土壤環(huán)境中砷污染修復(fù)技術(shù)綜述

商井遠(yuǎn)，朱博，紀(jì)馨越，陳玥琪，王春勇

（1.葫蘆島市生態(tài)環(huán)境保護(hù)服務(wù)中心，遼寧 葫蘆島 125000；2.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）

砷（As）屬于一種劇毒元素，其在環(huán)境中以-3 價(jià)、0 價(jià)、+3 價(jià)、+5 價(jià)存在[1]。砷在環(huán)境中溶解度取決于pH 和離子條件[2]。由于不合理的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)，區(qū)域土壤砷污染問(wèn)題越發(fā)引起社會(huì)關(guān)注[3]。我國(guó)貴州省、河南省和云南省等地都出現(xiàn)過(guò)土壤砷污染問(wèn)題[4-5]。根據(jù)2014年我國(guó)土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查顯示，被調(diào)查土壤樣品中有2.7%存在砷污染[6]。土壤砷污染主要來(lái)自于大氣沉降、農(nóng)藥和化肥施加、污水污泥流入和廢棄物堆積擴(kuò)散等[7]。土壤砷污染不僅能污染地下水，還能污染糧食和蔬菜[8]。

1 土壤砷污染修復(fù)技術(shù)

1.1 物理修復(fù)

土壤砷污染物理修復(fù)主要包換土法和電動(dòng)修復(fù)法[9]。其中換土法是指使用未污染的土替換或混合污染土壤，從而降低土壤砷質(zhì)量分?jǐn)?shù)。換土法需要工程量較大，處理成本高[9]。電動(dòng)修復(fù)法屬于原位修復(fù)法，此方法將電極通電后，利用產(chǎn)生的電場(chǎng)使砷離子產(chǎn)生定向移動(dòng)，從而富集并處理砷[10]。電動(dòng)修復(fù)法目前僅能處理小范圍的土壤砷污染，真正應(yīng)用到大范圍修復(fù)時(shí)，耗費(fèi)電能較大。

1.2 化學(xué)修復(fù)

土壤砷污染化學(xué)修復(fù)法目前應(yīng)用較多，也相對(duì)成熟。化學(xué)修復(fù)是指通過(guò)使用化學(xué)藥劑（修復(fù)劑或固定劑），將土壤中砷鈍化、固定或者去除[9]。常見(jiàn)的修復(fù)劑有膨潤(rùn)土、石灰石、亞硫酸鐵和針鐵礦等[11]。SHIPLEY[12]等使用19.3 nm 的磁鐵礦和37 nm 的赤鐵礦借助實(shí)驗(yàn)探討二者對(duì)砷的修復(fù)，結(jié)果表明砷能夠不可逆地強(qiáng)力吸附在上述兩種納米氧化鐵表面，因而磁鐵礦和赤鐵礦有潛力應(yīng)用于沙質(zhì)土壤中砷的原位修復(fù)。YANG[13]等使用低結(jié)晶度FeOS 來(lái)固定土壤中砷，在實(shí)驗(yàn)設(shè)定條件下，未處理土壤和經(jīng)FeOS 改性土壤中As累積釋放量分別為98.4 mg 和1.2 mg，結(jié)果表明低結(jié)晶度FeOS 可以作為土壤砷固定劑使用。YU[14]等通過(guò)高錳酸鉀和生物炭混合熱解制備錳氧化物改性生物炭復(fù)合材料，并研究此新材料對(duì)土壤砷的吸附，結(jié)果表明此材料比用生物炭固定土壤中砷的效果更好。宋玉婧[15]比較了不同錳氧化物（微米級(jí)MnO2、納米級(jí)MnO2、納米級(jí)Mn2O3和納米級(jí)Mn3O4）對(duì)砷污染土壤的修復(fù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明上述錳氧化物都能降低土壤中水溶性砷和TCLP 提取態(tài)砷，并且添加量越高，砷浸出量越低。徐婧婧[16]研究了使用鈦石膏（CaSO4和Fe2O3為主）對(duì)砷、鉛復(fù)合污染土壤的修復(fù)，結(jié)果表明鈦石膏能夠?qū)r(nóng)田土壤中砷和鉛起到鈍化修復(fù)作用。化學(xué)修復(fù)雖目前應(yīng)用較多，但其可能破壞土壤結(jié)構(gòu)及引起土壤肥力退化[17]。

1.3 生物修復(fù)

1.3.1 植物修復(fù)

利用植物富集砷的特性，可以降低土壤砷污染。蜈蚣草（Pteris vittataL.）是最典型的砷富集植物[18]。KERTULIS-TARTAR[19]等研究表明將蜈蚣草種植于砷污染土壤兩年后，土壤砷質(zhì)量分?jǐn)?shù)從190 mg·kg-1降到150 mg·kg-1。其他一些植物也能用于修復(fù)砷污染土壤，例如楊金紅[20]等通過(guò)盆栽實(shí)驗(yàn)研究蘆葦（Phragmites communisTrin）對(duì)砷污染土壤的修復(fù)，結(jié)果表明蘆葦?shù)母颓o等對(duì)砷的富集都隨外源砷質(zhì)量分?jǐn)?shù)增加而增加。ANH[21]等通過(guò)盆栽實(shí)驗(yàn)證明了粉葉蕨（Pityrogramma calomelanos）也能有效地修復(fù)砷污染土壤。鄒小麗[22]等在溫室大棚中研究柳樹在淹水條件下對(duì)砷污染土壤的修復(fù)，結(jié)果表明不同柳樹品種（一支筆、蘇柳172、沙柳和旱柳）都能在根部和地上部富集砷。AHMAD[23]等研究表明赤桉（Eucalyptus camaldulensis）能夠在砷污染土壤中生長(zhǎng)，其幼苗根系所富集砷的含量高于阿江欖仁樹（Terminalia arjuna）和四子柳（Salix tetrasperma），因而赤桉可應(yīng)用于砷污染土壤的修復(fù)。植物修復(fù)投資小，無(wú)二次污染，但植株及其修復(fù)效果易受氣候條件等因素限制[5]。

1.3.2 微生物修復(fù)

微生物修復(fù)主要依靠微生物對(duì)砷的吸附以及氧化還原。吸附作用是指某些微生物能夠?qū)⑸楣潭ㄔ诩?xì)胞表面或其內(nèi)部[5]。氧化還原作用指某些砷氧化微生物能將As（Ⅲ）氧化成As（V），從而降低土壤中砷的毒性[24]。MAHESWARI[25]等使用從砷污染土壤中分離的Aspergillus nidulans，通過(guò)添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)如碳源和氮源等來(lái)修復(fù)砷污染土壤，結(jié)果表明在pH 為4、溫度35 ℃下放置11 天后，Aspergillus nidulans 能吸附污染土壤中84.35%的砷。YANG[26]等使用在土壤中分離的砷還原菌Brevibacteriumsp.YZ-1 結(jié)合施氏礦物共同處理砷污染土壤，結(jié)果表明水溶性和NaHCO3可提取總砷的固定化效率分別達(dá)到了99.3%和82.6%。微生物修復(fù)法相比于物理修復(fù)和化學(xué)修復(fù)更環(huán)保，但缺乏穩(wěn)定性[6]。

2 結(jié)論與展望

目前開展的砷污染土壤物理、化學(xué)及微生物修復(fù)技術(shù)，都存在一定的局限性和不足。未來(lái)研究重點(diǎn)應(yīng)著眼于土壤中礦物及有機(jī)質(zhì)等組成成分對(duì)砷污染土壤修復(fù)的影響，明確修復(fù)機(jī)理。再就是基于上述3 種修技術(shù)研發(fā)復(fù)合修復(fù)技術(shù)，降低修復(fù)成本，提高修復(fù)效率。