土壤重金属污染现状及修复治理对策

来源:用户上传      作者:靳建超 任鑫 马先慧 王庚 周鑫 吉新磊

　　摘要：近年来随着社会经济的快速发展，土壤重金属污染问题日益显著，本文从土壤重金属污染来源及现状、修复治理技术研究进展等各方面阐述，为今后土壤重金属治理提供参考。
　　关键词：土壤;重金属污染;修复技术
　　Abstract：In recent years， with the rapid development of social economy， the problem of soil heavy metal pollution has become increasingly significant.This paper expounds the source and current situation of soil heavy metal pollution，the research progress of remediation technology and other aspects， so as to provide a reference for future soil heavy metal treatment.
　　Key words：Soil;Heavy metal pollution;Remediation technique
　　2005年4月至2013年12月，环境保护部会同国土资源部开展了首次全国土壤污染状况调查。根据2014年《全国土壤污染状况调查公报》数据，全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出。全国土壤总的点位超标率为16.1%。土壤污染以无机污染物为主，超标点位数占全部超标点位的82.8%，典型重金属污染物为镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍8种。
　　土壤重金属污染主要通过改变土壤的组成、结构和功能，进而影响植物的正常生长发育，造成有害物质在植物体内累积，并可通过食物链进入人体，以至危害人体健康[1]。因此，了解土壤重金属污染现状，对污染土壤及时修复治理，保护土壤的安全性具有重要意义。
　　1 土壤重金属污染现状
　　重金属不能被微生物分解或自然降解，在土壤中不断积累，土壤重金属污染的主要来源有大气沉降、水体污染、农业工业活动和固废堆积等。
　　1.1 大气沉降
　　大气沉降是通过重力或冲刷作用自然沉降于地表的大气颗粒物[2]，分为干沉降和湿沉降，石化工业、城市交通、矿产开发等废气排放产生的颗粒物中的重金属多以大气沉降进入土壤环境。
　　程珂等[3]研究表明，大气沉降和土壤扬尘是导致天津城郊蔬菜中的As、Pb、Cr 等重金属超标的主要来源;刘芬等[4]研究表明，大气沉降的Cd含量与土壤Cd含量呈显著正相关;李山泉等[5]通过对南京市6个典型城市功能区研究表明，Cu、Zn、Pb在土壤中的富集程度与大气沉降重金属的含量呈显著性相关。
　　1.2 水体污染
　　城市生活污水、工业废水等所产生的重金属污染物以不同的方式进入水中，水体中重金属通过灌溉、地表径流等方式进入土壤环境。目前，由于用于灌溉的污水大多数未经过严格处理，污水中含有的有毒有害物质已造成许多污灌区域的土壤、地下水、农作物的不同程度的污染[6]。
　　方玉东[7]研究认为污水农灌引起土壤重金属污染是我国污灌区最严重问题。杨伟红等[8]通过对开封市惠济河污灌区土壤重金属污染及潜在生态风险评价，采用污水灌溉已造成开封市污灌区土壤中重金属富集，且部分区域已经受到重金属污染，从而影响到土地安全。王婷等[9]对天津3条排污河污灌区重金属污染农田的22个土壤及油麦菜样品镉和汞的浓度测定，发现油麦菜可食部分镉含量超标率61.9%，汞全部超标，污染最严重的样品汞浓度为国标的48倍。
　　1.3 农业工业活动
　　随着国家推进“退二进三”的战略目标以及城市化的日益深入，工业企业搬离城市，遗留场地成为城市结构调整的难题。矿山开采过程的开矿、采选、冶炼等過程产生的重金属对矿区周边土壤重金属污染影响较为明显。另外，农用物质（包括农药、化肥、地膜等）在农业生产中的不合理使用是导致农田土壤重金属污染的又一重要来源。
　　任文会等[10]对某废弃化工厂土壤重金属监测，厂区不同功能区存在较大差异，土壤整体处于“中度—强度”污染水平。蒋颖等[11]对湖南北部某县矿区调查，发现采矿炼矿废水直接排放，导致附近溪流重金属污染严重，尤其铜、锌、镉等远超灌溉水质标准。农用物质例如化肥在生产过程中会带入一些重金属元素，磷肥会含有砷、锌、锰等重金属，钾肥会含有铅、镉、锰等重金属[12]，在施用化肥时会将重金属带入土壤中。
　　1.4 固废堆积
　　农业活动、居民生活及工业生产等过程产生的固体废弃物在堆放过程中淋溶的重金属对土壤的污染也不能忽视。据统计，因固体废弃物对方而被占用和毁损的农田面积已达40万hm2，造成周边地区的污染农田面积超过333.3万hm2[13]。
　　目前，人们对固体废弃物堆放产生的环境问题还认识不够，固体废弃物合理利用还是十分有限。潘海锋等[14]对杭州铬渣堆放区附近土壤调查发现镉、汞、铅为重度污染，土壤重金属浓度随着距离的增加而降低。陈海棠等[15]对台州固废拆解集中区域土壤重金属调查发现，镉、铜、铅最大超标倍数均超过100，与电器及其废弃物拆解业有较大相关性。
　　2 土壤重金属污染修复治理对策
　　土壤重金属污染修复技术主要包括物理修复、化学修复、生物修复及联合修复。
　　2.1 物理修复
　　物理修复主要是包括翻土客土、筛选分离、固化填埋、热解吸、电动力修复等方法。翻土客土是处理污染程度小的土壤，通过深层翻土和添加无污染土壤的方法，降低土壤污染程度;筛选分离主要是依据粒径大小、密度不同、磁性不同、表面特性不同等方法，将重金属从土壤中分离出来的技术;固化填埋针对污染严重的土壤，通过使用水泥、硅酸盐、粉煤灰等固化剂将污染土壤固化填埋的方法;热解吸主要用于受热挥发性金属的处理;电动力修复依靠直流电压使金属移动富集至电极进行收集。 　　李泰平等[16]在对化工污水污染土壤沉积物重金属电动理学修复中，发现锌在酸性条件时以金属阳离子形态存在（Zn2 +）， 在电场作用下发生了明显的迁移， 但在pH 接近中性时以氢氧化物的形式沉淀而富集。
　　2.2 化学修复
　　化学修复是通过添加化学药剂，通过淋溶、改良的方法使重金属发生沉淀、氧化还原、螯合等反应，不被植物吸收或通过生物、物理的手段进行分离的技术。化学淋溶使用无机清洗剂、有机酸及其盐清洗剂、螯合剂、表面活性剂、复合清洗剂等化学试剂，把重金属转移到淋洗液中进行收集;化学改良使用石灰、沸石、碳酸盐等改良剂对重金属进行吸附、氧化还原、拮抗作用，使其不被生物体吸收。
　　姚瑶等[17]利用3种环保型淋洗剂对土壤中Cd、Pb、Zn等进行去除实验，发现淋洗剂浓度、淋洗时间、pH等都影响去除效率，酸性状态下去除效率较好，但淋洗处理后对土壤有机碳、全磷和全钾含量均有显著下降。
　　2.3 生物修复
　　生物修复相对于其他修复方法，具有成本低、操作简单、可大面积推广应用等优点，主要有植物修复、微生物修复、动物修复等方法。植物修复是通过植物的种植来移去、挥发或者稳定土壤重金属或降低重金属毒性的方法，主要包括植物稳定、植物提取、植物挥发;微生物修复可利用微生物去降解重金属污染，就地净化污染土壤;动物修复是利用低等动物去吸收、降解、转移重金属，常用的是蚯蚓。
　　寇永纲等[18]在对赤子爱胜蚯土壤铅的富集研究中，通过对不同铅溶液下蚯蚓体内铅含量的测定，发现蚯蚓对铅有较强的富集作用，且随着土壤中铅含量的增加，蚯蚓体内铅富集量增加，成较好的正相关性。蚯蚓主要通过被动扩散和摄食对土壤污染物进行富集。
　　2.4 联合修复
　　联合修复可通过多种修复方法结合，避免单一修复的局限性，提高重金属修复效率和速率。常用的聯合修复方法是植物-微生物联合修复、物理/化学-生物联合修复、物理-化学联合修复等。
　　刘晓娜等[19]对资料整理发现，螯合剂、菌根、植物联合修复方法对土壤重金属有较好的效果，但在应用中也发现高浓度的重金属对植物生产产生抑制作用。黄细花等[20]在套种和化学淋洗实验中发现，经过两季植物提取联合淋洗处理后，土壤中有效锌、镉、铅含量分别降低了58%～63%、66%～76%、18%～25%。
　　3 总结
　　随着工业和农业发展，土壤重金属污染已严重威胁到人类健康和生态安全，如何修复受重金属污染的土壤迫在眉睫。土壤重金属治理应从源头控制影响土壤重金属污染的各个因素，在治理方面加强多技术应用，减少对土壤破坏。因此，了解土壤重金属来源及污染现状，将物理、化学、生物修复技术进行合理的选择，寻求经济、高效、环保、安全的修复技术，成为今后土壤重金属修复的关键。
　　参考文献
　　[1]韩素清，迟翔.土壤污染的类型及影响和危害[J].化工之友，2007（3）：32-34.
　　[2]王明星.大气化学[M].北京：气象出版社，1999：67-68.
　　[3]程珂，杨新萍，赵方杰.大气沉降及土壤扬尘对天津城郊蔬菜重金属含量的影响[J].农业环境科学学报，2015，34（10）：1837-1845.
　　[4]刘芬，刘文华，娄涛，等.土壤镉污染与冶炼烟气的相关性研究[J].湘潭矿业学院学报，2003（03）：88-91.
　　[5]李山泉，杨金玲，阮心玲，等.南京市大气沉降中重金属特征及对土壤环境的影响[J].中国环境科学，2014，34（01）：22-29.
　　[6]景尚喜.污水灌溉存在的问题与对策[J].民营科技，2011（05）：161.
　　[7]方玉东.我国农田污水灌溉现状、危害及防治对策研究[J].农业环境与发展，2011，28（05）：1-6.
　　[8]杨伟红，李振华，王雪梅.开封市污灌区土壤重金属污染及潜在生态风险评价[J].河南农业科学，2016，45（11）：53-57.
　　[9]王婷，王静，孙红文，等.天津农田土壤镉和汞污染及有效态提取剂筛选[J].农业环境科学学报，2012，31（01）：119-124.
　　[10]任文会，吴文涛，陈玉，等.某废弃化工厂场地土壤重金属污染评价[J].合肥工业大学学报（自然科学版），2017，40（04）：533-538.
　　[11]蒋颖，胡雪峰，舒颖，等.采矿活动对稻田土壤重金属累积与酶活性的影响[J].土壤通报，2015，46（02）：494-501.
　　[12]崔玉亭.化肥与生态环境保护[M].北京：化学工业出版社，2000.
　　[13]师荣光，郑向群，龚琼，等.农产品产地土壤重金属外源污染来源解析及防控策略研究[J].环境监测管理与技术，2017，29（04）：9-13.
　　[14]潘海峰，邵水松.铬渣堆存区土壤重金属污染评价[J].环境与开发，1994（02）：268-270.
　　[15]陈海棠，何华燕，周丹丹，等.典型固废拆解区域土壤重金属污染风险及修复[J].安徽农业科学，2015，43（17）：112-114.
　　[16]李泰平，袁松虎，林莉，等.六氯苯和重金属复合污染沉积物的电动力学修复研究[J].环境工程，2009，27（02）：105-109.
　　[17]姚瑶，张世熔，王怡君，等.3种环保型淋洗剂对重金属污染土壤的淋洗效果[J].环境工程学报，2018，12（07）：2039-2046.
　　[18]寇永纲，伏小勇，侯培强，等.蚯蚓对重金属污染土壤中铅的富集研究[J].环境科学与管理，2008（01）：62-64+73.
　　[19]刘晓娜，赵中秋，陈志霞，等.螯合剂、菌根联合植物修复重金属污染土壤研究进展[J].环境科学与技术，2011，34（S2）：127-133.
　　[20]黄细花，卫泽斌，郭晓方，等.套种和化学淋洗联合技术修复重金属污染土壤[J].环境科学，2010，31（12）：3067-3074.
　　收稿日期：2020-04-02
　　作者简介：靳建超（1985-），男，汉族，硕士，高级工程师，研究方向为环境监测及污染治理、安全生产及健康评估。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15293763.htm