那么，什么是重金屬污染？怎么對(duì)重金屬污染土壤進(jìn)行修復(fù)？今天，我們一起來聊聊重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)——
一 什么是土壤重金屬污染？
土壤重金屬污染（heavy metal pollution of the soil），是指因人類活動(dòng)使得土壤中的微量金屬元素含量超過背景值，因過量沉積而引起的含量過高，統(tǒng)稱為土壤重金屬污染。這些“重金屬”包括汞、鎘、鉛、鉻等毒性金屬元素和類金屬（如砷）等生物毒性顯著的元素，以及有一定毒性的鋅、銅、鎳等元素。
土壤重金屬污染少量是因自然原因產(chǎn)生，其主要來源還是因人為活動(dòng)，如工礦企業(yè)生產(chǎn)的廢水、污泥等含重金屬廢物；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的農(nóng)藥、殺蟲劑；冶煉企業(yè)和汽車排放廢氣的重金屬沉降等。
土壤重金屬污染對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人類食物、自然生態(tài)、水土環(huán)境、人居環(huán)境都會(huì)產(chǎn)生影響。近年來，隨著“毒地”、“鎘大米”等事件出現(xiàn)，我國對(duì)于重金屬污染土壤修復(fù)的關(guān)注力度也在逐漸加大。
重金屬污染土壤元素難以被自然降解，只會(huì)發(fā)生形態(tài)的變化和遷移。因此，各種修復(fù)技術(shù)都是圍繞“去除”這一核心來進(jìn)行的。目前，重金屬污染的修復(fù)主要有兩種途徑：
1、改變重金屬的存在狀態(tài)，降低其活性，使其鈍化，脫離食物鏈，減小其毒性；
2、利用特殊植物吸收土壤中的重金屬，然后將該植物除去或用工程技術(shù)將重金屬變?yōu)榭扇軕B(tài)、游離態(tài)，再經(jīng)過淋洗，然后收集淋洗液中的重金屬，從而達(dá)到回收重金屬和減少土壤中重金屬的雙重目的。
一般來說，重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)大致可以分為：物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)以及聯(lián)合修復(fù)等。
二 土壤物理修復(fù)技術(shù)
重金屬污染土壤物理修復(fù)技術(shù)主要包括物理工程措施、玻璃化技術(shù)、淋洗法、冰凍土壤修復(fù)技術(shù)、電動(dòng)力學(xué)法和蒸氣浸提修復(fù)。
物理工程措施主要有排土、換土、去表土、客土和深耕翻土等措施。排土、換土、去表土和客土的修復(fù)施工工程量較大，且存在污土的處理問題。深耕翻土是采用深耕，上下翻動(dòng)土壤層，降低表層土壤中的重金屬含量。
物理工程措施中較常見的是客土和污土相結(jié)合，將一定量的干凈客土和污土成比例混合，從而使得土壤中的重金屬含量降低。深耕翻土在污染較輕的土壤修復(fù)過程較常見，客土和換土多用于重污染土壤修復(fù)工程。目前，一些發(fā)達(dá)國家在土壤污染較重的地區(qū)試行土壤重金屬固化技術(shù)和挖土深埋包裝技術(shù)。
玻璃化技術(shù)是在高溫高壓條件下，被重金屬污染的土壤形成玻璃態(tài)結(jié)構(gòu)，使得土壤中的重金屬被固定穩(wěn)定化。玻璃化技術(shù)能夠從根本上去除土壤中重金屬的污染，去除速度快，但技術(shù)工程量大，且費(fèi)用較高，比較多的是用于對(duì)重金屬污染很重的區(qū)域進(jìn)行搶救性修復(fù)。
土壤淋洗是通過注入和抽吸淋洗液，淋洗液和污染的土壤充分混合，土壤中的重金屬通過溶解、乳化和化學(xué)作用滲入到淋洗液中，隨淋洗液的吸出而去除的修復(fù)技術(shù)。該技術(shù)是將淋洗液注入污染的土壤，再用泵將吸附過污染物的淋洗液抽吸處理，一般需要用清潔的淋洗液反復(fù)多次淋洗，然后對(duì)污染的淋洗液進(jìn)行收集處理與回用。
冰凍土壤修復(fù)是圍繞已知的污染源在地下以等距離的形式垂直安放合適的管道，再在管道內(nèi)輸送入無害的冰凍劑，凍結(jié)土壤中的水分，形成地下凍土屏障，防止土壤中的重金屬遷移擴(kuò)散。
電動(dòng)修復(fù)技術(shù)是通過電流的作用，在電場(chǎng)的作用下，土壤中的重金屬離子(如Pb、Cd、Cr、Zn等)以電透滲和電遷移的方式向電極運(yùn)輸，然后集中收集處理。電動(dòng)修復(fù)方法特別適合于低滲透的粘土和淤泥土，可以控制污染物的流動(dòng)方向。有研究發(fā)現(xiàn)，土壤pH、緩沖性能、土壤組分及污染金屬種類會(huì)影響修復(fù)的效果。有研究者模擬Cd污染土壤，在電場(chǎng)強(qiáng)度為1V.cm-1的條件下研究修復(fù)效果，且較低的pH值和較高的氧化還原電位都有利于Cd的解吸并加速修復(fù)過程。
物理修復(fù)法是最通用的土壤修復(fù)法，廣泛應(yīng)用于各種污染土壤情況。根據(jù)不同土壤質(zhì)地、通透性和污染物類型，以及具體的修復(fù)后土壤可再利用價(jià)值，就可以選擇不同的土壤修復(fù)方法，在成本一定的情況下，達(dá)到良好的土壤修復(fù)效果。
三 土壤化學(xué)修復(fù)技術(shù)
相對(duì)于物理修復(fù)，重金屬污染土壤的化學(xué)修復(fù)技術(shù)發(fā)展較早，主要有以下幾種：
1. 土壤淋洗技術(shù)，可分為原位淋洗技術(shù)和異位淋洗技術(shù)兩種。
原位淋洗技術(shù)：在田間直接將淋洗劑加入污染土壤，經(jīng)過必要的混合，使土壤污染物溶解進(jìn)入淋洗溶液，而后使淋洗溶液往下滲透或水平排出，最后將含有污染物的淋洗溶液收集、再處理的技術(shù)。原位淋洗技術(shù)是為數(shù)不多的可從土壤中去除重金屬的技術(shù)之一。
影響技術(shù)有效性的重要因素是土壤的性質(zhì)，其中最重要的是土壤質(zhì)地和陽離子交換量。最適于砂粒和礫石占50%以上的、陽離子交換量低于10cmol/kg的土壤。淋洗劑對(duì)于促進(jìn)污染物從土壤的解吸并溶入溶液是不可缺少的。淋洗劑應(yīng)是高效的、廉價(jià)的、二次污染風(fēng)險(xiǎn)小的。常用的淋洗劑有水和化學(xué)溶液。溶液通常包括稀的酸、堿、螯合劑、還原劑、絡(luò)合劑以及表面活性劑溶液等。
1987～1988年間，荷蘭曾采用該技術(shù)(原位土壤淋洗技術(shù))對(duì)一個(gè)鎘污染土壤進(jìn)行處理。他們用0.001mol˙L-1 HCl對(duì)6000㎡的土地上大約30000 m3的砂質(zhì)土壤進(jìn)行了處理。經(jīng)過處理，土壤鎘濃度從原來的20mg˙kg-1以上降低到1mg˙kg-1以下，處理費(fèi)用大約50英鎊˙m-3。
異位淋洗技術(shù)：將污染土壤挖掘出來，用水或其他化學(xué)溶液進(jìn)行清洗使污染物從土壤分離開來的一種化學(xué)處理技術(shù)。質(zhì)地較輕的土壤適合于本技術(shù)，黏重的土壤處理起來比較困難。一般認(rèn)為，黏粒含量超過30%～50%的土壤不宜采用本技術(shù)。
有機(jī)質(zhì)含量高的土壤處理起來也很困難，因?yàn)楹茈y將污染物分離出來。土壤清洗技術(shù)適用于各種污染物，如重金屬、放射性核素、有機(jī)污染物等。美國的新澤西州，曾對(duì)19000t重金屬污染的土壤和污泥進(jìn)行了異位清洗處理。處理前銅、鉻、鎳的含量均超過10000 mg˙kg-1，處理后土壤中鎳的平均濃度是25 mg˙kg-1，銅的平均濃度是110 mg˙kg-1，鉻是73 mg˙kg-1。
2. 原位化學(xué)氧化技術(shù)：主要通過混入土壤的氧化劑與污染物發(fā)生氧化反應(yīng)，使污染物降解成為低含量、低移動(dòng)性產(chǎn)物的技術(shù)。
在污染區(qū)的不同深度鉆井，利用泵將氧化劑注入土壤，從另一個(gè)井可將氧化劑抽提出來。含有氧化劑的廢液可以重復(fù)使用。原位化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)適用于被油類、有機(jī)溶劑、多環(huán)芳烴、農(nóng)藥以及非水溶性氯化物所污染物的土壤。常用的氧化劑有K2MnO4、H2O2和O3，溶解氧有時(shí)也可以作為氧化劑。
1997年，在美國的阿拉巴馬州，曾采用原位化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)對(duì)一個(gè)受到高密度非液相液體污染的黏質(zhì)土壤進(jìn)行處理。
3. 溶劑提取技術(shù)，這是一種異位修復(fù)技術(shù)。在該過程中，污染物轉(zhuǎn)移進(jìn)入有機(jī)溶劑或超臨界液體，而后溶劑被分離進(jìn)一步處理或棄置。溶劑提取技術(shù)使用的是非水溶劑，因此不同于一般的化學(xué)提取和土壤淋洗。
處理之前首先準(zhǔn)備土壤，包括挖掘和過篩。過篩的土壤可能要在提取之前與溶劑混合，制成漿狀。被溶劑提取出的有機(jī)物連同溶劑一起從提取器中被分離出來，進(jìn)入分離器進(jìn)行進(jìn)一步分離。在分離器中由于溫度或壓力的改變，有機(jī)污染物從溶劑中分離出來。溶劑進(jìn)入提取器中循環(huán)使用，濃縮的污染物被收集起來進(jìn)一步處理，或被棄置。干凈的土壤經(jīng)過濾和干化，可以進(jìn)一步使用或棄置。干燥階段產(chǎn)生的蒸氣應(yīng)該收集、冷凝，進(jìn)一步處理。
這種土壤修復(fù)技術(shù)在實(shí)施過程中，不帶入新的污染物，不產(chǎn)生二次污染，不會(huì)對(duì)土壤環(huán)境、農(nóng)作物和周邊環(huán)境以及人群健康產(chǎn)生不利影響，風(fēng)險(xiǎn)可接受。
四 土壤生物修復(fù)技術(shù)
土壤生物修復(fù)技術(shù)（Soil Bioremediation，也稱生物恢復(fù)、生物整治等），其利用生物技術(shù)和方法來消除土壤污染并使土壤功能恢復(fù)。廣義的土壤生物修復(fù)技術(shù)包括動(dòng)物修復(fù)、植物修復(fù)和微生物修復(fù)。
動(dòng)物修復(fù)中，最常使用的動(dòng)物是蚯蚓。蚯蚓作為大型土壤動(dòng)物，是土壤中的主要?jiǎng)游镱愋?，其生物量占?jù)土壤動(dòng)物總量的將近三分之二。蚯蚓在土壤中的活動(dòng)能夠促進(jìn)枝葉的降解、有機(jī)物質(zhì)的分解和無機(jī)化，并為土壤增添部分速效成分，微生物活動(dòng)對(duì)促進(jìn)硝化細(xì)菌活動(dòng)、改善土壤理化結(jié)構(gòu)有積極作用。蚯蚓在重金屬污染土壤修復(fù)中的作用，體現(xiàn)在蚯蚓對(duì)重金屬的耐性、富集吸收以及活化作用。專家研究表明，蚯蚓對(duì)重金屬有耐受性，并能夠吸收土壤中的重金屬，并對(duì)重金屬有富集作用，可以利用蚯蚓處理土壤和污泥中的重金屬污染問題。
植物修復(fù)指利用由植物本身及其根際圈微生物組成的體系清潔污染土壤，一般認(rèn)為植物修復(fù)是利用重金屬超積累植物提取土壤中的重金屬，并從土壤中去除 。
超積累植物（Hyperaccumulator）這一概念最先由Brooks提出，用于命名莖中金屬鎳的干重含量大于1000mg/kg的植物。目前對(duì)超積累植物的認(rèn)定已經(jīng)不局限于對(duì)金屬鎳的積累，凡是能超量積累一種或者同時(shí)超量積累幾種重金屬元素的植物，都被認(rèn)定為超積累植物。世界上已被認(rèn)定為超積累植物超過400種，三分之二以上對(duì)Ni超量積累。
根據(jù)修復(fù)植物在某一方面的修復(fù)功能，可將植物修復(fù)分為以下五種基本類型：植物降解修復(fù)（Phytodegradation）、根際圈生物降解修復(fù)（Rhizosphere biodegradation）、植物提取修復(fù)（Phytoextraction）、植物揮發(fā)修復(fù)（Phytovolatilization）和植物穩(wěn)定修復(fù)（Phytostabilization）。
植物修復(fù)對(duì)成本、技術(shù)要求較低，操作也簡(jiǎn)便，如小花南芥對(duì)鉛鋅復(fù)合污染的治理、蜈蚣草對(duì)砷污染的治理等。但同時(shí)對(duì)植株的生物量和耐受性也提出更高要求，且受土質(zhì)和氣候的影響較大，總體來看，還是處于發(fā)展中的一項(xiàng)技術(shù)。
土壤微生物是土壤中不可或缺的生命體，微生物的豐度和密度可以指示污染土壤的生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，并具備修復(fù)土壤的潛能。微生物修復(fù)是指，利用天然存在的或者培養(yǎng)的功能微生物群，在適宜環(huán)境條件下（一般指適于微生物生長(zhǎng)繁殖的條件），促進(jìn)或者強(qiáng)化微生物代謝功能，從而將污染物的毒性降低或者無害化的生物修復(fù)技術(shù)。微生物修復(fù)技術(shù)的研究工作主要有篩選和馴化生物菌株，提高功能微生物活性和安全性，延長(zhǎng)微生物壽命等。
通過添加菌劑和優(yōu)化作用條件發(fā)展起來的場(chǎng)地污染土壤原位、異位微生物修復(fù)技術(shù)有：生物堆漚技術(shù)、生物預(yù)制床技術(shù)、生物通風(fēng)技術(shù)和生物耕作技術(shù)等。運(yùn)用連續(xù)式或非連續(xù)式生物反應(yīng)器、添加生物表面活性劑和優(yōu)化環(huán)境條件可提高微生物修復(fù)過程的可控性和高效性。
生物修復(fù)土壤技術(shù)研究已有一定的進(jìn)展，但仍有許多技術(shù)和管理上的難題需要攻克。
五 聯(lián)合修復(fù)技術(shù)
重金屬污染土壤中，復(fù)合污染普遍，污染組合類型復(fù)雜，污染程度與厚度差異大，而且修復(fù)后土壤再利用方式的空間規(guī)劃要求也多不相同。這樣，單項(xiàng)修復(fù)技術(shù)往往很難達(dá)到修復(fù)目標(biāo)，而協(xié)同兩種以上的土壤聯(lián)合修復(fù)技術(shù)就成為土壤污染修復(fù)的研究方向。
聯(lián)合修復(fù)技術(shù)包括微生物-動(dòng)物-植物聯(lián)合修復(fù)、化學(xué)-生物聯(lián)合修復(fù)、物理-化學(xué)聯(lián)合修復(fù)、微波熱解-活性炭吸附聯(lián)合修復(fù)和溶劑萃取-光降解聯(lián)合修復(fù)等。利用氮摻雜二氧化鈦光催化技術(shù)修復(fù)農(nóng)藥污染土壤，也是土壤聯(lián)合修復(fù)的一項(xiàng)新技術(shù)。
聯(lián)合修復(fù)技術(shù)不僅可以提高污染土壤的修復(fù)速率與效率，而且可以克服單項(xiàng)修復(fù)技術(shù)的局限性，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種污染物復(fù)合、混合污染土壤的修復(fù)。
污染土壤的治理是一項(xiàng)任重而道遠(yuǎn)的工作，作為污染土壤的施害者，我們同時(shí)也成為了受害者。治理污染土壤關(guān)乎民生，隨著“土十條”和“十三五生態(tài)環(huán)保規(guī)劃”的發(fā)布實(shí)施，土壤污染在“十三五”期間也成為生態(tài)環(huán)保經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的一場(chǎng)重要戰(zhàn)役。
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