重金屬污染場(chǎng)地修復(fù)技術(shù)的研究進(jìn)展

1、隨著工業(yè)化進(jìn)程的加快，一方面提高了人們的物質(zhì)、文化與生活水平，但另一方面造成了環(huán)境的嚴(yán)重污染，土壤重金屬污染即為環(huán)境污染中的重大問(wèn)題之一。土壤是生態(tài)環(huán)境的重要組成部分，是人類賴以生存的最寶貴的資源之一，其再生極為緩慢。由于生活污水排放、污染灌溉、大氣沉降、采礦冶煉、農(nóng)藥和化肥大量使用等原因，土壤污染尤其是重金屬污染狀況日趨嚴(yán)重。土壤重金屬不能為土壤微生物所分解，易于積累，最終通過(guò)生物富集途徑危害人類的健康。因此，土壤重金屬污染越來(lái)越受到

2、人們的關(guān)注，已成為全球面臨的重要環(huán)境問(wèn)題，并日益成為環(huán)境、土壤科學(xué)家們研究的熱點(diǎn)[1]。1重金屬污染場(chǎng)地概述1.1基本概念1.1.1重金屬①傳統(tǒng)方面：重金屬是指密度4.0gcm3以上的約60種元素或密度5.0gcm3以上的45種元素。As和Se是非金屬，但其毒性及某些性質(zhì)與重金屬相似，故將其列入重金屬污染物范疇。②環(huán)境污染方面：重金屬主要是指生物毒性顯著的Hg、Cd、Pb、Cr以及類金屬As，還包括具有毒性的重金屬Zn、Cu、Co、Ni

3、、Sn、V等污染物。1.1.2污染場(chǎng)地包含2層含義：①污染場(chǎng)地指一個(gè)特定的空間或區(qū)域，具體包括土壤、地下水、地表水等各種要素；②這一特定的空間或區(qū)域已被有害物質(zhì)污染，并已對(duì)這一空間或區(qū)域的人群或自然環(huán)境產(chǎn)生了負(fù)面影響或存在潛在的負(fù)面影響[2]。1.2土壤重金屬污染特點(diǎn)土壤重金屬污染具有以下特點(diǎn)[3]：①不能為生物所分解，且易在土壤及生物體內(nèi)蓄積，有些還會(huì)轉(zhuǎn)化為毒性更大的甲基化合物；②多為復(fù)合性污染；③大多數(shù)重金屬可移動(dòng)性較差或遷移距離短

4、；④重金屬對(duì)植物造成的傷害具潛伏性；⑤大多數(shù)重金屬不能通過(guò)焚燒的方法從土壤中去除。1.3場(chǎng)地土壤重金屬污染的來(lái)源重金屬污染的主要污染源為冶煉行業(yè)、電鍍行業(yè)及大型企業(yè)中的電鍍工藝。其來(lái)源主要體現(xiàn)[4]：①生產(chǎn)原料和中間產(chǎn)品貯存使用不當(dāng)；②生產(chǎn)過(guò)程中環(huán)境污染物質(zhì)的流失；③排放的大氣污染物隨顆粒物沉降于地表；④泄漏的地下管道污水；⑤工業(yè)固體廢物的不合理堆存及排放。沈陽(yáng)冶煉廠冶煉鋅過(guò)程中產(chǎn)生的礦渣中含Zn和Cd，1971年開(kāi)始堆放于一洼地，其浸

5、入液中Zn、Cd含量分別達(dá)6.6103mgL和7.5103mgL，目前己擴(kuò)散至離堆放場(chǎng)700m以外的范圍[5]。王慶仁等對(duì)我國(guó)某有色金屬冶煉廠不同距離（100～5000m）土壤的采樣分析結(jié)果表明，Pb、Zn和Cd含量皆與距污染源距離呈指數(shù)相關(guān)，這些元素的粉塵或微細(xì)顆粒物隨風(fēng)力傳播，形成大氣沉降[6]。2重金屬污染場(chǎng)地的修復(fù)技術(shù)土壤重金屬在自然狀態(tài)下具不可降解性，并可在土壤中不斷累積，使土壤重金屬污染治理愈加困難。目前，治理重金屬污染主要

6、有2種途徑：①改變重金屬在土壤中的存在形態(tài)以使其固定，降低其在環(huán)境中的遷移性和生物可利用性；②土壤中去除重金屬[78]?？蓪?chǎng)地土壤重金屬污染修復(fù)的方法分為物理修復(fù)法、化學(xué)修復(fù)法、生物修復(fù)法及農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)法等。2.1物理修復(fù)法2.1.1物理工程措施該方法最早在英國(guó)、荷蘭、美國(guó)等國(guó)家應(yīng)用，主要包括排土、換土、去表土、客土和深耕翻土等方法，是降低作物體內(nèi)重金屬含量、治理土壤重金屬污染切實(shí)有效的方法之一。但該方法人力與財(cái)力投入大，據(jù)報(bào)道，對(duì)1

7、hm2污染土壤進(jìn)行工程治理（客土），每換1m深土體，耗費(fèi)800萬(wàn)～2400重金屬污染場(chǎng)地修復(fù)技術(shù)的研究進(jìn)展黃海濤1，2，魏彩春1，2，梁延鵬1，2，溫振宇11.桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，廣西桂林541004；2.廣西環(huán)境工程與保護(hù)評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西桂林541004摘要：場(chǎng)地污染是長(zhǎng)期工業(yè)化的產(chǎn)物，特別是場(chǎng)地重金屬污染對(duì)環(huán)境和人類健康造成了嚴(yán)重危害。文章介紹了有關(guān)重金屬污染場(chǎng)地的概念，分析了重金屬污染場(chǎng)地的特點(diǎn)、來(lái)源及危害，闡述了

8、場(chǎng)地土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)的研究進(jìn)展。關(guān)鍵詞：重金屬；污染場(chǎng)地；修復(fù)技術(shù)中圖分類號(hào)：X53文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1002204X（2011）05004304ResearchProgressofRenovatingTechnologyofHeavyMetalContaminatedSiteHUANGHaitaoetal（CollegeofEnvironmentalScienceEngineering，GuilinUniversityof

9、Technology，Guilin，Guangxi541004）AbstractContaminatedsiteswastheproductoflongtermindustrialization.Thepollutionofheavymetalonsitewouldfmedendangeredtheenvironmenthumanhealthseriously.Introducedtheconceptofheavymetalcontam

10、inatedsite，analyzedtheacteristicofheavymetalcontaminatedsites，sourceshazards，describedtheadvancesinrenovatingtechnologyofheavymetalpollutiononsite.KeywdsHeavymetal；Contaminatedsite；Renovatingtechnology基金項(xiàng)目：廣西環(huán)境工程與保護(hù)評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)

11、驗(yàn)室研究基金資助（桂科能0801Z003，桂科能0801K005）。作者簡(jiǎn)介：黃海濤（1978），男，廣西崇左人，碩士，講師，從事重金屬污染環(huán)境修復(fù)研究工作。收稿日期：20110302寧夏農(nóng)林科技，NingxiaJournalofAgri.andFores.Sci.&Tech.2011，52（05）：4346，6843生物修復(fù)是利用生物技術(shù)治理污染土壤的一種新方法。利用生物削減、凈化土壤中的重金屬或降低重金屬毒性。由于該方法效果好，易于

12、操作，處理費(fèi)用低，日益受到人們的重視，成為污染土壤修復(fù)研究的熱點(diǎn)。2.3.1微生物修復(fù)利用微生物修復(fù)受重金屬污染的土壤，主要是依靠微生物降低土壤中重金屬的毒性，或通過(guò)微生物促進(jìn)植物對(duì)重金屬的吸收等其他修復(fù)過(guò)程。重金屬污染的微生物修復(fù)包含2個(gè)方面的技術(shù)，即生物吸附和生物氧化、還原。①生物吸附：重金屬被活的或死的生物體所吸附的過(guò)程；②生物氧化、還原：利用微生物改變重金屬離子的氧化、還原狀態(tài)而降低環(huán)境和水體中的重金屬水平。與有機(jī)污染的微生物修

13、復(fù)相比，關(guān)于重金屬污染的微生物修復(fù)方面的研究和應(yīng)用較少，最近幾年才引起人們的重視。楊卓等以印度芥菜作為超富集植物，通過(guò)盆栽試驗(yàn)研究了巨大芽胞桿菌和膠質(zhì)芽胞桿菌的混合微生物制劑、黑曲霉30177發(fā)酵液對(duì)植物修復(fù)Cd、Pb和Zn污染土壤的作用，結(jié)果表明：巨大芽胞桿菌和膠質(zhì)芽胞桿菌的混合微生物制劑不僅可促進(jìn)超富集植物的生長(zhǎng)，增強(qiáng)超富集植物對(duì)土壤Cd、Pb和Zn的吸收，而且大幅度提高了植物的修復(fù)效率，在添加外源可溶性Cd、Pb和Zn的污染土壤上

14、，可分別使印度芥菜提取量（以植物干質(zhì)量計(jì)）提高1.18、1.54和0.85倍，在添加底泥Cd、Pb和Zn污染的土壤上，可分別使印度芥菜提取量提高4.00、0.64和0.65倍，在底泥污染的土壤上的促進(jìn)效果明顯強(qiáng)于外源添加污染的土壤[23]。常文越等采用從Cr（Ⅵ）污染土壤中篩選出的土著微生物對(duì)某鉻污染場(chǎng)地土樣研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)溫度（25℃最佳）和有機(jī)質(zhì)含量對(duì)Cr（Ⅵ）還原影響顯著。施用菌劑1個(gè)月后，Cr（Ⅵ）的還原可達(dá)90%以上[24]。2

15、.3.2動(dòng)物修復(fù)土壤中的某些低等動(dòng)物能吸收土壤中的重金屬，改變土壤中重金屬的形態(tài)，一定程度上可降低污染土壤中重金屬的含量[2526]。蚯蚓在改良土壤、提高肥力和植物產(chǎn)量方面的作用已為國(guó)內(nèi)外大量試驗(yàn)所證實(shí)[27]。蚯蚓在取食、作穴和排泄代謝產(chǎn)物等生命活動(dòng)過(guò)程中可能對(duì)土壤性質(zhì)和土壤中的重金屬產(chǎn)生直接或間接的影響。如胡鋒等研究表明，蚯蚓糞中有機(jī)碳、有效硼、鉬、鋅、pH、CEC等明顯高于原土[28]；胡秀仁等在用蚯蚓處理垃圾時(shí)發(fā)現(xiàn)，加入蚯蚓后重

16、金屬的溶出量明顯增加[29]；NIU等發(fā)現(xiàn)蚯蚓對(duì)河流底泥中的Cd有明顯富集現(xiàn)象[30]。蚯蚓還能影響土壤微生物存在的種類、數(shù)量和活性[31]，而微生物與重金屬之間也存在著復(fù)雜的相互作用關(guān)系，影響著重金屬存在的種類和有效性[32]，因此可改變植物對(duì)重金屬的吸收和轉(zhuǎn)移。LASAT認(rèn)為研究土壤動(dòng)物、微生物和植物之間的交互作用，對(duì)植物修復(fù)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展有重大意義[33]。將蚯蚓等低等動(dòng)物用于土壤重金屬污染的修復(fù)，即利用蚯蚓活動(dòng)改善土壤性質(zhì)，增

17、加植物生物量，提高土壤中重金屬的植物有效性，強(qiáng)化植物修復(fù)的效果。有研究表明[34]，在對(duì)廣東省某PbZn尾礦土壤進(jìn)行修復(fù)的過(guò)程中，種植木本豆科植物銀合歡（Leucaenaleucocephala）的同時(shí)引入蚯蚓，結(jié)果發(fā)現(xiàn)由于蚯蚓的存在，使銀合歡產(chǎn)量提高了10%～30%，由此導(dǎo)致植物吸收重金屬的比率提高了16%～53%。2.3.3植物修復(fù)該技術(shù)即利用植物根系吸收水分和養(yǎng)分的過(guò)程而吸收、轉(zhuǎn)化污染體（如土壤和水）中的污染物，以期達(dá)到清除污染、

18、修復(fù)或治理的目的。根據(jù)植物修復(fù)原理可將其分為植物提取、植物揮發(fā)、植物穩(wěn)定以及根際過(guò)濾。2.3.3.1植物提取即利用重金屬積累植物或超富集植物萃取出土壤中的重金屬，富集并搬運(yùn)到植物根部可吸收部位和植物地上部分，待植物收獲后再行處理。SALT等把利用超富集植物吸收土壤重金屬并降低其含量的方法稱為持續(xù)植物提取，而把利用鰲合劑來(lái)促進(jìn)普通植物吸收土壤重金屬的方法稱為誘導(dǎo)植物提取[35]。CAFER等研究了EDTA和檸檬酸對(duì)向日葵修復(fù)重金屬污染土壤

19、的影響，結(jié)果表明：在一定濃度下可提高向日葵對(duì)重金屬Cr和Cd的吸收[36]。劉杰等研究了有機(jī)酸對(duì)鉻超富集植物李氏禾吸收Cu的影響，結(jié)果表明：李氏禾地上部質(zhì)量分?jǐn)?shù)隨土壤中有機(jī)酸的質(zhì)量摩爾濃度的增加而增加[37]。2.3.3.2植物揮發(fā)即利用植物促進(jìn)土壤重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓳]發(fā)的形態(tài)，使其揮發(fā)出土壤和植物表面。如利用某些芥子科植物去除土壤中的Hg，這些植物能將從環(huán)境中吸收的Hg還原成氣體而揮發(fā)[38]。還有些植物可將土壤中的Se轉(zhuǎn)化為氣態(tài)形式[3

20、9]。由于這一方法只適用于揮發(fā)性污染物，應(yīng)用范圍很小，且將污染物轉(zhuǎn)移到大氣中對(duì)人類和生物仍有一定的風(fēng)險(xiǎn)，因此該方法的應(yīng)用受到限制。2.3.3.3植物固定即利用耐重金屬植物或超富集植物降低重金屬的活性，通過(guò)固定和鈍化使重金屬吸附于土壤表面，從而降低了重金屬在土壤中的有效態(tài)，達(dá)到減輕重金屬污染的效果，從而減少重金屬被瀝濾到地下水或通過(guò)空氣擴(kuò)散而進(jìn)一步污染環(huán)境的可能性。如植物枝葉分解物、根系分泌物對(duì)重金屬的固定作用，腐殖質(zhì)對(duì)金屬離子鰲合過(guò)程等

21、[4041]。COTTERHOWELLS等研究表明，施磷酸鹽可促使鉛在細(xì)弱剪股穎（Agrostiscapillaris）根際土壤中形成磷氯鉛礦[42]。植物固定不是去除環(huán)境中重金屬的理想方法，只是暫時(shí)將環(huán)境中的重金屬離子固定，使其對(duì)環(huán)境中的生物不產(chǎn)生毒害作用，并未徹底解決環(huán)境中的重金屬污染問(wèn)題。如果環(huán)境條件發(fā)生變化，金屬的生物可利用性可能又會(huì)發(fā)生改變[43]。2.3.3.4根際過(guò)濾植物通過(guò)改變根際環(huán)境（pH、Eh）使重金屬的形態(tài)發(fā)生化學(xué)

22、改變，通過(guò)在植物的根部積累和沉淀，減少重金屬在土壤中的移動(dòng)性[13]。2.4農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)2.4.1農(nóng)藝修復(fù)包括改變耕作制度、調(diào)整作物品種、種植不進(jìn)入食物鏈的植物、選擇能降低土壤重金屬污染的化肥、增施可固定重金屬的有機(jī)肥等措施。研究表明，施肥、使用農(nóng)藥、搭配種植等農(nóng)藝措施可顯著增加植物對(duì)土壤中重金屬的吸收累積量，從而提高植物修復(fù)的效率。黃明等田間試驗(yàn)研究表明，施用不同肥料對(duì)作物吸收重金屬的影響不同，相同條件下施加有機(jī)肥能在一定程度上緩解土

23、壤重金屬污染程度[44]。廖曉勇等田間試驗(yàn)也表明，適量施用磷肥明顯促進(jìn)蜈蚣草生長(zhǎng)，提高其砷含量，增大砷累積量[45]。農(nóng)藝措施較物理、化學(xué)的修復(fù)方法具有簡(jiǎn)單、易操作、成本低等特點(diǎn)，對(duì)修復(fù)重金屬污染程度較低的土壤效果較顯著[46]。2.4.2生態(tài)修復(fù)該技術(shù)將人類所破壞的生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)成具有生物多樣性和功能平衡的本地生態(tài)系統(tǒng)，使之具有某種形式和一定水平的生產(chǎn)力，維持相對(duì)穩(wěn)定的生態(tài)平衡，涉及地球科學(xué)、環(huán)境科學(xué)和生態(tài)學(xué)等眾多領(lǐng)域，通過(guò)調(diào)節(jié)如土壤水