鎘污染土壤修復治理技術研究

王先華

（云南黃金礦業集團股份有限公司 云南昆明 650200）

引言

鎘是一種相對較稀少的元素，在環境中的濃度較低。地殼中平均鎘含量為0.1×104mg/kg，地質層中鎘的含量范圍是5×108mg/kg～2.19×102mg/kg。土壤中鎘殘留時間可長達3000a 以上，這表明增加土壤鎘含量的所有活動都對鎘的生物積累有重要影響[1]，鎘元素（Cd）是重金屬環境污染中毒性之首，易富集到農作物果實中，具有生物遷移強、累計性強和極易被植物吸收的特點，對生物體均可產生極大毒害作用，是《重金屬污染綜合防治“十二五”規劃》重點監控與排放量控制的5 種污染物之一[2]。

1 試驗區域土壤鎘污染概況

云南某硫酸濕法冶煉電解鋅廠選用硫化鋅及銅鎘渣作為原料，因生產期間粗放式管理，購買的銅鎘渣原料、冶煉浸出渣直接堆放于廠區空地上，場地地面未做防滲硬化和防雨處理，造成廠區內及廠區外農田受到不同程度的重金屬鎘污染。通過間距20m 取土樣進行分析檢測，廠區內鎘含量高達487mg/kg，廠區外農田高達2.58mg/kg，已經嚴重超出《土壤環境質量 建設用地土壤污染風險管控標準》（GB36600-2018）、《土壤環境質量 農用地土壤污染風險管控標準》（GB15618-2018）要求的管控值172mg/kg和0.8mg/kg。為治理該廠土壤污染問題，研究調查了我國土壤污染情況，剖析了目前國內常用的先進修復技術，力求找出適合該廠的最優的修復治理方案。

2 我國鎘污染土壤修復技術現狀

目前，治理鎘污染土壤的修復技術主要有4種，即物理修復技術、生物修復技術、化學修復技術和聯合修復技術。聯合修復技術是根據鎘污染土壤的結構類型及理化性質，將物理、化學和生物修復的手段聯合使用的一種綜合修復技術，其補充了某種單一修復技術的不足，提高了土壤鎘污染修復的技術效率，是未來鎘污染土壤修復研究的主攻方向。

2.1 物理修復技術

物理修復即通過各種物理措施將鎘污染土壤去除或分離，主要修復方法有客土、換土、深翻土和電位修復等。客土法在不改變原本土壤結構的基礎上將潔凈的土壤倒入鎘污染土壤中進行翻轉伴勻來降低土壤中鎘含量，通過減少植物根系與鎘離子的接觸來治理鎘污染土壤，這種方法只適用于鎘含量不高并且取土方便的地區[3]。換土法是把被污染的土壤用干凈的土壤替換，進行異地封存或治理，此方法只適用于污染面積較小且能就近取土的土壤污染治理，這種方法能徹底解決鎘污染土壤的治理問題，但替換出來的污染土壤治理費用高，搬運量很大[4]。深翻土法顧名思義就是通過深耕把被污染的土壤翻入下層，下層的土壤翻到表層，從而降低表層土污染物含量，但是，該方法會污染地下水，還會導致耕層土壤肥力下降[5]，因此只能用于污染較輕的土壤治理。電位修復技術是將電極插入被污染的土壤中通入直流電，鎘離子通過電遷移、電滲析定向移動到負極電極上，再通過電鍍、電析共沉淀等技術措施將金屬鎘離子與土壤分離以達到鎘污染治理的目的[6]。

2.2 化學修復技術

化學修復技術通過在被污染的土壤上噴灑化學改良劑來改變被污染土壤中鎘的賦存狀態和生物有效性，達到減少或抑制植物吸收鎘離子的目的，化學改良劑的選用類型通常與土壤中鎘的存在形態有關。化學修復主要有原位化學固定法和淋洗法2 種。原位化學固定法是向被污染土壤中加入堿性改良劑、黏土礦物、拮抗物質等無機物，以及人畜糞便、秸稈厭氧發酵堆肥、生物炭等有機物，以此來改變土壤的pH 和氧化還原電位等理化性質，從而改變鎘在土壤中的賦存狀態，進而使鎘被沉淀固定進行惰化；或者發生離子交換和吸附物理反應；或者發生離子拮抗和螯合等化學反應降低生物有效性，以達到治理土壤鎘污染的目的[7]。化學淋洗技術是在外力或重力作用下將淋洗液倒入被污染的土壤中，這樣可以把土壤固相中的鎘離子轉移到液相中去，再處理滲漏的含鎘廢水，以實現鎘污染土壤的治理。常采用的化學淋洗劑主要為無機類淋洗劑、螯合劑、表面活性劑3 類[8]。

2.3 生物修復措施

鎘污染土壤生物修復技術可分為植物修復、動物修復和微生物修復3 種。植物修復技術是利用植物的吸收轉移、容納及轉化土壤環境介質中有毒有害污染物，使污染土壤的污染物被提取，從而使環境得到修復與治理。世界上已發現超富集重金屬的植物400 多種，在我國發現了可用于土壤鎘污染修復治理的鎘累積植物20 多種，對重金屬鎘富集較高的植物有東南景天、寶山堇菜、蜀葵、香根草等。

近年來，學者們對鎘污染土壤修復治理的超累積富集植物進行了大量研究，在籽粒莧、東南景天、蜀葵等植物對鎘污染土壤治理方面取得了顯著成果[9]。劉威等[10]發現了一種新的重金屬鎘超累積富集植物——寶山蓳菜(Vipla baoshanensis)。楊修等[11]在江西德興銅礦廢棄地植被恢復試驗中研究證實了香根草是8 種重要的先鋒植被之一。田勝尼等[12]通過對香根草和鵝觀草的修復效果進行比較，驗證出香根草對Pb、Zn、Cu、Cd 等重金屬污染（不管是單一還是復合污染）都有相當好的修復功能。

微生物修復技術是一項利用微生物的活化性對土壤污染物鎘進行吸收、固化沉淀、氧化還原等多種作用來降低土壤中鎘濃度及毒性的修復技術[13]。到目前為止，關于土壤污染動物修復的研究相對較少，主要是由于對富集重金屬動物的種類挑選及其尸體處理是一大難題。

2.4 多技術聯合修復

多技術聯合修復是根據鎘污染土壤的結構類型及理化性質，采用物理化學和生物修復的手段聯合使用的一種綜合修復技術，這種技術補充了單一修復技術的不足，提高了土壤鎘污染修復的技術效率，是未來土壤鎘污染修復研究的主攻方向。聯合修復技術有植物修復+化學修復、生物修復+化學修復、植物-微生物聯合修復、多種微生物聯合修復、硫酸鹽還原菌+解磷菌多種化學物質聯合修復。

3 植物修復技術試驗研究

3.1 修復技術的選擇

通過上述對重金屬鎘污染土壤修復技術的調查研判，再結合試驗廠區氣候條件及自身經濟能力，決定采用植物修復技術進行試驗研究，開展土壤污染治理工作。

3.2 植物培栽養護

本研究采用盆栽土培試驗，在試驗廠區內污染空地及廠外農田污染區分別取7 組土樣進行編號送檢分析，每個點取20kg 土樣，拌勻后平分為4 組5kg 的樣品置于花盆中，分別優選栽種富集鎘能力較強的植物——香根草、寶山堇菜、蜀葵、東南景田，廠內28 組、廠外28 組，共56組樣品。精心養護一個生產周期（3～9 月，共6個月）后將富集植物樣本和試驗土壤對應編號—并送樣分析檢測，計算4 種植物的富集效率，找到適合土壤修復的植物。

4 實驗結果分析與討論

根據檢測報告數據，計算出的試驗廠區廠內及廠外農田栽種香根草、寶山堇菜、蜀葵、東南景天4 種植物的富集效率，詳見表1、表2。

表1 廠內試驗樣品栽種香根草、寶山堇菜、蜀葵、東南景天共28 組的富集率

表2 廠外農田試驗樣品栽種香根草、寶山堇菜、蜀葵、東南景天共28 組的富集率

從表1、表2 試驗數據分析得出4 種植物提取Cd 的富集效率為香根草＞東南景天＞寶山堇菜＞蜀葵。

香根草富集效率高的原因是其根系比較發達，吸收轉運重金屬的能力強，無論是對Pb、Cu、Cd、Zn 單一污染還是多種重金屬復合污染都有很好的富集效果且能在環境惡劣、寸草不生的區域正常生長。又因為鎘、鋅同屬于元素周期表中ⅡB 族元素，二者化學性質與行為相似，在礦物中通常是伴生礦。因此，從生長特性、富集能力、吸收綜合污染物等各方面綜合考慮，選定香根草這種先鋒樹種為該重金屬鎘污染區的首選修復植物。

結語

植物修復是通過植物吸收、固定、累積富集來固定和儲存土壤中的重金屬，達到降低土壤重金屬含量的修復技術，修復效果較好，具有高富集、生長周期短、富集量大的特點。在對鎘污染土壤治理各種技術進行比較的過程中，該技術由于操作簡便、工程措施單一、價格低廉，并且可在修復土壤的同時起到景觀園林效應等優點而被廣泛應用。而植物修復的不足之處在于治理周期較長、效果緩慢，富集植物需要作為危險廢物再處理。本文在污染區域取土盆栽具有超富集能力的香根草、寶山堇萊、蜀葵、東南景等植物，通過試驗測試分析比較富集效率后優選香根草為最終植物修復品種，旨在為鎘等重金屬修復的技術選擇提供借鑒。