土壤重金属污染及其修复技术

王占英

（河北省众联能源环保科技有限公司 河北石家庄 050031）

土壤重金属污染及其修复技术

王占英

（河北省众联能源环保科技有限公司 河北石家庄 050031）

工业制造、农业生产及生活垃圾等都会造成土壤污染。文章阐述土壤中重金属的来源，土壤污染的特点，介绍了当前几种主要的污染土壤修复技术，并分析了其各自的优点及存在的缺点。

重金属；土壤污染；修复

土壤系统自净能力是有限度的，一旦进入土壤的污染物总量超过了该限度，土壤就会丧失这种自净能力，造成的不可逆转的污染[1]。随着社会经济得到高速发展，含有重金属的工业废渣、废水和废气通过不同的途径进入到土壤，给土壤带来了严重的污染。

1 土壤中重金属的来源及其特点

土壤中重金属的来源可分为天然来源和人为来源。天然来源是由于土母质本身含有重金属，不同的母质、成土过程所形成的土壤含有重金属量差异很大。人为来源主要是来自人类的工农业生产活动以及生活垃圾，包括以下几个方面：随着大气沉降进入土壤的重金属、污水的灌溉及污泥的施肥、矿山的开采、生活垃圾的堆放、农业物资中的重金属进入土壤等途径。

根据相关研究，重金属的污染具有隐蔽性、滞后性、累积性、长期性等特点，一旦当土壤受到重金属污染时，靠直接观察很难发现，从产生污染到出现症状通常会滞后较长的时间，且由于重金属不可降解，一旦进入土壤，有时要靠换土、淋洗土壤等方法才能解决问题，其他治理技术可能见效较慢。因此，治理污染土壤通常成本较高、治理周期较长。

2 土壤重金属污染的修复技术

对土壤重金属污染的治理，主要的技术有物理修复技术、化学修复技术、植物修复技术、微生物修复技术及转基因修复技术等。

2.1 物理修复技术

对于污染严重的土壤，可以采用换土的方法，即在原来的土地上覆盖未被污染的土或将污染土壤换掉，覆土或换土的厚度应该大于耕层土壤的厚度[2]。这种方法对于恢复农业生产有很好的效果，但是，这种方法需要耗费大量的人力和财力，存在淋溶、破坏生态的危险，且不适用于大面积的污染，因此存在很大的局限性。

玻璃化技术是指通过向污染土壤插入电极，对污染土壤固相组分给予1600℃～2000℃的高温处理，熔化的污染土壤冷却后形成化学惰性的、非扩散的整块坚硬玻璃体，使得重金属污染物得到固定。此技术适用于含水量较低、污染物深度不超过6m的土壤。

电动修复是利用电动力学的方法从饱和土壤层、不饱和土壤层、污泥、沉积物中分离提取重金属污染物的过程。在电场作用下，重金属离子（Cd、Pb、Cu、Zn等）以电迁移、电渗流及电泳等方式向阴极运动，使重金属得到分离，最终达到去除污染物的效果。影响土壤电动修复效率的因素很多，包括土壤类型、污染物性质、电压和电流大小、洗脱液组成和性质、电极材料和结构等。

2.2 化学修复技术

通过向土壤中添加化学试剂来治理重金属污染的修复技术称为化学修复技术。添加的化学试剂可以从两方面来进行，一是添加能活化重金属的物质（EDTA、柠檬酸等），使土壤中的重金属更多的进入的土壤液相中，进而从土壤去除，即化学淋洗技术；二是加入降低重金属活性的物质（磷矿石、草炭灰等），使土壤中的重金属活性降低，减少在其在土壤中的迁移转化，进而降低其生物有效性，即钝化（稳定化）技术。其中，前者适合于污染较严重失去生产价值的土壤，因为化学淋洗不但会洗去土壤中的重金属，同时土壤中的营养物质氮、磷、有机质等也会被淋洗出去。对于轻微污染的土壤，这种方法显然不适合，可以采用钝化土壤中重金属的方法，使其不能被农作物吸收，保证土壤生产价值。

2.3 植物修复技术

植物修复技术与传统的物理、化学修复方法相比，该方法具有简单、经济、生态等优点。植物修复技术更加符合土壤污染治理的要求，具有良好的发展前景。植物对重金属污染的修复技术包括：植物提取、植物挥发、植物钝化三个方面。

植物修复所选用的植物需要满足一定的条件，即对重金属有特殊的吸收富集能力且对重金属有一定的耐受性。“超富集植物”一词最初是由Brooks[3]等提出的。现在对超富集植物的定义包括三个方面：一是临界含量标准，即植物茎或叶中重金属达到其临界含量，其中Cd为100mg/kg，Zn为10000mg/kg，Pb、Cu、Ni均为1000mg/kg；二是富集系数标准，富集系数是植物体内某种重金属含量与该种植物所生长的土壤中同种重金属浓度的比值，富集系数大于1.0是超富集植物必不可少的特征；三是转移系数标准，即植物把重金属从其根部转移到地上部分的能力，转移系数越高，对重金属的修复效果越好。

植物修复技术自身也不可避免的存在一些不足。超富集植物个体矮小，生长缓慢是限制植物修复发展的最主要因素，如果没有足够的生物量，那么对重金属的去除效率不会很高；由于植物的生长特性，要彻底去除污染物，往往需要很长的时间，甚至需要上百年，对于当今稀有的土壤资源，人们难以放弃种植农产品而种超富集植物；目前发现的超富集植物大多是杂草类，对其种子的收获比较困难；超富集植物一般只对某一种重金属具有富集作用，而大部分的土壤污染为多种重金属的复合污染，因此用一种植物难以到达治理污染的目的；盲目的引入某一植物，存在物种入侵的危险；收割后的超富集植物的重金属含量往往很高，对于这部分植物的处理比较困难。

2.4 微生物修复技术

微生物修复是利用微生物自身的代谢活动，吸收、沉淀、氧化还原土壤中重金属，降低重金属毒性，同时微生物活动可以影响植物的根系分泌和吸收等过程。微生物对重金属污染的修复原理主要包括富集，转化和吸附三个方面。富集是微生物把重金属吸收后贮存在细胞内，通过代谢作用，使这些离子被沉淀或螯合到自身合成的多聚物上。微生物转化包括氧化还原、甲基化与去甲基化以及重金属的溶解和有机络合配位降解等作用方式。土壤中不同价态的重金属离子的毒性相差很大，如Cr(3)的毒性相对Cr (6)要小很多。通过分泌特殊的氧化还原酶，微生物可以将有害重金属离子转化为低毒甚至无毒的形态。汞的微生物转化具有代表意义，甲基汞和Hg(2)的毒性远大于Hg(0)，而Hg(0)又有很强的挥发

性，利用耐汞微生物可以使甲基汞和Hg(2)变成毒性较小且易于挥发的Hg(0)[4]。吸附是由于细胞表面带有负电荷，且存在氨基、羧基、羟基、醛基、硫酸根等多种官能团，可通过静电吸附或者络合作用固定重金属离子。许多微生物与重金属具有很强的亲合性，能吸附多种重金属，如藻类对铜、铀、铅、镉等都有吸收富集作用。

虽然微生物修复具有相对处理费用低、对环境影响小、操作简单等优点，但是微生物广泛分布于土壤环境中，分离比较困难，重金属仍然留在土壤中。而且微生物受各种环境因素的影响较大，pH、温度、氧气、水分等均可影响微生物活性从而影响修复效果。

2.5 动物修复技术

这里所指的动物主要是蚯蚓，因为蚯蚓是土壤中一个重要的有机体，对改善土壤的质量起着重要的作用。动物修复的机制包括生成某种金属硫蛋白(MT)，与重金属结合形成低毒或无毒的络合物；代谢产生一些富含—SH的多肽(如PC)，与重金属螯合，降低重金属离子的活性。然而与微生物相比，蚯蚓的数量和比表面积都相对较小，因此产生的效果也不显著，而且动物对环境的要求也更加严格。

2.6 基因工程和细胞工程技术

随着基因工程的发展，转基因技术得到广泛的应用。如自然的超富集植物常常由于生长缓慢，生物量小等因素受到限制，而利用转基因技术，在超富集植物中植入具有某些特定功能的基因片段，可以克服这一缺陷。杂交技术和细胞融合技术的运用也能得到良好的效果，通过培育得到的多倍体植物与普通的植物相比，有较大的生物量和较强的蒸腾拉力，这对于土壤重金属的吸收转化有重要的意义。然而，基因工程和细胞工程技术也存在很多不足之处，例如很多转基因生物，其遗传特性往往不稳定；且控制不好，会引起基因污染，带来严重的后果。

3 结语

针对土壤污染的复杂性、多样性及复合性，在修复时要综合考虑污染物的性质、土壤条件、投资成本等各方面的因素。且采用某种单一修复方法往往很难得到理想的结果，因此要选择最适合的修复技术或组合,达到高效、节约的双重效果。如对于低污染浓度的农业生产地区，可采用添加钝化剂，同时结合微生物的吸附作用达到降低重金属生物有效性，使作物内的重金属减少；或者筛选低富集作物与超富集植物间作的方式，实现边生产边修复。

[1]Chaney R L，Minnie M，Li Y M，et al.Phytoremediation of soil metals[J].CurrentOpinion in Biotechnology 1997，8：279-284.

[2]Brooks R R,Lee J,Reeves R D,et al.Detection of nickeliferous rocksby analysis ofherbarium specimensof indicator plants[J].Journal ofGeochemicalExploration,1977,7:49-57.

[3]Ebbs SD,LasatM M,Brady D J,etal.Phytoextraction of cadmium and zinc from a contaminated soil[J].Journalof EnvironmentalQuality, 1997,26(5):1424-1430.

[4]耿春女,李培军,陈素华,等.菌根生物修复技术在沈抚污水灌区的应用前景[J].环境污染治理技术与设备,2002,3(7):51-55.

表4 膨润土复用试验

由以上数据可见，膨润土复用有一定的效果，但随着利用次数的上升，膨润土吸附的杂质越来越多，导致渣量越来越大。到第三次，效果变差，渣量变的很大，到了第四次，渣量基本没变，且水质未得到改善。因此，考虑在每次使用过膨润土后，移出一部分沉渣，再加入一部分新的膨润土，观察其效果。

拟定膨润土进出率25%、30%、35%

表5 复加04g（25%）膨润土试验

表6 复加0.4g（30%）膨润土试验

表7 复加0.56g（35%）膨润土试验

通过实验得出，对江苏油田废水进行预处理时，膨润土进出率控制在35%时，处理效果保持良好的水平。

3 结语

本实验研究通过对膨润土运用于油田废水的预处理展开试验，得出膨润土去除油田废水悬浮物的效果优于常用的混凝剂（PAC、PAFC、硫酸亚铁），当原水悬浮物1500mg/L左右时，其初始最佳投加量为1.6g/100mL，复用最佳投加量为0.56g/100mL。为江苏油田解决悬浮物预处理提供依据，为该废水进一步深度处理奠定基础。

王占英（1964—），女，河北高阳人，1995年毕业于河北工业大学计算机与应用专业，工程师。