重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)與方法研究

袁 靜，劉 麗，王小茹

（海南省地質(zhì)測試研究中心，海南海口 570206）

0 引言

雖然我國擁有遼闊的國土面積，但是由于人口數(shù)眾多，人均可用耕地面積非常有限，加之其中伴有土壤重金屬污染問題，不僅影響了農(nóng)作物健康成長，也可能會危害人體健康。為了可以提高國內(nèi)土地資源利用率，有關(guān)部門必須要加快應(yīng)用先進的土壤修復(fù)技術(shù)來處理現(xiàn)階段存在重金屬污染問題的土壤，保障它們的質(zhì)量。因此，如何有效修復(fù)受到重金屬污染的土壤是當(dāng)下值得深入探討的重要課題之一。

1 重金屬污染土壤的修復(fù)意義

土壤出現(xiàn)重金屬污染的成因主要是自然活動或者人類活動產(chǎn)生了大量能夠?qū)ν寥喇a(chǎn)生污染的重金屬，尤其是人類活動更是造成重金屬污染土壤的核心因素，如排放廢水、交通尾氣或者其他類型的廢氣，使得生成的重金屬元素進入了土壤當(dāng)中而增加了其重金屬元素的相應(yīng)含量。重金屬污染土壤問題會對社會和諧發(fā)展帶來不利影響，加快其修復(fù)處理勢在必行。首先，出現(xiàn)重金屬污染的土壤會給植物的正常生長帶來危害，如重金屬透過土壤被植物吸收之后可能會對其營養(yǎng)吸收能力以及光合作用等生理反應(yīng)產(chǎn)生不利影響。其次，對微生物或者其他各種類型的生物活動會帶來不利影響，如食草動物食用了被重金屬污染的土地栽植產(chǎn)品，那么這時候這些污染會對它們產(chǎn)生危害。

2 重金屬污染土壤的物理修復(fù)技術(shù)與方法

2.1 換土修復(fù)

一般物理修復(fù)土壤技術(shù)是通過深耕翻土的手段來修復(fù)及治理受到重金屬污染的土壤，一般主要適用于處理那些污染程度比較輕的土壤。而該修復(fù)土壤的方法則是應(yīng)用比較成熟的一種土壤全面修復(fù)方法，是采用深耕的方式將受污染土壤挖出來之后再重新填充高質(zhì)量的清潔土壤，可以有效治理嚴重的重金屬土壤污染問題，但是該種修復(fù)法涉及較大工程量，投資成本比較大，并且會直接影響所處理土壤的肥力。

2.2 分離修復(fù)

該法可以根據(jù)分離土壤中重金屬成分中所用方式的不同劃分成脫水分離、顆粒篩分與水力學(xué)分離等不同種類的分離，可以從土壤、廢渣或者沉積物中將重金屬分離出來。該種土壤修復(fù)技術(shù)固然可以很好地修復(fù)受污染土壤，但是一般主要適用于處理小范圍受污染嚴重的土壤處理，可以對受污染土壤原有的功能進行最大程度恢復(fù)及改良。

2.3 高溫?zé)峤?/h3>

高溫?zé)峤馐沁\用蒸汽、紅外線或電力等加熱方式來對那些受污染土壤進行修復(fù)，主要適用于處理砷、汞等這些具有揮發(fā)性的重金屬土壤污染當(dāng)中。在整個高溫?zé)峤庑迯?fù)處理中，所處理土壤的肥力不會發(fā)生過大改變，如一般土壤中的殘渣態(tài)汞和有機結(jié)合態(tài)汞在經(jīng)過處理之后降低比例可以達到57.8%與73.17%。但是該種物理修復(fù)方法會涉及比較多的能量消耗，所以同樣不適宜大規(guī)模土壤污染修復(fù)處理，同時收集重金屬不當(dāng)會進一步誘發(fā)二次污染問題，還可能會對土壤中有機質(zhì)、水分等造成破壞，所以該種修復(fù)方法主要適用于結(jié)合植物修復(fù)技術(shù)進行修復(fù)處理。

3 重金屬污染土壤的生物修復(fù)技術(shù)與方法

3.1 植物修復(fù)

該修復(fù)法是有效運用各種植物的理化性質(zhì)來吸收或者轉(zhuǎn)化土壤之中的無機污染物或者有機污染物，降低土壤污染物濃度，減少其對生態(tài)環(huán)境的破壞。一方面，基于植物修復(fù)可以對污染物遷移過程進行控制，有效保護受污染土壤。另一方面，可以在植物根系部位處吸附重金屬，之后借助植物提取（吸收）、揮發(fā)或穩(wěn)定的方式來對土壤進行有效修復(fù)（圖1）。該種修復(fù)方法可以本著因地制宜原則進行合理處理，處理成本比較低，效果也比較理想。但是該處理土壤法涉及較長時間的修復(fù)時間，并且容易因為病蟲害問題而直接影響其修復(fù)能力發(fā)揮。比如，借助蜈蚣草可以對受到Cd、Zn等重金屬污染的土壤進行修復(fù)，或者運用寶山堇菜來對受到Cd污染的土壤盡心修復(fù)處理。

圖1 植物修復(fù)土壤原理圖

3.2 動物修復(fù)

動物修復(fù)是借助生活在土壤當(dāng)中的動物群來對土壤理化性質(zhì)與肥力進行改善，進而起到土壤污染修復(fù)的作用。以蚯蚓為例，它們可以在自身吸收作用與身體內(nèi)酶類作用下富集土壤中的各種重金屬。如果處于重金屬含量比較高的土壤中，那么蚯蚓體內(nèi)激酶活性會顯著上升，此時可以在體內(nèi)通過促進重金屬和蛋白質(zhì)結(jié)合方式起到修復(fù)土壤、降低土壤重金屬活性和毒性。此外，基于自身生理活動，可以對那些可以吸收重金屬的生物產(chǎn)生促進作用，如許多土壤中的微生物能夠以蚯蚓分泌出來的黏液為基準(zhǔn)，在對黏液進行分解過程中對土壤重金屬進行處理，這樣可以對所處理受污染土壤理化結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，保障植物健康生長。

3.3 微生物修復(fù)

微生物在土壤中的存在量非常龐大，新陳代謝效率高，可以高效地吸附土壤中的重金屬成分，或者采用生物基類的方式來處理重金屬，保證可以對土壤當(dāng)中重金屬污染情況進行有效改善。又或者，可以在微生物群體彼此之間的抗性作用來對重金屬進行轉(zhuǎn)化來對它們的污染情況進行降低，部分厭氧菌可以在硫化氫作用下使得土壤當(dāng)中的重金屬離子沉淀于細胞外，如藻類、硫酸還原菌以及藍細菌等都可以借助微生物細胞外的聚合物生成作用來沉淀相應(yīng)土壤中的重金屬離子。根據(jù)修復(fù)方式的不同，可以進一步將其分成原位與異位兩種修復(fù)類型，前者涉及土地耕作、生物強化與通風(fēng)等，借助在土壤中直接投放磷、氮等或者進行供氧的方式來改善微生物新陳代謝，加速它們對土壤中重金屬成分進行講解。而后一種修復(fù)方式則是將受到污染的土壤挖出之后利用微生物進行集中降解修復(fù)處理，該種微生物修復(fù)處理主要適用于待修復(fù)處理土壤周圍環(huán)境相對比較穩(wěn)定的區(qū)域當(dāng)中。

4 重金屬污染土壤的化學(xué)修復(fù)技術(shù)與方法

4.1 土壤淋洗

土壤淋洗可以進一步細分為原位與異位兩種類型，前者是在待處理受污土壤上的原位處進行直接淋洗處理，整體修復(fù)操作便捷、成本低，主要適用于那些容易滲透的土壤當(dāng)中。該種修復(fù)方法修復(fù)受污土壤機理在于運用滲透劑同受污物質(zhì)之間的解析、溶解、螯合與固定來構(gòu)成一系列遷移態(tài)物質(zhì)，淋洗到地下水附近部位處后再從地下水中提取、收集以及修復(fù)處理污染物質(zhì)。而異位土壤淋洗則是將受污染部分土壤挖出來再進行集中淋洗修復(fù)處理，一般可以在篩選與分離受污土壤后經(jīng)由淋洗處理土壤后在震動作用下分離土壤與重金屬等受污染物質(zhì)，最后再經(jīng)由固液分離處理后回填經(jīng)過淋洗處理之后的土壤。該種淋洗處理具有更好的污染修復(fù)效果，但是卻涉及較高修復(fù)價格，主要適用于5 000 T以上受污染土壤修復(fù)當(dāng)中。由于淋洗液中涉及可溶態(tài)污染物或游離態(tài)污染物，所以要運用沉淀法、電化學(xué)法來處理及回收污染物。

4.2 電動修復(fù)

電動修復(fù)主要用于修復(fù)原位受污土壤，主要是通過陰電極和陽電極來構(gòu)成低功率直流電場，以此來驅(qū)動重金屬污染物在電場作用下進行某一方向的移動。該種化學(xué)修復(fù)法是一種現(xiàn)場土壤修復(fù)方法，整體修復(fù)操作簡單，并且不會對周邊環(huán)境產(chǎn)生過大影響，同時涉及比較高的能量利用率和經(jīng)濟效益。

5 結(jié)語

重金屬污染土壤會給植物的正常生長，微生物活動和人體健康帶來危害，也會危害周邊水體環(huán)境。而重金屬污染土壤修復(fù)的技術(shù)與方法眾多，具體涵蓋了化學(xué)修復(fù)、物理修復(fù)、生物修復(fù)等多種修復(fù)方法，實際修復(fù)受污土壤中需要結(jié)合土壤受污染情況與條件，綜合考慮成本、安全以及可行性等因素之后確定最佳的受污土壤修復(fù)技術(shù)與方法，保證最大程度提高受污土壤修復(fù)效果。