土壤重金属污染修复方法研究

鞠雪峰

（烟台云沣生态环境产业发展股份有限公司 山东烟台 264006）

引言

土壤是我们人类赖以生存的基础，其质量优劣直接影响着人们日常生活的质量，随着工业经济的快速发展，土壤重金属污染问题日渐严峻。目前，土壤重金属污染、大气污染、水体污染是我国三大主要环境污染问题，其中土壤重金属污染由于其环境影响具有一定的滞后性，比如重金属往往是通过农业耕作富集到食物链中，最终对人体产生危害，所以治理起来难度比较大。同时，土壤中的重金属也会随着地表径流或地下水迁移而不断扩散，进而导致土壤重金属污染范围越来越大。

据统计，目前我国收重金属污染的耕地面积已超过2000 万公顷，并且每年因为土壤重金属污染而减产的粮食约有1000 万吨，另外也有1200 万吨粮食重金属超标，造成经济损失达200 多亿元。由此可见，我国土壤重金属污染形势严峻，亟待采取有效技术手段及方法治理土壤重金属污染问题。[1]

1 土壤重金属污染源分析

重金属通常指的是Ni、Pb、Cr、As、Cu、Zn、Al、Hg等密度＞4.5g/cm3的金属。重金属在环境中很难被生物降解，但却可以在食物链生物的放大作用下，可以实现百倍、千倍的富集，并通过食物链传播给人体。在人体中，重金属可以与体内的蛋白质、酶等物质产生强烈的反应，并使蛋白质、酶等失去活性，久而久之就会导致人体发生慢性中毒，进而会使某些器官功能减弱或出现病变。

结合土壤重金属污染的特点，总结其污染源主要包括两大类，即自然源及人工源。其中自然源指的是重金属可以随着自然界的母质、基石的风化作用、风力及水力的搬运等来传播，并产生一定污染。对于人工源来说，就是因人类活动而产生的重金属污染。实践中，可根据人类活动方式的不同，人工源也细分为工业源、农业源、交通源及城市生活源，这四种污染源的具体成因见表1 所示。[2]

表1 土壤重金属污染源（人工源）

2 土壤重金属污染的危害

当土壤里的重金属浓度超过一定阈值后，不仅会影响土壤中微生物、植物及农作物的生存及生长，而且也会随着食物链进入到动物及人类的身体内，影响其健康。

比如研究发现，土壤中铅的含量超过50mg/kg，农作物的根系会受到可见的影响，导致幼苗萎缩或者生长缓慢；当土壤中铅含量超过100mg/kg，当地的农作物产量会减产10%左右。矿区周围土壤内Cu 污染会抑制氨氧化微生物的数量。土壤重金属污染区的蛋白酶活性只是非污染区的19.1%～57.1%。另外，重金属超标也会对农作物的原叶绿素酸酯还原酶的活性产生不利影响，甚至会导致农作物光合作用失常，进而影响作物健康生长，甚至会死亡。[3]

重金属污染物对人和动物的影响主要表现为：重金属污染物会经植物根茎吸收并积累到植物体中，然后经食物链转移到人体中或者动物体中，随着重金属在人体中或动物体中的积累，会对人和动物的神经系统、免疫系统及骨骼系统等造成不同程度的损坏。不同的重金属元素对人体和动物的影响也是不一样的，比如，镉过量会严重伤害肾脏功能。

另外，因为重金属元素在自然界中很难被降解或者分解，所以重金属对环境及人类的危害是长期的，且随着重金属的长期积累，易导致不可挽回的后果。因此，针对土壤重金属污染采取有效措施进行修复势在必行。

3 土壤重金属污染修复方法

对于土壤重金属污染而言，其具有来源广泛、危害性大、潜伏期长、迁移性差、修复难度大等特点，这也正是土壤重金属污染防治的重点及难点。

为防治土壤重金属污染，国内相关学者及技术人员展开了深入的研究及创新，这个过程主要可分为四个阶段：

第一阶段（即20 世纪60 年代以前），主要以单一物理修复技术为主，比如填埋、刮土、覆土等；

第二阶段（即20 世纪70、80 年代），以物理修复为主，但逐渐趋于多样化；

第三阶段（即20 世纪90 年代），研究出了物理、化学、生物（动物、植物、微生物）等修复方法；

第四阶段（21 世纪以来），物理修复法、化学修复法、生物修复法、农业生态修复法及联合修复法均获得了良好的研究成果，并且修复方法研究的重点趋于环保化、无害化、资源化发展。

在众多土壤重金属污染修复方法中，有的可以直接去除土壤里的重金属元素，而一些修复方法则需添加一些特色的位置来转化土壤重金属的形态，从而弱化重金属的有效性及迁移性，最终实现降低重金属危害性的目的。不同的修复方法各有其特点及优缺点，下面就对五种土壤重金属污染修复方法一一展开进行分析，具体如下。

3.1 物理修复法

物理修复法是通过一些物理措施对土壤重金属污染进行修复的一种方法，该方法也是应用最早的修复方法。现实土壤重金属无人修复中常用的物理修复法除了有翻土、客土、固化、填埋等工程措施外，也有高温热解技术、玻璃化技术等。[4]根据各种物理修复法的特点对其优缺点进行了对比，具体见表2。

表2 常用物理修复法的优缺点对比

3.2 化学修复法

化学修复法主要是通过将改良剂和土壤内的重金属进行化学反应来消除土壤内的重金属元素，改善土壤的pH、Eh 等特性，进而实现土壤修复的目的。

化学修复法主要可分为两个方面：一种是采取固化措施，通过添加混合硅酸盐、石灰等化学物质或者螯合剂来吸附、沉淀或氧化还原土壤中重金属，从而实现对土壤中重金属的净化；另一种是采取淋洗液将土壤中的重金属以离子状态或者金属混合物溶解分离出来，实现土壤净化修复。[5]常用的化学修复法主要包括化学淋洗法、化学钝化修复法、电动修复法等，总结其优缺点见表3。

表3 各化学修复法的优缺点对比

3.3 生物修复法

生物修复法主要是通过天然生物或者人工改造生物来对土壤中的重金属进行吸收、降解及转化，从而降低重金属浓度至合理范围内。相对于物理修复法及化学修复法而言，生物修复法属于是最富有生命力的土壤重金属污染修复方法。[6]具体来说，常用的生物修复法主要有植物修复法、动物修复法、微生物修复法，其优缺点对比见表4。

表4 各生物修复法的优缺点对比

3.4 农业生态修复法

农业生态修复法主要包括农艺修复及生态修复两个方面，其中农艺修复指的是通过对不合理的耕作方法及管理制度进行调整来降低土壤中的重金属污染，比如，可种植不可食用的观赏性植物或者施用硝态氮肥等有机肥料来降低土壤中的重金属污染。生态修复则是通过对土壤重金属污染区域的水分、养分、温度、湿度及pH 等环境因素进行调节，从而降低重金属的浓度。

3.5 联合修复法

在现实中，采用单一的修复方法治理土壤重金属污染，虽然可以取得一定的效果，但是因为单一的修复方法具有局限性，很难使效益达到最优。因此，联合修复法成为了目前土壤重金属污染治理中的研究热点，比如物化联合、生物联合、物化—生物联合等是现在研究最多的土壤重金属污染联合修复方法。黄细花等[7]采取套种（东南景天及玉米）+化学淋洗联合的方法对Zn、Cd、Pb 复合污染的土壤进行修复治理，经9 个月的跟踪观察，被污染土壤中的Zn 浓度降低了12.6%～16.5%、Cd 浓度降低了27.8%～44.6%、Pb 浓度降低了3.6%～5.7%。田伟莉等[8]通过采取黑麦草、白三叶+蚯蚓联合的方法对Cd、Cu、Pb 复合污染的土壤进行修复治理，经一年半的跟踪观察，最终被污染土壤中Cd 的含量降低了92.3%、Cu 的含量降低了42.0%、Pb 的含量降低了24.7%。这些实例都证明了通过合理组合修复方法可以使土壤重金属污染修复取得最大化的效益。联合修复法与上述物理修复法、化学修复法、生物修复法、农业生态修复法的优缺点对比见表5。

表5 土壤重金属污染修复方法的优缺点对比

4 土壤重金属污染修复的环保效益

土壤作为陆地生态系统重要组成部分，是人类和动物居住不可替代的环境因子，也是食物安全与人体健康的基本保障，在保护环境和维持生态平衡中具有重要作用。因此，加强土壤重金属污染的修复对于环境保护而言有着重要的意义，具体来说主要体现在以下四个方面：

（1）可有效降低土壤污染

目前所有的土壤修复技术都是基于重金属污染进行处理，从而降低土壤中重金属污染含量，并防止发生二次污染。

（2）提高土壤利用率

通过对土壤重金属污染进行修复治理，可以调节土壤物理性质，加深土壤颜色，增加土壤的热能力，提高土壤温度，提高土壤的保水保肥能力；同时，也能吸收和代换阳离子，调节土壤的pH 值，增加土壤缓冲性，有利于微生物活动和植物生长发育，使土壤疏松和孔隙性质变好，易于耕作，进而提高土壤的利用率[9]。

（3）保障农产品安全

我国作为农业大国，土地资源的优劣直接关系着民生。土壤重金属污染不仅会影响农作物的健康生长，而且也危害着我国粮食安全。因此，有效治理土壤重金属污染，提高土地资源质量及利用率，既可以为社会提供更多优质健康的粮食，也可以提高农业生产整体的效益。

（4）有助于生态环境实现有机循环

土壤修复中，都在大力倡导和发展绿色修复技术，比如对工业、农业的废弃物进行改造并生产成土壤改良剂，用于消除土壤重金属污染，提高土壤肥力，进而促使生态环境实现有机循环[10]。

结语

随着社会及经济的不断发展，土壤重金属污染已经发展成了一个全社会的问题，为了有效治理土壤重金属污染，各种土壤修复技术及方法不断被提出及应用。但由于土壤重金属污染成因复杂，采取单一的修复措施很难达到最优化的治理效果。因此，在土壤重金属污染治理的过程中，也应注意做好以下三方面的工作：

（1）扩大宣传及教育，提高全民环保意识及忧患意识，在追求“金山、银山”的同时，也要确保“青山、绿水”。同时，革新落后的耕作方式，合理使用农药、化肥等，自觉保护土地生态环境。

（2）因为土壤重金属污染来源广泛，且构成比较复杂，所以土壤治理要以预防为主，严格控制污染源达到排放标准后再排放，尽量减少事后治理，确保土壤治理效果。

（3）在土壤重金属污染治理的过程中，也要重视土壤与大气、水源及生物等之间的联系，保障土壤修复过程中不对其他生态系统造成污染或者破坏。