重金屬污染土壤的修復方法

我國目前重金屬污染的耕地約有0.1億hm2，約占耕地總面積的10%，全國每年受重金屬污染的糧食多達1200 萬t，因重金屬污染而導致糧食減產高達1000 多萬t，直接經濟損失至少200 億元。我國很多城市近郊土壤都受到了不同程度的污染，許多地方的糧食、蔬菜和水果等食物中Cd、Cr、As、Pb 等重金屬含量超標或接近臨界值。

土壤中的很多重金屬是生物體所必須的，但是必須保持在一定的濃度范圍。當重金屬的濃度超過了限值時，會給生物機體帶來很大的危害：阻礙基本代謝功能的發揮，抑制其他生理必須的金屬離子的吸收，甚至改變生物分子的活性結構而引起機體變異。土壤重金屬污染具有隱蔽性、長期性、不可逆性的特點。污染土壤的修復十分困難，不僅經濟投入巨大，技術上也有難度，修復周期也很長。重金屬污染物在土壤中移動性很小，不易隨水淋濾，不為微生物降解，通過食物鏈進入人體后，在體內富集，嚴重威脅人類的生命安全，所以對重金屬污染土壤的修復顯得尤為迫切。

土壤修復途徑主要有兩種：(1)改變重金屬在土壤中的存在形態，使其固定，降低其在環境中的遷移性和生物可利用性，即穩定化;(2)從土壤中去除重金屬，使其存留濃度接近或達到背景值，即去(除)污化。主要的處理方法包括物理方法：客土、換土法，熱處理法(蒸汽提取);物理化學方法：固定(穩定)化法，淋濾法，電動修復法;生物修復法：植物修復法，微生物修復法，植物-微生物聯用修復法，動物修復法。以下依次介紹各種技術方法要點、特點及機理。

1、客土、換土法

客土法是在污染的土壤上覆蓋非污染土壤;換土法是挖除部分或全部污染土壤而換上非污染土壤。其機理是使污染重金屬與生物圈盡可能隔離，減少污染物與植物根系接觸的可能性。

2、熱處理法(蒸汽提取)

向土壤中通入熱蒸汽或用微波、紅外輻射等加熱的方法使污染重金屬揮發出土壤。在高溫作用下，低熔點的汞蒸發速率加快，某些放射性重金屬將由土壤表面吸附轉向土壤內部晶格擴散，從而降低了其生物有效性及對環境的風險。

3、固定(穩定)化法

用穩定劑(石灰、天然沸石、磷酸鹽、粘土等)使土壤中的重金屬轉化為低溶解性、低毒性及低移動性的物質，以減輕其危害。加入穩定劑直接吸收、絡合沉淀重金屬或是改變pH值而間接影響重金屬的穩定性，從而降低土壤環境中的有毒重金屬的移動性，它涉及固化基質的形成和通過固化機制將污染物機械固定等步驟，但固定(穩定)法是把重金屬保留在污染土壤中。

4、淋濾法

通過物理和化學過程將重金屬移出土壤的一項*解決土壤重金屬污染問題的技術。基于粒子狀態的物理分離過程(水力分級、浮選、磁分離、靜電分離等)和基于溶解(沉淀)狀態的化學提取過程(酸提取、螯合劑提取、氧化和還原、表面活性劑增溶、改良劑等)。

5、電動修復法

使用低能級的直流電流(幾個A/m2)穿過污染的土壤，通過電化學和電動力學的復合作用去除土壤中重金屬的技術。受污染土壤(粘土、淤泥土)中插入電極并施加直流電，兩電極之間形成直流電場，由于土壤顆粒表面具有雙電層，并且孔隙溶液中離子或顆粒物帶有電荷，就形成了完整的電場，重金屬離子在多種遷移運動下聚集在電極兩端而被除去。

6、植物修復法

以植物忍耐和超量積累某種或某些化學元素的生理功能為基礎，利用植物及其共存微生物體系清除環境中的污染物的一門技術。(1)去除過程，包括植物提取、植物揮發，利用重金屬積累植物或超積累植物將土壤中的重金屬提取出來，富集并搬運到植物根部可收割部分和植物地上的枝條部位或是揮發到大氣中;(2)穩定過程，植物穩定、植物過濾，植物通過某種生化過程(分泌有機酸等)改變根際環境(pH、Eh)或利用植物龐大的根系過濾吸收、富集重金屬使土壤環境中重金屬流動性降低，生物可利用性下降。

7、微生物修復法利用土壤中各種微生物，包括與土壤環境安全和肥力息息相關的藻類、細菌、真菌等的物理、化學、生物作用降低土壤重金屬毒性。(1)生物吸附和富集作用，微生物含有豐富的肽聚糖、脂多糖、磷壁酸和胞外多糖等強有力的重金屬螯合物質;(2)溶解和沉淀作用，微生物代謝過程中產生多種低分子量的有機酸或絡合物，溶解或沉淀重金屬離子;(3)氧化還原作用，把低價態的重金屬氧化成高價態的穩定形態，把高價態的重金屬還原成低價態的易遷移形態;(4)菌根真菌能借助有機酸的分泌活化某些重金屬離子，促進植物對重金屬的吸收。8、植物 – 微生物聯用修復法利用植物與其共生微生物體系(微環境)聯合修復受污染的環境，以達到清除環境中污染物的目的。把植物與菌根真菌或是強化微生物結合起來，融合二者的優勢，植物的根系為微生物提供適宜的營養條件，保證惡劣環境下微生物數目和活性的維持，微生物活化重金屬，促進了植物的吸收。9、動物修復法利用土壤中的某些低等動物(如蚯蚓、鼠類等)吸收重金屬，降低污染土壤重金屬的含量。蚯蚓、鼠等動物能改善土壤物理結構、通氣性和透水性、增強土壤肥力，被譽為“改良土壤的能手”，蚯蚓體內攜帶的各種微生物，提高土壤中活性微生物量，有利于退化的污染土壤生態系統的恢復。各種處理方法有它獨特的優勢，也避免不了一些缺點。有些方法對重金屬的去除效果非常明顯，但是它對土壤本身環境帶來的擾動可能很大，比如物理化;有些方法對重金屬的去除效果一般，但是它對土壤的擾動小，而且成本低，如植物修復法;有些方法是通過技術手段降低重金屬的遷移能力和生物有效性而減輕危害，如固定(穩定)法。各種修復方法的相應的比較見下表。從表中可看出，上述方法單獨使用很難達到對重金屬污染土壤的高效、低耗、低擾動的理想效果，對重金屬污染土壤的治理應根據污染場地的具體情況選擇合適的單一的修復方法或是多種聯合的修復方法。