重金属污染土壤修复技术现状与展望

收稿日期 :2003 - 12 - 02 作者简介 :王向健 (1953 - )男 ,沈阳人 ,工程师 . 　　 重金属污染土壤修复技术现状与展望 Current Situation And Pro spect On The Remediation Of Heavy Metals Polluted Soil 王向健 　郑玉峰 　赫冬青 (沈阳环境科学研究院 　沈阳 　110016) 摘要 　目前重金属污染土壤修复主要采用物理化学技术和植物修复技术。根据其作用过程和机理 ,物理化学技术主要 包括化学固化、土壤淋洗和动电修复 ;植物修复技术包括植物稳定、植物挥发和植物提取。本文就修复技术的原理、优缺点、 实用性及研究现状与发展动态等方面进行了综述与分析。 关键词 　重金属 　污染土壤 　物理化学技术 　植物修复技术 Abstract 　Physical chemistry technology and phytoremediation are the important methods for solving heavy metal pollution. According to the processes and mechanisms of the reactions ,physical chemistry technology can be divided into chemical immobiliza2 tion ,soil washing and electrokinetic remediation ,while phytoremediation includes phyto - stabilization ,phyto - volatilization and phyto - extraction. The principles , advantages , disadvantages , feasibility and future research trends of the technology were re2 viewed. Key words 　Heavy Metal 　Contaminated Soil 　Physical Chemistry Technology 　Phytoremediation Technology 1 　前言 随着农业的发展和农业生产的现代化 ,以及盲 目的认为土壤是一个具有无限净化容量的处理系 统 ,忽视土壤的环境承载能力 ,而过量施用劣质化 肥农药 ,造成土壤中重金属污染日益加重。土壤重 金属来源广泛 ,包括采矿、冶金、金属加工、化工、废 电池处理、电子制革和塑料等工业排放的三废及汽 车尾气排放 ,农药和化肥的施用等。 土壤中重金属积累到一定程度就会对土壤 ———植物系统产生毒害 ,不仅导致土壤的退化 ,农 作物产量和品质的降低 ,而且通过径流和淋洗作用 污染地表水和地下水 ,恶化水文环境 ,通过直接接 触食物链等途径危及人类的生命和健康。尤为严重 的是重金属在土壤系统中的污染过程具有隐蔽性、 长期性和不可逆性的特点。因此 ,重金属污染不仅 给环境、经济带来了巨大的损失 ,而且对人体健康 也构成了潜在的威胁 ,后果不容忽视。 2 　土壤修复技术简介 20 世纪 90 年代以前 ,重金属土壤污染修复大 多采用挖掘填埋法 ,但这种方法实质上只不过是污 染物的转移 ,并非根治重金属的污染。而且还存在 着占用土地、渗漏、污染周边环境等负面影响。因 此 ,西欧和北美一些国家最近规定 ,污染物在填埋 之前必须进行处理 ,并且采取了征税、严格填埋标 准等 措施 《全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观全国民用建筑工程设计技术措施》规划•建筑•景观软件质量保证措施下载工地伤害及预防措施下载关于贯彻落实的具体措施 来限制这一处理方法的应用。这些环境法 规和条例促使人们寻找新的创造性修复技术。目 前 ,重金属土壤污染的修复主要采用物理化学法和 植物修复法。前者主要包括化学固化、土壤淋洗、动 电修复 ;后者主要包括植物稳定、挥发及提取 ,此 外 ,微生物修复技术也逐渐得到人们的重视 ,特别 是深入研究了一些特殊菌种对金属污染物的解毒 作用。下面就上述几种技术的原理、优缺点及应用 状况作一简述。 2. 1 　物理化学技术〔1、2〕 2. 1. 1 　化学固化 　　所谓化学固化 ,就是加入土 壤添加剂 (固化剂)改变土壤的理化性质 ,通过重金 属的吸附或共沉淀作用改变其在土壤中的存在形 —84— 环境保护科学 　第 30 卷 　总第 122 期 　2004 年 4 月 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 态 ,从而降低其生物有效性和迁移性。但固化方法 并不是一个永久性的措施 ,只是改变了重金属在土 壤中的存在形态 ,仍持留在土壤中。而且土壤很难 恢复到原始状态 ,不适宜进一步利用 ,而且对其长 期稳定性和对生态系统的影响不甚了解 ,目前缺乏 这方面的研究。因此很多学者对这一方法持怀疑态 度。 2. 1. 2 　土壤淋洗 　　淋洗即利用提取剂将土壤中 的固相重金属转移至液相中 ,含有提取剂的土壤经 清水洗涤后归还原位再利用 ,富含重金属的废液则 进行进一步的处理。本技术的关键在于提取剂的选 择 ,即能提取重金属 ,又不破坏土壤的结构 ,但事实 上很难找到。而且 ,如果处理不当的话 ,引入的提取 剂很有可能造成二次污染。因此美国的工程技术人 员在 1988～1991 年间对一个电镀厂造成的铬污染 进行治理时 ,干脆利用清水做为提取剂 ,4 年内使 地下水的铬浓度从 1923mg/ L 降至 65mg/ L 。 2. 1. 3 　动电修复 　　动电修复是指在污染土壤中 插入电极对 ,并通以直流电。使重金属在电场作用 下通过电渗析向电极室运输 ,然后通过收集系统将 其收集 ,并作进一步的集中处理。动电修复做为一 种原位修复技术 ,近年来发展很快 ,并且从经济上 而言也是可行的 ,但由于土壤系统中组分的复杂 性 ,经常出现实际应用与实验结果相反的现象 ,从 而使这一方法的商业化受到了限制。 2. 2 　植物修复技术〔3〕 植物修复是一种利用自然生长植物或遗传培 育植物修复重金属土壤污染技术的总称。根据其作 用过程和机理 ,可分为植物稳定、植物提取和植物 挥发三种方法。其中 ,植物挥发主要是指金属元素 Hg 和非金属元素 Se ,不适用于对土壤铬污染的治 理。 2. 2. 1 　植物稳定 　　植物稳定是利用耐重金属植 物降低重金属在土壤中的迁移性 ,从而减少重金属 被淋滤到地下水或通过空气扩散进一步造成环境 污染的可能性。然而 ,植物稳定并没有彻底清除土 壤中的重金属 ,只是将其固定 ,使其对环境中的生 物暂时不产生毒害作用 ,没有从根本上解决重金属 的污染问题。如果环境条件发生变化 ,重金属的生 物有效性又会发生改变。因此 ,植物稳定的持久性 令人怀疑。 2. 2. 2 　植物提取 　　植物提取是指利用重金属超 积累植物从土壤中富集一种或几种重金属 ,将其转 移并存贮至可收割的部分 ,经收割后进行集中处 理。但是 ,超积累植物对金属具有选择性 ,其它的金 属对植物的生长有影响 ,这种影响甚至是致命的。 而且 ,超积累植物生长慢、生物量小、大多数为莲座 生长 ,很难进行机械操作 ,因而不适用于大面积污 染土壤的修复。 2. 2. 3 　植物挥发 　　植物挥发是利用植物的吸 收、积累和挥发减少土壤中的一些挥发性污染物 , 主要是指金属元素 Hg 和非金属元素 Se。这种方法 对于土壤修复而言 ,不失为一种有潜力的技术 ,但 却将土壤中的污染物转移到了大气中 ,具有很大的 环境风险。 前面所述的土壤修复技术各有优缺点 ,但是应 当指出 ,由于经济和技术上的原因 ,例如成本高、实 地应用经验不足及处理效果不稳定等 ,致使这些技 术尚没有进入商业化阶段。目前应用最广泛的还是 挖掘和填埋 ,即使是在经济、技术发达的西方国家 诸如美国等也是如此。 2. 2. 4 　微生物修复技术 　　有些微生物具有嗜重 金属性 ,利用微生物对重金属污染介质进行净化 , 在水体污染中被证明是一种很好的方法。如果用于 土壤环境的处理 ,可能是一种行之有效的方法 ,目 前已进行了积极研究。据报道 ,日本发现一种嗜重 金属菌 ,能有效的吸收土壤中的重金属 ,但存在着 土壤与细菌分离的难题。如果得到妥善的解决 ,将 是一种很有发展前景的处理方法。 3 　研究展望 物理化学技术修复重金属污染土壤 ,不仅费用 昂贵 ,难以应用于大规模污染土壤的改良 ,而且常 常导致土壤结构破坏、生物活性下降和肥力退化 等。植物修复技术作为一种新兴的、高效的植物修 复途径已为人们所接受 ,并逐步走向商业化。但该 技术目前还处于田间试验和示范阶段尚缺乏系统 的评价 ,需要更多的田间试验结果来支撑该技术的 应用与发展。从近期而言 ,选择超积累植物的品种、 土壤改良剂以及植物栽培等农业措施是该领域的 研究方向 ;从远期而言 ,应用分子生物学和基因工 程技术 ,提高超积累植物的重金属含量和生产产 量 ,深入了解、调控金属积累作用机理和分子机制 , 是该领域研究的前沿课题。 参 　考 　文 　献 1. 陈志良等. 重金属污染土壤修复技术. 环境保护. 2002 , (6) :21～ 23. 2.宋静等. 土壤重金属修复技术. 污染农业环境保护. 1998 ,17 (6) : 271～273. 3. 周家祥等. 铬污染土壤修复技术研究进展. 环境污染治理技术与 设备. 2000 ,1 (4) :52～55. —94— 重金属污染土壤修复技术现状与展望 　王向健 © 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.