鄭 越

（東營(yíng)市生態(tài)環(huán)境局，山東 東營(yíng) 257000）

1 我國(guó)土壤重金屬污染的現(xiàn)狀

調(diào)查資料顯示，我國(guó)目前大量土地遭受不同程度的重金屬污染，其中被重金屬污染的耕地面積約為2×105km2，占我國(guó)耕地總量的1/5 左右，我國(guó)每年土壤重金屬污染導(dǎo)致的糧食減產(chǎn)和糧食污染總量高達(dá)2 000 萬(wàn)t，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)200 億元[1]。我國(guó)土壤重金屬污染現(xiàn)狀非常嚴(yán)峻，特別在工礦業(yè)廢區(qū)更加嚴(yán)重，從我國(guó)土壤重金屬污染地區(qū)分布來(lái)看，南方地區(qū)污染程度顯著高于北方地區(qū)，尤其在中南地區(qū)和西南地區(qū)超標(biāo)最為突出。

1.1 具有明顯的地域分布特點(diǎn)

我國(guó)土壤重金屬污染分布具有明顯的地域性，中部、東部、西部三大地區(qū)的土壤重金屬污染情況具有明顯差異。其中，中部地區(qū)的土壤重金屬污染最為嚴(yán)重，東部和西部地區(qū)的土壤重金屬污染程度較輕，原因是中部地區(qū)是我國(guó)主要的金屬礦和煤礦分布地區(qū)，礦藏開(kāi)采造成了大量重金屬污染物泄露，中部地區(qū)的河南、山西和湖南，東部地區(qū)的廣東、遼寧和江蘇，西部地區(qū)的云南、貴州、重慶和陜西，這三大地區(qū)共計(jì)14個(gè)省份已經(jīng)成為我國(guó)土壤重金屬污染的重災(zāi)區(qū)，必須對(duì)這些地區(qū)的土壤重金屬污染予以高度重視。我國(guó)三大地區(qū)土壤重金屬污染詳情如表1所示[2]。

表1 我國(guó)三大地區(qū)土壤重金屬污染分布

1.2 污染物以無(wú)機(jī)元素為主

現(xiàn)階段，我國(guó)土壤重金屬污染存在土壤點(diǎn)位超標(biāo)的現(xiàn)象，具體土壤點(diǎn)位超標(biāo)率顯示，污染物源以無(wú)機(jī)元素為主，土壤點(diǎn)位超標(biāo)率排列在前8 位的無(wú)機(jī)元素包括鉛、鉻、鎘、鋅、砷、鎳、銅和汞，尤其以鎘元素的超標(biāo)點(diǎn)位最高，汞元素和鎳元素的超標(biāo)點(diǎn)位次之，鉻和鋅元素超標(biāo)點(diǎn)位最輕[3]。從地域分布特點(diǎn)來(lái)看，不同地區(qū)的主要污染物分布各不相同，在我國(guó)東北部的黑龍江、吉林和遼寧等老工業(yè)地區(qū)，城區(qū)、郊區(qū)和一些農(nóng)耕區(qū)遭受到嚴(yán)重的鎘、砷、汞、鉛和鉻等金屬元素污染，我國(guó)西部土壤重金屬污染最為嚴(yán)重的四川、云南和內(nèi)蒙古等地區(qū)遭受到嚴(yán)重的汞、鎘、砷等重金屬污染，華南地區(qū)有將近一半的農(nóng)業(yè)用地遭受到嚴(yán)重的砷、汞、鎘等重金屬元素污染。其中，內(nèi)蒙古河套地區(qū)土壤砷元素超標(biāo)，對(duì)當(dāng)?shù)鼐用竦纳踩】翟斐赏{。

1.3 污染治理具有較大的難度

重金屬污染物在自然條件下很難自然降解，當(dāng)土壤遭受到重金屬污染后幾乎無(wú)法自然恢復(fù)到原先的狀態(tài)，而且，重金屬污染物在土壤環(huán)境中非常容易被土壤中的膠體吸附并隨著時(shí)間推移不斷累積。此外，土壤重金屬污染物在土壤環(huán)境中存在的形態(tài)比較復(fù)雜，重金屬元素中的過(guò)渡重金屬元素的化學(xué)活性較強(qiáng)，這些過(guò)渡重金屬元素比較容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成土壤pH 值不斷變化。土壤中的過(guò)渡重金屬元素會(huì)發(fā)生各種化學(xué)反應(yīng)，最終導(dǎo)致重金屬元素在土壤中以多種形態(tài)和價(jià)態(tài)存在。

2 土壤重金屬污染治理技術(shù)分析

2.1 工程治理技術(shù)

工程治理技術(shù)是指利用物理機(jī)械原理對(duì)被污染土地進(jìn)行治理，現(xiàn)有的工程治理技方法主要有換土法、客土法和深耕翻土法等，客土法是指往被污染的土壤中添加干凈土壤，將被污染土壤與外界隔離或者降低土壤中重金屬污染物的濃度；換土法是指將被污染的土壤挖掘并搬運(yùn)到別處進(jìn)行妥善處理，然后換上干凈的土壤；深耕翻土法是指利用機(jī)械對(duì)被污染土地進(jìn)行深耕作業(yè)，將上層重金屬污染物濃度高的土壤翻到下層，使得土壤表面的重金屬污染物濃度降低。在工程治理技術(shù)具體應(yīng)用的過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)土壤被污染的程度科學(xué)選擇治理方法，通常污染程度較輕的土地適用深耕翻土法，污染程度嚴(yán)重的土地適用換土法和客土法。需要注意的是，采用換土法時(shí)，對(duì)挖掘出的污染土壤應(yīng)進(jìn)行妥善堆放和處理，以防治對(duì)環(huán)境造成二次污染。

2.2 物理治理技術(shù)

物理治理技術(shù)目前主要有電動(dòng)修復(fù)法、電熱修復(fù)法和土壤淋洗法3 種。

2.2.1 電動(dòng)修復(fù)法

電動(dòng)修復(fù)法是指利用電流所產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)作用使得土壤中的無(wú)機(jī)離子和重金屬元素如Cr、Cd、Pb、Zn 等以電遷移和電透滲的方式向電極匯集，然后對(duì)污染土壤進(jìn)行集中收集并處理。電動(dòng)修復(fù)法不會(huì)對(duì)土層進(jìn)行攪動(dòng)，修復(fù)效率高，電流能夠打破所有的金屬-土壤化學(xué)鍵，在電壓一定的條件下，通電時(shí)間和去除率成正比，通電時(shí)間越長(zhǎng)，去除率越高，它是一種經(jīng)濟(jì)有效的土壤重金屬污染原位修復(fù)技術(shù)。但是，利用電動(dòng)修復(fù)法對(duì)電遷移性較差和滲透性較高的土壤進(jìn)行修復(fù)時(shí)，去除效果明顯較差并且作用比較微弱，研究表明，重金屬污染物的種類、土壤組分、土壤pH 值以及土壤緩沖性能都是影響電動(dòng)修復(fù)法修復(fù)效果的因素，電動(dòng)修復(fù)法對(duì)土壤條件要求特殊且對(duì)處理設(shè)備條件要求較高，很難進(jìn)行大規(guī)模推廣和應(yīng)用。

2.2.2 電熱修復(fù)法

電熱修復(fù)法是通過(guò)高頻電壓所產(chǎn)生的強(qiáng)電磁波對(duì)被污染土壤進(jìn)行加熱，利用某些重金屬污染物在高溫條件下的揮發(fā)特性，將可揮發(fā)重金屬污染物從土壤中解吸、分離和揮發(fā)出去，最終實(shí)現(xiàn)修復(fù)土壤的目的，該修復(fù)技術(shù)適用于被Hg 和Se 等重金屬元素污染的土壤，但是電熱修復(fù)法在修復(fù)土壤的同時(shí)，高溫也會(huì)嚴(yán)重破壞土壤本身的成分和結(jié)構(gòu)。

2.2.3 土壤淋洗法

土壤淋洗法的原理是利用淋洗液將土壤中的重金屬轉(zhuǎn)移至土壤液相中，然后對(duì)富含重金屬物質(zhì)的廢水進(jìn)行收集和處理，以此達(dá)到修復(fù)土壤的目的。土壤淋洗法的核心是如何尋找和選擇既不對(duì)土壤成分和結(jié)構(gòu)造成破壞，又可以有效提取各種形態(tài)重金屬物質(zhì)的淋洗液。目前常用的淋洗液有堿、鹽、有機(jī)酸、無(wú)機(jī)酸和螯合劑，試驗(yàn)表明，EDTA 能夠明顯降低土壤對(duì)Cu 的吸收率和解吸率，土壤對(duì)Cu 的吸收率和解吸率與EDTA 劑量的對(duì)數(shù)之間存在明顯的負(fù)相關(guān)關(guān)系，土壤淋洗法是一種工藝技術(shù)最成熟、使用時(shí)間最早和使用范圍最廣的物理治理技術(shù)。

2.3 化學(xué)治理技術(shù)

化學(xué)治理技術(shù)是利用化學(xué)藥劑的沉淀、吸附、抑制等作用對(duì)土壤中重金屬元素的價(jià)態(tài)和形態(tài)進(jìn)行改變，實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤中重金屬污染物濃度的降低和控制，目前常用的化學(xué)治理技術(shù)主要有化學(xué)改良法、化學(xué)抑制法、有機(jī)質(zhì)改良法等。化學(xué)改良法是指向被污染土壤中投入一定量的化學(xué)改良劑，對(duì)土壤中重金屬的存在形態(tài)進(jìn)行改變，使得被污染土壤中遷移性和溶解性較高的重金屬污染物得以鈍化，降低植物對(duì)重金屬元素的利用率，常用的化學(xué)改良劑有石灰石、碳酸鈣和磷酸鹽等，石灰石和碳酸鈣的作用是對(duì)土壤的pH值進(jìn)行調(diào)節(jié)，使得土壤中的重金屬元素轉(zhuǎn)化成氫氧化物等不溶性或難溶性的物質(zhì)。石灰石和碳酸鈣對(duì)Cd、Cu、Zn 等重金屬污染土壤具有良好的改良作用，磷酸鹽能夠?qū)⑼寥乐械闹亟饘僭剞D(zhuǎn)化成磷酸鹽結(jié)合態(tài)鹽類等難溶性的物質(zhì)，可以有效降低Pb、Cu、Zn、Cd 的濃度，在具體應(yīng)用時(shí)，應(yīng)根據(jù)不同化學(xué)改良劑的不同作用機(jī)理，針對(duì)土壤重金屬污染的種類，科學(xué)地選擇化學(xué)改良劑。有機(jī)質(zhì)改良法是指向土壤中添加有機(jī)物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種陽(yáng)離子黏劑的替代，改變土壤的pH 值和導(dǎo)電性。

2.4 生物治理技術(shù)

生物治理技術(shù)是指利用生物的消減作用對(duì)土壤中的重金屬污染物進(jìn)行凈化或者將重金屬的毒性降低。生物治理技術(shù)治理效果好且可行性高，是目前土壤重金屬污染治理技術(shù)研究的熱點(diǎn)。

2.4.1 植物修復(fù)法

植物修復(fù)法是利用自然界已有或者人工培育的植物對(duì)土壤重金屬污染進(jìn)行修復(fù)的技術(shù)，包括植物提取、植物揮發(fā)和植物穩(wěn)定三種。植物提取是利用重金屬超富集植物將土壤中的重金屬元素吸收到植物體內(nèi)并轉(zhuǎn)移到地上部分，再通過(guò)收割植物地上部分并進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)降低土壤中重金屬污染物濃度的目的。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的重金屬超富集植物超過(guò)700 種，連續(xù)種植重金屬超富集植物，可以有效降低土壤中的重金屬污染物濃度。在應(yīng)用植物提取技術(shù)時(shí)，只有當(dāng)植物組織中的重金屬元素干重含量在0.1%～1.0%時(shí)，收割植物地上組織才有較高的土壤治理價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。植物揮發(fā)是利用植物根系對(duì)重金屬離子的吸收，將重金屬元素轉(zhuǎn)化成氣態(tài)形式揮發(fā)到大氣中，植物揮發(fā)主要針對(duì)土壤中Hg和Se的治理，但是會(huì)對(duì)大氣造成二次污染。植物穩(wěn)定是指利用超累積植物和耐重金屬毒害植物根系對(duì)重金屬污染物的吸附和沉淀作用，將重金屬污染物積累并固定在植物根系中，防止污染物隨著雨水淋洗和空氣擴(kuò)散進(jìn)行轉(zhuǎn)移，當(dāng)?shù)乇碇脖辉獾狡茐臅r(shí)，植物穩(wěn)定作用會(huì)失效。

2.4.2 微生物修復(fù)法

微生物修復(fù)法是通過(guò)改變植物根際的微環(huán)境，有效提高超富集植物根系對(duì)重金屬污染物的吸收、吸附、沉淀、積累和固定的效率，同時(shí)可以降低重金屬污染物對(duì)超富集植物的毒性。菌根植物的根系表面上的菌絲能夠與根際圈內(nèi)的重金屬污染物接觸并直接對(duì)重金屬污染物進(jìn)行吸收、吸附和螯合反應(yīng)，例如，膠菌、硫酸還原菌、藍(lán)細(xì)菌及某些藻類可以分泌胞外聚合物和重金屬離子發(fā)生反應(yīng)，結(jié)合形成絡(luò)合物。此外，研究發(fā)現(xiàn)，某些微生物能夠?qū)⒍拘院軓?qiáng)的甲基汞轉(zhuǎn)化成可揮發(fā)和毒性較小的Hg 單質(zhì)。

2.5 農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)法

農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)法當(dāng)前主要分為農(nóng)藝修復(fù)和生態(tài)修復(fù)兩種。農(nóng)藝修復(fù)是指調(diào)整農(nóng)業(yè)耕作的管理機(jī)制，種植一些不參與食物鏈的植物，增加有機(jī)肥的使用量，對(duì)重金屬污染物進(jìn)行固定，使用一些能夠消減土壤重金屬污染的化肥，達(dá)到有效降低土壤中重金屬污染濃度的目的；生態(tài)修復(fù)是通過(guò)調(diào)節(jié)土壤的水分、肥力、酸堿性、有機(jī)質(zhì)含量、pH 值和氧化還原性能，調(diào)節(jié)土壤環(huán)境氣溫和空氣濕度等生態(tài)因素，以調(diào)控重金屬污染物在所處環(huán)境介質(zhì)中的活性，從而控制重金屬污染物的遷移和減輕重金屬污染對(duì)環(huán)境的危害。在治理土壤重金屬污染時(shí)，生態(tài)修復(fù)技術(shù)修復(fù)效率較低，短時(shí)間內(nèi)看不到明顯的修復(fù)效果。

3 結(jié)論

生物修復(fù)技術(shù)及其強(qiáng)化技術(shù)具有綠色、高效和長(zhǎng)期的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用前景非常廣闊，其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)體現(xiàn)在：篩選和培育超累積植物，超累積植物通常生長(zhǎng)很慢，生物量低且吸收重金屬種類單一，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注吸收效率高、重金屬吸收種類多和生物量大的超累積植物的篩選和培育；發(fā)揮基因工程技術(shù)的作用，將生物量大、適應(yīng)能力強(qiáng)和生長(zhǎng)快速的基因?qū)胨Y選和培育好的超累積植物基因和微生物基因中，提高生物修復(fù)效率；充分利用生物修復(fù)聯(lián)合技術(shù)，土壤重金屬污染修復(fù)是一個(gè)系統(tǒng)性的工程，生物修復(fù)與多種修復(fù)技術(shù)的聯(lián)合技術(shù)研究和應(yīng)用能夠提高重金屬的生物有效率，從而有效提升生物修復(fù)效率。