土壤重金属污染现状及修复技术比较

朱玉斌

（广东韶科环保科技有限公司，广东 韶关 512026）

土壤重金属污染现状及修复技术比较

朱玉斌

（广东韶科环保科技有限公司，广东 韶关 512026）

本文首先分析了土壤重金属污染的现状及特点，然后系统阐述了不同土壤重金属污染修复概念及原理，并对物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术的优点、不足和适用性进行比较，最后提出土壤重金属污染修复的发展展望，希望切实提升土壤重金属污染修复效果。

土壤重金属污染；修复技术；比较

农田土壤重金属污染是指生物毒性显著的铅、汞、铬、镉，类金属砷，有毒性的重金属铜、镍、锌等污染物对农田土壤的污染。根据农业部环保监测系统对全国24个省市、320个严重污染区的548万hm2土壤调查发现，大田类农产品污染超标面积占污染区农田面积的20%，其中约有80%是重金属污染。在约140万hm2的污水灌区中，遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的64.8%，其中严重污染的占8.4%。农田土壤重金属污染不仅造成农作物减产，尤为严重的是土壤重金属污染周期长、隐蔽性强和不可逆的特性，通过食物链还会影响到人类的健康。2014年，中央1号文件明确提出要“启动重金属污染耕地修复试点”工作，2015年中央1号文件再次明确提出要求实施耕地保护与提升行动，扩大重金属污染耕地修复等工作。

1 农田土壤重金属污染现状及特点

对我国的主要城市农田土壤重金属的含量进行统计分析，人们发现大部分均超过了背景值。据资料显示，我国受到污染的农田已有104 000 hm2,一些地区的土壤重金属污染超标达到了几十倍，甚至几百倍，其中11个省的25个地区的农田受到镉污染。随着城市化进程的加快，许多城市的农田存在着不同程度的重金属污染。有研究表明：北京市土壤已受到铜、锌、镉、铬重金属污染，其中镉污染最为严重。沈阳市的农田土壤加密监测结果显示，其农田土壤也受到镉、汞、铅元素污染，根据国家土壤环境质量二级评估标准，最高超标达26.4倍，平均超标了8.8倍。此外，贵州、河北、广西、海南等省区的农田土壤也不同程度地存在锌、镉、铅、铜、砷、汞元素污染。土壤重金属污染呈现出如下特点：

1.1 分布上呈现明显的区域性

环境保护部在《“十三五”重金属污染综合防治技术分析报告》编制说明中提出：要对“十二五”期间的14个重点省份启动省级规划编制，对这些地区的铬、汞、镉、铅等重金属进行重点防控，重点区域包括内蒙古、江苏、浙江、江西、河南、湖北、湖南、广东、广西、四川、云南、陕西、甘肃、青海等14个重点省份，并专门列出了138个重点防护区，土壤重金属污染排放的区域性特征十分明显。它主要表现为南方土壤污染重于北方，长三角、珠三角、东北老工业基地等部分区域土壤污染问题较为突出。

1.2 类型上主要以无机型为主

从监测土壤总的点位超标率为16.1%来看，土壤污染主要以无机型为主，占到全部超标点位的82.8%，涉及到的污染物主要有铬、镉、汞、砷、铜、铅、锌、镍等8种无机污染物。无机污染物（主要指重金属，也包括放射性元素和氮磷等），通过采矿、冶炼、农药化肥施用、金属加工、火电厂、废水和污泥等人类活动进入周边的环境中，对土壤产生不同程度的污染。

1.3 污染源上呈现多样化

农田土壤重金属来源广泛，主要有大气沉降、固体废弃物、化肥与农药等。其中，大气沉降导致的土壤重金属污染主要来源于能源、运输、冶金和建筑材料等生产过程中产生的粉尘和气体，除汞金属外，其他重金属基本是以气溶胶的形态进入大气，经过自然沉降和降水进入土壤中。此外，汽车尾气也是重要污染源之一。固体废弃物主要是指矿业、工业固体废弃物等长期堆放后经过雨淋、水洗、日晒等导致重金属污染物向周边的土壤扩散、转移。此外，农药、化肥的过量使用，也是农田重金属污染的主要来源之一。

1.4 处理上复杂、难度大

重金属不易被微生物分解，农田土壤一旦遭受重金属污染，土壤中的胶体会对重金属吸附，加之微生物的富集，时间一久还会加剧土壤污染程度，因此，无机型重金属污染农田土壤甚至是永久性的。此外，重金属大多数是过渡元素，具有较高的化学活性，参与多种反应，形态多变。随着农田土壤pH值的变化，不同重金属呈现出不同的价态、化合态和结合态，这些不同形态的重金属在稳定性和毒性方面差异较大，处理起来十分复杂。重金属在农田土壤中迁移转化，呈现出形式上的多样化。重金属不仅具有毒性，还会抑制土壤酶活性，浸入土壤中潜伏周期长。

2 农田土壤重金属污染主要修复技术比较

针对不同的污染土壤，修复技术的选择既要考虑农田土壤污染现状，也要结合技术的特点，并充分考虑修复经费的数量、未来土地的利用方式、区域地形和气候特点、污染物种类、污染程度及修复周期等一系列因素。具体来说，对于重金属污染土壤，其修复技术主要有客/换土、土壤淋洗、稳定化、电动和植物修复等。土壤重金属污染治理的路径主要是：降低土壤重金属浓度或者迁移性，清除土壤中的重金属元素。

2.1 物理修复

土壤重金属污染治理的方法主要有翻土法、换土法，以及近年来受到大力推广的电修复法和热处理法等技术。

2.1.1 物理修复技术

（1）传统的换土、客土法多应用于重污染区的土壤，深耕翻土多应用于轻度土壤，但该法工程量大，费用高，易打乱土体结构而引发二次污染。因此，换土、翻土等技术多应用于范围较小的土壤治理。（2）电动修复法作为一种高效、周期短的原位修复技术，适用于粘质小范围的土壤重金属污染。它是将电场直接作用于土壤中的金属离子，使其发生迁移，最终达到处理或分离效果。添加硝酸、表面活性剂等会使电动修复法的修复效果更佳[1]。（3）热处理技术是通过载气直接或间接地加热土壤，使土壤中的金属离子分离出来并进入气体处理系统。选用氯盐、氯化镁等辅助添加剂，热脱效果会更好。

2.1.2 物理修复技术比较

（1）优点：翻土、客土法等能够有效去除土壤重金属，降低重金属污染对环境的风险，在翻土时，同步进行施肥，还可以弥补土壤养分，这对于提高单位面积的农作物产量具有积极意义。电修复技术易管理，人工需求量少，接触到的毒害物质少，无副作用，还可以回收利用重金属元素。热处理法工艺简单，易操作，治理效果好，较彻底。（2）不足：翻土、客土法工程量大，技术开展费用高，占用大量堆积空间，存在二次污染风险。电修复技术：可控性较差，土壤性质对修复效率影响大，尤其是对于含水率低、传导性差、渗透性高的砂质土壤处理效果不理想。热处理法：能耗大，对汞蒸汽回收效果差，易产生二次污染。（3）适用性：翻土、客土法适用于处理受重金属污染较轻、土层较厚的土壤，也适用于处理污染区域较小、污染严重、污染物易扩散的土壤。

2.2 化学修复

化学修复重金属污染的土壤主要是指在受污染的土壤中添加化学修复剂，使其发生化学反应，达到土壤修复或重建的效果。常用到的化学修复技术有稳定/固化技术、淋洗/萃取技术以及改良法等。

2.2.1 化学修复技术

（1）稳定/固化技术：是向污染土壤中加入药剂（如金属氧化物、高分子聚合材料、有机质、生物炭等），将土壤中的重金属固定于固体结构中，降低其生物有效性。（2）淋洗萃取/萃取技术：用水或含有冲洗助剂的无机溶液、螯合剂、表面活性剂、天然有机酸等水溶液淋洗土壤中的污染物，通过淋洗达到修复效果[2]。（3）改良技术：向受到重金属污染的土壤中施加化学沉淀剂、碳酸钙、沸石等，对金属吸附、沉淀和氧化还原，降低生物有效性或重金属的转移。

2.2.2 化学修复技术比较

（1）优点：稳定/固化法不会对土壤结构产生破坏，修复周期短，易操作，成本低，治理速度快、效果好。淋洗/萃取技术工艺简单，尤其是中度重金属污染的修复效果好。改良技术：见效快，能够有效降低重金属物质的水溶性和迁移性。（2）不足：稳定/固化技术受到土壤理化影响较大，固化剂费用较高，增加了修复成本。淋洗/萃取技术投资大，治理费用高，易造成地下水污染，改变土壤性质等风险。改良技术：有破坏土壤微生物系统和二次污染的风险。（3）适用性：稳定/固化技术主要应用于污染面积小、污染严重的地块。淋洗/萃取技术则适用于面积小，但污染较轻的地块。改良法主要适用于小面积重污染土壤。

2.3 生物修复技术

土壤重金属生物修复技术是利用生物的吸收、转化和代谢作用，清除、降解或转移污染物，达到污染修复效果。生物修复技术主要有植物修复、动物修复和微生物修复等。

2.3.1 生物修复技术

（1）植物修复技术：利用植物的吸收、提取、转化、固定等机理达到去除或降低土壤中的重金属污染物。植物修复技术又可以分为植物固定、植物挥发、植物萃取、根基圈生物降解等基本类型。其中，植物萃取技术（培育超富集植物）应用效果显著。（2）动物修复技术：通过土壤动物（如蚯蚓等）及肠道微生物中土壤活动过程中，达到对土壤中的污染物进行化解、消化，实现降低或消除重金属污染物的效果。（3）微生物修复技术：由于土壤重金属污染物不具有可降解性，因此，微生物修复土壤重金属是通过对重金属的钝化或迁移来实现。

2.3.2 生物修复技术比较

（1）优点：植物修复技术经济性较高，对土壤的生态环境扰动小，还可以美化环境，涵养水源，二次污染的可能性大大降低。动物修复技术：具有简便、清洁和经济性。微生物修复技术工艺简单，成本低，微生物来源广，经济效益高，绿色环保。（2）不足：植物修复技术的年限长，培育的超富集植物对土壤重金属的耐受性有限，且超富集植物也只是对特定的重金属元素表现出超富集能力。动物修复技术：对恶劣的环境适应性较差，能够修复的种类和数量有限。微生物修复技术的稳定性较差，易变异，重金属不会被降解。（3）适用性：植物修复技术适用于大范围、中等污染的土壤修复。动物修复技术主要适用于土壤污染较轻的地块。生物修复技术则适用于黏土含量高的污染场地。

3 研究展望

随着国务院印发的《土壤污染防治行动计划》的落实，农田土壤重金属修复逐渐受到人们的高度重视。单一选择某项技术已经难以满足现实需要，针对土壤重金属污染来源广、污染类型复杂、区域性等特点，人们越来越多地选择了一些联合修复技术。这些技术集合了各项技术的优势，在解决土壤重金属方面发挥着重要作用，如土壤动物-植物-微生物组合修复、降解菌/真菌-超积累植物的组合修复、化学氧化-生物降解修复、电动-生物修复、蒸汽浸提-生物修复、光催化纳米材料等。总之，未来土壤重金属污染修复应着眼于生态修复，绿色、环保、经济的联合修复技术是它的发展趋势。

1宣 斌，王 济，段志斌，等.农田土壤重金属污染现状及修复技术应用研究进展[J]．环境保护前沿，2017，7（1）：26-34．

2崔德杰，张玉龙.土壤重金属污染现状与修复技术研究进展[J]．土壤通报，2004，（3）：366-370．

The Present Situation of Heavy Metal Pollution in Soil and Comparison of Remediation Technology

Zhu Yubin
(Guangdong Shaoke Environmental Protection Technology Co., Ltd., Shaoguan 512026, China)

This paper first analyzes the status and characteristics of soil heavy metal pollution, and then systematically expounded the concept and principle of different heavy metal contaminated soil, and the physical remediation, chemical remediation technology and bioremediation technology advantages, shortcomings and applicability are compared, finally proposed that the development prospect of phytoremediation of heavy metal contaminated soil, hopes to increase the heavy metal pollution soil remediation effect.

soil heavy metal pollution; repair technology; comparison

X53

A

1008-9500(2017)05-0056-03

2017-03-24

朱玉斌（1988-），男，江西南昌人，硕士研究生，从事环评、土壤修复研究工作。