土壤重金屬治理方法

1 . 重金屬污染的治理和修復

按照重金屬在土壤中的賦存形態(tài)不同和土壤的性質不同。重金屬污染土壤的修復和治理方法可分為三大類：土壤農化調控法、工程物理化學法及生物修復法。

1.1 工程物理化學法

工程物理化學法是指通過機械法、物理化學法等手段治理土壤重金屬污染的方法，在土壤重金屬污染初期應用該方法效果較好。主要包括：客土法、淋洗沉淀法等。

1.1.1 客土法

客土法是以非污染土壤將污染土壤覆蓋或以非污染土壤置換污染土壤，使污染土壤得到恢復的方法。此法治理效果顯著，但是需要大量的人力與財力，同時恢復土壤結構和肥力所需時間較長，而且不能斷絕二次污染的可能，僅適合小面積污染的治理。

1.1.2 淋洗沉淀法

淋洗沉淀法是用清水或酸性溶液沖洗被污染過的土壤，使重金屬溶解或增加重金屬的溶解性，然后經(jīng)過絡合或沉淀作用使重金屬富集而去除的過程。清水沖洗可以降低土壤中重金屬的濃度，在一定程度上減輕其危害性；另一方面，可以增強重金屬在土壤中的溶解度，再沖洗，從而減輕重金屬污染。

除此之外，熱處理法、電動化學法、污染物固化也屬于物理化學法。它們各有優(yōu)缺點，應根據(jù)實際情況選用適當方法。

1.2 農業(yè)化學調控法

農業(yè)化學調控法指通過調節(jié)土壤 pH、有機質、CEC、土壤水分等因索。從而改變土壤重金屬的水溶性，降低或升高其生物有效性，消減重金屬污染危害或凈化土壤的方法。

1.2.1 土壤pH值調節(jié)

    土壤液的pH值能顯著影響重金屬在土壤中的溶解度。當pH小于 5 時，土壤中重金屬的活性提高，生物有效性增大，尤其是部分碳酸鹽結合態(tài)將變成水溶態(tài)。此時若用堿性物質中和，提高其pH，將大大增強土壤對重金屬的吸附。據(jù)研究表明，施用石灰、礦渣等堿性物質，或鈣鎂磷肥等堿性肥料，能夠減少植物對重金屬的吸收。土壤酸堿性對Cd的活性影響較大，通過對Cd污染的土壤施用石灰，重金屬有效態(tài)含量降低明顯，有效地降低了植物對Cd的吸收。施入硫化鈉等含硫物質能使土壤中重金屬形成硫化物結合態(tài)，生物有效性降低。總之，該法能夠有效降解重金屬在土壤中的溶解度，但同時也使土壤中的其他營養(yǎng)物質如微量元素等大量流失，應該衡量其利害關系后再使用。

1.2.2 離子拮抗

根據(jù)重金屬離子之同的相互拮抗作用，增加某些對植物危害小的或有益的重金屬，可抑制與之相拮抗的重金屬元素，以減少植物對該重金屬的吸收。如根據(jù)鈣可與Zn、Ni、Cu、Pb、Cd等重金屬的拮抗作用，施入Ca²⁺減輕Zn、Ni、Cu、Pb、Cd的毒害；根據(jù)Si和Mn的拮抗作用，在土壤中加入Si，或提高土壤中Si的活性，可以降低植株對Mn的吸收，加入稀土還可降低植物體內重金屬離子含量。人為改變環(huán)境中硒含量，可以減少進入食物鏈中的砷，減輕砷的污染。Zn能降低鳳眼蓮中Cd的含量和對植物體的毒害，還有增加活性Fe、Al、Mn能顯著地減少土壤對Cd的吸附量，活性Si反之。 此外，施加有機質也可降低土壤中重金屬的生物有效性，減少水溶態(tài)重金屬的含量。因為有機質比表面積較大，對重金屬有吸附作用；而其含有大量的官能團對重金屬有絡合作用，而且有機質是促還原物，可降低土壤氧化還原電位，使重金屬發(fā)生鈍化反應而形成硫化物等結合態(tài)沉淀，減少作物對重金屬的吸收作用。同時，有機質可以改良土壤結構。

1.3 生物修復法

生物修復是指利用生物的生命代謝活動減小存在于環(huán)境中有毒物質的濃度或使其完全無害化，從而使污染了的環(huán)境能夠部分或完全恢復到原初狀態(tài)的過程。此技術主要通過兩種途徑來實現(xiàn)對土壤重金屬凈化：（1）生物利用其新陳代謝作用改變重金屬化學形態(tài)，將土壤中的重金屬活性降低，降低其在土壤環(huán)境中的活性和生物可利用性；（2）通過生物吸收和代謝作用達到對土壤重金屬的吸附、凈化與固定作用。 廣義的生物修復，指一切以利用生物為主體的治理環(huán)境污染的技術。它包括通過動植物和微生物吸收、降解、轉化水體和土壤中的有害物質，使其濃度降低直低水平，甚至是直接轉化為無害或對生物有益的物質，也包括將污染物礦化，以減少其向周邊環(huán)境的擴散。其修復類型一般分為植物、微生物和動物修復以及其中兩種或三種的聯(lián)合修復。生物修復技術其作為環(huán)境科學研究中一個邊緣性、多學科交叉的技術，是富有挑戰(zhàn)性的前沿領域。根據(jù)污染物的種類不同，它可分為有機污染生物修復、重金屬污染的修復和放射性物質的生物修復等。 狹義的生物修復，是指利用微生物的吸附和代謝物的螯合作用清除水體或土壤中的污染物，或是降低污染物的毒性或無害化的過程。它包括人為控制或自然條件下的污染物降解、礦化或無害化過程。 生物修復技術因其修復效果好、不產生二次污染、易于管理與操作和投資小等優(yōu)勢，而日益受到人們的重視，其將成為重金屬污染土壤修復研究的熱點。

1.3.1 微生物修復

微生物修復是指利用微生物的吸附和代謝物的螯合作用清除水體或土壤中的污染物，或是降低污染物的毒性或無害化的過程。它包括微生物對重金屬的吸附、溶解、礦化等作用。微生物對重金屬的生物富集主要表現(xiàn)在胞外絡合、沉淀以及胞內累積。一些微生物如藍細菌、假單胞桿菌、硫酸還原菌和某些藻類，能產生胞外聚合物，其含有大量陰性基團的，可以與重金屬絡合，去除或降低重金屬污染。微生物對重金屬的生物轉化主要指微生物對重金屬進行溶解、生物氧化與還原、礦化、甲基化與去甲基化以及改變重金屬的價態(tài)達到轉化重金屬的目的。微生物還具有強的氧化還原能力，從而使其吸收的重金屬被釋放出來。例如在重金屬污染的土壤中加入適量的硫，硫被微生物氧化成硫酸鹽形式，從而使土壤pH值下降，而重金屬的活性升高，使植物更易吸收，達到土壤凈化的效果。

1.3.2 植物修復

    植物修復就是利用能耐受重金屬毒害、能超積累某種或某些重金屬的特點，來修復水體、土壤和底泥等介質中污染物的技術。圖1表述了植物修復當中重金屬遷移、固定與生物利用度的關系。植物修復技術主要包含六種類型：根際過濾、植物萃取、根際修復、植物穩(wěn)定、植物揮發(fā)、植物轉化等技術。國外研究者經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)向日葵、大麻、遏藍菜、高山螢屬類和柳屬的一些植物能夠高效吸收重金屬。誘導植物積累重金屬等污染物的提取修復技術主要包括 2個階段。第一階段將土壤中不溶態(tài)重金屬轉化為可溶態(tài)；第二階段重金屬被植物根際吸附并向植物可收獲的地上部運輸。植物揮發(fā)作用是指植物通過吸收污染物，經(jīng)過在體內的積累和轉化，以氣體形式釋放到大氣中的過程。植物固定修復是指植物根際釋放的小分子物質改變根際土壤環(huán)境，使重金屬活性降低或礦化，其只是一個促進重金屬轉變?yōu)榈投拘孕螒B(tài)的過程。植物修復技術，能在原位修復生態(tài)環(huán)境，不改變生物活性和土壤結構的情況下，通過植物的根系直接將大量的重金屬元素吸收，通過植物地上部分的收獲來修復被污染土壤。但是，土壤中重金屬的生物有效性低和用于植物修復的超累積植物通常都生物量低、植株矮小、生長緩慢、實際應用價值低是制約植物修復技術發(fā)展的瓶頸。

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圖1 土壤中重金屬遷移、固定與生物利用度的關系

2. 總結

控制和治理環(huán)境污染是現(xiàn)今世界面臨的巨大挑戰(zhàn)，特別是重金屬污染土壤的治理是當前國際上研究難點和熱點。目前國內外主要采用物理、化學和生物修復方法，通過如下途徑對污染土壤進行修復，①用稀釋法降低土壤重金屬的濃度；②改變重金屬的物化形態(tài)，使其鈍化或活化，從而增加或降低其在環(huán)境中的遷移性和生物可利用性；③去除土壤重金屬。其中重金屬的植物和微生物聯(lián)合修復技術是一項新興的、綠色的、環(huán)境友好型的和廉價的修復方式。此技術，能在原位修復生態(tài)環(huán)境，不改變生物活性和土壤結構的情況下，通過植物的根系直接將大量的重金屬元素吸收，通過植物地上部分的收獲來修復被污染土壤。但是，土壤中重金屬的生物有效性低和用于植物修復的超累積植物通常都生物量低、植株矮小、生長緩慢、實際應用價值低是制約植物修復技術發(fā)展的瓶頸。為解決植物修復技術發(fā)展的瓶頸，在之前相關研究者所做工作的基礎上，利用某些微生物能夠影響重金屬生物有效性，根際微生物還能促進植物旺盛生長，提高植物抗重金屬濃度，生物防治的作用等特點，通過篩選集抗鎘、活化重金屬、產鐵載體的功能菌，同時研究纖維素高降解菌以綠色環(huán)保的方式處理高富集重金屬植物體，回收重金屬，以此尋求突破植物修復技術的發(fā)展瓶頸。

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