浅谈土壤中重金属污染的修复技术

李 俊

（南京大学环境规划设计研究院集团股份公司，江苏 南京 210093）

1 土壤重金属污染现状及危害

在农业迅速发展的过程中，农药和化肥的用量不断增加，导致工业三废大量排放，引发了土壤重金属污染问题[1]。目前，我国的土壤环境状况逐年恶化，土壤污染较重，耕地的土壤环境也让人担忧。在2014年环境保护部和国土资源部联合发布的《全国土壤污染调查公报》中显示，从2005年4月至2013年12月期间，我国开展了首次全国土壤污染状况调查，数据结果显示土壤超标率为16.1%，镉、砷、铜、铅、汞、铬、锌、镍相关的重金属污染最严重。经调查研究发现，其中镉的超标率达7.0%，相应的影响范围最大，出现比例最高[2]。这种污染表现出长期性、隐蔽性特征，治理难度大，其会对农作物的质量和产量都会产生影响，同时也会严重降低地下水水质，还会通过食物链危害人体健康和生态平衡。因此，很有必要采取有效措施来保护土壤环境安全，为经济社会长远发展打下良好的基础。由于土壤环境的特殊性，土壤污染能直接影响农产品、水环境质量等，且土壤污染修复治理难度较大、耗时长、费用高。因此，土壤污染问题是亟需解决的重点环境问题之一。

2 常见的土壤重金属污染治理修复技术

2.1 生物修复技术

生物修复技术主要分为植物修复、动物修复以及微生物修复。

（1）微生物修复技术主要是通过微生物对污染物进行转换，降低其毒性和产生的危害。

（2）植物修复主要是利用超累积植物，这种植物可通过体内的特定蛋白吸附重金属，改变重金属的价态，提高其稳定性，以此来减少对土壤的影响[3]。此类植物可超量吸收重金属，然后再通过采收等方式将其转移到土壤外。在实际应用中，植物修复技术不会对重金属污染的土壤结构造成明显影响，且适应性广、耐受性强、治理成本相对较低。植物修复期周期很长，一般只用于重金属污染含量较低的土壤，且如果治理时没有做好防护工作，极容易导致二次污染问题。该技术在应用中，需要周围环境满足一定要求，当环境出现变化时，其修复效果也会出现明显变化，而在特殊一些情况下，重金属被吸收后还会再次分离，所以，应对此现象予以重视。

（3）动物修复技术是指利用土壤中生存的某些动物的吸收、转化、分解等直接或间接地改善土壤的性质和肥力，同时也为昆虫、植物和微生物的生长代谢提供支持。这些生物可以更好地分解污染物，从而降低污染水平。可用于修复的昆虫主要包括蚯蚓、虹蝴、线虫等，应用比例较高的是蚯蚓，这种生物的环境适应能力强，可有效改善土壤结构、增加土壤透气性和肥力，也为植物的生长起到了促进作用，同时，蚯蚓还可以吸收一定重金属。在实际土壤修复中，通过定期采集蚯蚓粪便和植物茎叶，就可以不断转移土壤中的重金属，使其含量降低，以此来实现土壤的修复效果。

2.2 化学治理技术

化学治理技术是通过添加不同的化学药剂对土壤中的重金属元素进行吸附沉淀、抑制改变重金属元素的形态和价态，从而有效降低土壤中的重金属含量。化学治理修复技术主要分为化学抑制法、化学淋洗法、固化稳定修复法等，这些方法都各有一定的适用范围，以下进行具体说明。

（1）化学淋洗修复法主要是将淋洗液注入土壤中，这种液体在流动过程中可将一些金属污染物溶解和转换，在达到一定条件后，回收这些淋洗液。此类修复材料主要有水、无机酸和盐类，一些情况下也可以根据修复要求进行适当的混合。根据实际应用经验可知，淋洗液会影响到污染物状态、土壤与重金属的吸附脱附性，这样可使污染物更好的溶解，且转变为乳液态，为以后的去除分离提供支持。这种技术的特征为，可将易于吸附的有机污染物去除，而其他修复技术对此类污染物的处理效果不佳。但这种修复方法也存在不足之处，主要表现为用水量多，因而处理成本明显增加，且需要目标区域有丰富的水资源。

（2）在应用固化稳定修复法处理时需要用到很多药剂，该方法无法有效应对复合污染，是因为不同的酸碱度条件下重金属的存在状态也各有不同，这样容易导致二次污染。因此，为了更好地满足修复要求，需要对不同修复技术进行适当的优化组合，再进行大力实验研究，最后确定出优化工艺。

（3）化学改良法在修复时主要是通过化学改良剂进行改性，降低土壤的溶解性，抑制重金属的迁移。在实际修复中应用比例较高的改良剂包括石灰石和磷酸盐等。这类材料可有效改善土壤酸碱性，促使重金属转变为溶解度很低的碱性物质，对镉、铜、锌的钝化作用很显著；而磷酸盐能够将重金属转化为磷酸盐等难溶解的物质，可有效降低铅、铜、锌、镉等重金属的浓度。因此，在实际的土壤修复过程中，要根据不同改良剂的应用机理，再结合重金属污染的类型，有针对性地选择改良剂。

2.3 物理修复技术

物理修复技术主要分为直接换土法、热化法、电动修复和玻璃化法。

（1）直接换土法是利用无污染土壤替换原重金属污染土壤，这种修复方式的效果非常好，但在实际修复过程中，工程量大、经济成本较高，因此，通常运用在场地修复以后利用价值很高的土壤中。

（2）电动修复技术，这种技术主要是基于低电导率实现去除污染目的，其优势表现为，在修复过程中不会影响土壤结构，操作方便，效率高。但需要消耗大量的电能，也容易导致极化问题，因而也存在一定局限性。这种技术在不断改进的基础上已趋于成熟，但为了有效提高修复性能，一般需要结合络合剂、有机酸相关的物质，以此来预防聚集。

（3）热化法主要是在一定加热模式下使土壤的温度达到较高水平，使其中的污染物转变为气态，然后再选择适当的气体收集模式来实现降污染的效果。根据实际应用经验，对含水少，高渗透的土壤，这种方法有良好的适用性，其修复效果很明显。但在加热过程中需要消耗大量的热能，这对该方法的应用产生了一定制约，因此，主要适合修复含汞的污染土壤。

（4）玻璃化法在修复时主要是在一定高温作用下促使重金属融化，然后迅速冷却并进行适当的分离。这种方式在进行加热过程可选择微波、电加热模式，因此，在修复过程中需要消耗大量的能量，不满足经济效益相关的要求，同时也难以确定出优化的吸附方案，因而应用比例较低。

2.4 农业生态修复法

农业生态修复可具体划分为农业修复和生态修复两种。农业修复主要是对农业工作制度进行调节，选择一些不受到影响的植物体系，以此来对土壤中重金属进行吸收和转化，降低其对土壤的危害。如有的化肥可降低重金属浓度，减轻了对土壤的影响。而生态修复则是对土壤肥力、有机制种类、土壤pH值进行调节，通过环境因素降低重金属的活性，使其更多的转移到植物中，以此来实现修复目的。在实际修复领域，生态修复技术的缺陷很明显，如不容易控制修复效果，且效率不显著，应用比例不高，但总体上这种技术有着广阔的应用前景，因此，相关技术人员应加大深入研究，为该方法的应用推广起到促进作用。

3 不同土壤重金属污染修复方法的比较

物理修复技术主要是隔离污染土体，这种方法对各类型高浓度重金属污染都可以进行很好的处理，且方便操作。但缺陷也很明显，投入成本高，需要投入大量的资源，这对该方法的广泛应用产生了一定制约。在实际应用中，要注意隔离的污染土壤应根据要求进行严格处理，避免出现二次危害；在化学修复过程中，主要是将一些改良剂或者酸类螯合剂加入到土壤中，通过其结合重金属离子，促进土壤中重金属的迁移，为以后的修复起到促进作用，以及提供良好的条件[4-5]。但螯合剂的用量应进行合理控制，在超量使用情况下也会影响到农作物，使土壤的肥力降低，此外，还会危害土壤的微生态环境平衡。且重金属离子迁移到地下水中，也会对水体产生严重危害，因此，通过化学方法进行修复时，应严格进行污染监控，同时要做好反馈和警示工作；动物修复技术的成本低，其效果和效率都很明显，但在使用蚯蚓等动物进行修复时，需要对土壤pH值和养分进行适当的控制，从而为蚯蚓的生长提供良好的环境；植物修复主要是应用超累积植物，一般情况下只可以吸收特定的重金属，不满足广谱吸收要求，这样也对其修复效果和适用范围产生明显制约；微生物修复的特征是环保高效，成本低，但这种技术还不成熟，还有很多技术问题没有得到解决，如需要研究pH、钙源、外界温度等因素的影响。

4 结论和展望

目前，土壤重金属污染修复治理的方式多种多样，不同的修复技术有各自的优势，但也都存在一定的局限性，无法达到经济和效率的完美结合，所以，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。因此，土壤重金属污染修复治理需要将多种不同的技术进行有机结合，才能有效治理重金属污染，进而切实提高土壤治理的有效性。

随着环境污染的不断加剧，土壤生态的相关问题已经非常明显，很有必要重视此方面问题。因此，在详细调查研究的基础上，要综合考虑各方面因素，以选择合适的方法进行土壤污染治理，改善土壤生态环境，更好地满足生产生活各方面要求。以往传统粗放式生产模式会对土壤生态环境产生严重影响，导致生态平衡被破坏，所以，在未来的发展中，应总结这方面的经验教训，强化污染治理工作，优化土壤生态状况，为实现可持续发展的目标提供可靠基础。此外，还需要加大技术研发力度，引入新技术进行土壤生态保护和治理。

污染土壤的修复治理是一项复杂的工作，涉及到的因素众多，且各种因素之间还存在一定交互性，这些对修复效果和成本都会产生影响。在实际修复过程中由于各种修复技术没有密切结合起来，所以，对于特定的污染物通过单一的修复方法已不满足应用要求。但目前还没有形成通用统一的污染土壤修复技术，这就需要未来在以下方面加大研究力度：

（1）研究适宜的植物种类、修复方法，在大量实验研究基础上筛选出广谱和超量积累的植物；或者对植物进行改良研究，提高其对某种污染物的吸收和转移效率；对相关修复机制进行研究，据此研发出一些特异性强的修复技术。还应该深入分析重金属在植物体系中的迁移机制，进行单因素对比分析，确定出最优化的修复方案。

（2）引入现代生物学、遗传学和基因技术进行育种，筛选出各种类型高效降解菌种，从而更好的降解和吸收土壤中的污染物，以此对提高修复效果起到促进作用；此外，也可以在工程技术基础上引入土著、外源微生物来处理土壤污染物；适当的开展微生物-土壤物理改良、微生物-动物、微生物-植物相关体系的研究，更高层次分析土壤修复机制和影响因素。

（3）酶学修复技术主要是基于特定的微生物进行发酵，在一定分离基础上获得特定酶制剂，以此来对特定有机污染物进行降解和转换，这种技术有着广阔的应用前景，目前已经受到广泛关注。

（4）污染土壤修复应考虑到生态学相关因素。土壤污染一般是复合型的，且表现出复杂性特征，这就要求在修复时要对各方面的因素进行全面分析，力争在降解污染物的同时，改善土壤理化和生态特征，满足生态修复相关要求。同样，各种修复技术在应用中都有一定的适用范围和优势，这就需要在选择修复技术时，对污染状况和条件进行全面分析，并根据所得结果适当的融合物理、化学、生物相关的修复技术，组合形成一个综合性修复体系。这样既可以降低修复成本，同时也可以提高适用性，且满足生态修复相关要求，这也是该领域未来的发展方向。