重金属污染土壤修复研究——以土壤修复剂应用为例

吴汝欢

（东莞市生态环境局中堂分局，广东 东莞 523000）

调查研究显示，当前我国受到重金属污染的耕地面积超过了2 000万hm2，并且这个数字还在不断增长。重金属污染物的存在不仅影响农产品的质量，而且与民生问题存在直接关联，需要得到有关部门的高度重视。现阶段，对于重金属污染土壤的修复，采用的方法主要是物理化学修复、生物修复和农艺调控。另外，还可使用土壤修复剂来治理土壤重金属污染，土壤修复剂与土壤中存在的重金属元素接触后，能将重金属元素直接从土壤中去除或者改变其存在形态，以保证土壤修复效果。

1 土壤重金属污染概述

土壤重金属污染主要是重金属或者相关化合物引发的环境污染，多是由人类生产活动引起的，如矿产开采、工业生产及污水灌溉等［1］，比较常见的重金属污染有铅污染、镉污染、汞污染、新污染等，不仅会引发各种各样的环境污染和生态破坏，还会对人体造成伤害（见图1）。土壤重金属污染中重金属元素的来源有2个：一是自然渠道，土壤本身是由岩石风化得到的，而在岩石中含有相应的重金属元素，导致土壤本身存在一定的重金属，而一些自然灾害如火山爆发、森林火灾等会导致重金属元素部分在空中悬浮，部分进入土壤，部分会被植物吸收，再经植物根系进入土壤；二是人为因素，工业化进程的加快使得人为因素引发的重金属污染问题变得愈发严重，其中有色重金属矿床的开发和冶炼是环境中重金属元素的主要来源。

2 土壤修复剂在土壤重金属污染治理中的应用

现阶段，土壤重金属污染治理中使用的土壤修复剂大致可以分为3种类型，这里分别对其进行分析。

2.1 活化剂

2.1.1 螯合剂。螯合剂是土壤修复中应用最为广泛的活化剂，具备较强的活化能力，对于多种重金属元素都有着相应的作用，能提升其在土壤中的可移动性及生物有效性。除去合成螯合剂，一部分有机酸类天然螯合剂如草酸、苹果酸等也得到了有效应用，其本身易降解，而且具备较好的环境安全性，受到了研究人员的广泛关注。螯合剂进行土壤修复的基本原理，主要是具备有能够进行配位弧对电子对的分子、原子或者离子化合物，可以与土壤中的重金属进行结合，形成水溶性环状结构络合物，使得重金属能从土壤中解吸［2］。

图1 土壤重金属污染

2.1.2 表面活性剂。表面活性剂的作用是降低溶剂表面张力，具备良好的亲水性和亲油性，能对土壤中的重金属元素进行活化。目前，比较常用的表面活性剂有2种，一种是天然存在的表面活性剂，可以从微生物、植物或者动物身上提取，另一种则是人工合成的表面活性剂。相比较而言，天然表面活性剂具有绿色、环保的优势，因此应用前景更加广阔，而人工合成的表面活性剂成本低廉、产量高，需要使用方根据具体情况进行选择。表面活性剂在重金属污染土壤中的应用，主要是借助其所具备的吸附作用，对土壤中的重金属元素阳离子进行吸附，借助相应的物理反应来达到土壤修复的目的。对比螯合剂，表面活性剂在修复重金属污染土壤的过程中，主要是利用络合反应和离子交换，将存在于土壤中的重金属置换出来。

2.2 钝化剂

最早的钝化剂是能与重金属结合的物质，如石灰等，可以降低重金属的生物有效性，因此在重金属污染土壤的修复中有着良好的应用。

2.2.1 无机钝化剂。无机钝化剂包含金属及氧化物、石灰性材料、磷酸盐以及硅钙等材料，普遍具备较大的比表面积和较强的吸附性，能对多数重金属污染问题进行修复。而在修复过程中，同时存在物理和化学反应，修复效率较高。但是，无机钝化剂中的养分含量较低，会引发土壤有机质不足、土壤结构改变等问题。

在条件允许的情况下，重金属离子一旦溶解，就会吸附在钝化剂表面，显著提高钝化剂的pH值。而在这个过程中，重金属离子也能与石灰性材料、硅酸盐、金属氧化物等发生反应，生成盐类沉淀。沉淀环节还会出现沉淀物包裹重金属元素的现象，能有效降低重金属与植物接触的概率，或者即便是产生了直接接触，植物吸收的重金属元素也很少，在避免重金属于植物内聚集的同时，也可以完成对于重金属污染土壤的有效修复［3］。

2.2.2 有机钝化剂。我国作为农业大国，对于农业的发展非常重视。新时期，农业发展的主要方向是循环农业，需要研究人员积极探索农业废弃物的循环利用，对土壤中的重金属污染进行修复。研究表明，有机肥的施加可以降低土壤中重金属元素锌、镉等的有效态含量，有机肥和农业废弃物如秸秆等都能在一定程度上修复受到重金属污染的土壤。相比较无机钝化剂，有机钝化剂的效果相当，能降低重金属的生物有效性，而且不会导致土壤结构变化，反而能对其进行优化，提升土壤中的有机质含量，为植物的生长提供助力。

2.3 微生物菌剂

20世纪70年代末至80年代初，研究人员开发出了多种土壤调理剂，在改善土壤结构的同时，可以促进植物生长，抑制病原菌生长，也可以提高农作物的抗病性。尤其是微生物制剂的出现，在土壤重金属污染修复中取得了显著成果。微生物菌剂可以分为固体粉状和液体状。很多公司都推出了相应的微生物土壤改良剂和微生物有机复混肥。在土壤中存在大量的微生物，其类型异常丰富，包括细菌、真菌等，能改善土壤结构。

相比其他土壤修复剂，微生物菌剂有着更大的比表面积，本身的表面有电荷存在，加上微生物本身的代谢活动，使得其在对重金属污染土壤进行修复时有3种不同的方式，分别是微生物吸附与沉淀、微生物溶解与络合、生物转化。在分泌细菌的情况下，细胞壁表面会产生羧基、磷酸等阴离子，继而与土壤中存在的重金属元素发生反应，将重金属元素吸附过来，而在进入细胞壁后，重金属元素会通过微生物的代谢作用，被存储在细胞内部的不同区域，或者于胞外基质上结合，甚至有部分特殊重金属会进入可溶或者不溶性多聚物内形成沉淀［4］。

3 结语

在土壤重金属污染修复中，采用的土壤修复剂类型包括活化剂、钝化剂及微生物菌剂等。活化剂能提升重金属在土壤中的有效性，强化其他修复技术的修复效率，在对重金属污染进行修复的过程中需要结合其他技术；钝化剂可以降低重金属的有效性，避免重金属向植物转移，要求工作人员必须做好土壤重金属浓度的监测，避免钝化后生成物中重金属的二次释放；微生物菌剂可以通过吸附、沉淀、络合等减少土壤中重金属元素的含量，对土壤结构和土壤性质产生的影响最小。随着土壤修复剂类型的不断丰富，其将在重金属污染土壤治理中发挥积极的作用。