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1、重金属污染土壤修复100107130 黄丽摘要：目前重金属污染土壤修复主要采用物理化学技术和植物修复技术。根据其作用过程和机理, 物理化学技术主要包括化学固化、土壤淋洗和动电修复; 植物修复技术包括植物稳定、植物挥发和植物提取。本文现在重金属污染土壤的现状和现行修复技术的原理、存在问题与研究等方面进行了综述与分析。关键：重金属，污染土壤修复，现状，存在问题，发展动态 随着工农业的迅速发展, 土壤中重金属含量逐年增加, 其造成的污染也日益严重。防治土壤污染, 保护有限的土壤资源, 已成为突出的全球性问题。土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性, 污染物在土壤中的滞留时间长, 植物或微生物不能
2、降解, 重金属污染不仅导致土壤的退化、农作物产量和品质的降低, 而且可能通过直接接触、食物链危及人类的生命和健康。1. 土壤重金属污染和修复技术现状1.1土壤重金属污染 据统计，目前全国遭受不同程度污染的耕地面积已接近 2000万hm2 ，约占耕地面积的 1/5据农业部环境监测系统近年的调查，我国 24个省（市）城郊污水灌溉区工矿等经济发展较快地区的 320个重点污染区中，污染超标的大田农作物种植面积为 60万hm2 ，占监测调查总面积的 1/5；其中重金属含量超标的农产品产量与面积约占污染物超标农产品总量与总面积的 80%以上，尤其是 Pb、Cd、Hg、Cu及其复合污染尤为明显 如天津近郊因
3、污水灌 溉 导 致农田受到污染；广州近郊因为污水灌溉污染农田 ，因施用含污染物的底泥造成 13.3km2的土壤被污染，污染面积占郊区耕地面积的 46%；世纪 年代中期对北京某污灌区进行的抽样调查表明，大约 60%的土壤和 36%的糙米存在污染问题。1.2 土壤修复技术现状 20世纪90年代以前, 重金属土壤污染修复大多采用挖掘填埋法, 但这种方法实质上只不过是污染物的转移, 并非根治重金属的污染。而且还存在着占用土地、渗漏、污染周边环境等负面影响。因此, 西欧和北美一些国家最近规定, 污染物在填埋之前必须进行处理, 并且采取了征税、严格填埋标准等措施来限制这一处理方法的应用。这些环境法规和条例
4、促使人们寻找新的创造性修复技术。目前, 重金属土壤污染的修复主要采用物理化学法和植物修复法。前者主要包括化学固化、土壤淋洗、动电修复; 后者主要包括植物稳定、挥发及提取, 此外, 微生物修复技术也逐渐得到人们的重视, 特别是深入研究了一些特殊菌种对金属污染物的解毒作用。1.2.1物理化学技术1.2.1.1化学固化 所谓化学固化, 就是加入土壤添加剂( 固化剂) 改变土壤的理化性质, 通过重金属的吸附或共沉淀作用改变其在土壤中的存在形态, 从而降低其生物有效性和迁移性。1.2.1.2土壤淋洗 淋洗即利用提取剂将土壤中的固相重金属转移至液相中, 含有提取剂的土壤经清水洗涤后归还原位再利用, 富含重
5、金属的废液则进行进一步的处理。本技术的关键在于提取剂的选择, 即能提取重金属, 又不破坏土壤的结构。1.2.1.3动电修复 动电修复是指在污染土壤中插入电极对, 并通以直流电。使重金属在电场作用下通过电渗析向电极室运输, 然后通过收集系统将其收集, 并作进一步的集中处理。动电修复做为一种原位修复技术, 近年来发展很快, 并且从经济上而言也是可行的。1.2.2植物修复技术 植物修复是一种利用自然生长植物或遗传培育植物修复重金属土壤污染技术的总称。根据其作用过程和机理, 可分为植物稳定、植物提取和植物挥发三种方法。其中, 植物挥发主要是指金属元素Hg和非金属元素Se, 不适用于对土壤铬污染的治理。
6、1.2.2.1植物稳定 植物稳定是利用耐重金属植物降低重金属在土壤中的迁移性, 从而减少重金属被淋滤到地下水或通过空气扩散进一步造成环境污染的可能性。1.2.2.2植物提取植物提取是指利用重金属超积累植物从土壤中富集一种或几种重金属, 将其转移并存贮至可收割的部分, 经收割后进行集中处理。1.2.2.3植物挥发植物挥发是利用植物的吸收、积累和挥发减少土壤中的一些挥发性污染物,主要是指金属元素Hg和非金属元素Se。这种方法对于土壤修复而言, 不失为一种有潜力的技术。1.2.2.4微生物修复技术有些微生物具有嗜重金属性, 利用微生物对重金属污染介质进行净化,在水体污染中被证明是一种很好的方法。如果
7、用于土壤环境的处理, 可能是一种行之有效的方法, 目前已进行了积极研究。据报道, 日本发现一种嗜重金属菌, 能有效的吸收土壤中的重金属, 2. 土壤重金属的来源及危害2.1土壤重金属的来源 近年来，由于部分矿产开发中的选矿冶炼工艺水平落后，个别矿区没有环保治理设备，大量废弃物未经处理直接投放环境，造成土壤重金属污染；化肥农药的过度使用也会造成土壤重金属的污染，氮肥和钾肥中重金属含量较少，磷肥中重金属含量较多；含铅及有机汞的农药的使用，造成土壤的胶质结构改变，营养流失，对农作物的产量及品质都造成极大的不良影响，同时为土壤重金属污染埋下了祸根；饲料加剂中也常含有高含量的 Cu和Zn，这使得有机肥料
8、中的Cu和Zn含量也明显增加并随着肥料施入农田，农村地区长期使用畜禽粪便作为有机肥以增加土壤肥力也有可能造成土壤重金属污染；汽车尾气的排放汽车轮胎磨损产生的大量含重金属的有害气体和粉尘的沉降所引起的以公路铁路为中心成条带状分布的土壤重金属污染，其污染元素主要为Pb、Cu、Zn等元素。2.2土壤重金属污染的危害 土壤重金属污染首先会影响植物的生长发育，进而影响农作物的产量和质量如镉与巯基氨基酸和蛋白质的结合引起氨基酸蛋白质的失活，甚至导致植物的死亡；如Cd通过形成过量的氧自由基，影响植物体内抗氧化酶活性，破坏细胞膜系统 蛋白核酸等生物大分子，抑制水稻叶绿素合成和植株生长、土壤重金属污染，给国家带
9、来了严重的经济损失。据报道，每年全国因重金属污染而减产粮食1000多万t，另外被重金属污染的粮食每年也多达1200万t，合计经损失至少达到200亿元。此外，受土壤重金属污染的作物在植（作）物体中积累，并通过食物链富集到人体和动物体中，危害人畜健康，引发癌症和其他疾病等。3. 重金属土壤修复技术存在问题3.1物理化学技术 化学固化方法并不是一个永久性的措施, 只是改变了重金属在土壤中的存在形态, 仍持留在土壤中。而且土壤很难恢复到原始状态, 不适宜进一步利用, 而且对其长期稳定性和生态系统的影响不甚了解, 目前缺乏这方面的研究。因此很多学者对这一方法持怀疑态度。 土壤淋洗的技术的关键在于提取剂的
10、选择, 即能提取重金属, 又不破坏土壤的结构, 但事实上很难找到。而且, 如果处理不当的话, 引入的提取剂很有可能造成二次污染。因此美国的工程技术人员在1988 1991年间对一个电镀厂造成的铬污染进行治理时, 干脆利用清水做为提取剂, 4年内使地下水的铬浓度从1923mg/ L降至65mg/ L。 动电修复由于土壤系统中组分的复杂性, 经常出现实际应用与实验结果相反的现象, 从而使这一方法的商业化受到了限制。3.2植物修复技术 植物稳定并没有彻底清除土壤中的重金属, 只是将其固定, 使其对环境中的生物暂时不产生毒害作用, 没有从根本上解决重金属的污染问题。如果环境条件发生变化, 重金属的生物
11、有效性又会发生改变。因此, 植物稳定的持久性令人怀疑。植物提取超积累植物对金属具有选择性, 其它的金属对植物的生长有影响, 这种影响甚至是致命的。植物挥发将土壤中的污染物转移到了大气中, 具有很大的环境风险。微生物修复存在着土壤与细菌分离的难题。如果得到妥善的解决, 将是一种很有发展前景的处理方法。前面所述的土壤修复技术各有优缺点, 但是应当指出, 由于经济和技术上的原因, 例如成本高、实地应用经验不足及处理效果不稳定等, 致使这些技术尚没有进入商业化阶段。目前应用最广泛的还是挖掘和填埋, 即使是在经济、技术发达的西方国家诸如美国等也是如此。4. 研究展望 物理化学技术修复重金属污染土壤, 不
12、仅费用昂贵, 难以应用于大规模污染土壤的改良, 而且常常导致土壤结构破坏、生物活性下降和肥力退化等。植物修复技术作为一种新兴的、高效的植物修复途径已为人们所接受, 并逐步走向商业化。但该技术目前还处于田间试验和示范阶段尚缺乏系统的评价, 需要更多的田间试验结果来支撑该技术的应用与发展。从近期而言, 选择超积累植物的品种、土壤改良剂以及植物栽培等农业措施是该领域的研究方向; 从远期而言, 应用分子生物学和基因工程技术, 提高超积累植物的重金属含量和生产产量, 深入了解、调控金属积累作用机理和分子机制,是该领域研究的前沿课题。参考文献：1. 陈志良等. 重金属污染土壤修复技术. 环境保护. 200
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