汞污染土壤的修复技术概述

王娜

摘 要：目前，土壤汞污染已严重威胁到人类的健康与环境安全，成为广大环境学者关注的主要问题，因此，采取行之有效的修复治理方法刻不容缓。本文对土壤汞污染的来源及污染现状进行分析，然后探讨汞污染土壤的修复技术，包括热处理修复技术、植物修复技术、淋洗修复技术及动物修复技术，并总结了各种修复技术的局限性，以期为土壤污染修复的科研者提供参考。

关键词：汞;修复技术;土壤污染

Abstract： At present， soil mercury pollution has seriously threatened human health and environmental safety， and has become a major concern of environmental scholars. Therefore， it is urgent to adopt effective remediation methods. In this paper， the sources and pollution status of mercury contaminated soil were analyzed， and then the remediation technologies of mercury contaminated soil were discussed， including heat treatment remediation technology， phytoremediation technology， leaching remediation technology and animal remediation technology. The limitations of various remediation technologies were summarized. It is hoped that this study can provide a reference for the researchers of soil pollution remediation.

Keywords： mercury;remediation technology;soil pollution

1 研究背景

自從日本甲基汞污染造成的水俣病给人们带来严重影响以来，人们对汞污染的关注度越来越高，起初人们对水中汞的污染研究较多。由于汞污染物的行为特征，近年来汞污染土壤也受到了广泛关注。例如，李永华等[1]研究指出土壤总汞及各形态汞含量随土壤pH值升高而增加，且我国土壤汞污染的趋势为工业区最严重，居民区次之，风景游览区第三，农村污染较轻[2]。汞污染具有持久性、易迁移性、高度的生物富集性、强毒性等特性，并且环境中任何形式的汞均可在一定条件下转化为剧毒的甲基汞，对人类健康和生态环境构成很大威胁。据2104年国家环保部和国土资源联合部发布的《全国土壤污染状况调查公报》指出，我国土壤总的超标率为16.1%，主要以无机型为主，汞污染排行第三，超标率为1.61%。汞危害极大，可引起神经系统、消化系统及肾脏的损害，除此之外，汞还可导致老年痴呆和帕金森症。土壤中汞浓度达到一定程度时会严重阻碍植物的生长。通常情况下，汞通过作物、地表水等途径影响人体健康。汞的形态不同，在土壤中迁移、生物可利用性及毒性也不相同。

目前，常用的土壤修复方法有土壤淋洗、热处理、电动处理和植物修复等方法。这些修复方法按其修复机理不同大体可分为两种：一是将土壤中汞污染物从土壤中分离或去除，这类方法有土壤淋洗法、热处理法、电动修复法;二是将土壤中的汞污染物固定起来，在转化为无毒或者低毒的物质，这类修复包括稳定化/固化和生物修复中的植物固定技术。汞毒性极强，土壤中的汞势必会影响人类健康和环境安全问题。因此，本文对汞的各类修复方法进行综述，以期对今后汞污染修复提供基础依据。

2 土壤汞的来源及污染现状

随着工业革命的快速发展，工业废气的排放使得大气中的汞含量增加了至少3倍，人为活动造成的汞污染总量近2 000t[3]。汞的来源大体上分为：①汞的自然排放;②汞的人为排放;③汞的再活化及再排放。其中汞的自然排放指的是汞矿石等风化过程或火山爆发等排放的汞;汞的人为排放大多是诸如氯碱工业、采矿厂、煤燃烧及有色金属冶炼等排放的汞;汞的再排放主要是土壤、水体表面及植物中的汞被释放到大气的过程，而其再活化过程是沉降在土壤中的汞通过各种形式重新进入水系统[4]。图1为汞在土壤中的转换模式[4]。

我国汞的主要供应源是汞矿开采，其中尤以贵州汞矿多，贵州万山地区号称中国汞都，是中国最大的汞矿区，环保措施的不足造成了汞矿区周边汞污染较为严重，在开采过程中，由于技术水平较低、环保措施不足等原因对汞矿周边地区造成了较为严重的汞污染，许多学者都对该地区的汞污染状况进行了研究。丁振华等人于2002年发现贵州万山汞矿区周边环境汞污染相当严重。除此之外，在我国吉林、陕西、湖北、辽宁等地区汞污染也较为严重。表1为我国典型生产生活区域土壤汞含量[6]。

3 修复技术

3.1 热处理修复技术

热处理技术是通过加热或者向污染土壤中通入热蒸气，将土壤中的污染物质移出土壤，集中收集处理的技术。一般情况下，土壤中的无机汞以单质或化合物如HgS、HgO、HgCO3等的形式存在。当温度在600～800℃时，这些化合物就会以汞蒸气的形式从土壤中分离出来。有研究报道，氯碱工业导致的汞污染土壤在460℃下加热20min后汞的去除率高达99%[7]。但是，在这种加热处理后，土壤中的营养成分会遭到破坏，从而改变土壤的理化性质。可见，热处理修复虽然能快速处理土壤中的汞，但其修复耗能也比较高，只有在汞污染严重的土壤中，其去除效率较高，且高温处理后土壤的理化性质发生了改变。

3.2 淋滤法修复技术

淋滤法也叫洗土法，是利用淋洗液中化学药剂与土壤中的重金属离子作用，将土壤中的重金属转移到淋洗液中，再回收淋滤液中重金属的修复方法[8]。目前，淋滤效果较好的药剂有碘化物、EDTA、硫代硫酸盐化合物。目前，有较多学者对淋滤法修复技术进行了研究。例如，贾俊峰以贵州省铜仁市汞矿区汞污染土壤为研究对象，用KI、Na2S2O3、乙二胺四乙酸、柠檬酸、酒石酸、十二烷基硫酸钠溶液对汞矿区进行淋洗修复。研究发现，当Na2S2O3浓度为0.01mol/L、固液比为1∶5、淋洗时间为4h时，土壤中总汞的淋洗率为13.41%[9];Ray等将H2O2、Na2S2O3、Na2S结合起来用于修复汞污染土壤。结果表明，Hg的浓度从2 100mg/kg降低到270mg/kg[10]。淋滤法修复技术在一定程度上能实现对重金属的回收，不破坏土壤的理化性质。但是，若淋洗剂选择不当，将会造成土壤二次污染。

3.3 植物修复技术

1997年Brooks等人第一次提出“超积累植物（hyperaccumulator）”的概念[11]，此后，植物修复技术越来越广泛地被应用于土壤重金属污染的修复。植物修复是利用植物及其根际微生物体系的吸收挥发、降解等作用来清除环境中污染物的一项新技术[12]。重金属Hg2+在植物体内的转移需要经过植物根部的细胞壁、细胞膜、细胞液等来完成。一方面，植物可以通过其根部的吸收作用从土壤和土壤溶液中吸收、富集离子态和原子态的甲基汞;另一方面，一些植物在吸收汞之后会在体内或通过向环境中分泌一些酶来促使其转化，从而使汞的形态发生改变。通过分析国内外的研究，发现苎麻、加拿大杨和小叶黄杨等植物能够富集重金属Hg，且苎麻对土壤汞的年富集率高达41%[13]。植物对Hg的修复机理[4]如图2所示。

3.4 动物修复技术

动物修复就是利用土壤中的某些低等动物（如蚯蚓、鼠类等）能吸收重金属的特性，在一定程度上降低了污染土壤中的重金属含量，达到了动物修复重金属污染土壤的目的。一方面土壤中的动物活动提高了Hg的活性;另一方面，动物的活动促进了植物对Hg的吸收。蚯蚓作为土壤中常见的动物，近年来被广泛用于土壤重金属污染的修复。有研究报道，蚯蚓在含Hg的土壤中具有较好的耐受力，土壤中Hg浓度以数百毫克/千克计时，仍有50%的蚯蚓能够存活[15]。蚯蚓能够分泌-COOH、-NH2、-C=O等活性基团黏胶物质，黏胶物质通过络合/螯合重金属推动了土壤重金属的活化。但目前，多数研究主要集中在蚯蚓对重金属Cd、Pb、Zn的污染修复上，对Hg的修复研究较少。

4 结语

土壤中重金属的种类复杂多样，因此，土壤重金属污染修复是一个复杂的过程。汞是常温下唯一的液态金属，是对生物体具有强毒害作用的重金属。目前，对汞污染的修复方法较多。由于在实际工程中，复合污染较多，也较为复杂，因此，在后续的修复中，应趋向于使用联合修复技术。

参考文献：

[1]李永华，杨林生，李海蓉，等.湘黔汞矿区土壤汞的化学形态及污染特征[J].环境科学，2007（3）：654-658.

[2]张磊，王起超，李志博，等.中国城市汞污染及防治对策[J].生态环境，2004（3）：410-413.

[3] Arctic Monitoring and Assessment Programme and United Nations Environment Programme （AMAP/UNEP） .Global mercury assessment[R].Geneva， Switzerland：AMAP/UNEP，2002.

[4]卢光华，岳昌盛，彭犇，等.汞污染土壤修复技术的研究进展[J].工程科学学报，2017（1）：4-15.

[5]丁振华，王文华，瞿丽雅，等.贵州万山汞矿区汞的环境污染及对生态系统的影响[J].环境科学，2004（2）：111-114.

[6]吴龙，岳昌盛，彭犇，等.汞污染土壤修复技术探讨[J].环境科学与技术，2016（S2）：314-318.

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[8]刘钊钊，唐浩，吴健，等.土壤汞污染及其修复技术研究进展[J].环境工程，2013（5）：80-84.

[9]贾俊峰，黄阳，刘方，等.汞矿区汞污染土壤的淋洗修复[J].化工环保，2018（2）：231-235.

[10]Ray A B，Selvakumar A. Laboratory studies on the remediation of mercury contaminated soils[J].Remediat J，2000（10）：49-56.

[11] Brooks R R， Lee J， Reeves R D，et al. Detection of nickeliferous rocks by analysis of herbarium specimens of indicator plants[J]. Journal of Geochemical Exploration，1977（77）：49-57.

[12]Ali H， Khan E， Sajad MA. Phytoremediation of heavy metals-Concepts and applications[J].Chemosphere，2013（7）：869-881.

[13]刘平，仇广乐，商立海.汞污染土壤植物修复技术研究进展.生态学杂志，2007（6）：933.

[14]王立輝，严超宇，王浩，等.土壤汞污染生物修复技术研究进展[J].生物技术通报，2016（2）：51-58.

[15]Gudbrandsen M， Sverdrup LE， Aamodt S，et al. Short-term preexposure increases earthworm tolerance to mercury[J]. European Journal of Soil Biology，2007（1）：261-267.