土壤重金属污染的现状及其治理

郑 越

（东营市生态环境局，山东 东营 257000）

1 我国土壤重金属污染的现状

调查资料显示，我国目前大量土地遭受不同程度的重金属污染，其中被重金属污染的耕地面积约为2×105km2，占我国耕地总量的1/5 左右，我国每年土壤重金属污染导致的粮食减产和粮食污染总量高达2 000 万t，造成的直接经济损失高达200 亿元[1]。我国土壤重金属污染现状非常严峻，特别在工矿业废区更加严重，从我国土壤重金属污染地区分布来看，南方地区污染程度显著高于北方地区，尤其在中南地区和西南地区超标最为突出。

1.1 具有明显的地域分布特点

我国土壤重金属污染分布具有明显的地域性，中部、东部、西部三大地区的土壤重金属污染情况具有明显差异。其中，中部地区的土壤重金属污染最为严重，东部和西部地区的土壤重金属污染程度较轻，原因是中部地区是我国主要的金属矿和煤矿分布地区，矿藏开采造成了大量重金属污染物泄露，中部地区的河南、山西和湖南，东部地区的广东、辽宁和江苏，西部地区的云南、贵州、重庆和陕西，这三大地区共计14个省份已经成为我国土壤重金属污染的重灾区，必须对这些地区的土壤重金属污染予以高度重视。我国三大地区土壤重金属污染详情如表1所示[2]。

表1 我国三大地区土壤重金属污染分布

1.2 污染物以无机元素为主

现阶段，我国土壤重金属污染存在土壤点位超标的现象，具体土壤点位超标率显示，污染物源以无机元素为主，土壤点位超标率排列在前8 位的无机元素包括铅、铬、镉、锌、砷、镍、铜和汞，尤其以镉元素的超标点位最高，汞元素和镍元素的超标点位次之，铬和锌元素超标点位最轻[3]。从地域分布特点来看，不同地区的主要污染物分布各不相同，在我国东北部的黑龙江、吉林和辽宁等老工业地区，城区、郊区和一些农耕区遭受到严重的镉、砷、汞、铅和铬等金属元素污染，我国西部土壤重金属污染最为严重的四川、云南和内蒙古等地区遭受到严重的汞、镉、砷等重金属污染，华南地区有将近一半的农业用地遭受到严重的砷、汞、镉等重金属元素污染。其中，内蒙古河套地区土壤砷元素超标，对当地居民的生命安全健康造成威胁。

1.3 污染治理具有较大的难度

重金属污染物在自然条件下很难自然降解，当土壤遭受到重金属污染后几乎无法自然恢复到原先的状态，而且，重金属污染物在土壤环境中非常容易被土壤中的胶体吸附并随着时间推移不断累积。此外，土壤重金属污染物在土壤环境中存在的形态比较复杂，重金属元素中的过渡重金属元素的化学活性较强，这些过渡重金属元素比较容易发生化学反应，造成土壤pH 值不断变化。土壤中的过渡重金属元素会发生各种化学反应，最终导致重金属元素在土壤中以多种形态和价态存在。

2 土壤重金属污染治理技术分析

2.1 工程治理技术

工程治理技术是指利用物理机械原理对被污染土地进行治理，现有的工程治理技方法主要有换土法、客土法和深耕翻土法等，客土法是指往被污染的土壤中添加干净土壤，将被污染土壤与外界隔离或者降低土壤中重金属污染物的浓度；换土法是指将被污染的土壤挖掘并搬运到别处进行妥善处理，然后换上干净的土壤；深耕翻土法是指利用机械对被污染土地进行深耕作业，将上层重金属污染物浓度高的土壤翻到下层，使得土壤表面的重金属污染物浓度降低。在工程治理技术具体应用的过程中，应根据土壤被污染的程度科学选择治理方法，通常污染程度较轻的土地适用深耕翻土法，污染程度严重的土地适用换土法和客土法。需要注意的是，采用换土法时，对挖掘出的污染土壤应进行妥善堆放和处理，以防治对环境造成二次污染。

2.2 物理治理技术

物理治理技术目前主要有电动修复法、电热修复法和土壤淋洗法3 种。

2.2.1 电动修复法

电动修复法是指利用电流所产生的强电场作用使得土壤中的无机离子和重金属元素如Cr、Cd、Pb、Zn 等以电迁移和电透渗的方式向电极汇集，然后对污染土壤进行集中收集并处理。电动修复法不会对土层进行搅动，修复效率高，电流能够打破所有的金属-土壤化学键，在电压一定的条件下，通电时间和去除率成正比，通电时间越长，去除率越高，它是一种经济有效的土壤重金属污染原位修复技术。但是，利用电动修复法对电迁移性较差和渗透性较高的土壤进行修复时，去除效果明显较差并且作用比较微弱，研究表明，重金属污染物的种类、土壤组分、土壤pH 值以及土壤缓冲性能都是影响电动修复法修复效果的因素，电动修复法对土壤条件要求特殊且对处理设备条件要求较高，很难进行大规模推广和应用。

2.2.2 电热修复法

电热修复法是通过高频电压所产生的强电磁波对被污染土壤进行加热，利用某些重金属污染物在高温条件下的挥发特性，将可挥发重金属污染物从土壤中解吸、分离和挥发出去，最终实现修复土壤的目的，该修复技术适用于被Hg 和Se 等重金属元素污染的土壤，但是电热修复法在修复土壤的同时，高温也会严重破坏土壤本身的成分和结构。

2.2.3 土壤淋洗法

土壤淋洗法的原理是利用淋洗液将土壤中的重金属转移至土壤液相中，然后对富含重金属物质的废水进行收集和处理，以此达到修复土壤的目的。土壤淋洗法的核心是如何寻找和选择既不对土壤成分和结构造成破坏，又可以有效提取各种形态重金属物质的淋洗液。目前常用的淋洗液有碱、盐、有机酸、无机酸和螯合剂，试验表明，EDTA 能够明显降低土壤对Cu 的吸收率和解吸率，土壤对Cu 的吸收率和解吸率与EDTA 剂量的对数之间存在明显的负相关关系，土壤淋洗法是一种工艺技术最成熟、使用时间最早和使用范围最广的物理治理技术。

2.3 化学治理技术

化学治理技术是利用化学药剂的沉淀、吸附、抑制等作用对土壤中重金属元素的价态和形态进行改变，实现对土壤中重金属污染物浓度的降低和控制，目前常用的化学治理技术主要有化学改良法、化学抑制法、有机质改良法等。化学改良法是指向被污染土壤中投入一定量的化学改良剂，对土壤中重金属的存在形态进行改变，使得被污染土壤中迁移性和溶解性较高的重金属污染物得以钝化，降低植物对重金属元素的利用率，常用的化学改良剂有石灰石、碳酸钙和磷酸盐等，石灰石和碳酸钙的作用是对土壤的pH值进行调节，使得土壤中的重金属元素转化成氢氧化物等不溶性或难溶性的物质。石灰石和碳酸钙对Cd、Cu、Zn 等重金属污染土壤具有良好的改良作用，磷酸盐能够将土壤中的重金属元素转化成磷酸盐结合态盐类等难溶性的物质，可以有效降低Pb、Cu、Zn、Cd 的浓度，在具体应用时，应根据不同化学改良剂的不同作用机理，针对土壤重金属污染的种类，科学地选择化学改良剂。有机质改良法是指向土壤中添加有机物质，实现对各种阳离子黏剂的替代，改变土壤的pH 值和导电性。

2.4 生物治理技术

生物治理技术是指利用生物的消减作用对土壤中的重金属污染物进行净化或者将重金属的毒性降低。生物治理技术治理效果好且可行性高，是目前土壤重金属污染治理技术研究的热点。

2.4.1 植物修复法

植物修复法是利用自然界已有或者人工培育的植物对土壤重金属污染进行修复的技术，包括植物提取、植物挥发和植物稳定三种。植物提取是利用重金属超富集植物将土壤中的重金属元素吸收到植物体内并转移到地上部分，再通过收割植物地上部分并进行处理，实现降低土壤中重金属污染物浓度的目的。目前已经发现的重金属超富集植物超过700 种，连续种植重金属超富集植物，可以有效降低土壤中的重金属污染物浓度。在应用植物提取技术时，只有当植物组织中的重金属元素干重含量在0.1%～1.0%时，收割植物地上组织才有较高的土壤治理价值和经济价值。植物挥发是利用植物根系对重金属离子的吸收，将重金属元素转化成气态形式挥发到大气中，植物挥发主要针对土壤中Hg和Se的治理，但是会对大气造成二次污染。植物稳定是指利用超累积植物和耐重金属毒害植物根系对重金属污染物的吸附和沉淀作用，将重金属污染物积累并固定在植物根系中，防止污染物随着雨水淋洗和空气扩散进行转移，当地表植被遭到破坏时，植物稳定作用会失效。

2.4.2 微生物修复法

微生物修复法是通过改变植物根际的微环境，有效提高超富集植物根系对重金属污染物的吸收、吸附、沉淀、积累和固定的效率，同时可以降低重金属污染物对超富集植物的毒性。菌根植物的根系表面上的菌丝能够与根际圈内的重金属污染物接触并直接对重金属污染物进行吸收、吸附和螯合反应，例如，胶菌、硫酸还原菌、蓝细菌及某些藻类可以分泌胞外聚合物和重金属离子发生反应，结合形成络合物。此外，研究发现，某些微生物能够将毒性很强的甲基汞转化成可挥发和毒性较小的Hg 单质。

2.5 农业生态修复法

农业生态修复法当前主要分为农艺修复和生态修复两种。农艺修复是指调整农业耕作的管理机制，种植一些不参与食物链的植物，增加有机肥的使用量，对重金属污染物进行固定，使用一些能够消减土壤重金属污染的化肥，达到有效降低土壤中重金属污染浓度的目的；生态修复是通过调节土壤的水分、肥力、酸碱性、有机质含量、pH 值和氧化还原性能，调节土壤环境气温和空气湿度等生态因素，以调控重金属污染物在所处环境介质中的活性，从而控制重金属污染物的迁移和减轻重金属污染对环境的危害。在治理土壤重金属污染时，生态修复技术修复效率较低，短时间内看不到明显的修复效果。

3 结论

生物修复技术及其强化技术具有绿色、高效和长期的优点，应用前景非常广阔，其未来发展趋势体现在：筛选和培育超累积植物，超累积植物通常生长很慢，生物量低且吸收重金属种类单一，应重点关注吸收效率高、重金属吸收种类多和生物量大的超累积植物的筛选和培育；发挥基因工程技术的作用，将生物量大、适应能力强和生长快速的基因导入所筛选和培育好的超累积植物基因和微生物基因中，提高生物修复效率；充分利用生物修复联合技术，土壤重金属污染修复是一个系统性的工程，生物修复与多种修复技术的联合技术研究和应用能够提高重金属的生物有效率，从而有效提升生物修复效率。