土壤汞污染修复研究进展

王春勇，王爽，商井远，朱博，郭怡彤，李英

开发与应用

土壤汞污染修复研究进展

王春勇1*，王爽2，商井远3，朱博1，郭怡彤1，李英1

（1. 辽宁工业大学化学与环境工程学院，辽宁 锦州 121001；2. 锦州市太和区环境保护监测站，辽宁 锦州 121000；3. 葫芦岛市生态环境保护服务中心，辽宁 葫芦岛 125000）

对土壤汞污染的修复技术进行了概述，重点阐述了物理修复法、化学修复法以及生物修复法（包括植物修复和微生物修复），并介绍了上述方法的优缺点。最后对土壤汞污染的修复技术发展趋势进行了展望。

汞；土壤污染；土壤修复

汞（Hg）属于一种全球性污染物，其在环境中有极强的毒性和生物富集性[1-3]。土壤是全球范围内最大的“汞库”，也是大气中汞的主要自然来源[4-5]。而土壤环境中的汞具有易迁移性、持久性污染以及可以转化为剧毒甲基汞等特点[6]。土壤汞主要来源于人为输入及自然输入。自然输入包括火山喷发和自然风化等，而人为输入包括煤燃烧以及汞矿和金矿排放等[5,7]。土壤中汞能随空气或者食物链进入到人体，从而危害人体健康。汞对人体的毒性体现在影响生殖发育、引起老年痴呆、致畸和致癌等方面[1,7-8]。已有研究表明汞污染能对土壤动物体内抗氧化酶系统的活性产生影响[9]。此外，汞还能对土壤环境中微生物产生影响。已有研究表明在汞污染严重的土壤中，细菌和原生动物的种群数量会减少[10]。

1 我国土壤汞污染现状

随着我国的人为汞排放量逐渐提高，我国已成为土壤汞污染较为严重的国家[11]。我国2014年发布的土壤状况调查报告中，汞已成为我国土壤污染排名前三的无机污染物之一[1,12]。我国贵州省万山地区曾是中国最大的汞矿集散和精炼地，截止到2001年，万山地区大约生产了22 000 t汞和6 000 t朱砂（HgS）[13]。该地区土壤中汞质量分数达到了5.1～790 mg·kg[14]。郑冬梅等[15]研究表明葫芦岛市有色冶金-化工区表层土壤中汞质量分数达到了0.05～14.6 mg·kg-1。尹伟等[16]研究表明广州城市土壤汞质量分数平均值达到了0.614 mg·kg-1。上述研究都表明我国土壤汞污染的严峻形势，因此有必要开展对汞污染土壤的修复研究。本文对已经报道的土壤汞修复技术进行了总结，以期为未来开展土壤汞修复工作提供参考和借鉴。

2 汞污染土壤修复技术

2.1 物理修复技术

土壤汞污染物理修复技术包括客土法、换土法和深耕翻土法等[17]。上述方法主要通过与清洁土壤混合、更换未被污染土壤以及翻动上下层土壤等方式，从而达到降低表层土壤汞浓度的目的。针对土壤汞污染的物理修复方式，虽然见效快，但是成本高，工程量大。

2.2 化学修复技术

土壤汞污染化学修复技术主要是通过添加化学修复剂/稳定剂/固定剂等进行固化以及电动修复等，从而降低土壤汞浓度及其迁移性和生物有效性[1,7]。

2.2.1 固化/稳定化修复

固化/稳定化修复汞污染土壤能在较大范围pH和氧化还原条件下开展[8]。常用的固化剂/稳定剂，如磷酸盐、石灰、粉煤灰和硅酸铝等[18]。相关研究已有报道，例如魏赢等[19]使用FeS、Na2S、黄铁矿、CaO、黄铁矿+CaO作为稳定剂来修复贵州万山地区的汞污染土壤，研究表明Na2S的修复效果最好，其对汞污染土壤的稳定效率能达到90%。Wang等[20]使用了碳酸钙黏土矿物（CECM）和磷酸二铵（DAP）来固定土壤中汞，研究表明与对照土壤和初始土壤相比，CECM和DAP的施用降低了土壤中生物有效性汞的含量。张亚峰[21]使用了FeS和CaSx稳定汞污染土壤，研究表明FeS和CaSx能有效地降低土壤浸出液中汞的浓度，而二者能稳定汞的机理为形成了硫化汞沉淀。陈杰[22]使用S、Na2S、FeS、Na2S2O3和硫代氨基甲酸盐固定汞污染土壤，研究表明上述固定剂都能够降低紫色土中汞TCLP浸出毒性。固化/稳定化修复技术是现在应用较多和较为成熟的修复技术，但是实际应用中需要使用大量的固化剂/稳定剂，此外固定后的汞还存在于土壤中，可能还会存在环境风险。

2.2.2 电动修复

土壤汞污染的电动修复技术主要指通过在土壤中设置电极，并通直流电，使汞产生迁移并对其进行收集及处理[7]。Reddy[23]使用了乙二胺四乙酸二钠、碘化钾和氯化钠作为络合剂，并结合电动修复技术共同修复汞污染土壤，研究表明0.1 mol·L-1碘化钾在1.0V的直流电压下可以将高岭土中500 mg·kg-1汞离子降低到16 mg·kg-1。电动修复汞污染土壤不会影响土壤肥力，但电动修复易受制于土壤质地，只适用于黏土性土壤，且易受土壤性质影响[7,24]。

2.3 生物修复技术

土壤汞污染生物修复技术是指利用生物某些特性来降低土壤中汞浓度[18]。土壤汞污染的生物修复技术主要包括植物修复和微生物修复。

2.3.1 植物修复

土壤汞污染的植物修复技术主要是利用某些植物来固定、吸收和富集汞。例如，通过植物根部吸收和积累汞或通过根部区域形成汞沉淀来固定土壤中的汞[25]。植物修复技术的关键在于候选修复植物的种类，候选植物需要具有广泛的根系，并且要考虑汞对植物根系产生的毒性以及所用植物的成活率[26]。植物修复技术经常结合其他处理技术共同修复汞污染土壤[26-27]。已有的研究表明油菜、小叶黄杨、苎麻、香根草、加拿大杨等都可以一定程度富集汞[8,28]。蒋大猛等[29]研究表明油菜可以修复轻度汞污染土壤，而油菜的根、叶和茎都可以富集汞，其中根是油菜最主要的富集器官。过昱辰等[30]利用盆栽试验研究了地毯草、假俭草和多年生黑麦草对土壤汞的富集，研究表明三种草坪草都能去除土壤汞，对土壤中汞的去除率为黑麦草>地毯草>假俭草。王明勇等[31]通过野外调查发现万山废弃矿区中乳浆大戟能富集土壤中汞，其对汞的最大富集量达到了35.1 mg·kg-1。赵安琪[32]通过盆栽实验研究了芒草对汞污染土壤的修复，研究表明芒草具有一定的富集土壤汞能力，芒草根部以及地上部分富集汞含量能随土壤汞含量先增大随后减小。土壤汞污染植物修复成本低、绿色且环保。但是此技术修复周期长，且易受污染物浓度等影响。

2.3.2 微生物修复

土壤汞污染微生物修复技术是指通过微生物的新陈代谢或者吸附等作用，来降低汞的生物可利用性及浓度[8,24]。赵盛开等[33]从汞污染土壤中分离出真菌菌株GX-10，其能够有效吸附土壤中的汞，并能显著降低汞的毒性、迁移性和生物有效性。Chen等[34]研究表明假单胞菌sp. DC-B1结合生物炭能够有效地去除土壤中汞。李梦杰等[35]使用裂褶菌（）GGHN08-116来修复受汞、铅和铬污染的土壤，研究表明通过菌株穿透土壤方法以及同发酵产物复合修复方法，土壤中交换态汞都出现显著下降趋势。郭同同[36]从矿区汞污染土壤中分离出了sp. DC1、sp. DC2和sp. DC3三株耐受菌株，研究表明三株菌都能不同程度地修复100 mg·kg-1汞污染土壤。微生物修复技术前景广阔，但是其对环境变化敏感，也缺乏相应的理论研究[24]。

3 展望

未来土壤汞污染修复技术，应着重于发展绿色环保的修复技术，利用基因工程和分子生物技术等手段，探索具有高效修复技术的超级汞富集植物以及微生物。同时开展多种修复技术相结合的模式，提高对汞污染土壤的修复效率。

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Research Progress in the Remediation of Mercury Contaminated Soil

1,2,3,1,1,1

（1. School of Chemical and Environmental Engineering, Liaoning University of Technology, Jinzhou Liaoning 121001, China;2. Environmental Protection Monitoring Station of Taihe District, Jinzhou Liaoning 121000, China; 3. Ecological Environmental Protection Service Center of Huludao City, Huludao Liaoning 125000, China）

The remediation technologies for mercury contaminated soil were overviewed, the physical remediation, chemical remediation and bioremediation (including phytoremediation and microbial remediation) were discussed, and the advantages and disadvantages of the above methods were introduced. Finally, the development trend of the remediation technology of mercury contaminated soil was prospected.

Mercury; Contaminated soil; Soil remediation

辽宁省教育厅科学研究经费项目（项目编号：JQL202015402）和（项目编号：JFL202015403）。

2021-04-15

王春勇(1987-)，男，辽宁省朝阳人，博士研究生，从事土壤重金属方面的研究。E-mail: wangchunyong2010@163.com。

X53

A

1004-0935（2021）10-1474-03