土壤重金属污染修复技术及在我国的应用现状分析

蓝 慧

（都安瑶族自治县农业农村局，广西 河池 530700）

土壤是人类生产生活中不可或缺的不可再生资源之一，然而，受现代工业排放重金属物质以及人们土壤保护意识淡薄，随意丢弃一些重金属物质，使其流入到土壤等因素的影响，导致我国土壤重金属污染问题日益严重。相关数据表明，我国重金属污染土壤高达2000万hm2。土壤重金属污染不仅严重损害了土壤中农作物的生长，同时也对人类生命安全构成了严重的威胁，并且，也严重阻碍了社会的健康可持续发展，因此，就需要探寻有效的土壤重金属污染修复技术对重金属污染土壤进行修复，以促进土壤中的重金属污染物吸收、降解或转移，才能促进土壤中污染重金属物质消失或污染物浓度显著降低，从而才能为土壤中农作物生长提供良好的条件，同时也能维持土地这一生态资源的健康稳定发展，进而才能实现我国可持续发展目标。

1.土壤重金属污染的危害

土壤重金属污染指的是由重金属或其化合物对土壤造成的污染，这类污染不仅会对土地这一自然资源产生严重的破坏，同时还会对人类生活和生产造成一定的危害。土地是人类不可或缺的自然资源之一，为人类提供源源不断的粮食等各种产出物，而土壤发生重金属污染，便会导致土地中的重金属含量增加，超出正常范围，从而也会导致种植在该土地上的作物受到一定污染，进而会对人类食品安全构成严重的威胁。我国首次土壤污染状况调查结果显示，我国土壤整体情况不容乐观，部分土壤存在严重的污染，因此，就需要相关技术人员积极探寻和应用土壤重金属污染修复技术对污染土壤进行修复。

2.土壤重金属污染修复技术

2.1 物理修复技术

物理修复技术指的是根据重金属的物理特性，采用相关技术方法促进重金属和土壤完全分离，从而达到修复污染土壤目标的技术。该项修复技术可细分为淋洗修复技术、客土法修复技术、换土法修复技术、深耕翻土法修复技术、热力加热修复技术等。

2.1.1 淋洗修复技术

淋洗修复技术主要是根据污染地重金属种类合理选用适宜的淋洗剂，将淋洗剂淋撒在土壤上，以促进重金属溶解其中，该种修复技术虽有确切的修复效果，但是，其多适用于土壤污染程度高且面积大的土壤背景，且在修复过程中，受淋洗剂类型、土壤质地、污染物形态等因素的影响，均会对土壤重金属污染效率产生一定的不良影响。

2.1.2 客土法修复技术

采用客土法修复技术进行土壤重金属污染修复，先要对土壤污染情况进行全面评估，然后在被污染土壤中加入一定量的干净土壤，利用这种方法不仅能促使土壤中污染物浓度降低，还能有效减少污染物和植物根系的接触含量，从而能有效减轻植物根系污染程度。该种修复技术具有简单操作、修复效果明显等优势，但是，其多适用于小面积浅层污染土壤，若用于污染较深、污染面积较大的土壤修复需要投入较大的经济成本。

2.1.3 换土法修复技术

换土法修复技术指的是将污染土壤全部转移掉，换上未被污染的土壤，相关研究指出，换土法修复技术是修复农田重金属污染最常用和最有效的手段之一，如某地区对被镉污染了56%的土壤上部表层15-30cm土壤进行了置换，然后，在该土壤上种植水稻，结果显示，稻米中镉含量约降低了50%。

2.1.4 深耕翻土法修复技术

深耕翻土法修复技术指的是将土壤上层土与深耕层进行混合，使表层土壤中污染物含量降低，从而达到修复污染的效果，该种修复技术操作较为简单，且通过增加施肥总量还能有效解决耕作层有机物含量较少的问题，但是，其多适用于深层污染较小的土壤修复。

2.1.5 热力加热修复技术

热力加热修复技术主要是利用重金属的挥发性特点，对重金属污染的土壤进行加热。以促进重金属挥发出来，从而达到降低土壤中重金属含量的修复目的。如汞在土壤重金属污染中较为常见，对于汞金属造成的土壤污染，可先对土壤进行挖掘、风干、破碎和加热处理，加热后，会导致被污染的土壤产生气化反应，此时，修复人员就可采用活性炭吸附加热后产生的气体，对其气体进行蒸发处理，使其浓度达标后，便可向大气中排放。采用热力加热修复技术进行土壤重金属污染修复处理时，一般只需对污染土壤加热2小时，便可去除土壤中50%-90%的汞，同时也会导致土壤中的有机物质损失约15%，但是，这并不会对土壤耕作层产生严重的不良影响，土壤耕作层仍可以继续使用。该项修复技术主要适用于汞污染严重的土壤修复，具有修复面积大、修复效果确切等优势，但是，也存在工程量大、修复治理费用高等缺陷问题。

2.2 化学修复技术

化学修复技术是一种将化学物质投放到重金属污染土壤中，以改变土壤的化学性质，同时也能促进土壤中生物效能发生间接或直接的改变，从而使土壤中重金属含量显著降低的修复技术。化学修复技术可细分为螯合剂法、化学改良剂法、生物炭修复法、化学栅法、光催化降解法等。

2.2.1 螯合剂法

螯合剂法指的是将螯合剂加入重金属污染的土壤中以促进螯合剂与土壤溶液中重金属离子产生稳定的螯合物，以促进重金属溶解，从而达到土壤修复的效果。采用该项技术进行重金属污染修复的关键是合理选择适宜的螯合剂，可选择表面活剂、EDTA、DTPA等作为螯合剂，其中，表面活剂可促进溶剂中表面的张力显著降低，EDTA、DTPA等可促进土壤重金属可给性能显著降低，除此之外，技术人员还可以根据重金属污染土壤的实际性质、类型等选取合适的表面活性剂，促进配体的溶解性能全面提升，才能充分发挥表面活性剂的离子吸附、络合等作用，并能促进土壤重金属物质从固态转化为液态，最终得以挥发和去除。

2.2.2 化学改良剂法

化学改良剂法指的是将石灰、磷酸盐、硅酸盐、骨粉、钙镁磷肥等化学剂加入重金属污染的土壤中，以改良污染土壤的性质，从而达到污染修复的效果。如石灰可促进土壤的pH值增加，从而能促进土壤重金属富集的速度降低，磷酸盐、硅酸盐可固化土壤中的重金属，从而能促进土壤中重金属形成不溶于水的沉淀物质。

2.2.3 生物炭修复法

生物炭修复法主要是利用生物炭的吸附作用来实现重金属污染土壤的修复，生物炭中含有大量疏松多孔的空隙，且表面积较大，不仅能有效吸附土壤中的污染重金属，还能进行阳离子交换，从而促进重金属污染物的转化水平降低。且生物炭本身还具有碱性特点，能中和酸性土壤，从而能促进土壤的毒性降低。

2.2.4 化学栅法

化学栅法也被称为固化稳定法，主要是采用某些稳定介质固定重金属污染物，来减低重金属污染物稳点，从而减轻其对土壤中生物的毒性，一般都是将具有良好透水性和较好沉淀作用的固体材料放在重金属污染是土壤第二次含水层部分或污染物的最下面，使重金属污染物在固体材料中堆积，从而有效收集这些重金属污染物，进而降低土壤中重金属含量。这种化学修复技术具有成本低廉、操作工艺简单、可对多种金属元素污染的土壤进行修复处理等优势，但是，其存在长期稳定性差的缺陷。

2.2.5 光催化降解法

光催化降解法是近年来土壤重金属污染修复技术的研究热点，也是土壤重金属污染化学治理方向的新技术，其主要是将有机钝化剂(有机化肥)和无机钝化剂(石灰或活性炭等比表面积大和吸附性强的材料)加入重金属污染土壤中，促进土壤中的重金属产生挥发性有机物(VOCs)，并分解成水蒸气、二氧化碳和无机物质，从而达到良好的污染修复效果。这种土壤重金属污染修复技术不仅具有操作简单、投入成本低、修复效率高等优势，且无二次污染，唯一的缺陷为可能会导致土壤有机质发生改变，从而引发土壤发生结构性变化。

2.3 生物修复技术

生物修复技术主要是利用生物的正常代谢、吸收作用，促进重金属在土壤中的存在形态发生改变，从而促进土壤中重金属含量显著降低的土壤重金属污染修复技术，这种修复技术是一种原位修复技术和环境友好型修复技术，具有操作简单、投入成本低、修复效果好、环境友好、无二次污染等特点。植物和动物均是土壤生态系统的重要组成部分，但是，动物生命活动所需环境较为苛刻，难以作为土壤重金属污染修复载体，因此，生物修复技术主要是指植物修复、微生物修复技术以及两者融合修复技术。

2.3.1 植物修复技术

植物修复技术主要是利用植物的细胞代谢、呼吸、光合作用等对污染土壤中的重金属进行吸收、固化而达到修复效果。目前，常用的植物修复技术有超富集植物修复技术和诱导的累积植物修复技术两大类，其中，超富集植物修复技术的修复原理为超富集植物具有将重金属元素吸收转运到其地上部分的能力，从而能促进土壤重金属污染状况得到明显改善，且与一般植物相比，超富集植物还有一个突出的特点是其在重金属含量超标的土壤中仍可正常生长，并充分吸收植物根部土壤中的重金属，将其转移至植物的枝条和叶内，从而能有效去除或减少根部土壤中的重金属。诱导的积累型植物则主要是将大量重金属元素转运进自身体内而达到修复重金属污染土壤的效果。植物修复技术具有投入成本低、环境友好、无二次污染等优势，但是，其也存在一定的缺陷，如一种植物一般只能用于一种类型的重金属污染土壤修复，且该种修复技术对气候要求较为严格，另外，植物修复技术自身也存在一定的局限性，如无法机械化种植、植物生长缓慢等。

2.3.2 微生物修复技术

微生物修复技术主要是利用一些特殊微生物可对土壤重金属元素产生氧化还原、吸收、固化等作用，将重金属元素氧化还原和转化成不再具有生物毒性的物质，从而最大限度地降低土壤中重金属的含量，进而消除土壤污染或减轻土壤污染程度。且一些特殊微生物还能通过细胞壁的吸附作用，对土壤中大面积的重金属阳离子产生吸附作用，还有部分微生物是通过生物代谢产生生物酶，对土壤中的重金属产生溶解、吸收作用而发挥良好的修复作用。如国外有研究人员通过对重金属污泥采用铁氧化菌进行淋滤，结果显示，污泥中淋滤出58%的镍元素和52%的镉元素。再如，有研究人员对铅、铬混合污染土壤采用氧化亚铁硫杆菌和化硫硫杆菌的混合菌进行清理修复，成功除去72%的铅和68%的铬，说明微生物修复技术对土壤重金属污染修复效果显著。由于不同微生物对重金属的耐受力具有一定的差异，从而产生的修复效果也有一定的差异，为全面应用微生物修复技术进行土壤重金属污染修复，就需要技术人员积极探寻和应用适用范围广、耐受力强的微生物类型。

2.3.3 植物——微生物联合修复技术

尽管植物修复技术、微生物修复技术在土壤重金属污染修复中具有良好的修复效果，但是，两者单用均存在一定的缺陷，因此，为提高土壤重金属污染修复效果，还可以将两种修复技术进行融合形成植物——微生物联合修复技术。已有研究指出，采用植物——微生物联合修复技术可促进植物对土壤中重金属污染物的去除效率显著提高，这主要是因为根系微生物可为植物生长提供良好的条件，可加速植物生长，且微生物本身还能促进土壤中重金属的形态发生改变，如胶冻样芽孢杆菌可促进土壤中矿物质分解供植物吸收，巨大芽孢杆菌能使土壤中的有机磷降解，因此，两者联合能显著提高对重金属土壤的修复效率。

2.4 电化学修复技术

电化学修复技术指的是将外加电极插入重金属污染土壤中，使土壤形成电极，在外加直流电场的作用下导致土壤中金属阳离子产生规律性迁移，最终富集在电极附近。这种修复技术具有操作简单、修复效果显著等优势，但是，其对土壤性质具有较高的要求，要求土壤性质良好、土壤中重金属存于导电介质中，难以适用于大面积且土壤性质较差环境的土壤修复。

2.5 农业生态修复技术

相关研究指出，土壤中的重金属的活性与土壤中氧化还原的状况密切相关，而调节土壤氧化还原反应的关键在于对土壤中水分进行控制，控制和减少土壤中水分，可促进土壤重金属的危害程度明显减轻，而采用农业生态修复技术能有效减少土壤中的水分含量，因此，还可以采用减少土壤中的水分含量这一农业生态修复技术对土壤重金属污染进行修复。另外，还需要指导用户合理使用农药和化肥，这样可从源头控制和减少土壤中重金属的含量。

3.土壤重金属污染修复技术在我国的应用现状

近年来，随着我国工农业的快速发展，我国的土壤重金属污染问题也日益严重，这种现象不仅阻碍了土壤的可持续利用，同时也影响了国家的健康可持续发展。因此，我国政府部门出台了不少政策，要求相关部门要严格做好土壤重金属污染修复工作，通过几年的探索，我国土壤重金属污染修复已取得了一定的成效，但是，因我国土壤重金属污染修复和污染治理工作起步较晚，导致我国土壤重金属污染修复技术与发达国家相比仍较为落后，如当前我国大部分土壤重金属污染修复多是采用物理修复技术和化学修复技术，其中，以化学修复技术为主，虽能发挥良好的修复效果，但是，在实际的修复过程中存在且资源消耗巨大、重复率低下和会带来二次污染等问题，这种现象也会对社会的可持续发展造成严重的不良影响，因此，就迫切需要开发和应用生物修复技术。然而，当前我国大部分的生物修复技术只停留在实验室阶段，尚未投入于土壤修复实践使用，对此，就需要相关技术人员对我国土壤环境进行全面考察，并积极根据地区土壤环境引入适宜的植物、微生物和应用植物——微生物联合修复技术开展重金属污染土壤修复，才能达到高效、安全、绿色的修复效果。

4.结语

土壤是人类生产生活中不可或缺的不可再生资源之一，然而，受多方面因素的影响，我国土壤重金属污染问题日益严重，Hg、Cd、As、Cr、Pb、Ni、Cu、Zn等重金属元素污染土壤面积日益增大，这些污染问题不仅会破坏我国生态环境的稳定性，同时也会对人类生产生活产生严重的不良影响，因此，就需要技术人员积极探寻和应用有效的土壤重金属污染修复技术对污染土壤进行修复，如物理修复技术(淋洗修复技术、客土法修复技术、换土法修复技术、深耕翻土法修复技术、热力加热修复技术等)、化学修复技术(螯合剂法、化学改良剂法、生物炭修复法、化学栅法、光催化降解法等)、生物炭修复法(植物修复、微生物修复技术、植物——微生物联合修复技术)、电化学修复技术、农业生态修复技术，通过采用这些技术尽可能消除污染土壤中的重金属元素或物质，或最大限度地降低污染土壤中的重金属元素或物质含量，才能提高土壤生态环境的稳定性，从而才能为土壤中农作物健康生长提供有利条件，并且也能推动我国社会的健康可持续发展。