土壤环境中砷污染修复技术综述

商井远，朱博，纪馨越，陈玥琪，王春勇

（1.葫芦岛市生态环境保护服务中心，辽宁 葫芦岛 125000；2.辽宁工业大学 化学与环境工程学院，辽宁 锦州 121001）

砷（As）属于一种剧毒元素，其在环境中以-3 价、0 价、+3 价、+5 价存在[1]。砷在环境中溶解度取决于pH 和离子条件[2]。由于不合理的工农业生产活动，区域土壤砷污染问题越发引起社会关注[3]。我国贵州省、河南省和云南省等地都出现过土壤砷污染问题[4-5]。根据2014年我国土壤环境质量调查显示，被调查土壤样品中有2.7%存在砷污染[6]。土壤砷污染主要来自于大气沉降、农药和化肥施加、污水污泥流入和废弃物堆积扩散等[7]。土壤砷污染不仅能污染地下水，还能污染粮食和蔬菜[8]。

1 土壤砷污染修复技术

1.1 物理修复

土壤砷污染物理修复主要包换土法和电动修复法[9]。其中换土法是指使用未污染的土替换或混合污染土壤，从而降低土壤砷质量分数。换土法需要工程量较大，处理成本高[9]。电动修复法属于原位修复法，此方法将电极通电后，利用产生的电场使砷离子产生定向移动，从而富集并处理砷[10]。电动修复法目前仅能处理小范围的土壤砷污染，真正应用到大范围修复时，耗费电能较大。

1.2 化学修复

土壤砷污染化学修复法目前应用较多，也相对成熟。化学修复是指通过使用化学药剂（修复剂或固定剂），将土壤中砷钝化、固定或者去除[9]。常见的修复剂有膨润土、石灰石、亚硫酸铁和针铁矿等[11]。SHIPLEY[12]等使用19.3 nm 的磁铁矿和37 nm 的赤铁矿借助实验探讨二者对砷的修复，结果表明砷能够不可逆地强力吸附在上述两种纳米氧化铁表面，因而磁铁矿和赤铁矿有潜力应用于沙质土壤中砷的原位修复。YANG[13]等使用低结晶度FeOS 来固定土壤中砷，在实验设定条件下，未处理土壤和经FeOS 改性土壤中As累积释放量分别为98.4 mg 和1.2 mg，结果表明低结晶度FeOS 可以作为土壤砷固定剂使用。YU[14]等通过高锰酸钾和生物炭混合热解制备锰氧化物改性生物炭复合材料，并研究此新材料对土壤砷的吸附，结果表明此材料比用生物炭固定土壤中砷的效果更好。宋玉婧[15]比较了不同锰氧化物（微米级MnO2、纳米级MnO2、纳米级Mn2O3和纳米级Mn3O4）对砷污染土壤的修复，实验结果表明上述锰氧化物都能降低土壤中水溶性砷和TCLP 提取态砷，并且添加量越高，砷浸出量越低。徐婧婧[16]研究了使用钛石膏（CaSO4和Fe2O3为主）对砷、铅复合污染土壤的修复，结果表明钛石膏能够对农田土壤中砷和铅起到钝化修复作用。化学修复虽目前应用较多，但其可能破坏土壤结构及引起土壤肥力退化[17]。

1.3 生物修复

1.3.1 植物修复

利用植物富集砷的特性，可以降低土壤砷污染。蜈蚣草（Pteris vittataL.）是最典型的砷富集植物[18]。KERTULIS-TARTAR[19]等研究表明将蜈蚣草种植于砷污染土壤两年后，土壤砷质量分数从190 mg·kg-1降到150 mg·kg-1。其他一些植物也能用于修复砷污染土壤，例如杨金红[20]等通过盆栽实验研究芦苇（Phragmites communisTrin）对砷污染土壤的修复，结果表明芦苇的根和茎等对砷的富集都随外源砷质量分数增加而增加。ANH[21]等通过盆栽实验证明了粉叶蕨（Pityrogramma calomelanos）也能有效地修复砷污染土壤。邹小丽[22]等在温室大棚中研究柳树在淹水条件下对砷污染土壤的修复，结果表明不同柳树品种（一支笔、苏柳172、沙柳和旱柳）都能在根部和地上部富集砷。AHMAD[23]等研究表明赤桉（Eucalyptus camaldulensis）能够在砷污染土壤中生长，其幼苗根系所富集砷的含量高于阿江榄仁树（Terminalia arjuna）和四子柳（Salix tetrasperma），因而赤桉可应用于砷污染土壤的修复。植物修复投资小，无二次污染，但植株及其修复效果易受气候条件等因素限制[5]。

1.3.2 微生物修复

微生物修复主要依靠微生物对砷的吸附以及氧化还原。吸附作用是指某些微生物能够将砷固定在细胞表面或其内部[5]。氧化还原作用指某些砷氧化微生物能将As（Ⅲ）氧化成As（V），从而降低土壤中砷的毒性[24]。MAHESWARI[25]等使用从砷污染土壤中分离的Aspergillus nidulans，通过添加营养物质如碳源和氮源等来修复砷污染土壤，结果表明在pH 为4、温度35 ℃下放置11 天后，Aspergillus nidulans 能吸附污染土壤中84.35%的砷。YANG[26]等使用在土壤中分离的砷还原菌Brevibacteriumsp.YZ-1 结合施氏矿物共同处理砷污染土壤，结果表明水溶性和NaHCO3可提取总砷的固定化效率分别达到了99.3%和82.6%。微生物修复法相比于物理修复和化学修复更环保，但缺乏稳定性[6]。

2 结论与展望

目前开展的砷污染土壤物理、化学及微生物修复技术，都存在一定的局限性和不足。未来研究重点应着眼于土壤中矿物及有机质等组成成分对砷污染土壤修复的影响，明确修复机理。再就是基于上述3 种修技术研发复合修复技术，降低修复成本，提高修复效率。