土壤重金属污染及其修复技术研究进展

张 贺, 许 宁, 杨 贺, 王海波

(扬州大学建筑科学与工程学院，江苏扬州 225009)

1 土壤重金属污染现状

随着工业和农业迅速发展，农药、化学肥料的施用量以及工业污水、废气的排放量均大量增长，产生的土壤重金属污染问题也日益加剧[1]。统计资料表明，我国1/6的耕地面积重金属污染超标[2]。而由于土壤重金属污染的隐蔽性和潜伏性[3]，且重金属在自然条件下很难被降解，生物链中的重金属积累威胁农作物安全，最终危害人体健康[4]，因此土壤重金属污染问题亟待解决。

2 常见的土壤重金属污染修复方法

根据修复场地位置的不同，土壤重金属污染修复工程可分为原位修复和异位修复；而依据修复原理的不同，又可划分为物理修复、化学修复、生物修复等。其中常见的物理修复方法有换土法、隔离污染土、电动修复等。换土法，顾名思义，即把重金属污染严重超标的土移除，并用未污染的土填埋；隔离法是在地下设置隔离屏障以防止重金属污染的扩散；将重金属离子结合为稳定且可流动的复合物[5]；固化则与土壤淋洗相反，固化是利用固化剂吸附重金属离子，最终降低重金属的迁移性和生物利用度。生物修复主要有动物修复、植物修复等。动物修复主要通过饲养穴居动物(如蚯蚓)，它们的代谢产物作为优良的氧化还原材料，能有效改善土壤养分和质地，分泌的羟基化学基团能酸化土壤并活化重金属[6]；植物修复则主要依靠超累积植物，由于这类植物具有特定的能转运某些重金属的蛋白成分，使其具有超量吸收重金属的能力，实现对重金属的吸附和转移[7]。

微生物诱导碳酸盐沉积(MICP)作为一项重金属污染场地修复的新技术，将化学固定与微生物原位修复相结合[8]，修复过程环保高效，因而受到国内外学者的关注。MICP技术的基本原理为：通过向土壤中灌注高产脲酶的微生物菌液，微生物代谢作用下产生的脲酶将尿素水解为NH4+和CO，其中NH4+为嗜碱菌提供了一个良好的碱性生存环境，CO在与Ca2+的结合析出沉淀的同时，介质中的某些游离态重金属离子以共沉淀形式被固定，进而得到碳酸盐形式的重金属，并且相比游离态重金属，大大降低了其生物可利用性和可迁移性[9-11]。Achal等[12]通过研究筛选出脲酶产率高、对铜有较强耐受性的革兰氏阳性菌，并利用MICP方法实现了金属铜97 %的去除；Li等[13]研究了六种金属抗性细菌菌株对镍，铜，铅，钴，锌和镉的微生物矿化作用，实验结果显示，各菌株在孵育48h后能够去除88 %～99 %重金属；另外，Kumari等[14]也证明了MICP在低温条件(10 ℃)下，镉污染土修复的可行性。

3 几种土壤重金属污染修复方法的比较

物理修复方法由于将污染土体挖除或隔离，所以对多种高浓度重金属复合污染的土体修复效果较好。然而其成本高昂，往往需要投入大量的人力、物力，也限制了其大规模的发展。另外，如果挖除的污染土壤得不到适当的处理也会带来更大的危害；化学修复的方法在实际的修复工程中，大多通过添加氨基多羧酸类螯合剂如乙二胺四乙酸(EDTA)，这部分螯合剂与土壤液相中的重金属离子结合，降低重金属的溶解度和生物利用度，增加重金属的可迁移度进而为后续修复处理提供条件[6、15]。然而这类螯合剂不可降解，过量使用会对土壤中的植物和微生物造成毒害，土壤的质地和肥力也会受到影响。此外，在土壤液相中移动的重金属离子一旦浸入到地下水中，会带来严重后果,因此采用化学修复的方法，长期的污染监控很有必要；动物修复和植物修复成本低廉，然而蚯蚓对重金属污染修复的有效性和效率受土壤pH值以及营养成分等因素的影响[6]，植物修复由于采用的超累积植物往往只对特定的重金属有吸收作用，故二者的修复效果往往不令人满意；微生物诱导碳酸盐沉积的方法修复土壤重金属污染环保高效，可以在较短时间内改善污染土壤，但MICP技术尚处于发展阶段，菌液灌注方式、pH、钙源、反应液浓度、外界温度、土壤粒度分布等因素的综合影响尚不明确，如何使诱导出的碳酸盐在土壤中均匀分布、哪种菌株更适宜应用于MICP技术等也是国内外学者正在探讨的重要课题。

4 研究展望

土壤的重金属污染已经严重威胁到了人类的健康，采取必要的方法修复污染土壤已刻不容缓。修复方法的择取应综合考虑修复成本、效率、长期稳定性等因素。常见的修复方法虽然能在某些条件下有效地修复污染土壤，但每种修复方法都有其局限性，无法达到经济和效率的统一。MICP技术为修复重金属污染土壤提供了一种新思路，将化学固定与微生物原位修复相结合，环保高效，一定程度上弥补了单一修复方法的缺陷。很显然，多种土壤重金属污染修复方法相结合将成为未来研究的趋势。另外，转基因工程应用于生物修复，如改良超积累植物的转运蛋白进而吸收多种重金属、培植更适宜诱导碳酸钙沉积的菌株等，也将成为研究的重要课题。