重金属污染土壤修复技术研究进展

朱慧君，江婷，郭海川

（1.秦皇岛市环境监控中心，河北秦皇岛066001；2.河北省环境监测中心，河北石家庄050000；3.河北省秦皇岛环境监测中心，河北秦皇岛066001）

土壤是生态环境的重要组成部分。随着社会的不断发展，在工业化进程中，通过大气沉降、固体废弃物、污水等方式，部分重金属进入土壤，对土壤造成污染，这种污染现象无法被生物降解，严重威胁到人们的健康。现如今，重金属污染土壤修复技术成为我国土壤改善工作的重点。

1 我国土壤重金属污染现状

随着社会的不断发展，土壤重金属含量超标问题日益突出。相关调查显示，锡（Sn）、铬（Cr）、铅（Pb）、锌（Zn）、镍（Ni）等重金属污染农田面积超2000万公顷，占我国总耕地面积的20%，每年我国土壤因重金属污染产生退化现象，损失农作物1000万吨。2016年，国务院针对我国重金属土壤污染问题特提出《土壤污染防治行动计划》，明确土壤污染防治工作的重要性与必然性，不断加大对农田污染工作的综合防治力度。现如今，物理修复技术、化学修复技术、生物修复技术、联合修复技术是我国土壤污染工作中针对土壤重金属污染问题常用的修复技术[1-4]。

2 土壤重金属污染修复技术

2.1 物理修复技术

在我国土壤重金属污染修复工作中，所运用到的物理修复技术主要有三种类型，即物理工程修复技术、电热修复技术、电动修复技术。

2.1.1 物理工程修复技术

物理工程修复技术是土壤重金属处理中常用方法，如客土法、去表土法、换土法、深耕翻土法。其中，客土法是将没有遭到重金属污染的新土壤添加到被污染的土层上，使没有被重金属污染的土壤能够将被污染的土壤全部覆盖住；去表土法是将表层受到重金属污染的土层移除；换土法是在去表土法的基础上，将没有受到污染的土壤重新填充进去；深耕翻土法是通过翻耕处理，将表面受到污染的土壤翻到土壤的底部。实践研究显示，客土法、去表土法以及换土法适合被运用到重金属污染比较严重的地区；因深耕翻土法工程量相对较小，仅适合运用到重金属污染程度较轻的地区。物理工程修复技术在重金属污染中的使用范围相对较小，当重金属污染土壤面积较大时，在土壤修复工作中运用此种方法将会花费庞大的作业资金，且已遭到污染的土壤难以处理，整个治理工作呈现一种治标不治本的状态。

2.1.2 电热修复技术

电热修复技术主要利用电压与电磁波转化技术，将高频电压转化成电磁波，提升土壤温度，借助污染物分离办法，促使污染物的挥发，将土壤中的污染物从土壤中分离出去，再利用凝结收集处理技术，在污染物分离的过程做好污染物的收集工作，避免污染物对生态环境造成二次污染。现如今，电热修复技术主要被应用于恢复重金属含量较高的土壤中。实践研究显示，虽然电热修复技术在挥发性重金属土壤处理工作中拥有良好的修复效果，但是整个土壤修复工程庞大，且需要消耗庞大的资金。

2.1.3 电动修复技术

电动修复技术是利用电场作用，凭借电泳、电渗流等方法促使土壤中的重金属朝着电极的方向转移，在电镀技术、沉淀技术、离子交换树脂技术的作用下，将土壤中的重金属剔除。电动修复技术属于原位修复技术，主要运用到渗透率较低的土壤中。因电动修复技术在实际应用中受土壤pH值、组分、缓冲性能等因素的影响较大，电动修复技术无法顺利展开。在实验室中运用电动修复技术对单一重金属离子污染熔岩实施修复试验时，获得良好的试验效果。

2.2 化学修复技术

化学修复技术是土壤重金属污染修复技术的重要组成部分，在土壤重金属污染修复工作中占据不容忽视的地位。通常情况下，常见的化学修复技术有三种方式，即化学萃取技术、离子拮抗技术、化学改良技术。

2.2.1 化学萃取技术

在土壤重金属污染修复中，化学萃取技术主要利用化学试剂处理受到重金属污染的土壤，使土壤中的重金属能够由固相转化成液相。因化学萃取技术操作流程复杂、多样，需要消耗昂贵的操作费用，同时在重金属污染土壤处理工作中极易引发二次污染现象。因此，在运用化学萃取技术对重金属污染的土壤进行修复处理时，需要寻找到一种萃取性能极佳的办法，防止萃取过程对土壤结构产生破坏。与此同时，研究人员还需要在保证萃取性能的基础上，不断提升萃取剂的经济性，确保萃取技术能够在重金属污染土壤修复工作中广泛运用。

2.2.2 离子拮抗技术

离子拮抗技术主要利用重金属物质与其他化学物质之间的抑制作用调整土壤中化学物质的含量，通过将其他金属物质添加到土壤中，使其他金属能够对土壤中的重金属产生较强的一致作用，有效降低土壤重金属的活性。例如，镉（Cd）与锌（Zn）之间的化学性质具有极强的相似性，在处理土壤中镉（Cd）元素含量过高的问题时，可在镉（Cd）元素含量较高的土壤中适量添加一定的锌（Zn）元素，有效调整土壤中镉（Cd）元素与锌（Zn）元素的配合比例，达到修复镉（Cd）金属污染土壤的目的。

2.2.3 化学改良技术

化学改良技术是将改良剂添加到土壤中，改变土壤的理化性质，转变土壤对重金属的作用力，即吸附沉淀作用，以此提升土壤的稳定性。在土壤重金属污染修复中，运用化学改良技术对土壤进行处理时，主要将石膏、石灰、木质素物料、硫磺粉、海藻提取物、腐植酸肥等物质作为改良剂，实现对土壤重金属含量的处理与整合。但是，这些改良剂在实际应用中尚且存在一定的问题，如天然矿物改良剂的应用面积直接受到天然矿物改良剂储存量的限制；微生物呼吸与土壤单循环存在风险；运用天然提取高分子化合物改良剂对土壤进行改良时，容易引起植物中毒现象；运用有机固体废弃物改良剂对土壤重金属含量进行处理时，容易增加土壤中某种重金属的含量。生物碳土壤修复技术是将生物体当作改良剂，在吸附反应、沉淀反应、络合反应以及离子交换反应的作用下，对重金属实施一系列的转化工作，有效改善土壤质量，提升土壤重金属污染修复效果。生物碳具有良好的空隙结构，表面积较大，且拥有丰富的氧官能团，将其应用于土壤处理，不仅能够提升土壤肥力，还能够有效提升土壤的稳定性，在土壤重金属污染修复中具有良好的发展前景。

2.3 生物修复技术

2.3.1 微生物修复技术

微生物修复技术是借助土壤中所含有的藻类、菌类，在吸附沉淀与氧化还原反应的作用下，由藻类植物和菌类植物对土壤中的重金属实施吸附处理，有效去除土壤中的重金属。

2.3.2 植物修复技术

植物修复技术是利用植物的吸收、降解、转化、固定作用，对土壤中的重金属进行处理，在植物提取技术、植物挥发技术、植物稳定技术的作用下，对土壤中所含有的重金属进行处理与整合。其中，植物提取技术是将土壤中呈现一种富集状态的重金属通过积累或者是超积累的方式将重金属物质转移到植物体内，收获的植物将土壤中重金属的剔除，以此达到修复土壤的目的。试验研究显示，绝大多数超富集植物的生长速度较缓慢，生物总量较少，无法实施机械操作，应用面积较小。植物挥发技术是借助植物的吸收作用，将土壤中的固态金属转化成气态，在植物光合作用下，把土壤中的重金属释放出来。但是，这种技术在实际运用中仅是将重金属的固相转变成气相，从土壤污染转变成大气污染，导致重金属对生态环境带来二次污染。植物稳定技术是借助耐重金属植物和耐重金属植物根际微生物，在分解、沉淀、氧化还原等反应的作用下，对土壤中的金属物质产生抑制作用，使重金属物质变成惰性化重金属。

2.4 联合修复技术

无论是物理修复技术、化学修复技术，还是生物修复技术，在实际应用中均存在诸多不足之处。随着社会的不断发展，科学技术日新月异，科研工作者将多种修复技术整合到一起，构建联合修复技术，有效改变单一修复技术在实际应用中的不足，有效提升修复技术的应用效果，实现多种修复技术之间的优势互补。现如今，我国土壤重金属污染修复处理工作中，化学-植物技术、电动-植物技术、微生物-植物技术得到广泛应用，有效弥补传统修复技术在土壤重金属污染修复工作中的局限性，最大限度地提升土壤环境的稳定性，为生态文明建设的开展提供可靠动力。

3 结语

物理修复技术、化学修复技术、生物修复技术以及联合修复技术是土壤重金属污染修复处理工作中常用的修复技术，不同的修复技术拥有不同的操作特点以及应用优势，在实际应用中需要根据土壤重金属污染的实际情况，科学选用修复技术，确保土壤重金属污染问题能够与修复技术相照应，有效提升土壤修复工作的针对性、具体性、有效性与可行性，在保证土壤修复质量的前提下最大限度降低操作成本，有效提升土壤重金属修复工作的经济性。