土壤重金属污染现状及生态修复路径分析

陶光泽

（天柱生态环境监测中心，贵州 黔东南州 556600）

引言

由于重金属自身的化学特性，使得重金属污染也具有持久性、潜在性、土壤质量不稳定等的特征，当环境的重金属接触到土地上时，会对土壤的生物性能和肥力、品质等造成重大改变，进而引起土壤结构改变，植物种植能力下降，而这些有害物质在长期堆积的泥土中，会在降雨的侵蚀下逐渐渗入地下，植被中，给人类安全环境造成重大危害。因此，人们必须加强关注，认识到重金属对污染环境的重要威胁，掌握了重金属环境污染的根源与特征，并针对具体的情况制定了合理的重金属污染与环境治理方法，从根源上加强重金属环境污染问题，给人类创造了一个健康安全的生活环境。

1 重金属污染土壤的原因

1.1 煤炭释放

煤炭资源已经成为中国最重要的财政来源，并广泛应用于工业、生活领域。然而，煤炭的燃烧也会产生大量的有毒有害的污染物，如二氧化碳、一氧化碳，它们的排放可以通过土壤的吸附，进入地下，对环境造成严重的污染，严重威胁着人类的健康与安全[1]。

1.2 工业三废的排放

由于矿产冶金制造、石油、电镀、电池、以及塑胶加工等工业企业所释放的重金属物质是导致土壤重金属污染的最主要工业原料，因此，如果这些工业企业废水管理能力淡漠，且缺乏具备相应的三废标准的处置设施，将会导致工业废水、废气、废渣等不断污染在土地甚至是水域中，并造成巨大的污染，严峻危及人们的健康。

1.3 农药化肥的使用

大量的化肥、农药被用来提高土壤的肥力，但是它们却有可能带来严重的环境问题，因为它们含有大量有毒有害的重金属，若是没有进行有效的控制，将会对环境造成严重的污染。因为土壤的容量远低于它的自净能力，所以长期堆积的重金属会导致污染物的浓度过高，对农作物和人类的健康都有极大的威胁[2]。

2 土壤重金属简述

在环境无机危害分析中可以发现，影响人类最大的当属重金属危害，这主要由于土壤的重金属不能被环境内的细菌所降解，而越积越多，最后转变成了具有较高放射性的甲基物质。随着大量有害物质将进入人类食物链，对人类健康造成严重影响。其中，汞、铅、铜、钴、铁、锌等重金属元素具有强放射性，而锌是最常见的重金属单质。因此，我们必须采取有效措施来防止这些有害物质的污染，以保护我们的环境和人类健康。当微量元素进入土壤时，它们会与土壤胶体结合，并与周围的有机物和无机物发生化学反应，从而产生新的需求。如果这种情况持续下去，土壤结构将会发生巨大变化[3]。当这些物质被周围植物同化后，它们也会进入食物链。环境中的部分土壤中重金属也会转变为烷基物质，此类物质放射性较高，危险性比较大

3 土壤中的重金属来源

对于土壤重金属的主要来源而言，大致包括二类，即内在来源与对外来源。对于土壤内部来源方面，基于土地性质和地形地貌以及水文气象条件等不同层次的差别，会造成土壤重金属浓度存在着较大差异，这也直接造成了中国有些地方土壤背景植被量较高的情况。

重金属土壤污染的主要原因是外部因素，包括人类活动和生产过程中排放的重金属。这些因素可能包括大气中的悬浮物、水体和其它有害物质，它们可能会导致土壤中的重金属含量增加，从而引发重金属污染。其污染大多聚集于人们活动或生产的中心地带，而这种区域的重金属浓度往往很高，并伴随着上述地区重金属对有毒气体污染的进一步扩散，使之在生产活动四周迅速蔓延，在这些情形下风力和风向就成为了确定危害范围的关键因子。

其二是污水灌溉而来到土壤的有毒重金属。针对城市污水浇灌来说，一般情况下是指利用经过处理的城市污水来对耕地进行浇灌，利用城市污水来对耕地进行浇灌属于农业灌溉的主要构成。但是由于在城市污水中有着大量的重金属存在，并且随着污染物被传输到了田间土壤中，这就造成了田间土地重金属浓度增加。

其三是通过工业和矿业等企业生产将大量重金属引入土地中[4]。工业以及矿业的产品都会对重金属单质加以大规模的利用，它们在使用之后把未经处理的垃圾和废渣直接排出了郊外，这样就造成了大量的环境中重金属被污染在土地上，从而使得土地中的环境重金属浓度增加。

4 土壤重金属污染综合治理及环境恢复研究

4.1 生物修复技术

4.1.1 动物修复技术

对动物修复术来说，它就是利用在土壤中可以存活的动物以及对某些土壤重金属化合物能够进行吸附的动物，来对环境进行修复的方法。利用这种动物，能够使周边环境中的土壤重金属数量有所降低，并以此达到对周围环境的土壤重金属危害程度的降低。

在人们生活中常常看到的蚯蚓也具有着这个作用，由于蚯蚓主要是以有机质为食物，可以由于吸取周边环境中的有机质而使周围环境的物理性质和化工状态发生变化，从而达到对土壤污染程度的减轻。由于蚯蚓的日常行为可以使周边环境中的植物迅速地发育起来，从而对周边环境也有所影响，所以蚯蚓也对环境具有着正面的作用。针对蚯蚓所吸附的土中重金属而言，可以经过分析为铅和镉，而经过对这二类元素的吸附，可以进行土壤环境的改造。

4.1.2 植物修复技术

利用绿色植物来吸附土壤中有害的重金属单质，并利用迁移、转换污染物的方法，来实现净化土地的目的。植被恢复技术最大的优点就是既不会二次污染，也没有损害土地上原有的环境，同时处理成本也较低。对植被恢复技术来说，也是目前使用较为普遍的生态恢复技术，它主要是通过利用植被的生长发育过程来完成植物对一些重金属的吸收，当汲取过程完成之后，对植被进行了无害化处理，最常见的方法就是焚烧，借此来实现把重金属从泥土中驱离，从而实现对被重金属污染土地的恢复。

经常使用的植物修复技术大致为：通过植株提取法，可以充分利用植物的吸收功能，将土壤中的重金属迁移到植物的花朵和水果中，并通过集中处理来有效抑制重金属污染物的扩散。这种方式可以有效地减少重金属污染物的排放，从而达到环境保护的目的。

一般条件下植株对环境重金属的吸收能力是很小的，不过有些吸收能力很强的植株吸收的重金属含量能够超过一般植株的几十倍甚至上百倍。当下在全球范围内吸收功能很好的植物就达到近五百种，有些植物甚至可以完成对各种元素的吸收。

植物挥发法。对这些方法的实际应用来说，主要应用在存有挥发性的重金属污染的环境上，包括对汞的晒。通过对特殊植被的合理利用，使危害环境的重金属转化为气体并合理的挥发开来，由此而达到环境中重金属物质的减少或者消失，实现了重金属土壤污染的高效处理。研究工作者们在研究中表明，利用杨麻能够进行对土壤中三价硒离子的高效转换，将其转为甲基硒，从而更高效的挥发掉，使重金属土壤污染问题得以解决。

利用植物稳定技术[5]。对此类技术来说，其原理主要是利用植物根部所产生的能够与重金属分子融合的有机酸和氨基酸等，同时又利用土壤等环境介质的作用，进行重金属的稳定，并由此而达到对重金属的迁移性的有效控制。通过这些方法的应用，尽管还无法使环境中的重金属浓度减少，但是却可以有效防止这种重金属流入水体中以及其它植物和动物体内。

利用植物与微生物融合技术。利用这种生态的技术，是让植物与细菌以及土壤形成了一个复合生态，并且借此来完成植物对重金属物质的分解，在一般情况下是利用真菌来对植株根系进行腐蚀，从而产生了菌根，利用菌根还可以产生了许多种酶，并且利用蛋白酶来完成对环境中的有机物以及矿物质的水解，而且，还可以产生植物荷尔蒙以及多种化学物质，从而帮助植株的生长发育，同时也可以让植株的抗性提高[5]。丛枝菌根真菌可以与目前人们所了解的百分之九十以上的中高等陆地植被形成共生联系。人们已经了解杨柳这个植物，它在生长菌根后的吸收功能获得了有效改善。

4.2 物理修复技术

4.2.1 物理工程专项修复技术

常见技术分为：深耕翻土、换土、去表土、除客土等。客土，指将尚未遭受重金属污染的新土层完全覆在已破坏土地上；去地表土，指将已被破坏的表层土壤完全去除；换土，指将破坏的土层去除后，把尚未被破坏土层重新填入其中；深耕翻土，指将表层的已破坏土层重新翻到底层；在上述技术中，有前三项较适合于严重环境污染地区；而深耕翻土的技术工程量一般较小一点，适合于重金属轻度污染的地区。而物理工程专项治理技术中，其更适合于受重金属污染范围较小的地方。如果已破坏土地的规模相对很大，不仅恢复的时间成本过大，而且已被破坏土地处理后形成全新污染的源头，往往也很难起到治标治本的效果。

4.2.2 电动力法

将直流电、交换电流等通入被污染的土地，可以让土地变成动力电池，在持续的高压电流影响下，土地中的土壤重金属物质就会转移到阴极的二端，以达成除去土地中有害重金属分子的目的。而直流电动力修复法是我国率先研制出，并形成了一套在商业中应用的土地金属离子去除技术。

4.2.3 热脱附法

上世纪八十年代初期便已开始研究热脱附法，是一种运用热脱附技术对土地实行的热处理方式，即通过让土地升温系统，使土地迅速上升，在土地的高温环境中各类重金属离子就会以水蒸气的形态被挥发，并且通过收集系统还能够收回、处置多种重金属废气。应用在热脱附法的处理过程中可随时调整温度控制。以315 ℃为临界点，一般可以把热脱附法分成二种形态：高温热脱附和与低温热脱附，该工艺技术在易挥发的重金属污染土壤的恢复中具有不错的应用效果，但缺点在于生产成本较高、消耗很大，且易于损伤土地的生态结构，所以一直未能获得普遍推广。该方法在当时能够高效去除污染土中的所有挥发性或半挥发性物质，且去除效率也相当好，但是若土壤中存在较大的黏性或是不良的透气性，土壤颗粒就会在处理中产生泥土结块的问题，而造成处理效率不佳[6]。

该工艺下采用了直接或间接热交换的方法，透过增加环境污染表面和物质本身的高温，使物质迅速挥发并分散，该工艺操作过程简便，且工艺技术比较成熟，在没有发生物质增量的情况，就能够高效地对土壤中的挥发性和半挥发性物质加以祛除。

4.3 化学修复技术

4.3.1 淋洗法

淋洗法是一种有效的液相提取分离技术，它利用溶剂与被污染的土壤中的有色重金属物质结合，使其熔融，从而将其转变为液体状态，从而达到净化污染的目的。淋洗法通常只适用于砂质土壤，但是当土壤具有较高的热渗透性时，淋洗法就不再适用，而且，由于它会破坏土壤结构，从而大大降低了对重金属污染物的净化效果。

4.3.2 玻璃化工艺技术

通过高温、高压的条件，土地玻璃化可以有效地融化有色土壤中的重金属化合物，并将其包裹起来，从而实现对重金属污染物的有效清除。在熔化或冷却之后，玻璃体就可以完全清除泥土中的重金属污染物。由于采用玻璃化技术，我们能够从根本上解决泥土中的重金属污染问题。尽管这种方法效果显著，但实际操作可能会比较复杂。而由于对于融化在泥土中的土壤有色重金属，其要求也相当大，同时因为要求高温或高压的环境，所以维修花费相当昂贵，同时应用上也受到了一些局限。

4.3.3 原位化学氧化技术

这项技术专门针对挥发性和半挥发性有机物质进行化学处理，包括土壤废水中的氯化物、苯系物、多环芳烃、多溴联苯等，以及非饱和碳键物质。它可以通过强氧化剂将污染物进行侵蚀和分解，从而将其转变为稳定性较高、化学活性较低的物质，从而达到净化环境的目的。该方法实践性强，能够高效解决环境水污染，以及地下水环境污染问题，处理速度和处理效果好，不过该方法在实际使用中也会受环境理化特征和土壤种类的影响，容易出现不能充分氧化的情况。

在此过程中如与土壤土质不一致，将产生二次污染的危害。在实际使用该项设备之前先必须对土壤受到破坏的地方加以平整，并及时清理土地表面的灰尘和障碍物，并针对具体的土壤污染问题进行现场测试，以确定技术参数，从而确定了打井的具体位置，以及具体技术参数。针对场地实际状况，合理应用化学氧化制剂，并选择使用药剂合理投入，在此流程中可通过智能化装置来使用与管理药剂，改变制剂使用和投入方法，提高土壤污染防治的有效性[7]。

5 结语

由于土壤重金属污染越来越严重，防治环境污染、改良土地的生态环境受到了重视。恢复被重金属污染的土地，实质上是去除土地中的重金属，或是改造重金属在土地上的产生途径，使重金属不再对土地造成影响，从而回复土地原有的环境特性和生长特点。处理和恢复被重金属污染的土地，是一个难度高、费时多的长期工作，必须通过各种治理技术相结合的途径，因地制宜地建立处理措施，有效控制土地的危害。