土壤重金屬污染現(xiàn)狀及生態(tài)修復(fù)路徑分析

陶光澤

（天柱生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，貴州 黔東南州 556600）

引言

由于重金屬自身的化學(xué)特性，使得重金屬污染也具有持久性、潛在性、土壤質(zhì)量不穩(wěn)定等的特征，當(dāng)環(huán)境的重金屬接觸到土地上時(shí)，會(huì)對(duì)土壤的生物性能和肥力、品質(zhì)等造成重大改變，進(jìn)而引起土壤結(jié)構(gòu)改變，植物種植能力下降，而這些有害物質(zhì)在長期堆積的泥土中，會(huì)在降雨的侵蝕下逐漸滲入地下，植被中，給人類安全環(huán)境造成重大危害。因此，人們必須加強(qiáng)關(guān)注，認(rèn)識(shí)到重金屬對(duì)污染環(huán)境的重要威脅，掌握了重金屬環(huán)境污染的根源與特征，并針對(duì)具體的情況制定了合理的重金屬污染與環(huán)境治理方法，從根源上加強(qiáng)重金屬環(huán)境污染問題，給人類創(chuàng)造了一個(gè)健康安全的生活環(huán)境。

1 重金屬污染土壤的原因

1.1 煤炭釋放

煤炭資源已經(jīng)成為中國最重要的財(cái)政來源，并廣泛應(yīng)用于工業(yè)、生活領(lǐng)域。然而，煤炭的燃燒也會(huì)產(chǎn)生大量的有毒有害的污染物，如二氧化碳、一氧化碳，它們的排放可以通過土壤的吸附，進(jìn)入地下，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，嚴(yán)重威脅著人類的健康與安全[1]。

1.2 工業(yè)三廢的排放

由于礦產(chǎn)冶金制造、石油、電鍍、電池、以及塑膠加工等工業(yè)企業(yè)所釋放的重金屬物質(zhì)是導(dǎo)致土壤重金屬污染的最主要工業(yè)原料，因此，如果這些工業(yè)企業(yè)廢水管理能力淡漠，且缺乏具備相應(yīng)的三廢標(biāo)準(zhǔn)的處置設(shè)施，將會(huì)導(dǎo)致工業(yè)廢水、廢氣、廢渣等不斷污染在土地甚至是水域中，并造成巨大的污染，嚴(yán)峻危及人們的健康。

1.3 農(nóng)藥化肥的使用

大量的化肥、農(nóng)藥被用來提高土壤的肥力，但是它們卻有可能帶來嚴(yán)重的環(huán)境問題，因?yàn)樗鼈兒写罅坑卸居泻Φ闹亟饘?，若是沒有進(jìn)行有效的控制，將會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染。因?yàn)橥寥赖娜萘窟h(yuǎn)低于它的自凈能力，所以長期堆積的重金屬會(huì)導(dǎo)致污染物的濃度過高，對(duì)農(nóng)作物和人類的健康都有極大的威脅[2]。

2 土壤重金屬簡述

在環(huán)境無機(jī)危害分析中可以發(fā)現(xiàn)，影響人類最大的當(dāng)屬重金屬危害，這主要由于土壤的重金屬不能被環(huán)境內(nèi)的細(xì)菌所降解，而越積越多，最后轉(zhuǎn)變成了具有較高放射性的甲基物質(zhì)。隨著大量有害物質(zhì)將進(jìn)入人類食物鏈，對(duì)人類健康造成嚴(yán)重影響。其中，汞、鉛、銅、鈷、鐵、鋅等重金屬元素具有強(qiáng)放射性，而鋅是最常見的重金屬單質(zhì)。因此，我們必須采取有效措施來防止這些有害物質(zhì)的污染，以保護(hù)我們的環(huán)境和人類健康。當(dāng)微量元素進(jìn)入土壤時(shí)，它們會(huì)與土壤膠體結(jié)合，并與周圍的有機(jī)物和無機(jī)物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，從而產(chǎn)生新的需求。如果這種情況持續(xù)下去，土壤結(jié)構(gòu)將會(huì)發(fā)生巨大變化[3]。當(dāng)這些物質(zhì)被周圍植物同化后，它們也會(huì)進(jìn)入食物鏈。環(huán)境中的部分土壤中重金屬也會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)橥榛镔|(zhì)，此類物質(zhì)放射性較高，危險(xiǎn)性比較大

3 土壤中的重金屬來源

對(duì)于土壤重金屬的主要來源而言，大致包括二類，即內(nèi)在來源與對(duì)外來源。對(duì)于土壤內(nèi)部來源方面，基于土地性質(zhì)和地形地貌以及水文氣象條件等不同層次的差別，會(huì)造成土壤重金屬濃度存在著較大差異，這也直接造成了中國有些地方土壤背景植被量較高的情況。

重金屬土壤污染的主要原因是外部因素，包括人類活動(dòng)和生產(chǎn)過程中排放的重金屬。這些因素可能包括大氣中的懸浮物、水體和其它有害物質(zhì)，它們可能會(huì)導(dǎo)致土壤中的重金屬含量增加，從而引發(fā)重金屬污染。其污染大多聚集于人們活動(dòng)或生產(chǎn)的中心地帶，而這種區(qū)域的重金屬濃度往往很高，并伴隨著上述地區(qū)重金屬對(duì)有毒氣體污染的進(jìn)一步擴(kuò)散，使之在生產(chǎn)活動(dòng)四周迅速蔓延，在這些情形下風(fēng)力和風(fēng)向就成為了確定危害范圍的關(guān)鍵因子。

其二是污水灌溉而來到土壤的有毒重金屬。針對(duì)城市污水澆灌來說，一般情況下是指利用經(jīng)過處理的城市污水來對(duì)耕地進(jìn)行澆灌，利用城市污水來對(duì)耕地進(jìn)行澆灌屬于農(nóng)業(yè)灌溉的主要構(gòu)成。但是由于在城市污水中有著大量的重金屬存在，并且隨著污染物被傳輸?shù)搅颂镩g土壤中，這就造成了田間土地重金屬濃度增加。

其三是通過工業(yè)和礦業(yè)等企業(yè)生產(chǎn)將大量重金屬引入土地中[4]。工業(yè)以及礦業(yè)的產(chǎn)品都會(huì)對(duì)重金屬單質(zhì)加以大規(guī)模的利用，它們?cè)谑褂弥蟀盐唇?jīng)處理的垃圾和廢渣直接排出了郊外，這樣就造成了大量的環(huán)境中重金屬被污染在土地上，從而使得土地中的環(huán)境重金屬濃度增加。

4 土壤重金屬污染綜合治理及環(huán)境恢復(fù)研究

4.1 生物修復(fù)技術(shù)

4.1.1 動(dòng)物修復(fù)技術(shù)

對(duì)動(dòng)物修復(fù)術(shù)來說，它就是利用在土壤中可以存活的動(dòng)物以及對(duì)某些土壤重金屬化合物能夠進(jìn)行吸附的動(dòng)物，來對(duì)環(huán)境進(jìn)行修復(fù)的方法。利用這種動(dòng)物，能夠使周邊環(huán)境中的土壤重金屬數(shù)量有所降低，并以此達(dá)到對(duì)周圍環(huán)境的土壤重金屬危害程度的降低。

在人們生活中常?？吹降尿球疽簿哂兄@個(gè)作用，由于蚯蚓主要是以有機(jī)質(zhì)為食物，可以由于吸取周邊環(huán)境中的有機(jī)質(zhì)而使周圍環(huán)境的物理性質(zhì)和化工狀態(tài)發(fā)生變化，從而達(dá)到對(duì)土壤污染程度的減輕。由于蚯蚓的日常行為可以使周邊環(huán)境中的植物迅速地發(fā)育起來，從而對(duì)周邊環(huán)境也有所影響，所以蚯蚓也對(duì)環(huán)境具有著正面的作用。針對(duì)蚯蚓所吸附的土中重金屬而言，可以經(jīng)過分析為鉛和鎘，而經(jīng)過對(duì)這二類元素的吸附，可以進(jìn)行土壤環(huán)境的改造。

4.1.2 植物修復(fù)技術(shù)

利用綠色植物來吸附土壤中有害的重金屬單質(zhì)，并利用遷移、轉(zhuǎn)換污染物的方法，來實(shí)現(xiàn)凈化土地的目的。植被恢復(fù)技術(shù)最大的優(yōu)點(diǎn)就是既不會(huì)二次污染，也沒有損害土地上原有的環(huán)境，同時(shí)處理成本也較低。對(duì)植被恢復(fù)技術(shù)來說，也是目前使用較為普遍的生態(tài)恢復(fù)技術(shù)，它主要是通過利用植被的生長發(fā)育過程來完成植物對(duì)一些重金屬的吸收，當(dāng)汲取過程完成之后，對(duì)植被進(jìn)行了無害化處理，最常見的方法就是焚燒，借此來實(shí)現(xiàn)把重金屬從泥土中驅(qū)離，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被重金屬污染土地的恢復(fù)。

經(jīng)常使用的植物修復(fù)技術(shù)大致為：通過植株提取法，可以充分利用植物的吸收功能，將土壤中的重金屬遷移到植物的花朵和水果中，并通過集中處理來有效抑制重金屬污染物的擴(kuò)散。這種方式可以有效地減少重金屬污染物的排放，從而達(dá)到環(huán)境保護(hù)的目的。

一般條件下植株對(duì)環(huán)境重金屬的吸收能力是很小的，不過有些吸收能力很強(qiáng)的植株吸收的重金屬含量能夠超過一般植株的幾十倍甚至上百倍。當(dāng)下在全球范圍內(nèi)吸收功能很好的植物就達(dá)到近五百種，有些植物甚至可以完成對(duì)各種元素的吸收。

植物揮發(fā)法。對(duì)這些方法的實(shí)際應(yīng)用來說，主要應(yīng)用在存有揮發(fā)性的重金屬污染的環(huán)境上，包括對(duì)汞的曬。通過對(duì)特殊植被的合理利用，使危害環(huán)境的重金屬轉(zhuǎn)化為氣體并合理的揮發(fā)開來，由此而達(dá)到環(huán)境中重金屬物質(zhì)的減少或者消失，實(shí)現(xiàn)了重金屬土壤污染的高效處理。研究工作者們?cè)谘芯恐斜砻?，利用楊麻能夠進(jìn)行對(duì)土壤中三價(jià)硒離子的高效轉(zhuǎn)換，將其轉(zhuǎn)為甲基硒，從而更高效的揮發(fā)掉，使重金屬土壤污染問題得以解決。

利用植物穩(wěn)定技術(shù)[5]。對(duì)此類技術(shù)來說，其原理主要是利用植物根部所產(chǎn)生的能夠與重金屬分子融合的有機(jī)酸和氨基酸等，同時(shí)又利用土壤等環(huán)境介質(zhì)的作用，進(jìn)行重金屬的穩(wěn)定，并由此而達(dá)到對(duì)重金屬的遷移性的有效控制。通過這些方法的應(yīng)用，盡管還無法使環(huán)境中的重金屬濃度減少，但是卻可以有效防止這種重金屬流入水體中以及其它植物和動(dòng)物體內(nèi)。

利用植物與微生物融合技術(shù)。利用這種生態(tài)的技術(shù)，是讓植物與細(xì)菌以及土壤形成了一個(gè)復(fù)合生態(tài)，并且借此來完成植物對(duì)重金屬物質(zhì)的分解，在一般情況下是利用真菌來對(duì)植株根系進(jìn)行腐蝕，從而產(chǎn)生了菌根，利用菌根還可以產(chǎn)生了許多種酶，并且利用蛋白酶來完成對(duì)環(huán)境中的有機(jī)物以及礦物質(zhì)的水解，而且，還可以產(chǎn)生植物荷爾蒙以及多種化學(xué)物質(zhì)，從而幫助植株的生長發(fā)育，同時(shí)也可以讓植株的抗性提高[5]。叢枝菌根真菌可以與目前人們所了解的百分之九十以上的中高等陸地植被形成共生聯(lián)系。人們已經(jīng)了解楊柳這個(gè)植物，它在生長菌根后的吸收功能獲得了有效改善。

4.2 物理修復(fù)技術(shù)

4.2.1 物理工程專項(xiàng)修復(fù)技術(shù)

常見技術(shù)分為：深耕翻土、換土、去表土、除客土等。客土，指將尚未遭受重金屬污染的新土層完全覆在已破壞土地上；去地表土，指將已被破壞的表層土壤完全去除；換土，指將破壞的土層去除后，把尚未被破壞土層重新填入其中；深耕翻土，指將表層的已破壞土層重新翻到底層；在上述技術(shù)中，有前三項(xiàng)較適合于嚴(yán)重環(huán)境污染地區(qū)；而深耕翻土的技術(shù)工程量一般較小一點(diǎn)，適合于重金屬輕度污染的地區(qū)。而物理工程專項(xiàng)治理技術(shù)中，其更適合于受重金屬污染范圍較小的地方。如果已破壞土地的規(guī)模相對(duì)很大，不僅恢復(fù)的時(shí)間成本過大，而且已被破壞土地處理后形成全新污染的源頭，往往也很難起到治標(biāo)治本的效果。

4.2.2 電動(dòng)力法

將直流電、交換電流等通入被污染的土地，可以讓土地變成動(dòng)力電池，在持續(xù)的高壓電流影響下，土地中的土壤重金屬物質(zhì)就會(huì)轉(zhuǎn)移到陰極的二端，以達(dá)成除去土地中有害重金屬分子的目的。而直流電動(dòng)力修復(fù)法是我國率先研制出，并形成了一套在商業(yè)中應(yīng)用的土地金屬離子去除技術(shù)。

4.2.3 熱脫附法

上世紀(jì)八十年代初期便已開始研究熱脫附法，是一種運(yùn)用熱脫附技術(shù)對(duì)土地實(shí)行的熱處理方式，即通過讓土地升溫系統(tǒng)，使土地迅速上升，在土地的高溫環(huán)境中各類重金屬離子就會(huì)以水蒸氣的形態(tài)被揮發(fā)，并且通過收集系統(tǒng)還能夠收回、處置多種重金屬廢氣。應(yīng)用在熱脫附法的處理過程中可隨時(shí)調(diào)整溫度控制。以315 ℃為臨界點(diǎn)，一般可以把熱脫附法分成二種形態(tài)：高溫?zé)崦摳胶团c低溫?zé)崦摳剑摴に嚰夹g(shù)在易揮發(fā)的重金屬污染土壤的恢復(fù)中具有不錯(cuò)的應(yīng)用效果，但缺點(diǎn)在于生產(chǎn)成本較高、消耗很大，且易于損傷土地的生態(tài)結(jié)構(gòu)，所以一直未能獲得普遍推廣。該方法在當(dāng)時(shí)能夠高效去除污染土中的所有揮發(fā)性或半揮發(fā)性物質(zhì)，且去除效率也相當(dāng)好，但是若土壤中存在較大的黏性或是不良的透氣性，土壤顆粒就會(huì)在處理中產(chǎn)生泥土結(jié)塊的問題，而造成處理效率不佳[6]。

該工藝下采用了直接或間接熱交換的方法，透過增加環(huán)境污染表面和物質(zhì)本身的高溫，使物質(zhì)迅速揮發(fā)并分散，該工藝操作過程簡便，且工藝技術(shù)比較成熟，在沒有發(fā)生物質(zhì)增量的情況，就能夠高效地對(duì)土壤中的揮發(fā)性和半揮發(fā)性物質(zhì)加以祛除。

4.3 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

4.3.1 淋洗法

淋洗法是一種有效的液相提取分離技術(shù)，它利用溶劑與被污染的土壤中的有色重金屬物質(zhì)結(jié)合，使其熔融，從而將其轉(zhuǎn)變?yōu)橐后w狀態(tài)，從而達(dá)到凈化污染的目的。淋洗法通常只適用于砂質(zhì)土壤，但是當(dāng)土壤具有較高的熱滲透性時(shí)，淋洗法就不再適用，而且，由于它會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，從而大大降低了對(duì)重金屬污染物的凈化效果。

4.3.2 玻璃化工藝技術(shù)

通過高溫、高壓的條件，土地玻璃化可以有效地融化有色土壤中的重金屬化合物，并將其包裹起來，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬污染物的有效清除。在熔化或冷卻之后，玻璃體就可以完全清除泥土中的重金屬污染物。由于采用玻璃化技術(shù)，我們能夠從根本上解決泥土中的重金屬污染問題。盡管這種方法效果顯著，但實(shí)際操作可能會(huì)比較復(fù)雜。而由于對(duì)于融化在泥土中的土壤有色重金屬，其要求也相當(dāng)大，同時(shí)因?yàn)橐蟾邷鼗蚋邏旱沫h(huán)境，所以維修花費(fèi)相當(dāng)昂貴，同時(shí)應(yīng)用上也受到了一些局限。

4.3.3 原位化學(xué)氧化技術(shù)

這項(xiàng)技術(shù)專門針對(duì)揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)處理，包括土壤廢水中的氯化物、苯系物、多環(huán)芳烴、多溴聯(lián)苯等，以及非飽和碳鍵物質(zhì)。它可以通過強(qiáng)氧化劑將污染物進(jìn)行侵蝕和分解，從而將其轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定性較高、化學(xué)活性較低的物質(zhì)，從而達(dá)到凈化環(huán)境的目的。該方法實(shí)踐性強(qiáng)，能夠高效解決環(huán)境水污染，以及地下水環(huán)境污染問題，處理速度和處理效果好，不過該方法在實(shí)際使用中也會(huì)受環(huán)境理化特征和土壤種類的影響，容易出現(xiàn)不能充分氧化的情況。

在此過程中如與土壤土質(zhì)不一致，將產(chǎn)生二次污染的危害。在實(shí)際使用該項(xiàng)設(shè)備之前先必須對(duì)土壤受到破壞的地方加以平整，并及時(shí)清理土地表面的灰塵和障礙物，并針對(duì)具體的土壤污染問題進(jìn)行現(xiàn)場測試，以確定技術(shù)參數(shù)，從而確定了打井的具體位置，以及具體技術(shù)參數(shù)。針對(duì)場地實(shí)際狀況，合理應(yīng)用化學(xué)氧化制劑，并選擇使用藥劑合理投入，在此流程中可通過智能化裝置來使用與管理藥劑，改變制劑使用和投入方法，提高土壤污染防治的有效性[7]。

5 結(jié)語

由于土壤重金屬污染越來越嚴(yán)重，防治環(huán)境污染、改良土地的生態(tài)環(huán)境受到了重視?；謴?fù)被重金屬污染的土地，實(shí)質(zhì)上是去除土地中的重金屬，或是改造重金屬在土地上的產(chǎn)生途徑，使重金屬不再對(duì)土地造成影響，從而回復(fù)土地原有的環(huán)境特性和生長特點(diǎn)。處理和恢復(fù)被重金屬污染的土地，是一個(gè)難度高、費(fèi)時(shí)多的長期工作，必須通過各種治理技術(shù)相結(jié)合的途徑，因地制宜地建立處理措施，有效控制土地的危害。