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浅谈土壤重金属污染治理和生态修复

花匠小妙招
2024-09-02 13:30

浅谈土壤重金属污染治理和生态修复

引言

随着社会经济、科技、工业、建筑的飞速发展，可供使用的土壤资源日益紧张，土壤的流失和污染极为严重。尤其是重金属污染，严重威胁土壤的生态安全。土壤重金属主要包括汞、锌、镉、铜、铅、铬等。资料显示：我国被重金属污染的土壤已经超过了333万公顷，且近年来仍有增长趋势。研究土壤重金属污染的治理技术与生态修复方法，具有重要的理论价值与现实意义。

1 土壤重金属污染的来源

我国已有16.1%的土壤存在不同程度的重金属污染问题，重度污染比例1.1%、中度1.5%、轻度2.3%、轻微污染11.2%。从分布区域来看，南方受到重金属污染的土壤要比北方更加严重，其中东北工业基地、长江三角洲、珠江三角洲的重金属污染较为严重。

1.1工业污染

工业也是土壤重金属污染的主要来源，尤其是近年来我国追求经济与科技发展，工业生产在带来了极大的经济效益的同时，也给自然的生态平衡与稳定造成了严重破坏。污水排放是最典型、也是最常见的一种工业污染，排放的工业污水中含有大量重金属物质，一部分工业企业为了节约成本，实现利润最大化，没有按规范要求处理污水，甚至直接把未经任何处理的污水直接排人河流中，给周围土壤造成了重金属污染。

1.2大气沉降

在工业生产中会产生各种含有重金属元素的有毒有害气体，随着气体的自然沉降，与雨、雪、雾一起飘落到土壤中，最终造成了土壤污染。有毒气体主要源自工业化生产的废气，很长一段时间内，我国没有出台工业废气的排放指标，大量排放黑烟的工厂烟囱随处可见。除此之外，矿石开采、冶炼也会产生粉尘以及有毒气体，还有汽车尾气的排放等。这些含有重金属的气体都会随着大气最终沉降到土壤中。大气沉降的范围极广，不仅会污染本地区的土壤，还会随着空气层气流的运动而飘散到别处，对其他区域的土壤造成污染。

1.3污水灌溉

这部分污染主要来自于农田灌溉用水。原本应该利用经过处理的城市污水来灌溉农田，但很多城市污水并没有经过严格、科学的处理，污水中仍然含有各种重金属元素，随着灌溉渗入到土壤中。随着土壤中重金属元素的不断堆积，重金属污染越来越严重，尤其是北方农田产业较为发达的地区，这一污染现象尤为明显，而且主要发生在旱地。

2 土壤重金属污染的原因分析

2.1人为因素

比如工厂擅自排放未经处理的废物和废气，严重破坏了土壤环境。各种重金属通过施肥、喷洒农药的方式进入土壤，如果不加遏制和管理的乱用农药、化肥，不仅不会促进农作物生长，反而还会加重土壤污染，特别是一些农药、磷肥中含有无机化合物以及有毒物质，很可能会破坏土壤的生态平衡与原本的结构，加重重金属的污染。

2.2自然因素

比如风力、水力等自然界的变化会增加土壤中的重金属元素，地表各种岩石在风化作用下形成了风化物，风化物的结构疏松，原本很难被植物吸的一些岩石中的元素会通过风化之后形成的产物而被植物充分吸收、利用，在植物中富集。土壤中的重金属同样会因为风力、水力等自然因素而出现迁移，进一步扩大了污染面积。

3 土壤重金属污染的治理与生态修复技术

重金属主要存在于矿物的颗粒以及某些物质表面，土壤中重金属的表现形态十分丰富，可通过各种物理、化学变化而转变成不同的形态。修复被污染的土壤，便是去除重金属中含有的对土壤有害的物质，使之成为低毒，甚至无毒的状态。重金属存在的形式多种多样，治理、修复土壤重金属，应结合土壤的形态特点针对性地选择修复技术，抑制重金属的扩散。

3.1生物修复技术

(1)动物修复。利用鼠类、蚯蚓等动物的生长特性来吸收土壤中的重金属污染物，从而达到治理被污染的土壤的效果。动物实验表明，重金属污染不会对蚯蚓产生严重影响，在一些轻度、中度污染的土壤中都可以发现蚯蚓。蚯蚓的耐受能力良好，可利用这一特点来富集土壤中的重金属，通过金属的富集以及蚯蚓的吸收来净化土壤环境。

(2)植物修复。用绿色植物来吸收土壤中有害的重金属元素，通过转移、转化污染物的方式来达到净化土壤的目的。植物修复最大的优势是没有二次污染，也不会破坏土壤原本的生态环境，而且治理成本较低。植物修复主要有两种方式，一是植物提取、二是挥发。植物的根系与植物的固化特点也是一种重要的修复方式。植物提取技术利用的是植物对重金属元素具有良好的富集能力这一特点来吸收、转移污染物，像十字花科类的植物就可用于植物修复。植物挥发主要利用的是植物本身的生理机能，将土壤中容易挥发的重金属元素（如砷、汞等）转移到大气中，但这种方式容易造成二次污染，所以应用的局限性较大。植物固化则利用的是植物生长中产生的特殊物质来转移重金属污染物，降低其毒性以及对土壤的危害程度。

(3)微生物修复。这种修复技术利用的是微生物新陈代谢的特点来降低土壤中重金属污染物的毒性，微生物在代谢活动过程中，会富集、吸收、氧化还原土壤中的重金属物质，最终达到修复土壤生态环境的目的。例如一部分的藻类、蓝细菌、硫酸还原菌等在代谢时会产生可富集重金属的糖类物质，革兰氏阳性菌同样有此作用，可以有效吸收土壤中的铅和镍等元素。另有一部分异养微生物还有氧化还原的作用，可以改变土壤中重金属元素的价态来降低其毒性。

3.2物理修复技术

(1)换土与深耕。该方法主要用于轻度土壤污染的地区，让受污染土壤与还未被污染的土壤相互融合，以减少土壤内重金属元素的含量。未被污染的土壤性质应尽量与被污染土壤的性质相似，这样可以提高土壤的生态质量。还可以通过深耕方式把深层的、还没有被污染的土壤翻挖至表层，但深层土壤中含有的有机物较少，所以耕种时需要添加适量的有机肥。

(2)固化法。在土壤中添加稳定剂、固化剂来固化被重金属污染的土壤，让重金属和添加物产生化学，物理反应。比如：重金属离子与固化剂相互结合后，会把重金属离子给包裹起来，然后再添加稳定剂让金属离子成为稳定的包裹结构，不会因释放到土壤中而造成污染。但固化法并不适合长期应用，因为随着时间的推移，重金属物质会释放出来，并对土壤造成二次污染。在固化剂的选择上，应该保证其本身不含有重金属元素，同时又能起到稳定与固化的效果。常用的固化剂有沸石、赤泥、骨炭等。为了提高固化剂的应用效果，后期应做好跟踪调查，避免重金属释放二次污染土壤环境。

(3)电动力法。将直流电、交流电通入被污染的土壤，让土壤成为“电池”，在持续的电流作用下，土壤中的重金属会移动到电极的两端，以达到去除重金属离子的目的。电动力修复法由美国最先研发出来，并成为一种在商业中广泛应用的金属离子去除技术。但这种修复技术可能会因电场的作用而破坏土壤内的微生物，在技术层面还需要进一步完善。

(4)热脱附法。上世纪80年代便开始研究热脱附法，这是一种通过热脱附技术对土壤进行热处理的方法，即通过给土壤加热，让土壤升温，在高温环境中，土壤中各种重金属离子会以蒸汽的形式被挥发，利用收集系统还可以回收、处理重金属气体。应用热脱附法的过程中，可随意调节温度。以315°C为临界点，可将热脱附法分为两种形式：高温热脱附与低温热脱附，该技术在易挥发的重金属污染土壤的修复中有良好的应用效果，不足之处在于成本较高、耗能较大，容易破坏土壤的生态结构，因此始终未得到广泛推广。

3.3化学修复技术

(1)淋洗法。将溶剂注入到被重金属污染的土壤中，由于溶剂可以和重金属结合并使之融化，因此可以让重金属转化成液态的形式，以便液相提取分离。淋洗法主要适合用于砂质的土壤，如果土壤的渗透性较强，则并不适合这一方法，因为很容易破坏土壤结构，严重降低重金属的去除效果。

(2)玻璃化法。玻璃化的修复需要在高温、高压的环境下进行，以达到熔化土壤中重金属的目的。经过熔化冷却之后，玻璃体会将重金属包裹起来，由此实现了对重金属的清除。通过玻璃化修复方法，能够从根本上解决重金属污染问题，且清除效果好，相应的操作过程也会相对复杂。熔化土壤中的重金属，技术要求较高，需要高温高压条件，修复成本高，所以应用范围受到限制。

3.4复合法修复技术

本文主要介绍渗透性反应屏修复技术(Permeable reactive wall technology，PRB)，这是一种地下水原位修复技术，能够拦截、阻断污染羽状体，并对其进行补救处理，无论是拦截、阻断还是补救，都是在原位完成的。PRB利用的是特定反应介质，主要被安装在地下，通过生物或非生物的作用来转化地下水中含有的污染物，让污染物以一种可被环境接纳的方式存在。PRB既不会改变地下水的流动性，也不会破坏地下水的水文地质。

结语

随着土壤重金属污染状况的日益严峻，治理污染、改善土壤的生态环境备受社会关注。修复被重金属污染的土壤，本质上就是清除土壤中的重金属，或者改变重金属在土壤中的存在方式，让重金属不再对土壤产生危害，以恢复土壤原本的生态功能与生产功能。治理与修复被重金属污染的土壤，是一项难度大、耗时久的系统性工程，需要采用多种修复技术相结合的方式，因地制宜地制订治理方案，有效抑制土壤的污染。

摘自：《资源节约与环保》2021年第9期