彭煒東

（四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，四川 成都 610065）

1 農(nóng)田土壤鎘污染現(xiàn)狀

重金屬污染是我國(guó)當(dāng)今面臨的一個(gè)十分嚴(yán)峻的耕地土壤環(huán)境污染問(wèn)題。調(diào)查顯示，我國(guó)農(nóng)田土壤的鎘、鋅和鉛等重金屬濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)土壤背景值。鎘元素嚴(yán)重影響土壤的可持續(xù)利用和糧食的種植安全。研究顯示，我國(guó)鎘污染農(nóng)田土壤面積已達(dá)2000萬(wàn)hm2，約占總耕地面積的1/6，

全國(guó)共11個(gè)省25個(gè)地區(qū)的農(nóng)田受到不同程度的Cd污染[1]。

2 土壤環(huán)境中鎘的來(lái)源、產(chǎn)生過(guò)程及賦存形態(tài)

農(nóng)田土壤中的鎘來(lái)源很多，主要是采礦和冶煉工業(yè)排放的污水、廢氣和固體廢棄物以及大氣沉積。排放的污水通過(guò)灌溉污染農(nóng)田，同時(shí)，磷肥和有機(jī)肥大量施用也是造成造成農(nóng)田土壤中鎘富集的的重要原因。

土壤中鎘有多種化學(xué)形式存在，在化學(xué)相互作用、遷移率、生物利用率和潛在毒性方面表現(xiàn)出不同的性質(zhì)?？梢圆捎脝屋腿》ê晚樞蜉腿》y(cè)定鎘元素的各種有效態(tài)。目前廣泛接受的分類為交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘?jiān)鼞B(tài)等[1]。

3 鎘污染農(nóng)田土壤修復(fù)技術(shù)

鎘污染農(nóng)田修復(fù)實(shí)踐中，通常采用工程措施、電動(dòng)修復(fù)、淋洗修復(fù)、固化/穩(wěn)定化修復(fù)、植物修復(fù)、田間管理及聯(lián)合修復(fù)等技術(shù)，這些技術(shù)在我國(guó)的研究與應(yīng)用情況如下。

3.1 工程措施

工程修復(fù)措施主要以客土、換土和深耕為主，是一種簡(jiǎn)便的物理修復(fù)措施。客土或換土利用未污染的干凈土壤覆蓋或替換污染土壤，從而有效隔離鎘元素的遷移；客土和換土是高濃度鎘污染常用的修復(fù)技術(shù)，而深耕翻土用于輕度污染土壤[2]。總體來(lái)看，工程措施具有簡(jiǎn)便易操作、見(jiàn)效快的優(yōu)勢(shì)，但存在土壤開(kāi)挖成本高，易造成二次污染等缺陷。所以，小面積的重度污染農(nóng)田修復(fù)常采用這種修復(fù)技術(shù)。

3.2 電動(dòng)修復(fù)

電動(dòng)修復(fù)是一種用于分離土壤中重金屬的物理技術(shù)，這種修復(fù)方法最初用于污染土壤和地下水中提取金屬和有機(jī)化學(xué)物質(zhì)。電動(dòng)修復(fù)原理示意圖見(jiàn)圖1所示。當(dāng)施加較低的直流電壓或較低的點(diǎn)位梯度，土壤中的重金屬會(huì)通過(guò)電遷移、電滲析和電泳遷移到電極室。在電場(chǎng)中，二價(jià)鎘離子遷移至陰極，負(fù)離子遷移至陽(yáng)極，重金屬通過(guò)在電極上吸附、沉淀或通過(guò)離子交換樹(shù)脂而得以去除。電動(dòng)修復(fù)適用于處理低滲透性粘土和泥質(zhì)土，能夠有效的控制金屬離子流向。電動(dòng)修復(fù)中，控制和優(yōu)化土壤pH是提高電動(dòng)修復(fù)效率的關(guān)鍵。

圖1 電動(dòng)修復(fù)原理

3.3 化學(xué)淋洗

化學(xué)淋洗法是能夠永久去除土壤中重金屬元素的處理方法，具有處理效果明顯、見(jiàn)效快的特點(diǎn)，通常用于重度污染的土壤修復(fù)。其原理是利用化學(xué)洗脫劑和共溶劑分離土壤中重金屬元素，通過(guò)化學(xué)過(guò)程（包括解吸和溶解）使重金屬?gòu)耐寥乐修D(zhuǎn)移到液相中，然后再對(duì)洗脫液進(jìn)行二次處理。化學(xué)洗脫法是一種原位技術(shù)，其關(guān)鍵挑戰(zhàn)是尋找合適的萃取試劑，萃取劑必需不破壞土壤結(jié)構(gòu)，萃取效果好，廉價(jià)易得。目前常用的重金屬淋洗劑有硝酸銨、磷酸二氫銨、草酸銨、EDDS、EDTA、檸檬酸、吐溫-40、吐溫-80以及皂素等。

3.4 固化/穩(wěn)定化修復(fù)

固定/穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)指將土壤中的有效態(tài)重金屬固定，或者將其轉(zhuǎn)化性質(zhì)不活潑、不易遷移的形態(tài)，抑制其在土壤中的遷移和擴(kuò)散，達(dá)到控制污染的目的。固定/穩(wěn)定化修復(fù)是一種原位修復(fù)技術(shù)，具有簡(jiǎn)單易行、見(jiàn)效快、成本費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，該技術(shù)已在國(guó)內(nèi)重金屬污染土壤場(chǎng)地修復(fù)中得到了廣泛應(yīng)用[3]。固化/穩(wěn)定化修復(fù)可原位和異位進(jìn)行，實(shí)踐表明，該技術(shù)每天可處理500～2000m3污染土，修復(fù)成本為600～1000元/m3污染土，修復(fù)成本主要與修復(fù)目標(biāo)、土壤的污染程度、污染種類等因素密切相關(guān)。

3.5 植物修復(fù)

植物修復(fù)技術(shù)是傳統(tǒng)物理和化學(xué)修復(fù)技術(shù)的替代和補(bǔ)充，適用于低濃度重金屬污染土壤的修復(fù)。植物修復(fù)是利用植物可耐受或超積累的特性，利用植物及其共生微生物提取、轉(zhuǎn)移、吸收、分解、轉(zhuǎn)化或固定土壤中的有機(jī)或無(wú)機(jī)污染物，從而達(dá)到移除、削減或穩(wěn)定污染物，或降低污染物毒性等目的（HJ682-2014）[3]。目前鎘污染土壤修復(fù)研究主要集中在篩選鎘元素的超積累植物或通過(guò)聯(lián)合措施提高對(duì)植物對(duì)鎘元素的提取率。與工程措施、點(diǎn)修復(fù)、化學(xué)洗脫以及固定/穩(wěn)定化技術(shù)相比，植物修復(fù)具有較大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。但其富集容量有限，生長(zhǎng)緩慢，不易選擇和培養(yǎng)，修復(fù)效率較差，通常用于修復(fù)輕度污染的表層土壤。

3.6 田間管理

鎘污染農(nóng)田修復(fù)過(guò)程中，以水肥為主的田間管理十分重要。除了以固化劑/穩(wěn)定化劑的方式施加有機(jī)肥等進(jìn)行土壤修復(fù)外，土壤類型、作物品種、土壤pH值以及田間含水狀況與鎘污染土壤修復(fù)效率密切相關(guān)。此外，大多數(shù)重金屬污染土壤為酸性土，在土壤中添加化學(xué)試劑，提高土壤pH值，可有效改善土壤環(huán)境，固化土壤中有效鎘，可降低水稻對(duì)鎘的吸收與富集，添加石灰石提高土壤pH值是湖南等地區(qū)運(yùn)用最多，也是最為經(jīng)濟(jì)實(shí)用的鎘污染土壤田間修復(fù)措施[5]。

3.7 生態(tài)和水力修復(fù)

為了提高鎘污染農(nóng)田的修復(fù)的效率，可以綜合化學(xué)洗脫、穩(wěn)定固定化技術(shù)、植物修復(fù)和田間管理等多種技術(shù)，開(kāi)發(fā)一種新型的生態(tài)和水力修復(fù)技術(shù)。其關(guān)鍵技術(shù)流程為：栽培前期和中期的洗脫、滲濾液的導(dǎo)排及處理及作物生育期田間水肥的聯(lián)合調(diào)控。可以確保作物生長(zhǎng)期內(nèi)對(duì)于鎘的吸收。從經(jīng)濟(jì)性適用性來(lái)講，是比較可行的措施。

3.8 聯(lián)合修復(fù)

合理聯(lián)合運(yùn)用多種修復(fù)措施，可以避免單一修復(fù)措施的缺陷，提高對(duì)鎘污染的控制效果。聯(lián)合修復(fù)有助于克服單一修復(fù)技術(shù)的不足，在解決復(fù)合污染和提高修復(fù)效率方面具有明顯優(yōu)勢(shì)。我國(guó)雖然已開(kāi)展了鎘污染土壤的聯(lián)合修復(fù)研究，但大規(guī)模應(yīng)用較少，各種技術(shù)之間的相互間作用，以及在修復(fù)時(shí)間與空間上的合理配置等還需深入研究[5]。

4 結(jié)語(yǔ)

我國(guó)土壤Cd污染形勢(shì)依然嚴(yán)峻，有效的治理修復(fù)工作任重而道遠(yuǎn)。單一的修復(fù)技術(shù)對(duì)于土壤鎘污染治理效果有限，因此，我國(guó)土壤Cd污染治理工作應(yīng)該切實(shí)加強(qiáng)實(shí)地調(diào)研，全面分析污染物來(lái)源、特征和程度，結(jié)合土壤利用方式，因地制宜選擇合適的修復(fù)技術(shù)，并監(jiān)測(cè)土壤中Cd污染狀況的變化以評(píng)價(jià)修復(fù)的效果，及時(shí)調(diào)整修復(fù)措施。