重金属污染土壤修复技术及其研究进展

张英婷 李紫龙 蒋妮娜 李林 高然 李斌

（1 国家电投集团远达环保工程有限公司重庆科技分公司 重庆 401122 2 重庆远达渝地环境治理有限公司 重庆 401122）

土壤环境可以为植物提供生长所需的基本的营养元素，但是土壤中重金属含量超标不利于植物的生长，会引起植物生理特征的改变。与空气污染和水污染相比，土壤污染被称为“无形污染”，并且更加难以修复。随着采矿业、钢铁生产业、电镀业等的飞速发展，造成了大范围的土壤污染，给环境带来了巨大的影响，威胁到人类的健康与生态环境的平衡［1］。其中以镉、铬、砷、汞为代表的受污染耕地约占全部耕地面积的1/5［2-3］，工业用地的土壤也存在严重的重金属污染问题。在受污染的农田上种植农作物会使作物中积聚部分重金属，造成作物重金属超标，然后通过食物链蓄积在人体内，从而危害人体健康。因此，迫切需要研发出高效的修复技术［4］。目前，针对重金属污染土壤的修复技术主要分为生物修复技术和物理化学修复技术2 大类。

1 生物修复技术

生物修复技术主要分为植物修复和微生物修复2 大类。生物修复技术可以大面积推广且不会对土壤生态环境造成破坏，增加土壤有机质的含量，有效避免二次污染，可以回收部分贵重金属获得直接经济效益等而受到广泛关注。

1.1 植物修复

植物修复是通过不同的植物种类对土壤污染区域的污染物进行固定、降解的技术。其基本原理是利用植物根系对土壤中的重金属离子的提取能力，将其从土壤中分离出来，重金属通过植物的代谢被分解为毒性较小的存在形态，并存贮在植物的茎和叶中［5］。目前有越来越多的超积累植物，这些植物可以在重金属浓度较高的土壤中生存，展现出良好的重金属的吸附效果，但多数超富集植物生长缓慢，富集量小，制约了植物修复法的应用，因此有了技术改进措施。

（1）化学强化措施。利用螯合剂、淋洗剂等化学药剂将土壤中不溶性的重金属转化为可溶性的状态，促进植物对重金属的吸附。现阶段主要使用的螯合剂包括乙酸、柠檬酸、EDTA等，淋洗剂以生物表面活性剂作代表［6-7］。张磊等［8］向Cd 污染土壤中添加适量的EGTA 发现，螯合剂的加入有效地提高了棉花植株地上部分对Cd的积累量。韩廿［9］通过向重金属污染土壤中施加螯合剂，明显提高了植物对重金属的提取效率，研究4种不同的螯合药剂对4种不同的植株修复Cd 和As 复合污染农田土壤的作用。实验证明不同螯合剂对各植物器官内重金属积累量都会产生一定程度的影响。

（2）植物激素强化措施。植物激素可以促进植物的生长并调节其生理代谢能力，通过提高其生物量，达到改善对土壤的修复效果［7］。袁江［10］通过盆栽试验，向东南景天和龙葵盆栽中加入植物激素IAA 发现植物激素的添加有利于超富集植物的生长状况和生物量，且能有效提高植物地上部分重金属提取含量。

（3）农艺强化措施。农艺措施主要包括向土壤中施肥、布水控制、利用改良耕作技术等。通过肥料的施加，改善土壤pH值，达到对重金属的活化作用，增加植物吸收的能力［7］。

1.2 微生物修复

微生物修复技术通过微生物的代谢功能来吸收、富集、减少溶解沉积土中的污染因子，然后将重金属固定在土中或者将重金属的价态或者毒性进行一定程度的转变。细菌对于土壤中重金属具有较强的耐受性，例如绿脓杆菌、粪产碱杆菌以及铜绿假单胞菌具有较好的镉去除能力［11］。微生物不能直接降解重金属，其菌种接种培育较困难，效率低。因此微生物修复技术多以辅助其他技术存在［6，12］。

1.3 动植物联合修复

单一的植物或者微生物修复方式因为污染物的多样性以及含量超标受到了限制，因此联合修复技术被提出来。在联合修复技术中，微生物主要通过2种方式增强植物对污染土壤的修复：①微生物对重金属的吸附作用；②分泌有机酸及植物生长所需的营养物质，促进超富集植物对重金属的吸收。杨扬等［13］以吊兰和蚯蚓联合使用，对土壤中的重金属Cd 进行修复，吊兰在修复中是主导因素，蚯蚓是次要因素，蚯蚓能够改善土壤的通气性和理化性质。通过实验发现吊兰-蚯蚓联合修复具有较好的修复效果。潘伟斌等［14］发明了植物修复方法，以小飞扬草与芽孢杆菌、假单胞菌联合修复重金属Pb、Cd 污染的土壤。其中芽孢杆菌与假单胞菌起到对土壤中重金属的活化作用，促进了小飞扬草对重金属的富集，改善了修复效果。

2 物理化学修复技术

2.1 土壤淋洗技术

土壤淋洗浸出技术是将化学浸出剂与土壤相混合，以溶解土壤中的污染因子，将其与土壤分离，然后将浸出液回收提取出重金属，达到污染土壤修复的1种技术。常用的淋洗剂主要包括表面活性剂、有机酸、螯合剂及络合剂等。此技术主要适用于处理水溶性污染物、重金属等无机化合物，技术工艺较为复杂，工期长、施工成本较高。随着研究的深入，有了很多淋洗的技术改进措施。

（1）淋洗助剂强化措施。通过淋洗剂的加入虽然可以去除大部分的重金属污染物，但多为水溶态以及交换态的金属离子。添加淋洗助剂可以在一定程度上去除土壤中以结合态和残渣态的形式稳定存在的重金属离子［15］。戴竹青等［16］以Cu、Zn、Pb 和Cd 共同污染土壤为研究对象，采用还原剂盐酸羟胺调控土壤中重金属化学形态，以柠檬酸为淋洗剂，考察柠檬酸、盐酸羟胺联合淋洗对土壤重金属的洗脱效果，发现加入盐酸羟胺后，土壤重金属洗脱率极大地增加，Pb 洗脱率提高36.2%，Cu、Zn、Pb、Cd 洗脱率分别达到了55.9%、58.3%、47.1%和47.9%。

（2）电动强化措施。电动技术和淋洗技术联合修复进一步拓宽可修复土壤的类型，通过电动作用可以有效增大电解质的含量，促进重金属离子与土壤分离，可以同时固定重金属，减少淋洗废液的二次处理［17］。谭雪莹等［18］针对某工业污染场地中的铅污染土壤，采用电动和淋洗相结合的方法进行修复，通电80 min 后，发现土壤中的铅浓度由原来的（410±16）mg/kg降到（252±10）mg/kg，表明淋洗与电动联用技术可以有效提高修复效果。

（3）超声和微波强化法。通过超声和微波的辅助方法，可以加速土壤与淋洗剂的混合与反应，加快土壤中重金属形态的变化［15］。熊伟等［19］采用超声波强化柠檬酸淋洗修复锑污染土壤，通过实验发现超声波功率、超声时间以及pH 值对淋洗效果有显著的影响，超声波强化能够提高土壤中各种形态锑的淋出。

2.2 稳定化技术

稳定化修复技术，即向受污染的土壤中添加一定量的稳定化药剂，改变土壤中重金属的理化性质，降低重金属的可生物利用度，从而减少外物对土壤中重金属的吸附［20-21］。但是，这种材料仅改变了重金属的存在形态和生物可利用度，而没有改变土壤中重金属的实际总量，存在重金属再次活化的潜在风险［22］。因此需要开发出新型的“绿色、高效、经济、持久”稳定化材料。张剑等［23］对比了12种不同的药剂在镉污染稻田上的应用效果，发现碱性肥料（硅钙镁钾肥）和磷酸盐肥料（钙镁磷肥）可以有效减少土壤中的有效态Cd 和糙米中的Cd 含量。稳定化药剂可以直接将重金属进行固定，降低了重金属的可生物利用度，减少农作物对重金属的吸收。

2.3 电动修复技术

电动修复技术是专门针对低渗透粘性土壤开发出来的1种方法，将惰性电极植入受污染土壤的两端，以形成直流电场。通过电迁移、电渗析和电泳作用使污染因子移动到电极的两端，然后从土壤中迁移出来，最终实现了土壤的修复［24］。

重金属在土壤中主要以金属氧化态和碳酸盐结合态存在，若用单一的电动修复技术很难活化和转移此类重金属。因此，研究者从提高重金属迁移能力、多种技术联合使用等方面对电动强化修复技术进行了研究［17］。薛浩［25］以某铬渣存储区场地中的污染土壤作为实验对象，利用酸化的方式强化电动修复技术对土壤进行修复后发现，此技术可以显著提高铬污染土壤中铬的去除率，六价铬去除率最大提升了58.65%。通过添加酸液，可以使重金属以各种可提取态为在土壤中的主要存在形式，从而降低土壤中残留铬的生物利用度。

2.4 客土、换土法

客土法即在污染土壤中添加1 层未污染的土壤与原土壤混合，降低土壤中重金属的含量。换土法是指去除表面上的受重金属污染的土壤，并用干净的土来代替。通过低渗透粘土层隔离镉污染。此方法见效快、效果好，多与植物修复技术联用，主要缺点在于工程量较大、投资较高，并且容易降低土壤中的肥力等。

3 结论和展望

目前，土壤的修复方式多样，中国传统的理化修复技术相对成熟，但还存在一定的局限性，如会破坏土壤的理化性质，修复后的部分土壤无法继续回填，导致土壤肥力下降，这将严重影响生态环境。而利用生物修复技术，具有经济效益高、发展前景好、适用范围广的优点。在实操过程中，要求结合重金属污染土壤的性质与未来土地的规划及利用类型，制定最合适的联合修复技术方案，以达到对重金属污染土壤的修复目的。