摘要：我國土壤環(huán)境問題形勢嚴(yán)峻。礦區(qū)開采、企業(yè)三廢排放、化肥農(nóng)藥等農(nóng)用化學(xué)品過量施用、畜禽糞便和垃圾處理不當(dāng)，以及土壤酸化等造成土壤重金屬和有機(jī)污染物污染問題日益突出。如何高效修復(fù)重金屬污染土壤已成為修復(fù)領(lǐng)域關(guān)注的焦點(diǎn)問題。本文簡要介紹了重金屬污染土壤的植物、物理、化學(xué)修復(fù)等幾種較成熟的修復(fù)技術(shù)。
關(guān)鍵詞：重金屬;污染;土壤修復(fù)
1、土壤重金屬污染概述
我國礦區(qū)開采、企業(yè)三廢排放、化肥農(nóng)藥等農(nóng)用化學(xué)品過量施用、畜禽糞便和垃圾處理不當(dāng)，以及土壤酸化等造成土壤重金屬和有機(jī)污染物污染問題日益突出。土壤環(huán)境直接關(guān)系到人類舌尖上的安全，在2017年全國兩會(huì)上，土壤污染防治也成為代表委員們熱議的話題。《土壤污染防治法》的立法工作也在今年兩會(huì)期間得到重點(diǎn)關(guān)注。
土壤重金屬污染具有滯后性和隱蔽性，不像空氣、水所遭受的污染那樣看得見、摸得著。土壤重金屬污染危害程度的大小不僅和土壤中重金屬含量有關(guān)，還和土壤中重金屬的組成形態(tài)和比例多少緊密相連。以離子交換態(tài)和水溶性態(tài)的危害性最大。交換態(tài)的重金屬在土壤環(huán)境中具有較大的活性，容易被植物體吸收、吸附，或者反應(yīng)轉(zhuǎn)化成其他形態(tài)。如土壤中甲基汞的毒性比其他形態(tài)的汞的毒性強(qiáng)。土壤中六價(jià)鉻很穩(wěn)定，三價(jià)鉻較容易被土壤吸附，兩者毒性相差約100倍。
不同土壤的性質(zhì)對于重金屬在土壤和作物間的傳遞有極大影響。在一定時(shí)間段內(nèi)，重金屬污染物通過不同途徑(呼吸道、口、皮膚等)為人體所吸收，人體長期暴露在低濃度污染物下，也會(huì)對健康產(chǎn)生損害，因此應(yīng)重視土壤重金屬污染問題及針對重金屬污染物暴露途徑的防護(hù)措施和土壤環(huán)境管理。高效修復(fù)重金屬污染土壤成為環(huán)境研究者關(guān)注的熱點(diǎn)。
2、修復(fù)方法
目前，重金屬污染土壤修復(fù)方法有比較傳統(tǒng)的物理化學(xué)法，比如投入改良劑、電動(dòng)力以及淋洗法等，也有植物修復(fù)等生物法。
2.1、植物修復(fù)
植物修復(fù)屬于生物修復(fù)的一種，還有微生物修復(fù)。植物修復(fù)是以植物富集化學(xué)元素為理論依據(jù)，利用植物去除自然環(huán)境中污染物的一種污染治理技術(shù)。包括有依賴植物過濾、揮發(fā)、鈍化和提取等多種類型。通常所指的植物修復(fù)是指超富集植物的積累提取，從而清除土壤中重金屬。對于大規(guī)模的修復(fù)較適用，且成本低、社會(huì)和生態(tài)效益良好，但往往周期較長，修復(fù)效率也是一個(gè)制約因素。
植物修復(fù)中主要種植的作物是超積累植物，與普通的植物相比，其對自然環(huán)境中重金屬的積累量高出100倍以上。植物修復(fù)技術(shù)具有廣闊的市場潛力。植物界廣泛分布的超積累植物約45個(gè)科、450種，大多都是十字花科植物。有些富集植物能同時(shí)吸收和積累至少2種重金屬，以超積累重金屬鎳最多。
目前，我國關(guān)于植物修復(fù)的研究雖然起步較晚，但也取得了一定的成果。陳同斌等首次在中國找到了金屬砷的超富集植物蜈蚣草，修復(fù)土壤砷污染的富集效果較好的是大葉井口邊草，其地上部分含砷量可達(dá)694mg/kg。對鉛有較好富集作用的植物是芥菜、魯白，在溫室砂培盆栽條件下，這些植物通過鉛的吸收和耐性實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其不僅長勢快，且植物的地上部分含鉛量超過1000mg/kg，鉛的遷移效率和遷移總量都很高。此外，有野外調(diào)查和溫室栽培發(fā)現(xiàn)，超富集鋅的植物是東南景天，在天然條件下，東南景天地上部分鋅含量平均約4515mg/kg。鴨跖草是銅的超富集植物。在雜草中篩選出的龍葵等植物，莖和葉中富集鎘含量均超過l00mg/kg，也被用作鎘的植物修復(fù)。另外，蔬菜對土壤環(huán)境中的重金屬也有一定的富集作用。姚會(huì)敏等發(fā)現(xiàn)，蔬菜的種類和品種不同，富集金屬的能力也不同，往往差異較大[1]。對金屬汞有較好富集作用的植物是辣椒、萵苣、紅蘿卜、四季豆，辣椒的富集汞能力最強(qiáng)，最低的是萵苣[2]。
2.2、物理修復(fù)
重金屬污染土壤物理修復(fù)技術(shù)主要包括物理工程措施、玻璃化技術(shù)、淋洗法、冰凍土壤修復(fù)技術(shù)、電動(dòng)力學(xué)法和蒸氣浸提修復(fù)。
物理工程措施主要有排土、換土、去表土、客土和深耕翻土等措施。排土、換土、去表土和客土的修復(fù)施工工程量較大，且存在污土的處理問題。深耕翻土是采用深耕，上下翻動(dòng)土壤層，降低表層土壤中的重金屬含量。物理工程措施中較常見的是客土和污土相結(jié)合，將一定量的干凈客土和污土成比例混合，從而使得土壤中的重金屬含量降低。深耕翻土在污染較輕的土壤修復(fù)過程較常見，客土和換土多用于重污染土壤修復(fù)工程。目前，一些發(fā)達(dá)國家在土壤污染較重的地區(qū)試行土壤重金屬固化技術(shù)和挖土深埋包裝技術(shù)。
玻璃化技術(shù)是在高溫高壓條件下，被重金屬污染的土壤形成玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)，使得土壤中的重金屬被固定穩(wěn)定化。玻璃化技術(shù)能夠從根本上去除土壤中重金屬的污染，去除速度快，但技術(shù)工程量大，且費(fèi)用較高，比較多的是用于對重金屬污染很重的區(qū)域進(jìn)行搶救性修復(fù)。
土壤淋洗是通過注入和抽吸淋洗液，淋洗液和污染的土壤充分混合，土壤中的重金屬通過溶解、乳化和化學(xué)作用滲入到淋洗液中，隨淋洗液的吸出而去除的修復(fù)技術(shù)。該技術(shù)是將淋洗液注入污染的土壤，再用泵將吸附過污染物的淋洗液抽吸處理，一般需要用清潔的淋洗液反復(fù)多次淋洗，然后對污染的淋洗液進(jìn)行收集處理與回用。
冰凍土壤修復(fù)是圍繞已知的污染源在地下以等距離的形式垂直安放合適的管道，再在管道內(nèi)輸送入無害的冰凍劑，凍結(jié)土壤中的水分，形成地下凍土屏障，防止土壤中的重金屬遷移擴(kuò)散。
電動(dòng)修復(fù)技術(shù)是通過電流的作用，在電場的作用下，土壤中的重金屬離子(如Pb、Cd、Cr、Zn等)以電透滲和電遷移的方式向電極運(yùn)輸，然后集中收集處理。電動(dòng)修復(fù)方法特別適合于低滲透的粘土和淤泥土，可以控制污染物的流動(dòng)方向。有研究發(fā)現(xiàn)，土壤pH、緩沖性能、土壤組分及污染金屬種類會(huì)影響修復(fù)的效果。有研究者模擬Cd污染土壤，在電場強(qiáng)度為1V.cm-1的條件下研究修復(fù)效果，且較低的pH值和較高的氧化還原電位都有利于Cd的解吸并加速修復(fù)過程。
2.3、化學(xué)修復(fù)
化學(xué)修復(fù)是根據(jù)土壤和重金屬的性質(zhì)，選擇合適的化學(xué)修復(fù)劑加入土壤(如改良劑、沉淀劑、增溶劑等)，通過對重金屬的吸附、氧化還原、沉淀以及萃取，以降低重金屬的生物有效性。
在土壤中加入改良劑能改變土壤的物理和化學(xué)性質(zhì)，從而對土壤中的重金屬產(chǎn)生吸附、沉淀或共沉淀作用，改變重金屬在土壤中的存在狀態(tài)，降低其遷移效率和生物有效性。改良劑常見的有無機(jī)改良劑和有機(jī)改良劑，其中無機(jī)改良劑主要包括堿性物質(zhì)(石灰、碳酸鈣、粉煤灰等)，磷酸鹽(羥基磷灰石、磷礦粉、磷酸氫鈣等)以及礦物(天然、天然改性或人工合成的沸石、膨潤土等)。有機(jī)改良劑主要包括農(nóng)家肥、綠肥、草炭等有機(jī)肥料。黃啟飛等研究表明，垃圾堆肥可顯著減少鉻污染土壤中有效鉻含量[3]。陳等研究表明，適當(dāng)劑量的石灰、腐殖酸能顯著抑制萵筍對汞的吸收，硫化鈉能顯著抑制萵筍對鉛的吸收[4]。
在土壤中添加氧化還原試劑，改變土壤中重金屬離子的價(jià)態(tài)來降低重金屬的毒性和遷移效率。常用的還原劑有硫酸亞鐵、硫代硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、二氧化硫等，已有的研究較典型的是把六價(jià)鉻還原為三價(jià)鉻，從而降低鉻的毒性。
在土壤中添加萃取劑，使得土壤中的重金屬被萃取，粘土中的重金屬比在砂土中更難被萃取。黃寶榮等用HCl、Na2-EDTA、檸檬酸作為萃取劑，在不同的萃取條件下對湘潭錳礦重金屬錳、鉛和鎘污染土壤進(jìn)行萃取實(shí)驗(yàn)研究[5]。結(jié)果表明，檸檬酸對重金屬錳有比較高的萃取效率，其萃取效率和所用檸檬酸濃度大小有關(guān)。劉云國等研究發(fā)現(xiàn)，腐殖酸可以促進(jìn)銅和鋅在萃取劑中的溶解[6]。
此外，還能利用土壤中重金屬的拮抗作用，來控制重金屬污染。例如，化學(xué)性質(zhì)相近的Ca和Sr，Zn和Cd，K和Cs等之間會(huì)產(chǎn)生拮抗競爭作用，已有試驗(yàn)證明，土壤中適量的W(Cd)/W(Zn)比可以抑制植物對Cd的吸收。
2.4、聯(lián)合修復(fù)
聯(lián)合修復(fù)技術(shù)包括植物—微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)、改良劑—植物聯(lián)合修復(fù)、螯合劑—植物聯(lián)合修復(fù)、電壓—植物聯(lián)合修復(fù)、基因工程—植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)等。較常見的動(dòng)植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)中以對蚯蚓的研究最多，有研究發(fā)現(xiàn)，蚯蚓體內(nèi)攜帶各多種微生物，能提高土壤中活性微生物量，微生物能借助有機(jī)酸分泌活性重金屬離子[7-8]。植物根系的發(fā)展能為蚯蚓創(chuàng)造良好的生長環(huán)境，蚯蚓則通過改善土壤理化性質(zhì)、提高土壤肥力、促進(jìn)根系的生長。
3、展望
污染土壤修復(fù)是一個(gè)長期且復(fù)雜的工作，本文簡要介紹了重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)。在實(shí)際的污染修復(fù)工程中，往往存在多種污染物并存的復(fù)雜情況。如何利用已有的技術(shù)成果，開發(fā)出更加高效環(huán)保的修復(fù)技術(shù)是關(guān)鍵。
參考文獻(xiàn)
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[8]成杰民,俞協(xié)治.蚯蚓在植物修復(fù)銅、鎘污染土壤中的作用[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào),2006,12(3):352-355.
來源:《基層建設(shè)》 作者:張瑜 沈莉萍 陳靜
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