何茂強(qiáng)

（青島地質(zhì)工程勘察院 青島地質(zhì)勘查開發(fā)局 山東青島 266101）

引言

植物在吸收土壤養(yǎng)分的同時(shí)也會(huì)吸收有害重金屬，當(dāng)土壤中重金屬元素含量過高時(shí)，將會(huì)對(duì)植物產(chǎn)生一定的毒害作用，甚至造成農(nóng)作物減產(chǎn)或絕收。目前，主要采用物理技術(shù)、化學(xué)技術(shù)和生物技術(shù)來治理土壤重金屬污染。物理技術(shù)通常是利用物理方法、工程措施等減少土壤中的重金屬濃度，降低污染程度?；瘜W(xué)技術(shù)通常是通過施用一些化學(xué)試劑將土壤中重金屬氧化、還原、沉淀、吸附、抑制，降低其生物可利用性，但在這一過程中可能產(chǎn)生有毒污染物和次生污染物等，易造成二次污染。生物技術(shù)通常是利用植物、動(dòng)物及微生物的新陳代謝活動(dòng)，吸收、富集、轉(zhuǎn)化土壤中的重金屬，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬污染物質(zhì)的有效降解，進(jìn)而達(dá)到改善環(huán)境質(zhì)量的目的。

1 土壤重金屬污染特點(diǎn)

土壤重金屬污染是指由于土壤中含有大量的金屬元素，導(dǎo)致大量重金屬沉淀而造成的環(huán)境問題。我國是一個(gè)以農(nóng)業(yè)為主的國家，農(nóng)田土壤的重金屬污染會(huì)對(duì)社會(huì)穩(wěn)定和人民健康造成極大危害。其中，鎘和鉛等元素會(huì)在一定程度上影響人體健康，而銅、鋅、砷等元素甚至?xí)l(fā)癌癥。土壤重金屬污染周期長、難降解、難治理，因此，要想從根本上解決問題就要從源頭上控制和減少污染物在土壤環(huán)境中的積累、轉(zhuǎn)移與富集，目前常用的方法有物理、化學(xué)修復(fù)法和生物降解法等[1]。其中物理、化學(xué)修復(fù)法是通過改變土壤結(jié)構(gòu)來減少或消除污染物，生物降解法是利用生物對(duì)有機(jī)質(zhì)進(jìn)行分解代謝，將其轉(zhuǎn)化為無機(jī)鹽等形式，以達(dá)到降解目的。

2 重金屬污染土壤類型及危害

重金屬污染土壤主要有2 種類型，即污染型和富集型。在所有重金屬污染土壤中，污染程度最高的是那些受人為活動(dòng)影響大、人類活動(dòng)頻繁而又未采取任何改良措施的土壤。對(duì)受污染的土壤進(jìn)行監(jiān)測和治理通常采用2 種方式，一是植物修復(fù)措施，二是化學(xué)或物理方法。重金屬可對(duì)植物產(chǎn)生毒害作用，如一些工業(yè)企業(yè)將廢水直接排入土壤中，導(dǎo)致農(nóng)作物受到重金屬毒害；一些農(nóng)民為了省事，大量使用化肥或者農(nóng)藥等化學(xué)物質(zhì)，致使農(nóng)產(chǎn)品中鎘和鉛含量超標(biāo)。另外，大量燃燒煤炭等物質(zhì)以及不合理的運(yùn)輸也會(huì)造成污染物進(jìn)入土壤，從而引發(fā)植物吸收或富集重金屬。除此之外，還有一些其他人為活動(dòng)或環(huán)境因素也可能導(dǎo)致重金屬污染的發(fā)生。當(dāng)環(huán)境中的重金屬含量過高時(shí)，會(huì)被吸收并積聚在人體內(nèi)甚至在人體內(nèi)發(fā)生氧化反應(yīng)，從而導(dǎo)致人的神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)及生殖系統(tǒng)受損。另外，某些重金屬（如鉛和鋅的化合物）還具有致癌性，會(huì)對(duì)人類產(chǎn)生極大威脅。因此，要加強(qiáng)對(duì)土壤重金屬污染的監(jiān)測與治理研究，做到針對(duì)不同污染類型采取相應(yīng)措施加以處理，才能使生態(tài)環(huán)境得到有效保護(hù)和改善。

3 土壤重金屬污染現(xiàn)狀

目前，重金屬對(duì)土壤環(huán)境造成的影響是多方面的，如農(nóng)戶在生產(chǎn)中采用濃度較高的農(nóng)藥，農(nóng)藥長期積累在土壤中難以揮發(fā)，從而對(duì)當(dāng)?shù)氐耐寥喇a(chǎn)生危害；工業(yè)生產(chǎn)過程中，由于一些地方對(duì)冶煉企業(yè)的排污管理不力，致使冶煉企業(yè)排放存在大量的超標(biāo)現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了土壤環(huán)境。隨著農(nóng)業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)規(guī)模的逐漸增大，重金屬的危害問題也越發(fā)嚴(yán)重。重金屬對(duì)土壤的污染具有多樣性，當(dāng)重金屬長時(shí)間存在于土壤中，會(huì)在整體上降低該地區(qū)的土壤質(zhì)量。在我國，由于資源有限、人口眾多等原因，導(dǎo)致了耕地面積不斷減少，還有很多地區(qū)存在大面積的土地污染現(xiàn)象，這些都給人們的生產(chǎn)生活帶來很大威脅。因此，必須有效地解決這些問題，從源頭上進(jìn)行控制，根據(jù)各地實(shí)際情況制定科學(xué)合理的治理方案，并采取相應(yīng)措施有效降低重金屬對(duì)土壤環(huán)境造成的影響[2]。

4 土壤重金屬污染治理中存在的問題

在我國環(huán)境治理過程中，由于受到傳統(tǒng)思想及經(jīng)濟(jì)水平等因素的影響，導(dǎo)致人們認(rèn)為只需解決表面問題即可，而忽視了土壤重金屬污染治理工作的重要性和必要性。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，相關(guān)工廠為了適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的實(shí)際需要，開始對(duì)工業(yè)產(chǎn)品進(jìn)行深加工，而這樣一來，工廠產(chǎn)生的重金屬比之前更多，以致大量的含重金屬廢水直接排入到河流湖泊等水體當(dāng)中，給當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重的負(fù)面影響。

目前，由于我國部分地區(qū)的政府及相關(guān)部門對(duì)重金屬污染土壤治理工作重視程度偏低，沒有制定出科學(xué)合理地管理制度和應(yīng)對(duì)措施。因此，在實(shí)際工作中，監(jiān)管缺失以及專業(yè)管理人員不足，導(dǎo)致有些企業(yè)為了經(jīng)濟(jì)利益肆意排放污水、廢氣等污染物，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境質(zhì)量。

除此之外，我國重金屬污染土壤治理技術(shù)還相對(duì)落后，缺乏專業(yè)的研究技術(shù)人員和先進(jìn)的設(shè)備儀器，并且我國在這方面起步也較晚，進(jìn)行的相關(guān)研究也較少，很多技術(shù)設(shè)備都是從國外引進(jìn)，同時(shí)有些技術(shù)設(shè)備也沒有被充分應(yīng)用到實(shí)際工作中，以致于治理效果并不理想[3]。

5 土壤重金屬污染治理要點(diǎn)

5.1 多舉措從根本上解決污染問題

土壤作為動(dòng)植物生存不可或缺的重要資源，給動(dòng)物提供棲息地，為植物提供養(yǎng)料、水分，還給人類的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了優(yōu)良條件。如果土壤環(huán)境受到危害，不但會(huì)阻礙農(nóng)業(yè)發(fā)展，還可能使動(dòng)植物死亡，甚至威脅人體健康。在國家對(duì)土壤污染問題的重視程度持續(xù)提升的背景下，不僅要加大執(zhí)法力度，還要加強(qiáng)宣傳，提升全民環(huán)保意識(shí)，使土壤污染問題得以從根本上解決。末端治理中，要關(guān)注源頭消減效應(yīng)，制定產(chǎn)品重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)，依照各行業(yè)情況，分析污水灌溉的類型和重金屬指標(biāo)，優(yōu)化處理方案，讓土壤重金屬的輸入得以控制。

5.2 加強(qiáng)技術(shù)研發(fā)力度

在土壤重金屬污染治理中，還需加強(qiáng)對(duì)治理技術(shù)的研發(fā)力度，同時(shí)對(duì)比每種技術(shù)的優(yōu)劣，選擇最佳方案，以更好地處理土壤重金屬問題，讓土壤環(huán)境得以凈化。一是重視土壤及重金屬富集生物檢測技術(shù)的研發(fā)力度，及時(shí)獲取重金屬富集信息和處理實(shí)效；二是對(duì)于不同的重金屬污染土壤，要進(jìn)一步探求可靠的生態(tài)物種，并保證其生命力較強(qiáng)且對(duì)人類生命無害，然后把研發(fā)技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室里搬出來，與實(shí)際相結(jié)合提高其實(shí)用性；三是依照不同類型的重金屬污染特征編制出合理、有效地處置方案，確保操作人員能依據(jù)方案及時(shí)采取相應(yīng)手段，優(yōu)化具體的修復(fù)效果；四是探索多種技術(shù)綜合利用途徑，打造循環(huán)系統(tǒng)，讓受重金屬污染的土壤得到針對(duì)性處理，降低其負(fù)面影響。

6 重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)

6.1 物理技術(shù)

6.1.1 改土與深耕法

改土就是通過將未被污染的土壤與被污染的土壤相結(jié)合的方式，降低土壤中的重金屬含量，但在進(jìn)行改土作業(yè)時(shí)，需盡量選用與被污染土壤相同的土，以確保其品質(zhì)。同時(shí)，還可以采用深耕的方式將深層沒有受污染的土壤翻耕到表層，但由于底層土壤的有機(jī)物相對(duì)比較少，因此在種植的時(shí)候還需要加入有機(jī)肥提高土壤肥力，從而達(dá)到改善土壤環(huán)境的目的，使農(nóng)作物能夠更好地生長。同時(shí)，加大對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中農(nóng)藥的使用管理，確保其符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，這樣才能從根本上降低土壤重金屬污染問題，促進(jìn)土壤環(huán)境提升。

6.1.2 熱脫附技術(shù)

在選擇土壤重金屬污染治理技術(shù)時(shí)，應(yīng)詳細(xì)分析其技術(shù)特征，并在明確土壤重金屬污染趨勢的基礎(chǔ)上，確定可靠方案，優(yōu)化土壤質(zhì)量。熱脫附技術(shù)是將土壤加熱到一定溫度，使重金屬離子和有毒有機(jī)物揮發(fā)，并吸附在土壤顆粒上，從而減少土壤對(duì)重金屬的固定[4]，實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬污染土壤的治理效果。熱脫附技術(shù)通常利用熱反應(yīng)過程對(duì)物質(zhì)進(jìn)行提取，然后將其還原為毒性較低的化合物，因此在工業(yè)生產(chǎn)過程中也可以采用熱脫附技術(shù)，將一些污染物從土壤中提取出來。熱脫附技術(shù)對(duì)土壤污染的修復(fù)效果非常明顯，但由于熱脫附處理過程中會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄物，導(dǎo)致操作難度較大且成本較高，因此該技術(shù)一般僅在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行。

6.2 化學(xué)技術(shù)

6.2.1 土壤淋洗

土壤淋洗是指利用離心分離技術(shù)對(duì)不同重金屬元素分離，具體操作時(shí)，需先將污染土壤置于離心機(jī)中進(jìn)行離心作用，再利用化學(xué)試劑使其中的重金屬離子沉淀下來。但在實(shí)際應(yīng)用過程中，由于淋洗液對(duì)土壤具有一定的腐蝕性，會(huì)對(duì)地表及地下水造成二次污染，不過依然阻擋不了土壤淋洗技術(shù)在重金屬污染土壤治理中的使用，土壤淋洗仍舊是目前比較常用的修復(fù)鎘污染土壤的方法。另外，利用氧化性較強(qiáng)且穩(wěn)定的強(qiáng)氧化劑還可以有效去除土壤中的重金屬元素，同時(shí)通過氧化還原反應(yīng)使污染物轉(zhuǎn)化為其他形態(tài)。不過，由于在使用氯化鈣和碳酸鈉對(duì)鎘污染進(jìn)行淋洗時(shí)，會(huì)降低重金屬在土壤中的可提取濃度，而濃度降低了的重金屬如果被釋放到環(huán)境中，依舊會(huì)對(duì)人類健康和生態(tài)環(huán)境造成危害，因此要詳細(xì)分析相關(guān)技術(shù)的特點(diǎn)，并保證其充分發(fā)揮出技術(shù)優(yōu)勢，才能為土壤重金屬污染問題的解決提供技術(shù)參考。

6.2.2 玻璃化修復(fù)

玻璃化技術(shù)是在高溫、高壓條件下將土壤中的重金屬進(jìn)行熔融，再經(jīng)過加熱、降溫，將金屬包覆于玻璃體內(nèi)，從而達(dá)到去除重金屬的效果。該技術(shù)可以從根本上解決重金屬的問題，并且可取得顯著的重金屬污染土壤治理成效[5]。但由于土壤中的重金屬熔化條件較高，許多難以處理的難熔金屬問題依然難以得到有效處理，同時(shí)加之熔融時(shí)所需的高溫使其生產(chǎn)費(fèi)用增加，因此玻璃化修復(fù)應(yīng)用范圍受限，還需要采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段來降低修復(fù)成本。

6.2.3 技術(shù)組合修復(fù)

在使用化學(xué)修復(fù)方法治理土壤重金屬污染問題方面，還可以利用石灰石的吸附性以及離子交換作用，來降低重金屬的生物有效性，從而減少二次污染問題發(fā)生率，并實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬污染后的土壤治理。但這種方式也存在一定弊端，如土壤中重金屬含量過高或過低，都無法實(shí)現(xiàn)理想治理效果，因此還需要結(jié)合實(shí)際情況選擇合適的處理措施。

6.3 生物修復(fù)

6.3.1 植物修復(fù)

植物修復(fù)是指利用綠色植物吸收、富集和分解土壤中的重金屬，從而降低土壤中重金屬對(duì)植物的毒害作用。因此，植物修復(fù)具有操作簡單、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于重金屬污染土壤治理中。研究發(fā)現(xiàn)，一些常見的植物，如紅麻和紅景天等，均可作為重金屬指示植物。紅麻屬為常綠灌木或小喬木，具有良好的耐酸性和耐鹽堿能力，可作為指示植物廣泛用于金屬污染修復(fù)工程。另外，以鉛污染土壤為例，通過選擇適宜的鉛富集植物，如擬南芥、大豆和紫花苜蓿，可以有效地修復(fù)鉛污染土壤。這些植物物種具有較強(qiáng)的吸收和積累鉛的能力，并且可以通過根際微生物的作用進(jìn)一步降解土壤中的重金屬?？偟膩碚f，植物修復(fù)技術(shù)在重金屬污染土壤的修復(fù)中具有重要的應(yīng)用前景。通過植物吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和積累重金屬的能力，可有效地降低土壤中的重金屬含量。

6.3.2 微生物修復(fù)

微生物修復(fù)是通過真菌在內(nèi)的微生物對(duì)重金屬的吸收、沉淀和轉(zhuǎn)化，從而達(dá)到防治土壤重金屬污染的效果[6]。微生物修復(fù)主要有2 種方式，即利用生物中帶正電的細(xì)胞吸收重金屬以及在微生物的新陳代謝中生成小分子量的有機(jī)酸。它們可以利用有機(jī)酸和重金屬的作用來改變金屬的粘附，也可以用液體溶液將金屬溶液中的重金屬溶解。

6.3.3 動(dòng)物修復(fù)

動(dòng)物修復(fù)是指利用鼠類和蚯蚓對(duì)重金屬污染的土壤進(jìn)行修復(fù)，從而提高治理的效率。大量的試驗(yàn)結(jié)果顯示，在沒有受到嚴(yán)重污染的地區(qū)，大多數(shù)的土壤中都可以找到鼠類和蚯蚓。動(dòng)物修復(fù)可以利用鼠類動(dòng)物改善土壤物理結(jié)構(gòu)、通氣性和透水性，增強(qiáng)土壤肥力；利用蚯蚓的抗性來富集重金屬，并在土壤中加入吸附劑對(duì)其進(jìn)行吸附，從而達(dá)到對(duì)土壤的純化，實(shí)現(xiàn)治理目標(biāo)。

結(jié)語

土壤是陸地生態(tài)系統(tǒng)的基礎(chǔ)，對(duì)人類生存和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展起著重要作用，相關(guān)工作人員在進(jìn)行重金屬污染土壤的治理時(shí)，應(yīng)充分考慮區(qū)域土壤的不同特點(diǎn)與性質(zhì)、區(qū)域環(huán)境條件等因素，并對(duì)相應(yīng)的污染治理措施進(jìn)行科學(xué)合理地選擇。因此，為了有效防治土壤重金屬污染問題，還需建立起綜合性的具有明確工業(yè)地區(qū)與農(nóng)業(yè)地區(qū)，以及所產(chǎn)生的重金屬污染源種類不同且特征不同、污染物濃度等級(jí)不同的土壤重金屬污染源控制技術(shù)體系，助力污染的土地?zé)òl(fā)新生機(jī)，還給家園一片美好凈土。