土壤重金属污染的化学和生物修复技术进展探析

胡嵘森（北京师范大学第三附属中学，北京市100195）

土壤重金属污染的化学和生物修复技术进展探析

胡嵘森（北京师范大学第三附属中学，北京市100195）

我国已有大部分土壤耕地受到Cd、As、Pb、Mn、Zn、Cu和Cr等重金属污染。土壤修复已经成为一项十分紧迫的任务。目前，土壤重金属污染修复技术可以分为物理修复、化学修复、农业修复和生物修复法。本文主要探究了化学修复法和生物修复法的原理、技术特点以及相关的实践应用，并提出了相关的改进意见，为土壤重金属污染的修复技术提供相应的科学支持。

土壤；重金属污染；化学修复；生物修复

前言

随着我国工业化进程的不断深入，工业化所产生的环境问题也日益突出，尤其是环境土壤重金属污染问题。据报道，我国已有大部分土壤耕地受到Cd、As、Pb、Mn、Zn、Cu和Cr等重金属污染，例如，2009年的湖南省浏阳市双桥村镉污染事件和2011年广东河源市紫金县铅污染事件，并且对当地居民的健康造成了极大危害。因此，如何修复被重金属污染的土壤受到了广泛关注。目前，土壤重金属污染修复技术可以分为物理修复、化学修复、农业修复和生物修复法。其中，物理修复法主要包括客土、换土、去表土、深耕翻土法，热解析法和玻璃化法；化学修复法主要包括有电动修复法、淋洗法和稳定化法；农业修复法主要有施用有机肥，控制土壤水分、pH和Eh值；生物修复法主要有植物吸收法、植物固定、植物挥发法、根系过滤、动物修复和微生物修复法。通过文献调研，本文主要比较了近几年化学修复法和生物修复法的特点，并介绍了一些重要的实践和应用，来探讨化学修复、生物修复的方法，希望能为未来的环境土壤重金属修复技术提供相应的科学支持。

1　化学修复技术

1.1土壤淋洗法

土壤淋洗法主要是通过寻找一些土壤淋洗液来淋洗被污染的土壤。土壤淋洗法常以有机酸、碱、无机酸及螯合物作为淋洗剂，将可迁移性弱的重金属离子转化为可迁移性强的重金属离子，使重金属元素从土壤中淋洗出来。例如，吴烈善学者等人用单宁酸和柠檬酸以不同浓度、淋洗时间、复配体积比下对土壤中的重金属进行了单一和复合淋洗来研究有机酸的去除效果，发现在单宁酸和柠檬酸在复合淋洗土壤时对土壤中Cd能达到97.47%的去除率，证明了土壤淋洗法对土壤中重金属的去除有着显著的效果。虽然土壤淋洗法去除效率高，但是由于淋洗剂会使土壤理化性质改变，因此造成二次污染问题。

1.2化学稳定化法

化学稳定化法是通过向土壤中添加钝化剂来降低重金属的生物有效性，其主要原理是利用吸附作用、离子交换、配合反应共沉淀和氧化还原等手段降低重金属对生态环境污染。例如，孙翠平等学者通过利用有机、无机和复合钝化剂来钝化土壤中的重金属，验证了多种钝化剂对土壤的重金属污染的修复有较好的效果。由于钝化剂一般也是化学试剂组成，也容易造成土壤环境的二次污染。因此，寻找对环境友好的钝化剂是化学稳定化法研究的重点。对环境友好并且有较好的应用前景的钝化剂目前主要包括改性黏土矿物和生物碳等，例如，韩毅学者等人通过使用富含微孔的生物炭，探究其对烟草和土壤中汞金属含量的影响，验证了富含微孔的生物炭能抑制烟草对汞的富集，降低土壤中汞的生物可利用性，同时还能提高土壤的肥料利用率，因此富含微孔的生物炭在修复土壤重金属汞方面有优势。

2　生物修复技术

2.1植物修复技术

植物修复技术以其安全、廉价、易获取而在近年来成为土壤重金属修复发展热点。植物修复技术主要包括植物挥发法，植物固化法和超富集植物法。其中，超富集植物法在植物修复技术中目前得到了广泛地关注。超富集植物的主要特征是可以大量地富集重金属，富集能力是普通植物的100～1000倍以上，并且植物体生长旺盛，可以完成其完整的生活史。超富集植物的去除重金属的机理因植物的种类而异。例如，有学者研究得到，在重金属胁迫下，植物根系会产生柠檬酸与重金属形成络合物，进而提高土壤中重金属的可迁移性，易于被植物吸收从而达到去除土壤中的重金属。因此，有效的筛选出优良的超富集植物是超富集植物法的研究重点。周杰良学者等人曾以湖南常见的25种藤本植物为样本，设置不同种Cd溶液来研究藤本植物的富集效果，研究发现，藤本植物中蔓长春花对Cd污染的耐性很强，并且转移系数和富集系数均大于1，符合超富集植物的标准，并且在土壤重金属富集测试有较好的效果。超富集植物法对土壤的理化性质改变小，不易造成土壤环境的二次污染，在土壤重金属污染修复中有较好的应用前景。然而，超富集植物的修复周期长，难以高通量修复污染的土壤，并且收割后的超富集植物的处理机制仍不完善，因此超富集植物法还需要进一步改进。

2.2微生物修复技术

微生物技术主要是利用微生物吸附、氧化还原和矿化固结重金属离子，从而降低重金属浓度和可利用态，减少重金属对生物体的危害。因此，筛选出具有高效去除土壤重金属性能的微生物是微生物修复技术的热点。例如，靳治国学者等人从重金属污染的土壤中分离和筛选出了耐高浓度Pb的绿色木霉菌以及耐受高浓度Cd的淡紫拟青霉菌，发现两菌均可在有高浓度重金属Pb和Cd的条件下正常生长，可作为土壤中重金属离子的吸附剂。虽然微生物修复技术修复效果好，并且微生物修复剂低毒性，对土壤环境不易造成显著性破坏，但微生物修复技术存在“外来细菌”对本土细菌的威胁等问题，因此可以通过基因工程技术修饰本土微生物基因，以增加其修复效率并且减少“外来细菌”威胁。

3　小结和展望

本文主要介绍了化学和生物修复土壤重金属的污染技术。化学修复法具有去除重金属效率高并且周期短，但是添加的化学试剂易改变土壤的理化性质，导致土壤受到二次污染；生物修复技术主要是利用生物体的代谢活动及其代谢产物修复重金属污染的土壤，因此生物修复法对环境更友好，但生物修复技术的修复周期长，效率低，去除目标单一，难以达到“一剂多用”的效果，因此可以结合基因突变，基因重组等技术，到达高通量去除土壤中的重金属并且对环境友好的效果。

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