重金属污染土壤修复技术分析

重金属污染土壤修复技术分析

刘冰

深圳市华保科技有限公司518000

摘要：重金属污染土壤的修复，是指采用科学技术或方法去除土壤中的重金属或者降低重金属在土壤中的活性，来恢复土壤正常的生态系统功能，减少土壤中的重金属被植物吸收利用，切断重金属通过食物链向人体转移的途径。根据重金属污染物的特点，国内外研究者提出了物理修复、化学修复和生物修复等方法。对不同的修复方法技术进行了简单的介绍。

关键语：重金属；污染；土壤修复技术

引言

随着工业进程化的加速，人类活动范围的扩大，日常的生活垃圾，工业废气物的排放，以及农业上化学药剂的使用，都加速了重金属物质在土壤中的堆积，扰乱了土壤微生物群落的平衡，导致土壤中有机物质的含量的降低。从长远来看，由于土壤本身自我净化重金属的能力是极其有限的，重金属污染物一旦进入到土壤中就会长期存在，不仅对周围的生态环境造成威胁，而且可以通过食物链或生物圈等途径，直接或间接的威胁人类的生命，对人类的生存发展存在着极大的安全隐患，旦爆发，其造成的污染后果基本上是不可逆转的。金属含量超过5g/m，我们都统称为重金属。而实际生活中，通俗的说法指的是、汞、镉、铅以及类金属砷等，也包含一些相对来说毒性较小的重金属，如锌、铜等。目前，国内外研究较多的重金属为汞、镉、铅、铬、砷。而目前应用较多的土壤重金属污染修复技术包括物理修复、化学修复、植物修复、微生物修复、联合修复等。

1土壤重金属污染的现状及其危害

近年来，伴随人类生产方式的大规模革新，由于长期施用含过量重金属的农药化肥，加之工业矿产资源的不合理开采及其冶炼排放，我国土壤重金属污染日益严重。目前，我国已有接近百分之十的耕地土壤受到重金属的污染，污染面积高达千万公顷，受污染影响粮产量减少约上百亿公斤，并且每年有接近五万公顷的土地继续遭受重金属污染，污染现状可谓触目惊心。土壤重金属污染造成的危害是多方面的，一是会导致区域范围内的土地质量下降，形成大规模不可逆转的土地资源浪费；二是如继续使用受污染的土地耕种，会使汞、铅等毒性较大的重金属被富集到农作物或果物，进而进入人体或牲畜，导致严重的食物中毒事件。最后，也是最为严重的，由于土壤处于全球生态系统物质循环的中心，一旦遭受污染破坏，就会将污染物通过各种渠道流入水域、大气系统，迅速扩大影响范围，引发更为严重的二次污染，甚至造成毁灭性的全球灾难。从现状发展来看，工矿企业粗放式的增长、污水灌溉面积进一步扩大、重金属的肥料、农药和污泥的普遍利用等活动，无不在加剧着开发建设与土地污染防治之间的矛盾冲突。土地资源作为人类赖以生存的重要自然生态资源，正在遭受着不可逆转的破坏，如不加以根治，将会严重威胁人类的生产生活安全，所以实现土壤重金属污染防治，对全球的自然生态系统安全稳定、人类的可持续发展都至关重要。

2重金属污染土壤修复技术

2.1物理修复

（1）换土、客土、去表土、翻土法

换土法就是用干净的土壤换掉受污染的土壤，置换出的土壤集中处理。客土法是将大量干净的土壤覆盖在受污染的土壤之上，或者将二者混合均匀。去表土是指去除表层污染的土壤。翻土法是通过深耕，将地表受污染土壤和地下干净土壤进行置换。这类方法需要大量的人力、物力以及投资，也可能造成二次污染，适用于污染面积小且污染严重的土地。

（2）电动修复

电动修复利用重金属离子在电场作用下的定向移动，在水饱和的污染土壤中插入一些电极，并通低直流电形成电场，土壤中的重金属主要通过电迁移、电渗流和电泳的方式到达电极两端，然后对收集在电极室中的重金属进行集中处理修复。电动修复技术效果好、二次污染少，主要适合修复透水性差的粘土类土壤。

（3）玻璃化技术

玻璃化技术采用高温高压，把重金属与土壤同时固定在较为稳定的玻璃态物质之中。该技术几乎不会产生二次污染，可彻底去除放射性的重金属。由于土壤难以统一熔化及地下水渗透等方面的问题存在，该技术适用于污染严重的小面积污染区域或放射区域污染。

（4）热解吸法

该修复方法利用微波、蒸汽、红外辐射等技术对土壤进行加热升温，从而使土壤中易挥发的污染物(如汞、硒)挥发后收集起来集中处理。国外有研究表明，该方法可以去除土壤汞含量99%以上，而且收集到的汞蒸汽的纯度也高达99%。

该方法在实际修复应用中也存在一定的限制，大量的热能加热才能使土壤中的污染物挥发。而且，升温也会造成水分、营养物质的损失，影响土壤的生产性能。

（5）隔离法

隔离法是将受到污染的土壤与未污染的土壤或者水体分隔开来，从而减少或阻止污染物向其他土壤或水体扩散。该方法在污染严重、污染物易于扩散且容易分解的土壤中应用较广。

2.2化学修复

化学淋洗技术是将淋洗溶剂注入被污染土层中，再将包含污染物的溶剂从土层中抽提出来，进行分离和处理的技术。对土壤渗透性有一定要求，技术成熟，应用广泛，成本较高，需进一步处理淋洗剂。

固定/稳定化修复技术是指向土壤中加入固定/稳定化剂，改变污染物的物理化学性质，降低污染物的毒性、溶解性与迁移性。

可用于多种重金属复合污染土壤；对土壤类型要求不高，技术成熟，应用广泛，成本较高。原位化学氧化/还原修复技术是指将氧化/还原剂注入土壤中，通过化学反应使污染物转化为更稳定或低毒的化合物，并将废液抽提出来。

对土壤渗透性和pH值有一定要求，工程量大，成本较高，不会造成二次污染。土壤性能化学改良修复技术是通过改良剂调剂土壤pH值、提高土壤吸附性能或与重金属反应生成沉淀，从而降低重金属迁移性和生物毒性。适用于污染程度轻的土壤，工程量大，成本较高，不会造成二次污染。

2.3现代生物修复技术

土壤重金属污染的生物修复是指通过动植物、微生物的新陈代谢等活动，从而达到降低或减少土壤中重金属的含量的目的。而目前比较热门的生物修复技术包括植物修复和微生物修复技术。

（1）植物修复

植物修复技术主要指利用植物对土壤中重金属污染物质的吸收、分解、然后转移到植物的地上部分，通过对植物上部的收割出来，从而达到去除重金属污染物的目的。目前与重金属污染土壤有关的植物修复技术主要包括植物提取、植物固定和植物挥发。植物修复过程实际上是一个植物、土壤、重金属物质综合反应的过程，其修复过程受植物类型、土壤特性以及重金属特性等多种因素影响。例如，三叶鬼针草能够有效的吸收土壤中的Cd；植物商陆对Mn着有较好的吸收效果；通过温室砂培和土培的方法发现苍耳可富集土壤中的Pb。

（2）微生物修复技术

土壤中存在的微生物种类非常繁多，生命代谢活动旺盛。微生物修复技术是在人为优化的微生物生长条件下，利用天然微生物或人工投加的特效微生物的生命代谢活动，对重金属产生一系列的物理化学作用，从而降低重金属在土壤中的移动性及生物的有效性的修复技术。微生物修复土壤中的重金属主要有微生物富集和微生物转化等作用。

土壤中微生物对重金属的生物累积和吸附作用主要的有胞内的积累、胞外的络合以及沉淀这三种主要的形式。其作用方式有金属硫化物、金属磷酸盐沉淀细菌胞外多聚体和真菌分泌物质对重金属的去除等。微生物的细胞表面带有一定的电荷，这些电荷能够帮助细胞吸附重金属离子；微生物在摄取营养元素的时候同时也吸收了一定数量的重金属离子，这些离子最终会在微生物的细胞表面以及细胞内部累积。有些微生物够产生细胞外的聚合物如糖蛋白、多糖等含有大量的阴离子聚合，可以与土壤中的重金属结合形成络合物。

微生物的代谢产物可以与土壤中的重金属发生直接的氧化还原作用，使得重金属的价态被改变，进一步影响到重金属在土壤中的可移动性及生态毒性。如某些菌类可以氧化土壤中的Fe、As，而有些菌类能够还原土壤中的As、Hg、Se。有些细菌还能够生成特殊的酶，使土壤中的重金属发生还原作用。重金属发生氧化还原作用后可能会降低其毒性。在好氧或厌氧条件下，某些异氧的微生物能够催化Cr还原为Cr，进而有效降低了重金属的毒性。目前，微生物修复技术虽然在降解土壤和修复研究方面具有一些进展，但其作用原理尚未清楚，污染条件的优化及仍需进一步研究。菌种库的构建、微生物的驯化和高效菌株的筛选将成为今后研究的重点内容。

3结束语

由于土壤污染修复技术涉及多学科且种类繁多，我国相关研究和工程实际仍处于起步阶段，真正经济可行的技术路线较少。建议在以下几方面加强技术研究与实践。

（1）建立土壤修复技术评估指标体系和方法，综合评估其适用范围、经济性、可靠性和市场风险等因素。

（2）重点开展关键修复设备和药剂研究，促进技术的规模化应用和产业化发展。

（3）生物修复技术具有成本低、安全可靠、范围广等优点，将成为未来污染土壤修复技术的发展趋势。

参考文献

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