金属矿区污染土壤的修复技术研究进展

韩张雄，端爱玲，杨树俊，张树雄，王思远，张贺，孙东年，刘耕苑

(江苏省地质工程勘察院，江苏 南京 210012)

金属矿山开采后，造成土壤环境中重金属含量超过其背景，带来污染，而这些重金属会在植物和动物体内累积，进而危及人类健康安全，因此，对矿区污染土壤进行治理修复刻不容缓。矿区重金属修复治理的基本原理主要包括：①利用合适的方法将重金属元素从土壤中彻底或部分去除，从而降低其对土壤生态系统的危害[1]；②利用相应的技术或方法使重金属在土壤形成稳定的结合态，即降低其在土壤生态系统中活效态含量[2]。这些修复技术主要包括物理和工程措施、生物去除及固定化技术、化学原位改良及固定化措施，目前应用最为广泛的是通过生物吸附固定去除及化学原位钝化固定法[3]。

1 金属矿山污染治理的物理及工程措施

当矿区重金属污染地块相对较小，或者有特殊需求的污染地块修复时，用物理及工程措施对土壤进行修复，其修复较为彻底、见效快。主要包括稀释重金属污染物、换土、客土、去土、翻土、电解重金属、隔离固定等方法[4-5]。

稀释污染土壤重金属的方法主要用于污染面积相对较小的土壤，采用将无污染土壤与污染土壤混合，以达到降低单位面积土壤污染物的含量，从而减轻土壤污染程度的方法，本方法可以有效的降低单位土壤中重金属的含量，但不会减少土壤中重金属的总量[6]。换土法主要用于重金属含量高且成分复杂，直接修复成本高、难度大，相对面积较小的污染土壤，可直接利用未污染土壤将其全部置换，以达到降低重金属污染毒害的目的[7]。客土法与换土法类似，但主要针对需要利用的局部土壤，可以通过客土法，使局部土壤达到利用要求[8]。去土法一般指将重金属污染的表土剥离，异地处理，从而减小土壤中重金属的含量[9]。翻土法主要适用于重金属污染相对较轻的矿区土壤，利用机械手段将土层上下翻动，实现表层土和深层土相互混匀，降低土壤中重金属的单位浓度。电动力磁化吸附法主要通过将土壤接通电源，在电磁力的作用下，重金属离子在土壤电场梯度力作用下在土壤中进行电动位移或渗透，在电极部位富集，通过将电极部位周边的土壤进行集中处理来降低土壤中重金属含量[10]。

土壤中重金属污染物的物理及工程措施虽然对土壤中重金属污染治理具有一定的效果，但由于其工程量大，花费较大，且容易造成土壤肥力下降等缺陷，所以只适用于污染较为严重且污染面积较小的工矿区。

2 金属矿山污染土壤的生物吸附与固定措施

金属矿山土壤污染后，可以通过生物吸附、固定的方法去除，主要包括植物修复[11-12]、微生物修复[13-14]、动物修复[15]。这些修复的共同特点就是利用生物的各种活动改变土壤中重金属的有效态含量，并通过吸附、氧化还原或沉淀污染区土壤中重金属，从而达到降低重金属对土壤的危害的目的[16-17]。

植物修复包括植物吸附、挥发和固定3种。植物吸附法主要通过在污染土壤中种植富集植物，通过植物吸收以后，将植物收割、处理或回收，达到减少土壤中重金属的目的[18-19]。植物挥发是指针对具有挥发形态的污染元素，利用植物的新陈代谢，将土壤中重金属吸收，转运至叶片毛孔附近，利用植物蒸发散发，重金属通过植物表面挥发至大气环境中，从而作用将挥发态重金属直接排入周围环境，降低其对土壤的危害的过程，这类重金属主要包括汞、硒等[20]。植物稳定是通过植物根系在代谢过程中产生的生物碱及其他分泌物与土壤中重金属发生作用，使重金属以固定结合态存在于土壤中，或通过化学作用降低重金属的毒性，从而减少重金属的危害[21]。

微生物修复是近年来发展起来的矿区重金属修复方法，主要是利用微生物对特定的重金属具有专性吸附作用或通过氧化还原等作用改变土壤环境，使重金属污染物固化沉淀，降低其生物有效性的修复方法[22]。

动物修复通过利用土壤动物对重金属元素进行吸持或通过改善土壤环境，降低土壤中重金属有效性的修复方法。土壤动物通过自身吸附，也通过分解土壤表层植物枯落物，改善土壤环境，从而达到矿区土壤的生态修复[23]。

另外，农艺措施的改变也有助于降低矿区重金属的危害，一般可以通过以下两种农艺措施来降低土壤中重金属的危害，一种是改为种植不直接食用的作物，既可以改善生态环境，又可以利用植物吸收土壤中重金属。另一种是根据不同的作物对重金属的吸附能力不同，可种植既吸收土壤中重金属又不会将重金属转运至可食部分的作物，来降低重金属对人体的伤害[24]。同时也可以通过改善施肥及农药的使用等措施来降低重金属污染[25-26]。

生物修复对重金属矿山的生态修复起到了非常显著的效果，且其操作简单，费用较低，有利于实现大面积的修复，但其修复周期较长，对需要及时修复的土壤起不到显著的成效，因此不适用于急需修复的矿区土壤[27]。

3 矿区重金属污染化学淋洗及原位固定措施

土壤中重金属的化学修复法一般利用化学物质与土壤溶液中重金属发生反应，使重金属活性降低或将作用后的重金属直接从土壤中去除的方法，一般包括化学淋洗修复和化学原位固定修复[28-29]。

化学淋洗作用一般利用具有络合作用的化学溶剂，将土壤中重金属通过淋溶，在重力作用下，随着土壤溶液从土壤中去除，从而达到异位或原位修复土壤的目的[30]。在化学淋洗的过程中，要针对重金属的污染特点，及污染土壤的不同，选择不同的淋洗溶剂，同时需要将污染土壤与周围环境隔离，否则容易造成重金属污染物的扩散，使污染面积增大，在淋洗溶剂回收时也应注意二次污染问题[31]。化学淋洗虽然能彻底去除重金属污染物，但其操作较为繁琐，且淋洗溶剂本身也会对土壤造成污染，并且淋洗溶剂回收时又容易造成二次污染，因此化学淋洗法不适合大面积开展[32-33]。

目前，针对金属矿山污染土壤的修复治理的方法多种多样，但由于金属矿山的开采方式、管理模式等均存在差异，并且每种重金属的污染特点也不相同，所以利用单一的方法修复存在着局限性。在金属矿山污染土壤治理上，需要充分掌握重金属污染机理，选择合适的修复方法。单一的修复方法无法适用于金属矿山这种复杂的污染体系，而多种方法的结合可以弥补单一修复方法的缺陷，因此在研究矿山重金属修复治理过程中可以在充分研究其机理的基础上，考虑多种修复方法。