，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(fù)成本低、綠色且環(huán)保。但是此技術(shù)修復(fù)周期長(zhǎng)，且易受污染物濃度等影響。

2.3.2 微生物修復(fù)

土壤汞污染微生物修復(fù)技術(shù)是指通過(guò)微生物的新陳代謝或者吸附等作用，來(lái)降低汞的生物可利用性及濃度[8,24]。趙盛開(kāi)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(jié)合生物炭能夠有效地去除土壤中汞。李夢(mèng)杰等[35]使用裂褶菌（）GGHN08-116來(lái)修復(fù)受汞、鉛和鉻污染的土壤，研究表明通過(guò)菌株穿透土壤方法以及同發(fā)酵產(chǎn)物復(fù)合修復(fù)方法，土壤中交換態(tài)汞都出現(xiàn)顯著下降趨勢(shì)。郭同同[36]從礦區(qū)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(fù)100 mg·kg-1汞污染土壤。微生物修復(fù)技術(shù)前景廣闊，但是其對(duì)環(huán)境變化敏感，也缺乏相應(yīng)的理論研究[24]。

3 展望

未來(lái)土壤汞污染修復(fù)技術(shù)，應(yīng)著重于發(fā)展綠色環(huán)保的修復(fù)技術(shù)，利用基因工程和分子生物技術(shù)等手段，探索具有高效修復(fù)技術(shù)的超級(jí)汞富集植物以及微生物。同時(shí)開(kāi)展多種修復(fù)技術(shù)相結(jié)合的模式，提高對(duì)汞污染土壤的修復(fù)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(xué)研究經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：JQL202015402）和（項(xiàng)目編號(hào)：JFL202015403）。

2021-04-15

王春勇(1987-)，男，遼寧省朝陽(yáng)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