胡嶸森（北京師范大學(xué)第三附屬中學(xué)，北京市100195）

土壤重金屬污染的化學(xué)和生物修復(fù)技術(shù)進(jìn)展探析

胡嶸森（北京師范大學(xué)第三附屬中學(xué)，北京市100195）

我國(guó)已有大部分土壤耕地受到Cd、As、Pb、Mn、Zn、Cu和Cr等重金屬污染。土壤修復(fù)已經(jīng)成為一項(xiàng)十分緊迫的任務(wù)。目前，土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)可以分為物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、農(nóng)業(yè)修復(fù)和生物修復(fù)法。本文主要探究了化學(xué)修復(fù)法和生物修復(fù)法的原理、技術(shù)特點(diǎn)以及相關(guān)的實(shí)踐應(yīng)用，并提出了相關(guān)的改進(jìn)意見(jiàn)，為土壤重金屬污染的修復(fù)技術(shù)提供相應(yīng)的科學(xué)支持。

土壤；重金屬污染；化學(xué)修復(fù)；生物修復(fù)

前言

隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的不斷深入，工業(yè)化所產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題也日益突出，尤其是環(huán)境土壤重金屬污染問(wèn)題。據(jù)報(bào)道，我國(guó)已有大部分土壤耕地受到Cd、As、Pb、Mn、Zn、Cu和Cr等重金屬污染，例如，2009年的湖南省瀏陽(yáng)市雙橋村鎘污染事件和2011年廣東河源市紫金縣鉛污染事件，并且對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦慕】翟斐闪藰O大危害。因此，如何修復(fù)被重金屬污染的土壤受到了廣泛關(guān)注。目前，土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)可以分為物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、農(nóng)業(yè)修復(fù)和生物修復(fù)法。其中，物理修復(fù)法主要包括客土、換土、去表土、深耕翻土法，熱解析法和玻璃化法；化學(xué)修復(fù)法主要包括有電動(dòng)修復(fù)法、淋洗法和穩(wěn)定化法；農(nóng)業(yè)修復(fù)法主要有施用有機(jī)肥，控制土壤水分、pH和Eh值；生物修復(fù)法主要有植物吸收法、植物固定、植物揮發(fā)法、根系過(guò)濾、動(dòng)物修復(fù)和微生物修復(fù)法。通過(guò)文獻(xiàn)調(diào)研，本文主要比較了近幾年化學(xué)修復(fù)法和生物修復(fù)法的特點(diǎn)，并介紹了一些重要的實(shí)踐和應(yīng)用，來(lái)探討化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)的方法，希望能為未來(lái)的環(huán)境土壤重金屬修復(fù)技術(shù)提供相應(yīng)的科學(xué)支持。

1　化學(xué)修復(fù)技術(shù)

1.1土壤淋洗法

土壤淋洗法主要是通過(guò)尋找一些土壤淋洗液來(lái)淋洗被污染的土壤。土壤淋洗法常以有機(jī)酸、堿、無(wú)機(jī)酸及螯合物作為淋洗劑，將可遷移性弱的重金屬離子轉(zhuǎn)化為可遷移性強(qiáng)的重金屬離子，使重金屬元素從土壤中淋洗出來(lái)。例如，吳烈善學(xué)者等人用單寧酸和檸檬酸以不同濃度、淋洗時(shí)間、復(fù)配體積比下對(duì)土壤中的重金屬進(jìn)行了單一和復(fù)合淋洗來(lái)研究有機(jī)酸的去除效果，發(fā)現(xiàn)在單寧酸和檸檬酸在復(fù)合淋洗土壤時(shí)對(duì)土壤中Cd能達(dá)到97.47%的去除率，證明了土壤淋洗法對(duì)土壤中重金屬的去除有著顯著的效果。雖然土壤淋洗法去除效率高，但是由于淋洗劑會(huì)使土壤理化性質(zhì)改變，因此造成二次污染問(wèn)題。

1.2化學(xué)穩(wěn)定化法

化學(xué)穩(wěn)定化法是通過(guò)向土壤中添加鈍化劑來(lái)降低重金屬的生物有效性，其主要原理是利用吸附作用、離子交換、配合反應(yīng)共沉淀和氧化還原等手段降低重金屬對(duì)生態(tài)環(huán)境污染。例如，孫翠平等學(xué)者通過(guò)利用有機(jī)、無(wú)機(jī)和復(fù)合鈍化劑來(lái)鈍化土壤中的重金屬，驗(yàn)證了多種鈍化劑對(duì)土壤的重金屬污染的修復(fù)有較好的效果。由于鈍化劑一般也是化學(xué)試劑組成，也容易造成土壤環(huán)境的二次污染。因此，尋找對(duì)環(huán)境友好的鈍化劑是化學(xué)穩(wěn)定化法研究的重點(diǎn)。對(duì)環(huán)境友好并且有較好的應(yīng)用前景的鈍化劑目前主要包括改性黏土礦物和生物碳等，例如，韓毅學(xué)者等人通過(guò)使用富含微孔的生物炭，探究其對(duì)煙草和土壤中汞金屬含量的影響，驗(yàn)證了富含微孔的生物炭能抑制煙草對(duì)汞的富集，降低土壤中汞的生物可利用性，同時(shí)還能提高土壤的肥料利用率，因此富含微孔的生物炭在修復(fù)土壤重金屬汞方面有優(yōu)勢(shì)。

2　生物修復(fù)技術(shù)

2.1植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)技術(shù)以其安全、廉價(jià)、易獲取而在近年來(lái)成為土壤重金屬修復(fù)發(fā)展熱點(diǎn)。植物修復(fù)技術(shù)主要包括植物揮發(fā)法，植物固化法和超富集植物法。其中，超富集植物法在植物修復(fù)技術(shù)中目前得到了廣泛地關(guān)注。超富集植物的主要特征是可以大量地富集重金屬，富集能力是普通植物的100～1000倍以上，并且植物體生長(zhǎng)旺盛，可以完成其完整的生活史。超富集植物的去除重金屬的機(jī)理因植物的種類而異。例如，有學(xué)者研究得到，在重金屬脅迫下，植物根系會(huì)產(chǎn)生檸檬酸與重金屬形成絡(luò)合物，進(jìn)而提高土壤中重金屬的可遷移性，易于被植物吸收從而達(dá)到去除土壤中的重金屬。因此，有效的篩選出優(yōu)良的超富集植物是超富集植物法的研究重點(diǎn)。周杰良學(xué)者等人曾以湖南常見(jiàn)的25種藤本植物為樣本，設(shè)置不同種Cd溶液來(lái)研究藤本植物的富集效果，研究發(fā)現(xiàn)，藤本植物中蔓長(zhǎng)春花對(duì)Cd污染的耐性很強(qiáng)，并且轉(zhuǎn)移系數(shù)和富集系數(shù)均大于1，符合超富集植物的標(biāo)準(zhǔn)，并且在土壤重金屬富集測(cè)試有較好的效果。超富集植物法對(duì)土壤的理化性質(zhì)改變小，不易造成土壤環(huán)境的二次污染，在土壤重金屬污染修復(fù)中有較好的應(yīng)用前景。然而，超富集植物的修復(fù)周期長(zhǎng)，難以高通量修復(fù)污染的土壤，并且收割后的超富集植物的處理機(jī)制仍不完善，因此超富集植物法還需要進(jìn)一步改進(jìn)。

2.2微生物修復(fù)技術(shù)

微生物技術(shù)主要是利用微生物吸附、氧化還原和礦化固結(jié)重金屬離子，從而降低重金屬濃度和可利用態(tài)，減少重金屬對(duì)生物體的危害。因此，篩選出具有高效去除土壤重金屬性能的微生物是微生物修復(fù)技術(shù)的熱點(diǎn)。例如，靳治國(guó)學(xué)者等人從重金屬污染的土壤中分離和篩選出了耐高濃度Pb的綠色木霉菌以及耐受高濃度Cd的淡紫擬青霉菌，發(fā)現(xiàn)兩菌均可在有高濃度重金屬Pb和Cd的條件下正常生長(zhǎng)，可作為土壤中重金屬離子的吸附劑。雖然微生物修復(fù)技術(shù)修復(fù)效果好，并且微生物修復(fù)劑低毒性，對(duì)土壤環(huán)境不易造成顯著性破壞，但微生物修復(fù)技術(shù)存在“外來(lái)細(xì)菌”對(duì)本土細(xì)菌的威脅等問(wèn)題，因此可以通過(guò)基因工程技術(shù)修飾本土微生物基因，以增加其修復(fù)效率并且減少“外來(lái)細(xì)菌”威脅。

3　小結(jié)和展望

本文主要介紹了化學(xué)和生物修復(fù)土壤重金屬的污染技術(shù)?；瘜W(xué)修復(fù)法具有去除重金屬效率高并且周期短，但是添加的化學(xué)試劑易改變土壤的理化性質(zhì)，導(dǎo)致土壤受到二次污染；生物修復(fù)技術(shù)主要是利用生物體的代謝活動(dòng)及其代謝產(chǎn)物修復(fù)重金屬污染的土壤，因此生物修復(fù)法對(duì)環(huán)境更友好，但生物修復(fù)技術(shù)的修復(fù)周期長(zhǎng)，效率低，去除目標(biāo)單一，難以達(dá)到“一劑多用”的效果，因此可以結(jié)合基因突變，基因重組等技術(shù)，到達(dá)高通量去除土壤中的重金屬并且對(duì)環(huán)境友好的效果。

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2095-2066（2016）31-0010-02

2016-10-3