土壤重金属污染治理技术研究

何茂强

（青岛地质工程勘察院 青岛地质勘查开发局 山东青岛 266101）

引言

植物在吸收土壤养分的同时也会吸收有害重金属，当土壤中重金属元素含量过高时，将会对植物产生一定的毒害作用，甚至造成农作物减产或绝收。目前，主要采用物理技术、化学技术和生物技术来治理土壤重金属污染。物理技术通常是利用物理方法、工程措施等减少土壤中的重金属浓度，降低污染程度。化学技术通常是通过施用一些化学试剂将土壤中重金属氧化、还原、沉淀、吸附、抑制，降低其生物可利用性，但在这一过程中可能产生有毒污染物和次生污染物等，易造成二次污染。生物技术通常是利用植物、动物及微生物的新陈代谢活动，吸收、富集、转化土壤中的重金属，从而实现对重金属污染物质的有效降解，进而达到改善环境质量的目的。

1 土壤重金属污染特点

土壤重金属污染是指由于土壤中含有大量的金属元素，导致大量重金属沉淀而造成的环境问题。我国是一个以农业为主的国家，农田土壤的重金属污染会对社会稳定和人民健康造成极大危害。其中，镉和铅等元素会在一定程度上影响人体健康，而铜、锌、砷等元素甚至会引发癌症。土壤重金属污染周期长、难降解、难治理，因此，要想从根本上解决问题就要从源头上控制和减少污染物在土壤环境中的积累、转移与富集，目前常用的方法有物理、化学修复法和生物降解法等[1]。其中物理、化学修复法是通过改变土壤结构来减少或消除污染物，生物降解法是利用生物对有机质进行分解代谢，将其转化为无机盐等形式，以达到降解目的。

2 重金属污染土壤类型及危害

重金属污染土壤主要有2 种类型，即污染型和富集型。在所有重金属污染土壤中，污染程度最高的是那些受人为活动影响大、人类活动频繁而又未采取任何改良措施的土壤。对受污染的土壤进行监测和治理通常采用2 种方式，一是植物修复措施，二是化学或物理方法。重金属可对植物产生毒害作用，如一些工业企业将废水直接排入土壤中，导致农作物受到重金属毒害；一些农民为了省事，大量使用化肥或者农药等化学物质，致使农产品中镉和铅含量超标。另外，大量燃烧煤炭等物质以及不合理的运输也会造成污染物进入土壤，从而引发植物吸收或富集重金属。除此之外，还有一些其他人为活动或环境因素也可能导致重金属污染的发生。当环境中的重金属含量过高时，会被吸收并积聚在人体内甚至在人体内发生氧化反应，从而导致人的神经系统、心血管系统、消化系统、泌尿系统及生殖系统受损。另外，某些重金属（如铅和锌的化合物）还具有致癌性，会对人类产生极大威胁。因此，要加强对土壤重金属污染的监测与治理研究，做到针对不同污染类型采取相应措施加以处理，才能使生态环境得到有效保护和改善。

3 土壤重金属污染现状

目前，重金属对土壤环境造成的影响是多方面的，如农户在生产中采用浓度较高的农药，农药长期积累在土壤中难以挥发，从而对当地的土壤产生危害；工业生产过程中，由于一些地方对冶炼企业的排污管理不力，致使冶炼企业排放存在大量的超标现象，严重影响了土壤环境。随着农业和工业生产规模的逐渐增大，重金属的危害问题也越发严重。重金属对土壤的污染具有多样性，当重金属长时间存在于土壤中，会在整体上降低该地区的土壤质量。在我国，由于资源有限、人口众多等原因，导致了耕地面积不断减少，还有很多地区存在大面积的土地污染现象，这些都给人们的生产生活带来很大威胁。因此，必须有效地解决这些问题，从源头上进行控制，根据各地实际情况制定科学合理的治理方案，并采取相应措施有效降低重金属对土壤环境造成的影响[2]。

4 土壤重金属污染治理中存在的问题

在我国环境治理过程中，由于受到传统思想及经济水平等因素的影响，导致人们认为只需解决表面问题即可，而忽视了土壤重金属污染治理工作的重要性和必要性。随着科学技术的不断进步，相关工厂为了适应社会发展的实际需要，开始对工业产品进行深加工，而这样一来，工厂产生的重金属比之前更多，以致大量的含重金属废水直接排入到河流湖泊等水体当中，给当地生态环境带来严重的负面影响。

目前，由于我国部分地区的政府及相关部门对重金属污染土壤治理工作重视程度偏低，没有制定出科学合理地管理制度和应对措施。因此，在实际工作中，监管缺失以及专业管理人员不足，导致有些企业为了经济利益肆意排放污水、废气等污染物，严重影响了当地的环境质量。

除此之外，我国重金属污染土壤治理技术还相对落后，缺乏专业的研究技术人员和先进的设备仪器，并且我国在这方面起步也较晚，进行的相关研究也较少，很多技术设备都是从国外引进，同时有些技术设备也没有被充分应用到实际工作中，以致于治理效果并不理想[3]。

5 土壤重金属污染治理要点

5.1 多举措从根本上解决污染问题

土壤作为动植物生存不可或缺的重要资源，给动物提供栖息地，为植物提供养料、水分，还给人类的农业生产提供了优良条件。如果土壤环境受到危害，不但会阻碍农业发展，还可能使动植物死亡，甚至威胁人体健康。在国家对土壤污染问题的重视程度持续提升的背景下，不仅要加大执法力度，还要加强宣传，提升全民环保意识，使土壤污染问题得以从根本上解决。末端治理中，要关注源头消减效应，制定产品重金属限量标准，依照各行业情况，分析污水灌溉的类型和重金属指标，优化处理方案，让土壤重金属的输入得以控制。

5.2 加强技术研发力度

在土壤重金属污染治理中，还需加强对治理技术的研发力度，同时对比每种技术的优劣，选择最佳方案，以更好地处理土壤重金属问题，让土壤环境得以净化。一是重视土壤及重金属富集生物检测技术的研发力度，及时获取重金属富集信息和处理实效；二是对于不同的重金属污染土壤，要进一步探求可靠的生态物种，并保证其生命力较强且对人类生命无害，然后把研发技术从实验室里搬出来，与实际相结合提高其实用性；三是依照不同类型的重金属污染特征编制出合理、有效地处置方案，确保操作人员能依据方案及时采取相应手段，优化具体的修复效果；四是探索多种技术综合利用途径，打造循环系统，让受重金属污染的土壤得到针对性处理，降低其负面影响。

6 重金属污染土壤的修复技术

6.1 物理技术

6.1.1 改土与深耕法

改土就是通过将未被污染的土壤与被污染的土壤相结合的方式，降低土壤中的重金属含量，但在进行改土作业时，需尽量选用与被污染土壤相同的土，以确保其品质。同时，还可以采用深耕的方式将深层没有受污染的土壤翻耕到表层，但由于底层土壤的有机物相对比较少，因此在种植的时候还需要加入有机肥提高土壤肥力，从而达到改善土壤环境的目的，使农作物能够更好地生长。同时，加大对农业生产过程中农药的使用管理，确保其符合国家相关标准要求，这样才能从根本上降低土壤重金属污染问题，促进土壤环境提升。

6.1.2 热脱附技术

在选择土壤重金属污染治理技术时，应详细分析其技术特征，并在明确土壤重金属污染趋势的基础上，确定可靠方案，优化土壤质量。热脱附技术是将土壤加热到一定温度，使重金属离子和有毒有机物挥发，并吸附在土壤颗粒上，从而减少土壤对重金属的固定[4]，实现对重金属污染土壤的治理效果。热脱附技术通常利用热反应过程对物质进行提取，然后将其还原为毒性较低的化合物，因此在工业生产过程中也可以采用热脱附技术，将一些污染物从土壤中提取出来。热脱附技术对土壤污染的修复效果非常明显，但由于热脱附处理过程中会产生大量的废弃物，导致操作难度较大且成本较高，因此该技术一般仅在实验室内进行。

6.2 化学技术

6.2.1 土壤淋洗

土壤淋洗是指利用离心分离技术对不同重金属元素分离，具体操作时，需先将污染土壤置于离心机中进行离心作用，再利用化学试剂使其中的重金属离子沉淀下来。但在实际应用过程中，由于淋洗液对土壤具有一定的腐蚀性，会对地表及地下水造成二次污染，不过依然阻挡不了土壤淋洗技术在重金属污染土壤治理中的使用，土壤淋洗仍旧是目前比较常用的修复镉污染土壤的方法。另外，利用氧化性较强且稳定的强氧化剂还可以有效去除土壤中的重金属元素，同时通过氧化还原反应使污染物转化为其他形态。不过，由于在使用氯化钙和碳酸钠对镉污染进行淋洗时，会降低重金属在土壤中的可提取浓度，而浓度降低了的重金属如果被释放到环境中，依旧会对人类健康和生态环境造成危害，因此要详细分析相关技术的特点，并保证其充分发挥出技术优势，才能为土壤重金属污染问题的解决提供技术参考。

6.2.2 玻璃化修复

玻璃化技术是在高温、高压条件下将土壤中的重金属进行熔融，再经过加热、降温，将金属包覆于玻璃体内，从而达到去除重金属的效果。该技术可以从根本上解决重金属的问题，并且可取得显著的重金属污染土壤治理成效[5]。但由于土壤中的重金属熔化条件较高，许多难以处理的难熔金属问题依然难以得到有效处理，同时加之熔融时所需的高温使其生产费用增加，因此玻璃化修复应用范围受限，还需要采用先进的科学技术手段来降低修复成本。

6.2.3 技术组合修复

在使用化学修复方法治理土壤重金属污染问题方面，还可以利用石灰石的吸附性以及离子交换作用，来降低重金属的生物有效性，从而减少二次污染问题发生率，并实现对重金属污染后的土壤治理。但这种方式也存在一定弊端，如土壤中重金属含量过高或过低，都无法实现理想治理效果，因此还需要结合实际情况选择合适的处理措施。

6.3 生物修复

6.3.1 植物修复

植物修复是指利用绿色植物吸收、富集和分解土壤中的重金属，从而降低土壤中重金属对植物的毒害作用。因此，植物修复具有操作简单、成本低等优点，被广泛应用于重金属污染土壤治理中。研究发现，一些常见的植物，如红麻和红景天等，均可作为重金属指示植物。红麻属为常绿灌木或小乔木，具有良好的耐酸性和耐盐碱能力，可作为指示植物广泛用于金属污染修复工程。另外，以铅污染土壤为例，通过选择适宜的铅富集植物，如拟南芥、大豆和紫花苜蓿，可以有效地修复铅污染土壤。这些植物物种具有较强的吸收和积累铅的能力，并且可以通过根际微生物的作用进一步降解土壤中的重金属。总的来说，植物修复技术在重金属污染土壤的修复中具有重要的应用前景。通过植物吸收、转运和积累重金属的能力，可有效地降低土壤中的重金属含量。

6.3.2 微生物修复

微生物修复是通过真菌在内的微生物对重金属的吸收、沉淀和转化，从而达到防治土壤重金属污染的效果[6]。微生物修复主要有2 种方式，即利用生物中带正电的细胞吸收重金属以及在微生物的新陈代谢中生成小分子量的有机酸。它们可以利用有机酸和重金属的作用来改变金属的粘附，也可以用液体溶液将金属溶液中的重金属溶解。

6.3.3 动物修复

动物修复是指利用鼠类和蚯蚓对重金属污染的土壤进行修复，从而提高治理的效率。大量的试验结果显示，在没有受到严重污染的地区，大多数的土壤中都可以找到鼠类和蚯蚓。动物修复可以利用鼠类动物改善土壤物理结构、通气性和透水性，增强土壤肥力；利用蚯蚓的抗性来富集重金属，并在土壤中加入吸附剂对其进行吸附，从而达到对土壤的纯化，实现治理目标。

结语

土壤是陆地生态系统的基础，对人类生存和社会经济发展起着重要作用，相关工作人员在进行重金属污染土壤的治理时，应充分考虑区域土壤的不同特点与性质、区域环境条件等因素，并对相应的污染治理措施进行科学合理地选择。因此，为了有效防治土壤重金属污染问题，还需建立起综合性的具有明确工业地区与农业地区，以及所产生的重金属污染源种类不同且特征不同、污染物浓度等级不同的土壤重金属污染源控制技术体系，助力污染的土地焕发新生机，还给家园一片美好净土。