江蘇春越低碳研究有限公司 但義正

土地是人類賴以生存的基礎，是人們開展正常生產生活的基礎保障。隨著社會經濟的發(fā)展，各種工業(yè)生產興起，隨之而來的是廢水排放量增加，土地污染問題成為現(xiàn)階段亟須解決的問題之一。汞是一種高毒性的全球性重金屬污染物，可以通過生物進食不斷在體內積累，甚至給各種生物的生命安全造成威脅，且攜帶遺傳效應的風險，已經被EPA列為優(yōu)先控制的污染物之一，汞造成的土地污染成為全球性環(huán)境問題。工業(yè)是我國的第二大經濟體，工業(yè)的繁榮帶來的廢水量急劇上升，汞元素超標給我國造成了土地污染。盡管當前處在輕度土地污染，但我國幅員遼闊，土地恢復問題仍然是困擾環(huán)保部門的一大難題。當前，我國已經將土壤恢復產業(yè)提升至國家戰(zhàn)略高度，汞污染的土地修復工作會為我國帶來更為可觀的經濟與環(huán)境效益。

一、土壤中汞的來源與危害

環(huán)境中汞的來源分為自然與人為兩個渠道，前者主要指火山爆發(fā)、地質運動、含汞礦物質風化以及植物的燃燒等，由自然條件直接產生。而后者是人類的活動造成汞含量的增加，例如化石燃料的燃燒、礦藏的開采以及垃圾的焚燒等，其中人為因素造成的土地污染是最為主導的因素。

土壤汞污染呈現(xiàn)明顯的人為特征，主要來源于人類的生產活動，工業(yè)生產過程中化石燃料的燃燒、從事農業(yè)活動噴灑的化肥農藥。但汞對我國的土地一般造成污染等級為輕度污染，而重度污染區(qū)集中在重工業(yè)工廠周圍以及周圍的農田，其余部分農田呈現(xiàn)輕度污染的狀態(tài)，由化肥農藥的過度使用引發(fā)，嚴重威脅著人們正常的生產生活[1]。

汞因其具有毒性的特征，對土壤的健康造成危害。汞在土壤中的滲透會破壞生存與土壤的微生物環(huán)境，造成土壤中原有生物群的減少，影響土壤內部正常的物質循環(huán)。此外，汞可以通過植物的根系被植物吸收并在植物體內積累，當植物體內的汞元素高達一定濃度，便會與植物內硫醇類蛋白結合，改變嘌呤內的磷酸鹽，抑制線粒體活性，影響植物的健康生長。汞會損傷根冠細胞的完整性，在成細胞的K的含量急劇減少。同時使得植物從事光合作用與蒸騰作用的能力減弱，葉綠素合成效率低下，生物每日能量生產量減低，最終導致生物的活性下降。除此之外，汞元素可以通過植物進入人的體內，并在人體內不斷積累，最終達到一定濃度時，造成人體汞中毒。汞攝入量過高，會影響人的發(fā)育和繁殖，刺激人體內細胞突變，誘發(fā)癌癥產生，甚至造成人腦精神異常。我國食品安全法明確標定了食品中污染物限量為0.01mg/kg。據(jù)測算，當前很多植物內的污染物含量嚴重超標，對于食品安全、人體生命健康以及社會的發(fā)展等均有很大威脅。當前，汞污染土壤的修復工作引發(fā)了世界的廣泛關注，成為世界各國科研人員研究的重點[2]。

對于汞污染土壤的防治工作，首先應對受污染的土壤與水源進行處理，排除其余毒性因素潛在的風險。汞與土壤中常存在的有機污染物不同，不可以被降解。汞元素在土壤中通常以結合態(tài)或化學態(tài)的形式出現(xiàn)，利用吸附、解吸以及氧化還原作用，使土壤中的汞發(fā)生遷移的形式，將存在于土壤中的原有毒性較強的汞化合物轉化為活性較低的物質，成為現(xiàn)階段研究者的主要研究方向，也是當前用于修復汞污染土壤的常用方法。

二、物理化學修復技術

在常用的物理化學修復技術中，熱處理法、淋洗法、電動修復法與固化法是其中具有代表性的集中土壤修護技術，下文將對此展開詳細介紹：

（一）熱處理法

熱處理法也稱為熱解析法或熱脫附法，即利用高溫手段，將汞以及化合物等毒性物質以氣態(tài)的形式與土壤脫離開，達到修復污染土地的目的?；趥鹘y(tǒng)的熱處理方法展開研究，Ma Fujun等研究人員在傳統(tǒng)熱處理方法的基礎上進行了技術改進，開發(fā)了一種利用檸檬酸展開熱處理技術的新方法。經實驗顯示，應用檸檬酸開展熱處理技術，降低土壤中的汞含量時，當CA/Hg物質的量為15時，在400攝氏度的條件下，60分鐘將土壤中汞元素的含量由134mg/kg降低為1.1mg/kg，并基本并未對土壤造成破壞，保留了其大量原有的性質。對于污染水資源的處理，傳統(tǒng)的熱處理法需要在700攝氏度的條件下處理30分鐘，以達到凈水目標。但此種處理方式的缺陷也較為明顯，增加了土壤的堿性程度，降低了土壤中的含碳量，影響其內部基本的物質循環(huán)體系。而研究人員將檸檬酸的引入改善了這一局面，在將檸檬酸應用在此過程時，為處理提供了酸性的環(huán)境，在一定程度上促進了汞的揮發(fā)。同時，檸檬酸的引入相較于傳統(tǒng)的熱處理方法節(jié)約了更多能源，對抑制土壤朝向堿性環(huán)境的變化，實現(xiàn)土壤的反復利用，為未來工業(yè)的發(fā)展提供了一種更為環(huán)保、可觀的由汞引發(fā)的土壤污染問題的治理方法[3]。

（二）土壤淋洗法

土壤淋洗法由于操作簡便、處理周期短、效果穩(wěn)定等特征，在高污染的汞污染土地的處理工作中占據(jù)優(yōu)勢。此項技術的針對性較強，需要處理人員深入處理場所，根據(jù)污染地塊的土壤性質以及汞元素的存在形式，有針對性地選擇合適的淋洗液。其中常用的淋洗方式有應用氧化劑K2S2O2，選擇兩種淋洗液：檸檬酸、KI、CaCl2以 及Na2S、NaOH。此種方式應用于多種價態(tài)形式存在汞元素的洗脫，去除率高達90%。它首先將氧化劑加入待處理的土壤中，攪拌加熱，接著使用第一種淋洗液完成3-12小時的淋洗，在完成水洗后應用第二種淋洗液再次淋洗3-12小時，以達到汞元素的去除目的。對于土壤中存在的汞離子采用土壤淋洗法，一般使用由水、乙醇、草酸、生物炭、纖維素、銨鹽、黏土、鐵等物質形成的淋洗液，通過層層過濾，去除土壤中含有的汞離子，此種方式土壤中汞元素的去除率可高達99.6%。同樣，水、乙醇、纖維素、石墨烯、生物炭、腐殖酸、銨鹽等組成的淋洗液，對于污染中存在的汞離子的去除量同樣較高，是進行土壤中汞元素污染治理常用的高效方法之一[4]。

（三）電動修復法

電動修復法顧名思義，便是利用電極的電解工作完成土壤中汞污染的治理。將電極放置于污染介質中，通過低壓直流電的導通，形成電場梯度，使得含有汞污染物在電場梯度的作用下向電極室遷移，最終完成土壤中含汞污染元素的收集與處理。對此，在傳統(tǒng)電動修復法的基礎上，Reddy等研究人員對高嶺土與冰川磧土展開批量測試，以調查汞的吸合與絡合在不同pH環(huán)境下的完成速率。其中常用的絡合劑包括的乙二胺四乙酸二鈉、氯化鈉、碘化鉀等物質，保證其在規(guī)定濃度下使用。此外，再設置一組去離子水用作對照?；谂繙y試結果，發(fā)現(xiàn)乙二胺四乙酸二鈉與碘化鉀具有較大幫助土壤中汞元素形成絡合物的潛力，具體的去除效率仍需進一步的實驗證明。對此，應設置對照組，對上述絡合劑的實際工作效率展開進一步探究，保證單一變量條件。經大量研究發(fā)現(xiàn)，采用電動修復的方法，碘化鉀的絡合效率更為可觀。對于高山領土的汞污染治理，使用碘化鉀絡合劑采用電動處理方法，使得高山領土中汞污染的去除率高達97%，但其在冰川磧土中的去除效率較低，主要由于冰川磧土中含有有機物成分的山繞，增加了汞吸附物的去除難度，從而影響了實際的汞污染土地治理效果[5]。

（四）固化與穩(wěn)定化技術

所謂固化技術，便是通過化學藥劑的加入，土壤中存在的污染物質封存，使得土壤中的汞元素處于固態(tài)，最終以顆粒狀或塊狀的形式存在，從而對于其進行集中處理，以達到降低土壤毒性的目標。穩(wěn)定化技術于固化技術概念不同，是指通過化學藥劑的添加，將土壤中存在的污染物遷移，將其轉化為毒性低、不易溶解的狀態(tài)，以達到降低土壤毒性的目的。與固化技術的應用相比，穩(wěn)定化的作用降低了土壤中污染物泄漏的可能。例如使用透輝石和二甲基硫代氨基甲酸鈉,加以石灰、殼聚糖、硫代硫酸鈉、海泡石、豬糞、草木灰和豬骨灰作輔助，開展固化、穩(wěn)定化的處理土地污染工作。對于此技術的工作流程展開分析，需要將25份左右透輝石、5份二甲基硫代單機甲酸鈉、13份是會、20份殼聚糖、7份硫代硫酸鈉、16份海泡石、19份豬糞、7份草木灰以及6份豬骨灰粉碎處理，之后經過加水、加熱以及超聲溶解的過程，將所得容易進行低溫烘干粉碎，得到土壤的修復劑。實驗顯示，應用此種試劑將汞在土壤中的浸出量由2.96mg/kg降低為0.3mg/kg。此外，石灰石粉、有機碳粉、方解石粉、石英石粉、海泡石粉、生物質灰、硒肥等也是采用上述形式，按照質量配比，固化土壤中浸出的汞元素，降低其對土壤的污染程度[6]。

三、生物修復技術

生物修復技術便是采用生物達到降低土壤中污染物含量的目的。由于其對于環(huán)境友好的特征，生物修復技術也是當前常用于汞污染土地處理技術，其中較為常用的有植物修復法和微生物修復法。后者的應用范圍較為廣泛，同時在未來具有較為廣闊的發(fā)展空間。

（一）植物修復法

常見的植物修復方法有植物的固化、提取與揮發(fā)，前者是指通過植物的吸附與沉淀，固化土壤中存在的汞元素的過程。耐汞植物可利用根系細胞壁的陰離子化合物物質中的配體與汞結合，形成沉淀或穩(wěn)定的化合物，把汞固定在根系或其自身部位與汞元素相結合，形成絡合物，增強植物對于汞元素的固定效率。部分研究人員根據(jù)植物的之一特性，嘗試引進先進的改進方法，增強植物對汞元素的固定效率。經研究，發(fā)現(xiàn)有些植物內部的物質可以極大降低汞的毒性，增強植物對汞元素的富集能力。在此過程中，主要是植物的葉子發(fā)揮作用，但當前具體轉化形式還不夠明確，有待研究人員的進一步挖掘。此外，植物對于土地中汞的處理效率受外界環(huán)境的影響，當前尚未發(fā)現(xiàn)優(yōu)良的汞富集植物。植物對于重金屬元素的吸收耐性有限，導致植物修復技術的應用受條件的限制，且植物生長緩慢，修復效率低下，周期長。但其由于環(huán)保、適應性強等特征，仍轉化為當前研究人員的探索重點[7]。

（二）微生物處理技術

微生物的新陳代謝較為活躍，且繁殖速度快，吸收或轉化土壤中含有的有機物。土壤中含有的微生物種類繁多，故選擇微生物修復法是土壤污染修復工作的不二之選。對于汞污染程度較低的土壤，可以采用微生物修復的方法，消耗成本低，同時安全系數(shù)高，可以將其用作其它修復方法的補充措施。但這也具有一定的缺陷。微生物處理方法，將汞元素吸收到自身體內，土壤中的汞元素并沒有消失，只是轉換了其原有的存在形式。此外，微生物具有不確定性的特征，微生物具有生物活性，外界環(huán)境對其干擾程度較大，環(huán)境的不穩(wěn)定容易直接對微生物正常的新陳代謝造成影響，不利于對修復成果的控制，可能直接影響汞污染的土地治理效果。

四、汞污染土壤修復技術的展望

隨著社會的現(xiàn)代化發(fā)展，大量化石燃料的燃燒，使得我國每年的汞含量持續(xù)增加，我國土地呈現(xiàn)輕度污染的態(tài)勢，土壤中的汞含量超出了規(guī)定標準，給人們的生活帶來了嚴重的困擾。隨著時代的發(fā)展，土地中的汞污染問題受到越來越多人的重視，常用的土地修復方法有土壤淋洗法、微生物修復法等。盡管研究人員不斷拓寬研究深度，但仍沒有探索出經濟、環(huán)保且高效的修復方式，下文將對此做出展望。首先，修復工作的開展應考慮對土壤的傷害情況，淋洗法強酸強堿的淋洗液的回收工作較為困難。其次，熱處理技術容易造成對土壤的損害。較差修復技術是當前土壤修復工作的主體研究方向，實現(xiàn)了修復技術間的優(yōu)勢互補，提升土壤修復效率。最后，便是發(fā)展新材料與新技術，降低能耗，改善土壤修復效果[8]。

五、結束語

隨著工業(yè)化進程的加快，汞的大量使用導致其排放量逐漸增加，且受其累積性、毒性高的特征，導致當前全球面臨的土地污染嚴重的問題形勢越發(fā)嚴峻。在經濟全球化的今天，環(huán)境保護與治理工作是每個人的責任。汞污染作為當前影響人類正常生產生活的眾多污染問題之一，直接給人類的身體健康造成威脅。因此，汞污染土地的治理工作是當前亟須解決的一大難題。對此，在有關部門開展汞污染問題的防治工作時，應該因地制宜，考慮當?shù)氐耐寥牢廴境潭纫约碍h(huán)境條件等，有針對性地采用汞污染的處理方法，應用多種處理方法相結合的形式，以落實土壤中存在的汞污染問題。本文針對不同修復技術展開探討，并指出了各技術在分別使用過程中的不同修復效果?？偠灾?，淋洗法在當前土地污染治理工作中的應用較為廣泛，且支出成本低、周期短、技術成熟，是當前土壤污染中降低汞元素濃度的常見使用方式，但是其應用也具有一定的局限性，且在土壤的修復過程中倘若把控不到位，容易對當?shù)丨h(huán)境造成二次污染。熱處理技術的應用成本相對較高，且高溫環(huán)境容易對土壤的原有結構造成破壞，低溫處理方法有效解決了這一問題。電動修復的方法消耗的成本較高，難以大面積展開使用。而植物的修復技術相對于物理化學修復技術而言比較溫和，同時不會造成二次污染，對于土壤的傷害性較低，但其具體處理效果受環(huán)境影響波動較大。通常在后期的土地污染處理工作中，選擇多種處理方式互補的方法，這也成為解決土地中汞元素造成污染問題的未來處理方向。