盧利清+葉常茂

摘 要：土壤重金屬污染嚴重影響農作物產品的安全，重金屬污染土壤修復一直是人們關注的重點。重金屬污染土壤原位修復技術是指不經(jīng)挖掘轉移土壤，直接在污染場地就地進行修復的土壤修復技術，其具有處理成本低、對周邊環(huán)境影響小的特點，是土壤修復的熱點。該文對重金屬污染土壤原位修復技術進行了總結，并針對重金屬污染土壤原位修復一些新技術進行了介紹。

關鍵詞：土壤；重金屬污染；原位修復

中圖分類號 X53 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2017）21-0069-03

Current Progress on in Situ Remediation of Heavy Metal Contaminated Soil

Lu Liqing et al.

（Patent Examination Cooperation Center of the Patent Office，Sipo，Guangdong，Guangzhou510530）

Abstract：Heavy metal contamination in soil is seriously threating the grain production and food safety and remediation of heavy metal in soil is of great concern. Soil in situ remediation treats the contaminated soil without excavation and transformation. It has the advantages of low investment and has small impact on the surrounding. In this paper，some new technologies of in situ soil remediation are introduced.

Key words：Soil；Heave metal contamination；Situ remediation

由于工業(yè)“三廢”的排放和不合理的農業(yè)生產活動，導致我國土壤環(huán)境中的重金屬污染日趨嚴重。據(jù)統(tǒng)計，我國受鎘、砷、鉛等重金屬污染的耕地面積近2000萬hm2，約占總耕地面積的1/5；重金屬污染對我國糧食生產造成了巨大經(jīng)濟損失。重金屬污染物一般具有較強的生物毒性，一旦進入土壤環(huán)境就長期累積，難以清除，不僅影響周圍環(huán)境的生態(tài)安全，還可以通過直接接觸和食物鏈等途徑，嚴重威脅人體健康和食品安全。因此，治理土壤重金屬污染已成為一個亟待解決的環(huán)境問題。原位修復因其操作和成本上的優(yōu)越性，在面源重金屬污染治理中是首要選擇。

重金屬污染土壤原位修復技術包括物理修復、化學修復、植物修復、微生物修復、聯(lián)合修復等。

1 物理修復

物理原位修復重金屬污染土壤方法包括客土法、深耕翻土法等。客土法是指將干凈的土壤與污染土壤混合，以降低污染土壤中重金屬濃度。深耕翻土法，通過深翻污染土壤使重金屬分散到底層從而降低了重金屬的濃度[1]。

2 化學修復

化學修復技術包括化學鈍化修復、化學清洗修復和電動修復等。原位化學鈍化修復技術是以化學物質作為反應劑，將土壤中的有害物質變?yōu)榈投净蛳鄬Ψ€(wěn)定的物質，降低其對環(huán)境的危害。該技術的機理主要是通過化學試劑與重金屬污染土壤發(fā)生沉淀、吸附、離子交換、腐殖化以及氧化還原等一系列反應，進而改變重金屬的賦存形態(tài)，顯著降低其生物有效性和可遷移性。該方法具有簡便、效果好和經(jīng)濟實用等優(yōu)點而受到人們 的普遍重視，尤其適用于修復大面積污染土壤。常用的化學鈍化劑包括有：水泥、石灰、礦渣等無機粘結劑，瀝青等有機粘結劑，酚醛和環(huán)氧等熱硬化有機聚合物，玻璃質物質，磷灰石、蒙脫石等粘土礦物等。有較多的研究報道水泥、石灰、粉煤灰、磷灰石、 沸石、蒙脫石、凹凸棒土、高嶺土、蛭石、海泡石、鐵錳氧化物、硅酸鹽、鋼渣、堆肥、赤泥、納米吸附材料（如納米羥基磷灰石、改性納米炭黑、納米零價鐵等）等通過吸附、氧化還原、結晶等物理化學作用固定重金屬污染物，降低其活性[2-4]。

原位淋洗技術利用化學溶劑淋洗去除土壤污染物，通過淋洗劑與土壤污染物結合，并通過溶解、解吸或螯合等作用，使重金屬形成可遷移態(tài)化合物，再處理含污染物的廢水和廢液。淋洗劑主要有以下幾種：酸類（包括鹽酸等無機酸和檸檬酸等有機酸）、堿類（如NaOH）、鹽類（如磷酸二氫鉀等）、螯合劑（如EDTA等）、表面活性劑類等[5]。

電動修復是將電極插入污染主壤并接入直流電，電解產生大量H+，使附著于土壤顆粒上的重金屬離子被替換下來，然后游離狀態(tài)的重金屬離子在電場作用下定向移動并在電極附近積聚，最后將重金屬離子抽出處理，進而修復污染土壤[6]。電動修復法具有高效、無二次污染、節(jié)能、原位修復特點，故被稱為“綠色修復技術”。

3 植物修復

植物修復是指利用植物根系對重金屬離子進行活化、吸收，然后轉移到植物的地上部分，進而進行集中回收并處理，植物修復技術雖然因其操作簡便和環(huán)境友好而受到廣泛關注。重金屬污染土壤的植物修復技術根據(jù)其機理可分為植物穩(wěn)定、植物揮發(fā)、植物提取3種類型。植物穩(wěn)定是利用耐重金屬植物降低土壤中有毒金屬的移動性，例如，印度芥菜（B.juncea）的根能使有毒的生物有效的Cr6+還原為低毒的、無生物有效性的Cr3+[7]；植物揮發(fā)是利用植物的吸收、積累和揮發(fā)而減少土壤中一些揮發(fā)性污染物，將污染物吸收到體內后將其轉化為氣態(tài)物質，釋放到大氣中[8]；植物提取是指利用重金屬超積累植物從土壤中吸取一種或幾種重金屬，并且將其轉移、貯存到地上部分，隨后收割地上部分集中處理，屬于這類重金屬超累積的植物研究已有很多。已發(fā)現(xiàn)的典型超積累植物有Streptanthus polygaloides，Alyssum pintodasilvae和Alyssum mark-graffii富集鎳，Brassica napus富集鋅，Arabidopsis halleri富集鋅和鎘等。我國也陸續(xù)找到了一些重金屬超富集植物包括蜈蚣草、寶山堇菜、蜀葵、龍葵、圓錐南芥、天胡荽等[9-10]，多數(shù)重金屬超富集植物只能積累1～2種重金屬，而實際情況大多為重金屬復合污染，因而尋找多種重金屬超富集植物是進一步研究的方向。endprint

4 微生物修復

污染土壤的微生物修復技術是利用天然馴化或者人工構建的微生物群落或其產生的代謝產物使土壤中的污染物進行降解和轉化，微生物修復技術是實現(xiàn)環(huán)境凈化、生態(tài)效應恢復 的生物措施，是重金屬污染土壤的環(huán)境友好型治理技術。微生物修復土壤重金屬污染的機理主要包括表面生物大分子吸收轉運、生物吸附、細胞代謝、空泡吞飲、沉淀和氧化還原反應。微生物修復技術中較常使用的微生物主要有細菌、真菌、放射菌、藻類等[11]。由于微生物對生存環(huán)境條件要求較嚴格，對于環(huán)境變化的耐受力不強，因而馴化篩選或通過基因重組等獲得耐重金屬濃度的菌種，提高菌群穩(wěn)定并具有高的毒物負荷是微生物修復的研究方向，很多研究也集中在采用復合的菌群對重金屬污染土壤進行修復。如，劉學端等[12]提出將包括隱性嗜酸桿菌、皺褶假絲酵母菌、固氮醋酸桿菌、粘紅酵母菌和銅綠假單胞菌的微生物富集物菌液噴灑至鎘污染耕地中進行修復。

5 聯(lián)合修復新技術

傳統(tǒng)修復技術都有不同程度的局限性?？屯练ā⒎练ㄖ螛瞬恢伪?，且二次污染風險大，電動修復技術只適用小面積污染，現(xiàn)場操作難度大并且不適用于滲透性較高、傳導性較差的土壤；化學修復技術易破壞土壤、有的需要廢液處理，成本高；植物修復技術耗時較長、高濃度污染水平不利于植物生長；微生物處理要考慮菌株的篩選，環(huán)境對微生物的變異作用等。同時，王壤污染并非只有單一重金屬污染物，大多含有多種重金屬污染，處理難度大。為解決這一問題，發(fā)揮不同修復技術的優(yōu)點，發(fā)展聯(lián)合的土壤修復技術就成為當前土壤污染修復的熱點研究方向，以下介紹幾種原位修復的新技術。

郭紅巖[13]提出種原位淋洗-深層固定-植物修復聯(lián)合修復重金屬污染土壤修復方法，深耕土壤加入固定劑石灰，然后施加三氯化鐵淋洗劑，石灰與三氯化鐵反應生成具有絮凝作用的氫氧化鐵使重金屬在深層固定，最后種植柳樹收割，完成對金屬污染土壤的修復。

曹平[14]提出構建植物菌根蚯蚓微生態(tài)系統(tǒng)，在污染區(qū)域在中選擇菌根易侵染的植物，接種地表球囊霉，待菌根真菌侵染植物根系后，接種蚯蚓，通過對植物—菌根—蚯蚓微生態(tài)系統(tǒng)的設計與原位“栽植”、建立土壤重金屬原位鈍化和定點修復的技術，最終達到修復農田土壤重金屬污染的目的。

魏俊富等[15]提出一種種鎘污染稻田原位快速修復的方法。向鎘污染稻田水中噴灑絡合劑水溶液，進行旋耕混合，鎘離子從污染土壤中原位絡合溶出到稻田水中，迅速在稻田中投入具有更強螯合作用的螯合功能非織造布并不斷移動使其充分競爭吸附，重金屬鎘從液相水溶液中轉移到非織造布上，之后將非織造布取出，絡合劑同時得到釋放再生操作簡單、成本低、修復效果高、修復周期短等。

Lingua等[16]等通過在重金屬污染土壤定植有叢枝菌根真菌AMF的成熟楊樹樹（Populus alba L.），AMF與宿主植物檢疫良好共生關系，AMF能夠將重金屬離子轉移至葉片中并改變植物細胞內的代謝過程，從而提高植物對重金屬的耐受性。植物與微生物的聯(lián)合修復環(huán)境友好、不會造成土壤二次污染且修復效率高等特點，在重金屬污染土壤的治理方面展現(xiàn)出了廣闊的應用前景。

LIU XUEMEI等[17]提出生態(tài)堆修復有機物和/或重金屬污染土壤的方法，結合添加固定化微生物菌群的強化修復、種植植物的植物修復、生物堆修復三者進行環(huán)境修復，包括以下步驟：（1）環(huán)境特異的微生物菌群組合，由污染基質中的土著污染物降解菌、植物促生菌和/或能產生生物表面活性劑的微生物組成；（2）基質預處理；（3）生態(tài)堆的建設；（4）在生態(tài)堆頂部播種修復植物。（下轉87頁）（上接70頁）該方法實現(xiàn)了目前國際上主導的綠色可持續(xù)性的修復。

5 結語

土壤重金屬原位修復涉及具體的污染情況、土壤環(huán)境，地質條件等，處理復雜，沒用毫無缺陷的通用方法。土壤重金屬污染的防治和解決將是一個長期性的艱巨問題。從環(huán)境預防的角度出發(fā)，各國政府應該不僅制定嚴格的環(huán)境保護法規(guī)，而且要落到實處，切實杜絕新的環(huán)境污染問題發(fā)生。從環(huán)境治理的角度，新型的高效經(jīng)濟的土壤修復技術有待進一步研究開發(fā)。

參考文獻

[1]黃益宗，郝曉偉，雷鳴，等.重金屬污染土壤修復技術及其修復實踐[J].農業(yè)環(huán)境科學學報，2013，32（3）：409-417.

[2]陳夢舫.我國工業(yè)污染場地土壤與地下水重金屬修復技術綜述[J].中國科學院院刊， 2014，29（3）：327-335.

[3]Chen Q Y，Tyrer M， Hills C D，et al.Immobilisation of heavy metal in cement-based solidification/stabilization：A review[J].Waste Managet，2009，29（1）：390-403.

[4]成杰民.改性納米黑碳應用于鈍化修復重金屬污染土壤中的問題探討[J].農業(yè)環(huán)境科學學報，2011，30（1）：7-13.

[5]Dermont G，Bergeron M，Mercier G，et al.Soil washing for metal removal：A review of physical/chemical technologies and field applications[J].Journal of Hazardous Materials，2008，152（1）：1-31.

[6]李社鋒，李先旺，朱文淵，等.污染場地土壤修復技術及其產業(yè)經(jīng)營模式分析[J].環(huán)境工程，2013，31（6）：96-99.

[7]Salt DE，Blaylock M，Kumar NP，et al.Phytoremediation：A noval strategy for the removal of toxic metals from the environment using plants[J].Nature Biotechnology，1995，13：468-474endprint

[8]Watanabe ME.Phytoremediation on the brink of commercialization[J].Environment Science & Technology，1997，31（4）：182-186.

[9]湯葉濤，仇榮亮，曾曉雯，等.一種新的多金屬超富集植物：圓錐南芥（Arabis paniculata L.）[J].中山大學學報：自然科學版，2005，44（4）：135-136.

[10]彭克儉，陳燦，姜蘋紅，等.多年生草本植物天胡荽在富集提取污染土壤中的鎘及其他重金屬中的應用.CN：104759455[P].2015-07-08.

[11]徐良將，張明禮，楊浩.土壤重金屬鎘污染的生物修復技術研究進展[J].南京師大學報（ 自然科學版），2011，34（1）：102-106.

[12]劉學端，柏連陽，劉宏偉等.一種基于微生物轉化的鎘污染耕地原位快速修復方法.CN：107020295[P].2017-08-08.

[13]郭紅巖，王國兵，艾弗遜等.一種聯(lián)合修復重金屬污染土壤的方法.CN：107138511[P].2017-09-08.

[14]曹平.一種蚯蚓微宇宙系統(tǒng)修復重金屬的方法.CN：106391683[P].2017-02-15.

[15]魏俊富，崔莉，孔志云，等.一種基于競爭吸附的鎘污染稻田的原位快速修復方法.CN：104874601[P]. 2015-09-02.

[16]Lingua G，Bona E，Todeschini V，et al. Effects of heavy metals and arbuscular mycorrhiza on the leaf proteome of a selected poplar clone：a time course analysis[J].PloS one，2012，7（ 6）：e38662.

[17]XUMMEI LIU，KIERAN GERMAINE，DAVID RYAN，et al. A process for the remediation of hydrocarbons and/or heavy metal contaminated soil/sludge sediment.IES：20140311[P].2016-02-24. （責編：張宏民）endprint