土壤重金属污染现状及修复技术规范

　　1土壤中重金属污染源及其危害

　　1.1镉

　　1.1.1土壤中镉污染的主要来源

　　土壤及自然环境中的镉污染主要来自人为活动的排放，可分为3个方面。

　　（1）在金属冶炼、电子工业、矿山开采等重工业生产中，废气中的镉自然沉降进入土壤、河流。

　　（2）化工、采矿影响城市生活产生的污水，用以农业灌溉，造成污染。

　　（3）磷肥生产过程中，不溶态的镉转化为水溶态，有效性与毒性大大的提高，造成土壤镉的积累。

　　1.1.2镉的作用机理及毒性

　　镉在土壤中发生溶解、凝聚、螯合等反应生成不同形态的镉。其中，以水溶交换态的有效性最强，最易被植物吸收，进而经食物链被人体吸收。镉中毒对肺功能和肾脏功能造成严重损害。长期生活在镉污染区将会导致骨头脆化、骨质疏松、腰椎、脊柱畸形。

　　1.2铅

　　1.2.1土壤中铅污染的主要来源

　　土壤中铅的来源是母质和矿物，在风化沉积过程中释放铅元素。人为的来源主要有3个方面。

　　（1）含铅废气和颗粒物随着雨水沉降进入土壤，造成污染。

　　（2）废弃铅产品。比如，铅酸电池、电缆包皮和建筑垃圾等处理不当，造成污染。

　　（3）含铅污水用于农业灌溉，造成耕层土壤铅积累量显著增加。

　　1.2.2铅的毒性

　　土壤中的铅被植物吸收后，通过食物链最终影响人体。除直接摄入铅污染食品外，铅还可以通过皮肤接触，呼吸道途径进入人体。铅污染对人体健康的危害程度比较显著。它的污染物中毒性很大，且以神经毒性为主的一种重金属元素。重金属铅对人体的骨髓造血系统、神经系统、生殖系统和消化系统等均有不同程度的损害。研究表明，长期受铅污染的孕妇血铅含量明显高于正常孕妇，而胎儿成活率和健康程度明显低于正常胎儿。

　　1.3汞

　　1.3.1土壤汞污染的来源

　　土壤汞的最基本来源是母质风化。其汞元素的含量直接决定着土壤的汞含量。进入土壤的外源汞主要来自工业生产和城市生活的“三废”排放。其中，含汞废气通过大气沉降进入土壤。农业生产中，使用的含汞肥料、农药也是重要来源。

　　1.3.2汞的毒性

　　元素汞不能被人体消化系统吸收，即使误服也可很快排出。汞的氧化物会造成轻微腹泻，大多数人无临床症状。

　　2重金属污染土壤的修复技术

　　2.1概述

　　目前，重金属污染土壤修复技术基于2种思路：（1）把重金属污染物活化，并从土壤中移除。（2）尽可能将重金属污染物稳定在土壤中，减少迁移。

　　2.2物理修复技术

　　物理技术包括排土、客土、深耕、淋洗、电解和热处理法等措施。排土、换土、去表土、客土等一般被认为是治理土壤重金属污染的根本途径。但是，工程量较大。深耕是通过上下翻动土壤，使得表土中的重金属含量降低。

　　（1）淋洗法是把土壤中的重金属提取到淋洗剂中，进而移除土壤中的重金属。

　　（2）电解法是在污染土壤中插入电极，调节土壤的pH。重金属通过土壤溶液向两级富集，进而去除重金属离子。实验结果显示，在粘土内铅离子、铬离子等的去除率可以达到90%以上。

　　（3）热处理法是通过人工升温或降压，使得重金属元素及其化合物挥发而得以去除。在何姗姗等的汞污染修复研究中，热处理去除汞的效率一般在50%以上，有时也可达到90%。

　　2.3化学修复技术

　　化学修复技术主要使用改良剂和化学淋洗法等。改良剂的机理是稳定固化重金属。通过向污染土壤中投入改良剂，调节土壤pH，使土壤重金属发生吸附、螯合、沉淀及其他氧化还原反应，从而降低重金属元素的有效性或使之以毒性较低的价态存在，实现固化、稳定化。现在生产实践中常用的改良剂有石灰、磷酸盐、碳酸钙、硅酸盐等。其中，以磷酸盐为改良剂是目前减少汞有效性和溶解性研究最彻底的方法。席欢等的研究，是向铅污染潮土中加入蜂窝煤灰渣，并分析土壤性质的变化，发现土壤有效磷含量上升，有效铅含量降低，pH值升高，这可能是由于蜂窝煤灰渣本身的pH值较高。化学淋洗法采用生物或化学溶剂作为淋洗剂，将污染土壤的重金属溶解后再分离，即达到修复土壤的目的。唐敏等在砷污染土壤研究中，采用柠檬酸作为砷淋洗剂。结果显示，土壤砷的去除率最高可达70%以上。

　　2.4生物修复技术

　　生物修复技术包含植物修复、动物修复、微生物修复。

　　2.4.1植物修复

　　植物修复是将特定的重金属耐受性的植物种植在被污染的土壤上，污染重金属被吸收到植物中富集，收获后达到修复土壤的目的。植物修复技术根据作用机理不同，还可进一步分为植物稳定、植物提取和植物挥发。

　　（1）植物稳定是起植物根系的吸附和根系分泌物的沉淀作用，可有效降低污染土壤中重金属的有效性，并阻止其通过地下水和食物链途径危害人体。

　　（2）植物提取能够吸收有毒金属污染物，运输到植物的茎叶中储存起来，收获后即达到修复土壤的目的。目前世界上发现的超积累植物接近500种，研究较多的有蜈蚣草对砷的富集，景天对锌的富集，苜蓿对铜的富集，向日葵对镉的富集等。邢维芹等的研究中，在铅污染贫磷潮土上种植黑麦草并补施磷肥进行土壤修复，结果显示，种植黑麦草增加了土壤的铅有效性；施加磷肥促进植物生长，降低土壤铅含量。

　　（3）植物挥发是通过种植一些植物，促进土壤中的重金属污染物转化为可挥发的状态。一般是通过植物根系分泌物、根际微生物与重金属反应实现的。

　　2.4.2动物修复

　　某些低等动物特别是土壤小动物，对重金属具有耐受性，利用动物的这个特性吸收土壤中的重金属，达到土壤修复的目的。根据高岩等的研究，对于砷污染土壤，蚯蚓具有一定的吸收修复能力。

　　2.4.3微生物修复

　　微生物凭借自身生化反应被用以重金属污染土壤的修复，具体通过吸附、沉淀、甲基化等反应进行。目前，可用于重金属吸附的微生物有细菌、丝状真菌、酵母和藻类等。生物沉淀、甲基化反应作用于重金属离子，使之转化为低毒或无毒价态。微生物的分泌物也可以与重金属离子结合反应，产物为稳定的沉淀或络合物，有效减弱了重金属毒性。微生物影响植物根际环境，增强植物根系对重金属的吸附、转化和积累，也可达到修复土壤的目的。相比于其他修复技术，微生物修复的优点在于：不破坏土壤环境、操作简易、成本低等。但微生物的活性易受土壤的环境影响，且不同微生物的修复效果存在差异，都限制了微生物修复技术的推广应用。