張 馳

（上海格林曼環(huán)境技術(shù)有限公司，上海 200001）

土壤為人類提供了棲息的環(huán)境，是人類賴以生存的重要基礎(chǔ)。然而，土壤污染現(xiàn)已成為我國面臨的一項嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，尤其是土壤重金屬污染，不但威脅到了人類的身體健康，更對自然環(huán)境帶來嚴(yán)重破壞。為解決土壤重金屬污染問題，我國近年來大力發(fā)展了多項土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)。本文系統(tǒng)地介紹了近年來土壤領(lǐng)域的重金屬污染異位修復(fù)技術(shù)，為實際土壤修復(fù)項目中的技術(shù)選擇提供參考。

1 土壤重金屬污染現(xiàn)狀及危害

1.1 土壤重金屬污染現(xiàn)狀

影響土壤重金屬含量超標(biāo)的主要污染因素有兩種，一種是自然因素，包括物理因素（如土質(zhì)的風(fēng)化及風(fēng)力、水力）和化學(xué)因素（如火山噴發(fā)和泥石流等自然地質(zhì)運動）。[1]另一種就是人為干擾因素，也是影響土壤重金屬污染重要來源之一。例如各類工礦企業(yè)的生產(chǎn)活動、重金屬農(nóng)藥的不合理使用和機動車輛的尾氣排放等[2]。

據(jù)最新調(diào)查顯示，我國國土在不同程度上遭受了重金屬的污染，其污染率高達(dá)16.1%。[3]其中耕地土壤點位超標(biāo)率高達(dá)19.4%，耕地污染總面積逐漸擴大，主要污染物有鎘、鎳、銅、砷、汞和鉛等重金屬。[4]原環(huán)境保護部的調(diào)查研究表明，土壤重金屬污染主要分布于長三角、珠三角、成渝平原和東北老工業(yè)基地等區(qū)域[5]。

1.2 土壤重金屬污染危害

土壤重金屬污染存在隱蔽性、表聚性、長期性、不可逆性和富集性等特點。土壤重金屬污染物可經(jīng)由水環(huán)境毒害植物，在植物中不斷富集并通過食物鏈進入人類和其他生物體內(nèi)，對人類身體健康和生態(tài)環(huán)境造成危害。重金屬污染物在人體內(nèi)聚集并超過一定濃度時，會導(dǎo)致重金屬中毒并對人體健康產(chǎn)生威脅。例如，鎘中毒會導(dǎo)致胸悶和嘔吐等癥狀，銅中毒會導(dǎo)致人體生殖系統(tǒng)破壞，汞中毒會引起精神失常、胎兒發(fā)育畸形等。

為此，政府高度重視土壤污染的防治工作，并出臺了相關(guān)政策，提出相關(guān)部門應(yīng)充分認(rèn)識到土壤污染的嚴(yán)重性，開展土壤重金屬污染的治理工作既是為人體健康提供重要保障，又與我國社會經(jīng)濟的發(fā)展息息相關(guān)，采用有效措施進行防治兩手抓的治理工作，為全面建成小康社會做出貢獻。

2 污染土壤異位修復(fù)技術(shù)

我國當(dāng)前所采用的污染土壤異位修復(fù)技術(shù)主要從原位和異位角度出發(fā)。原位修復(fù)是指直接在場地發(fā)生污染的位置對污染土壤進修復(fù)，異位修復(fù)是指將污染土壤從場地原位置挖掘出來并轉(zhuǎn)移至其他場所進行修復(fù)。相比原位修復(fù)，異位修復(fù)可以更為集中地處理污染土壤，且在修復(fù)技術(shù)的選擇上更加靈活，在修復(fù)的時間選擇上更具有彈性[6]。本文針對我國現(xiàn)有的土壤重金屬污染異位修復(fù)技術(shù)進行了系統(tǒng)介紹。

2.1 物理修復(fù)技術(shù)

土壤重金屬污染異位修復(fù)的物理修復(fù)技術(shù)主要包括異位電動修復(fù)法和異位玻璃化技術(shù)等。

異位電動修復(fù)法就是在重金屬污染土壤中插入電極從而形成電場，以其為媒介使土壤中重金屬離子在電場的作用下，以電遷移或電滲流等形式移動至電極室并進行集中收集和處理。電動修復(fù)法適合低滲透性土壤，例如黏土類土壤的重金屬污染物去除等[7]。電動修復(fù)法的修復(fù)時間一般較短，且可以回收利用土壤中的重金屬污染物，修復(fù)成本較低。然而，電動修復(fù)法的處理效率受土壤含水率的影響較明顯。根據(jù)相關(guān)研究，當(dāng)污染土壤的含水率在10%以下時，電動修復(fù)法對重金屬污染物的去除效率受到極大降低，當(dāng)含水率在40%～70%時，含水率則不會對電動修復(fù)法的處理效率造成明顯限制[8-9]。

圖1 土壤電動修復(fù)技術(shù)流程

異位玻璃化技術(shù)是指在已確定的污染區(qū)范圍內(nèi)將污染土壤挖出并運輸至特定的玻璃化設(shè)備進行治理修復(fù)。該技術(shù)利用特定的熱源，在1600℃～2000℃高溫情況下，熔化土壤及其污染物。熔化的污染土壤在冷卻后形成惰性的堅硬玻璃體，并使土壤中的重金屬離子固化。異位玻璃化技術(shù)具有重金屬污染物去除效率高的優(yōu)點，且在處理重金屬污染物的同時，通過熱解和高溫蒸發(fā)的形式有效去除了土壤中的無機污染物。然而，運行和維護移動玻璃化設(shè)備需要較高的成本，耗電量大，一般在高重金屬污染的土壤修復(fù)項目中應(yīng)用。

2.2 應(yīng)用化學(xué)原理修復(fù)技術(shù)

土壤重金屬污染異位修復(fù)中應(yīng)用化學(xué)原理修復(fù)技術(shù)主要包括異位土壤淋洗法與穩(wěn)定化修復(fù)等。

異位土壤淋洗法即在污染土壤中加入化學(xué)淋洗劑，以絡(luò)合、溶解等形式使附著在土壤表面的重金屬污染物轉(zhuǎn)移至淋出液中，最終達(dá)到將土壤中重金屬污染物有效除去的目的。常用的淋洗劑包括EDTA（乙二胺四乙酸二鈉）和CA（檸檬酸）等，這些淋洗劑具有去除效率高、成本較低等顯著特點。張亞寧等采用EDTA/CA 聯(lián)合修復(fù)重金屬污染土壤，結(jié)果顯示對Cu、Pb、Cd 等三種重金屬污染物的去除效率非常顯著[10]。和異位電動修復(fù)法相比，異位土壤淋洗法對如砂質(zhì)土壤等高滲透性的污染土壤的重金屬污染物去除效果明顯，在黏土類等低滲透性土壤中的重金屬去除效率則大打折扣。

異位穩(wěn)定化修復(fù)是指在挖掘的污染土壤中注入一種或多種穩(wěn)定化藥劑，通過絡(luò)合等化學(xué)作用將土壤中的重金屬污染物包被起來形成穩(wěn)定化產(chǎn)物，以限制重金屬污染物的遷移和釋放。異位穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)具有操作工藝簡單且成本低廉，其化學(xué)產(chǎn)物更具長期穩(wěn)定性，是我國土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域中的主導(dǎo)力量。

然而，該技術(shù)的弊端在于不能做到將重金屬污染物從根本上除去，修復(fù)完成后仍需觀察長期監(jiān)測修復(fù)土壤的環(huán)境質(zhì)量。

圖2 異位穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)流程

2.3 生物修復(fù)技術(shù)

土壤重金屬污染異位修復(fù)中應(yīng)用生物修復(fù)技術(shù)主要包括植物修復(fù)技術(shù)、異位動物/微生物修復(fù)技術(shù)等。

植物修復(fù)技術(shù)即通過植物本身的吸收、揮發(fā)、根慮、降解、穩(wěn)定等作用達(dá)到將污染物轉(zhuǎn)移、容納或轉(zhuǎn)化的目的，從而降低重金屬污染物對環(huán)境的危害。按照其修復(fù)過程可以將植物修復(fù)分為以下幾類：第一類植物提取修復(fù)技術(shù)，即利用植物的根系將重金屬污染物聚集在土壤表層，通過對土壤表層污染物的處理達(dá)到修復(fù)的目的。該技術(shù)對植物的要求較高，所應(yīng)用的植物應(yīng)具備生長速度快、生存能力強、富集能力高等生物特點。因此，該方法的應(yīng)用關(guān)鍵在于尋找和誘導(dǎo)出特殊的植物體。第二類植物揮發(fā)修復(fù)技術(shù)，即將植物蒸發(fā)出的具有揮發(fā)性的化學(xué)物質(zhì)或者是其新陳代謝產(chǎn)物與土壤中的污染物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，并將其化學(xué)產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為無毒性的存儲在植物器官中的技術(shù)。第三類植物的固定修復(fù)技術(shù)，即利用植物根系穩(wěn)定的作用，一方面將土壤中的污染物質(zhì)積累、沉淀在土壤中固定位置，使其不能繼續(xù)擴散。另一方面保護土壤不受污染物的侵蝕，減少土壤滲漏導(dǎo)致的污染物淋移。然而該技術(shù)并不能從根本上將污染物質(zhì)從土壤中去除，重金屬污染土壤的問題并沒有得到解決，因此該技術(shù)并不是常用的植物修復(fù)技術(shù)。第四類植物降解修復(fù)技術(shù)即利用植物的新陳代謝和酶的作用來吸收和分解外界的污染物的技術(shù)。第五類植物輔助修復(fù)技術(shù)即通過植物的吸收將污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化成可揮發(fā)的產(chǎn)物，從而達(dá)到改善土壤重金屬污染的目的。

圖3 植物揮發(fā)修復(fù)技術(shù)機制

異位動物/微生物修復(fù)技術(shù)即利用特定的動物和微生物將土壤中的污染物吞噬、吸收、生物降解，從而達(dá)到去除污染土壤中的重金屬污染物的目的。相關(guān)研究表明，動物、微生物和植物可具有協(xié)同效應(yīng)，共同促進土壤重金屬污染物的去除。[11]

2.4 工程修復(fù)技術(shù)

在污染土壤異位修復(fù)技術(shù)中，工程修復(fù)技術(shù)因其效果穩(wěn)定等優(yōu)勢應(yīng)用較為普遍，工程修復(fù)技術(shù)主要采用的方法包括：其一，客土法修復(fù)方法?？屯列迯?fù)方法就是把已被重金屬污染的土壤和未被重金屬污染的土壤進行混合添加，從而達(dá)到降低上層土壤中重金屬污染物的比例，進而實現(xiàn)減少植物根系對土壤中重金屬的吸收的目的，從而間接地降低了土壤重金屬污染通過植物的吸收對人類的健康產(chǎn)生危害。其二，換土修復(fù)方法。換土修復(fù)方法顧名思義就是把已被重金屬污染的土壤挖掘出來并進行妥善處理，然后在原被挖掘的土壤空地處填上干凈、未被污染的土壤。其三，深耕翻土修復(fù)方法。深耕翻土修復(fù)方法就是指在被重金屬污染的地方進行土壤深度翻新的過程。通過土壤的深入翻新，可以使淺層土壤中重金屬污染物分散到土壤深處，最終土壤污染物被稀釋。綜上，工程修復(fù)技術(shù)雖有良好的應(yīng)用優(yōu)勢，但其帶來的修復(fù)工程量較大、工程資金投入高、破壞土壤結(jié)構(gòu)，換出被污染土壤的處理等問題仍需加以關(guān)注。

3 結(jié)語

目前，我國土壤修復(fù)領(lǐng)域已使用多種重金屬污染異位修復(fù)技術(shù)，每種技術(shù)都有其優(yōu)點和局限性。在實際的土壤重金屬污染修復(fù)工作中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)修復(fù)場地的具體情況，選擇合適的修復(fù)技術(shù)。在某些特定情況下，亦可根據(jù)修復(fù)場地土壤污染的實際情況，聯(lián)合運用多種修復(fù)技術(shù)，以達(dá)到技術(shù)可行、經(jīng)濟有效的目的。