浅谈重金属污染土壤的修复技术及修复方法

张 健

（江苏龙环环境科技有限公司，江苏 常州 213032）

重金属污染与化工、金属冶炼等行业有密切关系，高浓度的重金属污染问题一直困扰着我国的经济发展，一些企业在很长一段时期内，为了节省污染治理费用，将重金属污染物排放到土壤和河流中，对环境造成了巨大破坏。新世纪以来，“先发展，后治理”已不适应当前的发展状况，大家逐渐意识到保护生态环境是实现经济发展的必要条件。为此，我国制定了一系列环保政策，而对重金属污染的治理正是其中非常重要的一环[1-2]。

1 土壤重金属污染概述

1.1 土壤重金属污染的危害

土壤的重金属污染是一种长期积累、破坏力及隐蔽性较强的污染，尽管土壤本身是生态系统的一部分，具有一定的自净能力，但在重金属的强烈作用下，它的净化作用已不能完全发挥。土壤的重金属污染会对自然环境造成破坏，对农作物的正常生长造成危害，对人类的生命和财产构成巨大威胁。

1.2 土壤重金属污染的来源

土壤重金属污染中的重金属是指具有生物毒性的重金属，如铅、锌、镉、汞等，如果含量超过了规定的阈值，就会对土壤生态环境产生危害。

1.2.1 农业活动

我国是一个以农业为主的国家，农业规模在世界上屈指可数，但是在农业生产中，由于农民过量使用过磷酸钙等磷肥，其中含有的砷、汞、铅等元素会导致土壤中的重金属含量超标。此外，一些养殖基地在养殖过程中，会采用含有铜、锰、镉、锌等重金属的物质促进畜牧业的发展，而这些重金属不能被动物消化，最后会随着动物粪便等一起被排泄到土壤中。

1.2.2 工业污染

化工行业每年都会产生大量的废水和废气，其中含有大量的重金属元素，对化工厂周围的土壤造成严重污染。此外，部分化学原料、固体废弃物等，在运输途中也会对土壤的重金属含量造成一定影响。

1.2.3 人类生活

随着人们物质生活水平的提高，汽车和电子产品的使用日益增多。汽车尾气中的重金属含量很高，而某些电子设备的电子元件、电池等被人们随意丢弃，也会造成土壤的重金属污染。

1.3 土壤重金属污染评估

土壤中重金属以可闪换离子、结合态和残余态为主。评价土壤重金属污染，并非是单纯评价其含量，而是评价其对人类生存、动植物生长和微生物生存的影响。土壤重金属含量、土壤有机质含量、土壤酸碱值、氧化还原电位等多种因素都会影响和干扰评估结果。

2 土壤重金属污染现状

2.1 土壤重金属污染形势

造成土壤重金属污染的主要金属元素有铜、汞、铅等，但不限于此。我国土壤重金属污染情况调查发现，在我国相当大的区域内，依然存在重金属污染问题，其中80%缺乏科学防治，并以水银污染最为严重。我国每年约有30 000公顷的耕地遭受水银污染，对水稻生产造成的影响高达50 000吨[3]。土壤重金属污染严重影响我国的粮食生产，对人民生活产生了一定的负面影响。

2.2 土壤重金属污染成因

重金属在岩石和土壤中分布广泛，但是仅凭这些还不足以对土壤产生影响。冶金、采矿等工业活动，增加了岩石和土壤中重金属的挥发性，并导致重金属进入土壤，造成土壤重金属污染，具体可分为三类：（1）离矿区较近的地区，土壤重金属污染程度较高，这是由于采矿等工业活动产生了大量垃圾，使土壤中的重金属污染更加严重。（2）在工业生产过程中，常伴随大量废气排放，这些废气一旦进入土壤，就会造成严重的重金属污染。（3）由工业污水引起的土壤重金属污染十分常见，没有经过有效治理的工业污水对土壤环境造成污染，威胁粮食安全和人类的身体健康。

3 土壤重金属污染造成的问题

重金属长期存在于周围环境，会对生态系统的健康发展产生不利影响，例如对植物生长造成危害，植物体内的重金属会随着土壤中重金属浓度的升高而增加，从而对光合作用等植物的正常功能造成影响[4]；重金属元素会随着空气、水等进入动植物体内，导致有毒物质通过食物链进入人体，从而危害人类健康。

4 重金属污染土壤修复技术研究进展

4.1 物理修复技术

物理修复技术是指通过物理手段将重金属元素从土壤中提取或分离出来的一种技术。

4.1.1 客土法和换土法

该技术主要是通过覆盖新鲜土、翻土、移除被污染土壤等方式，将被污染的土壤和未被污染的土壤分开。以表层覆盖法为例，即采用防水材料覆盖被污染区域，但其覆盖范围有一定限制，需综合考虑周围水文地质条件、覆盖材料、区域坡度等因素。总体而言，客土法和换土法具有较好的修复效果和较高的修复效率，其缺点是成本高、工程量大，存在二次污染的风险。

4.1.2 热脱附修复技术

该技术通过对土壤进行高温处理，使其在一定温度下释放出土壤中的重金属，由此使土壤得到净化。目前，我国采用高温原位加热、电磁波加热等方法进行热解吸修复。

4.1.3 电修复技术

电修复技术是把电极插到土壤中，利用小电流产生电场，并通过电场作用收集和处理土壤中重金属的技术。电修复技术具有广泛的应用前景，适合于各种土壤环境。

4.2 化学修复技术

化学修复技术通过在重金属污染土壤中添加化学物质，使其与重金属污染物发生化学反应，以减少重金属污染物的毒性、降低其浓度或将其彻底去除的技术。

4.2.1 化学固定技术

该技术主要是将固化剂添加到土壤中，一方面可以通过离子闪换、沉淀、吸附、水解等方式来减少重金属污染物的溶解和迁移，另一方面，通过对土壤中的重金属进行固化处理，可以使其毒性得到一定程度的减弱。目前，我国采用化学固定法处理重金属污染的固化剂多为氧化铁、钢渣、水泥等，针对不同重金属污染的土壤，需要采用不同的固化剂。例如要减少重金属的生物效用，必须使用含铁的氧化物来进行吸附，或者利用分子筛的离子闪换性能修复土壤的重金属污染[5-6]。

4.2.2 化学还原技术

该技术通过使用还原性强的化学药剂，使重金属污染土壤中的污染物价态下降，从而减少其毒性，目前国内使用的主要还原剂有二价铁、零价铁等，一些学者已经证实了零价铁、硫化亚铁、四氧化三铁等还原剂在重金属污染土壤中的还原作用。尽管该技术对重金属污染的土壤具有很好的修复作用，但它的应用范围有限，只能应用于土壤受重金属污染严重的地区。

4.3 生物修复技术

生物修复技术是通过降解、吸收和转化等生物降解过程，治理被重金属污染的土壤。植物修复技术、动物修复技术及微生物修复技术是目前我国应用最广泛的生物修复技术。

4.3.1 植物修复技术

在自然条件下，某些植物对重金属的吸收效果较好，能够将污染土壤中的重金属元素吸收到自己的根茎中，从而降低了该地区土壤的重金属浓度。而植物修复技术则是将这些植物与生物技术结合起来，通过化学和生物技术来吸附、转化和降解重金属污染物。在实际应用中，由于其成本低、安全性高、对土壤的破坏性小及绿色环保等特点，被广泛用于对土壤重金属的治理。我国研究人员在长期努力下，也发现了一种适用于我国大部分地区、不同类型重金属污染土壤的植物——蜈蚣草，其对土壤中的锌、铅、砷等重金属污染物有较好的吸收效果，适合我国大部分土壤重金属污染区域。

4.3.2 动物修复技术

该技术主要是通过动物自身的生物活性来减少或完全清除土壤中的重金属。目前，我国使用最多的动物是蚯蚓，蚯蚓是一种土生动物，它不但拥有强大的生命力，还可以通过进食、挖掘、排泄等生物行为来转化土壤中的重金属污染物。尽管利用蚯蚓来治理被重金属污染的土壤，具有较好的效果及经济和环保价值，但是由于蚯蚓的活动范围有限，其修复范围亦有限[7-9]。

4.3.3 微生物修复技术

微生物修复技术是通过特定的微生物来降解和转化土壤中的重金属，从而将其转变为无毒土壤。微生物修复方法主要有两种：（1）某些微生物能与重金属发生反应，从而使其被生成的酸性物质溶解或沉淀，如柠檬酸菌的代谢产物HPO42-可以与镉离子结合而形成该反应。（2）在某些微生物的氧化还原过程中，可以使金属离子变成高价金属离子，使其活性下降，从而达到减少毒性的目的。

5 重金属污染土壤的修复实践措施

珠江三角洲地区的土壤中存在大量重金属，其中含有大量的铅，近年来，随着工业化进程的加快，区域环境污染问题日趋严重。其中，金属矿石对土壤造成了最直接的污染，所以在治理这一区域时，相关部门首先要进行全面调查，掌握该地区的环境特征及相应的参数，以便为下一步的治理工作打下坚实的基础。相关部门在实践中可选用生物防治技术，发掘农作物的基因潜能，培育出低累积、低迁移率的新品种，并利用植物细胞壁膜的过滤机理来实现对重金属元素的吸附，从而达到很好的调节效果；此外还可以采用一些化学防治技术，比如通过污染防治与治理等手段，建立起一种全新的金属吸附机理；在进行污染治理时，相关部门要更加注重对污染来源进行控制，加大对技术的投资，持续改进现有的技术，对污染变化进行全程监控。

6 重金属污染土壤修复技术的应用策略

6.1 建立完善的制度体系

通过对我国土壤重金属污染的控制，可以从根本上解决环境问题。首先，要以预防为主，全民参与，相关部门应结合我国的具体国情，制订综合、高效的土地环境保护法规；其次，建立健全的问责制度，环保部门必须对各个方面的污染源进行细化，以达到防治污染的目的，对导致土壤重金属污染的单位、企业及个人等污染主体进行处罚，以防止此类事件再度出现。在审核污染对象时，应查明其成因并归类，按其严重性进行责任分级[10]；实行责任合同，即特定地区内的环境中存在的重金属污染问题，应由本地区的企业或单位承担，确保其所管辖地区的环境不被污染；在制定土壤重金属污染的相关法规时，相关部门应从多个角度出发，从源头上减少污染，从根源上消除问题，比如对汽车尾气、矿产开发和重型工业实行严格控制；严禁向土地中倾倒垃圾，加强垃圾处理处置工作，对于未做到回收和妥善处置垃圾的企业，要从严惩处。

6.2 推广土壤污染治理先进技术

各级政府要发挥科研区位优势，主动组织相关院校、科研院所、企事业单位开展校企合作，对科研项目进行全面的整合和筛选，并给予政府专项基金；综合并协调开展低丰度土壤中重金属污染作物的选育和植物恢复工作；加强土壤环境质量的预警、监测和检测、评价、控制工作，加强对重金属污染土壤的控制和修复技术的研究，为土壤环境的污染控制提供技术支持；各级政府要加大对土壤污染防治科技成果转化的支持，大力引进生态环保的高科技企业，实行优惠的财政税收政策，为企业减负，支持企业发展壮大，加速推进成果转化和利用。通过强化政府指导，积极进行技术闪流和协作，大力推进土地污染防治和修复技术的发展，培育并促进新兴产业的发展，同时，积极引进土壤及地下水污染阻隔等风险管理经验及新技术，不断提升土壤污染防治水平。

6.3 培养修复技术人员，提高人员素质

土壤的修复必须由维修人员进行，而维修工人的职业素养有助于对土壤进行有效的恢复[11]。当前，许多修复工作者对土壤污染程度、污染成因、与周边环境的关系、治理技术的选用等问题存在一定的误区。如果维修人员处理不当，不但会降低修复效率，而且会增加修复费用，甚至会因为采用不当的维修技术而导致二次污染。比如在化学修补中，有些维修人员对药剂用量的控制不够严格，在某些不能使用药剂的地方添加了化学药剂等。为此，有关单位应强化对维修人员的训练，保证维修人员的职业化水平。

目前，关于重金属污染土壤的综合修复技术已成为国内外学者关注的重点，所以相关学者应该加大对重金属污染土壤修复技术的研究力度，增强修复技术的适应性，降低修复过程中二次污染的风险，为我国由农业大国向农业强国迈进打下坚实的基础。

7 结语

土壤重金属污染的修复与安全利用是我国环境保护的重点，在实践中，相关部门可以适当借鉴国外的经验，继续推进以先进技术为主的土壤重金属污染治理模式，实现对新技术的有机整合，使土壤重金属污染的修复与安全利用效果得以全面提升，促进我国环境保护事业的持续发展。