重金属污染土壤修复技术研究

2021-11-29魏语嫣

中国金属通报 2021年10期

魏语嫣

（湖南省农药检定所，湖南长沙 410000）

1 重金属污染土壤的物理修复技术

1.1 客土法

客土法也被称作为换填法，是将重金属污染物浓度较高的表层土壤进行挖方处理，将所挖掘土体在指定区域进行堆置，在坑内回填相似土质的未受污染的土壤，从而解决土壤重金属污染问题，对植物提供良好的生长环境。与其他土壤修复技术相比，客土法具有工艺简单、工期短、治理效果显著的优势，可以直接将土壤中的重金属含量下调至安全范围内。但是，客土法的土壤修复成本较为高昂，修复成本与土壤换填深度保持正比关系，在土壤换填深度超过一定标准时，需要准备大量的与原土壤理化性质相似的清洁土壤，土壤采购运输成本居高不下。因此，客土法主要被用于处于污染程度较为轻微、重金属污染物集中分布在浅层地表的污染土壤。此外，在应用客土法时，为避免造成生态环境的二次破坏，还需要对置换下来的原土壤进行治理，清除土壤中的重金属成分[1]。

1.2 热力恢复法

热力恢复法是凭借高频电压作用，使用高频电对受污土壤进行加热处理，在高温条件下，土壤中含有的重金属物质将产生挥发反应，使用相应装置对挥发形成的有害气体进行收集，即可在一定程度上缓解土壤的污染程度。根据实际应用情况来看，在应用热力恢复法时，保持270℃高温对土壤加热2h，即可将土壤中的汞去除率保持在50%以上。但是，热力恢复法存在应用局限性，一方面，无法有效去除土壤中分布的钾、氮、磷等种类的重金属物质，且土壤修复效果受到土层透水透气性、加热温度、土壤含水率、加热时间等多方面因素影响，修复效果不稳定。另一方面，热力恢复法是对土壤中重金属物质形态的转变，如果没有采取额外的技术措施来处理有害气体，将造成大气污染。

1.3 深耕翻土法

针对整体污染程度较为轻微，且浅层重金属含量高于深层的受污土壤，可选择采取深耕翻土法，对土壤进行深耕处理，将表层土壤中的一部分重金属物质混合至深层土壤，以此来减轻表层土壤的受污程度，避免对农业生产与土壤使用造成过度影响。同时，考虑到深层土壤中的有机质含量较低，可选择在深耕过程中添加适量的有机肥，以此来恢复土壤肥力。此外，针对受污严重的局部土壤，还可选择采取隔离包埋法，在土壤底部与四周设置隔离墙体，避免局部土壤中的重金属污染物通过地表径流渗入周边土壤与河流水域。

1.4 电动修复法

电动修复法是在受污土壤中分别插入阴极与阳极，构建低功率直流电场，在通电条件下，土壤修复区域内的重金属离子将出现定向移动现象，在极区内富集，采取沉淀与离子交换等措施，去除土壤中绝大多数的重金属离子，实现土壤修复目的。与其他修复技术相比，电动修复法具有处理成本低和不造成二次污染的技术优势[2]。

2 重金属污染土壤的化学修复技术

2.1 化学改良修复法

在受污土壤中加入适量的抑制剂与改良剂，如磷酸盐、钙镁磷肥、草酸等，在化学物质与土壤接触过程中，将产生沉淀、吸附、离子拮抗等一系列的化学反应，去除土壤中的重金属离子。其中，在沉淀反应期间，添加适量的碱性肥料与有机肥料，起到控制土壤氧化还原电位与提高pH值的作用，将土壤中的重金属离子沉淀为硫化物，避免土壤中的植物体吸收过量的重金属物质。在吸附反应期间，添加适量吸附性物质以及有机质，对土壤中的重金属离子进行吸附处理，将污染物质吸附在吸附剂上。随后，将吸附剂取出，即可明显减少土壤中的重金属离子浓度，缓解土壤污染程度。而在离子拮抗反应期间，凭借重金属离子间的拮抗作用，在土壤中喷洒适当品种的化学溶剂，抑制植物生长期间对土壤中重金属物质的摄取[3]。

2.2 淋洗修复法

淋洗修复法是向受污土壤中浇灌适量的化学淋洗液，淋洗液与土壤接触过程中，将在一定程度上改变土壤特性，如重金属物质吸附特性、酸碱特性与界面张力等，将重金属离子的溶解度保持在一定程度内，重金属物质呈现乳液状态，通过迁移冲洗方式来去除重金属污染物。与其他土壤修复技术相比，化学淋洗修复法的工艺流程较为简单，可以在短时间内取得预期的处理效果，但是，化学淋洗液的用量较大，容易造成环境二次污染，并使得土壤中含有的营养物质大量流失，存在应用局限性。因此，在实际应用期间，此项技术主要被用于修复污染程度过高的局部土壤，并不具备修复大面积受污土壤的技术条件。此外，在应用化学淋洗修复法时，为减小对周边生态环境与土壤养分造成的影响，尽可量使用具备生物可降解性与土壤破坏程度轻微的淋洗剂。例如，使用茶皂素制成的生物表面活性剂，这类淋洗剂的毒性较低，并不会明显改变土壤原有的理化性质[4]。

3 重金属污染土壤的生物修复技术

3.1 微生物修复法

微生物修复法是在受污土壤中投放假单胞杆菌、褐色小球菌、芽孢杆菌等微生物，在微生物生长繁殖过程中，持续对受污土壤中的重金属污染物进行吸附、富集、溶解沉淀、氧化还原反应，在不改变土壤原有理化性质的前提下，实现对重金属污染物迁移态的改变。而微生物修复受污土壤的主要方式为三种，持续将受污土壤中分布的重金属离子吸附到微生物带正电荷细胞表面，通过代谢期间形成的低分子量有机酸与重金属离子结合来使得重金属污染物溶解，以及通过氧化还原反应来转变重金属离子价态。与其他土壤修复技术相比，微生物修复法具有成本低廉、节能环保、可用于原位修复的技术优势，是当前应用最为常见的技术手段。

为充分发挥技术优势，取得理想的土壤修复效果，工作人员需要提前做好土质调查工作，根据受污土壤中各类重金属离子的浓度，合理选择微生物品种。例如，针对铜、铅、镉重金属含量超标的土壤，可选择在土壤中投放丛枝菌根真菌，该菌种在生长繁殖过程中，凭借所产生分泌物的螯合作用以及菌丝固持作用，通过根外菌丝持续吸附受污土壤中含有的重金属污染物质，同时，菌体内的泡囊具有固持金属与抑制重金属离子向地上植物迁移的效果。根据相关试验结果得知，与烟草根系相比，对镉的富集能力提升10倍以上。

3.2 动物修复法

动物修复法是在受污土壤中投放蚯蚓、老鼠、线虫等动物，动物在生长过程，将对受污土壤中的重金属污染物进行富集处理，随后，工作人员组合采取收取蚯蚓残留粪便等方法，去除土壤中富集后的重金属污染物即可。随着时间推移，土壤中的重金属离子浓度将持续降低，直至达到安全范围。

在制定动物修复技术方案时，应根据土壤中重金属离子的浓度和土壤治理目的，从修复周期、动物驯养时间成本、动物活动时间、重金属物质富集效果等多个维度进行综合分析，选择与之匹配的动物品种。例如，在土壤治理目的为改善土壤透水透气性和恢复土壤肥力时，优先选择投放蚯蚓，蚯蚓在活动过程中起到与土壤深耕相似的作用，并在残留粪便中富集重金属物质。此外，根据技术实际应用情况与相关试验结果来看，如果仅采取动物修复技术，虽然可以在前期取得良好的土壤修复效果。但是，随着时间推移，在动物活动一段时间后，土壤修复效果将出现明显的减弱现象，重金属去除效率有所降低，难以完成高浓度重金属污染土壤的修复任务。

3.3 植物修复法

植物修复法是在重金属污染土壤上直接种植特定品种的绿化植物，植物在生长过程中，通过根系持续吸收土壤中的重金属污染物，将重金属离子富集在植物茎叶上。随后，工作人员定期收割植物茎叶等重金属富集部位，或是栽种全新的绿化植物即可。长期以往，受污土壤中的重金属离子浓度将持续降低，最终实现土壤修复目标。与其他土壤修复技术相比，植物修复法的治理周期较长，难以在短时间内完成修复任务，但其具有成本低廉、节能环保、无二次污染、易于控制、水土保持等优势，还具备一定的景观价值，在受污土壤修复完成投入使用前，可以将其作为绿化系统的一部分，发挥着改善生态环境自净能力与景观观赏的额外作用。此外，植物修复法的适用范围较广，在受污土壤中栽种不同品种绿化植物时，可以去除特定种类的重金属污染物。例如，在土壤中栽种蜈蚣草时，将高效去除土壤中的镉、砷重金属物质。在土壤中栽种紫叶花笤时，高效去除土壤中的锌、铅重金属物质。

4 重金属污染土壤修复技术的应用建议

4.1 应用联合修复技术

根据实际应用情况来看，单一的土壤修复技术存在应用局限性，难以在限定时间内完成土壤修复任务，或是不具备大规模推广应用的技术条件。例如，客土法仅使用于处理受污程度较为轻微的土壤，化学淋洗修复法易造成生态环境二次污染，动物修复法的后期治理效果较差。针对这一问题，为突破土壤修复技术的应用局限性，工作人员应结合实际的土壤修复需求与受污情况，应用联合修复技术，实现土壤修复技术的优势互补。

例如，应用化学-植物联合修复技术，首先，在受污土壤中栽种适当品种的绿化植物，通过植物根系吸收，将土壤中的重金属离子富集到植物茎叶，定期对植物茎叶进行收割，或是栽种其他品种植物来吸收其他种类的重金属物质。其次，在植物修复效果减弱后，采取化学淋洗修复法，向土壤中浇灌少量的化学淋洗剂，通过控制用量，既可以减轻对土壤理化性质的改变程度，避免土壤养分过度流失，同时，还可以进一步去除土壤中残留的重金属物质。根据油葵与化学淋洗剂结合修复试验结果来看，如果仅在土壤中栽种油葵，Cd的平均吸附效率在60%-70%区间，而在植物吸附前提下采取化学淋洗修复技术时，可以将Cd平均去除率提升至95%左右。

4.2 修复效果评价

考虑到重金属污染土壤的实际修复效果受到技术选择、修复周期、土壤含水率、重金属环境标准值、土质成分等多方面因素影响，土壤修复效果存在不确定性，导致修复技术优势未得到充分发挥，如果将处理后的土壤直接投入使用，将存在安全隐患，容易危及人体健康，造成生态环境的二次破坏。因此，在应用土壤修复技术时，工作人员需要定期开展实际考察工作，深入了解土壤修复效果，在其基础上发现并解决方土壤修复方案中存在的技术性问题，以及在必要情况下采取全新的修复技术手段。如此，既可以取得理想的土壤修复效果，还可以持续积累土壤修复技术的应用经验，总结技术缺陷不足，实现对技术应用体系的优化改进。