浅谈土壤重金属污染治理与生态修复
介绍
随着社会经济、科技、工业、建筑业的快速发展，可用土壤资源日益稀缺，水土流失和污染极为严重。 特别是重金属污染严重威胁土壤生态安全。 土壤重金属主要有汞、锌、镉、铜、铅、铬等。数据显示，我国受重金属污染的土壤已超过333万公顷，且近年来仍有增长趋势。 研究土壤重金属污染的治理技术和生态修复方法具有重要的理论价值和现实意义。
1 土壤重金属污染来源
我国16.1%的土壤存在不同程度的重金属污染问题，其中重度污染比例为1.1%，中度污染为1.5%，轻度污染为2.3%，轻度污染为11.2%。 从分布区域看，土壤重金属污染南方重于北方，其中东北工业基地、长三角、珠三角重金属污染较为严重。
1.1 工业污染
工业也是土壤重金属污染的主要来源。 特别是近年来，我国追求经济技术发展。 工业生产在带来巨大经济效益的同时，也对自然生态平衡与稳定造成了严重破坏。 污水排放是最典型、最常见的工业污染形式。 排放的工业污水中含有大量的重金属物质。 一些工业企业为了节约成本、实现利润最大化，不按照规定要求对污水进行处理，甚至直接将污水处理后不经过任何处理就直接排入河道，对河流造成重金属污染。周围的土壤。
1.2 大气沉降
工业生产中会产生各种含有重金属元素的有毒有害气体。 当气体自然沉降时，它们与雨、雪、雾一起落入土壤，最终造成土壤污染。 有毒气体主要来源于工业生产废气。 长期以来，我国没有发布工业废气排放指标。 冒着大量黑烟的工厂烟囱随处可见。 此外，矿石开采和冶炼还会产生粉尘和有毒气体，以及汽车尾气排放。 这些含有重金属的气体最终会随着大气沉降到土壤中。 大气沉降的范围极其广泛。 它不仅会污染当地的土壤，还会随着空气层中气流的运动飘到其他地方，对其他地区的土壤造成污染。
1.3 污水灌溉
这部分污染主要来自农田灌溉水。 处理后的城市污水原本应该用于灌溉农田，但很多城市污水并没有经过严格、科学的处理。 污水中仍含有多种重金属元素，随着灌溉渗入土壤。 随着重金属元素在土壤中不断积累，重金属污染越来越严重，特别是在北方农田工业较发达的地区。 这种污染现象尤为明显，主要发生在旱地。
2 土壤重金属污染原因分析
2.1 人为因素
例如，工厂擅自排放未经处理的废弃物、废气，严重破坏土壤环境。 各种重金属通过施肥和喷洒农药进入土壤。 如果农药、化肥的使用未经控制和管理，不仅不能促进作物生长，还会加剧土壤污染。 特别是一些农药、磷肥中含有无机化合物和有毒物质，很可能破坏土壤的生态平衡和原有结构，加剧重金属污染。
2.2 自然因素
例如，风力和水力等自然变化会增加土壤中的重金属元素。 地表的各种岩石因风化而形成风化物。 风化物的结构是松散的。 一些岩石中原本难以被植物吸收的元素，会通过风化作用而传递出去。 形成的产物被植物充分吸收利用，并在植物体内富集。 土壤中的重金属也会因风、水等自然因素发生迁移，进一步扩大污染面积。
3、土壤重金属污染治理与生态修复技术
重金属主要存在于矿物颗粒和某些物质的表面。 土壤中的重金属有多种形态，可以通过各种物理和化学变化转化为不同的形态。 污染土壤修复就是去除对土壤有害的重金属，使其低毒甚至无毒。 重金属以多种形式存在。 控制和修复土壤中的重金属，应根据土壤的形态特征选择修复技术，抑制重金属的扩散。
3.1 生物修复技术
(1)动物修复。 利用老鼠、蚯蚓等动物的生长特性来吸收土壤中的重金属污染物，从而达到治理污染土壤的效果。 动物实验表明，重金属污染不会对蚯蚓造成严重影响，在一些轻度或中度污染的土壤中可以发现蚯蚓。 蚯蚓具有良好的耐受性，利用这一特性可以富集土壤中的重金属，通过金属的富集和蚯蚓的吸收来净化土壤环境。
(2)植物修复。 利用绿色植物吸收土壤中的有害重金属元素，通过转移转化污染物来净化土壤。 植物修复的最大优点是无二次污染，不破坏土壤原生态环境，处理成本低。 植物修复的方法主要有两种，一是植物提取，二是挥发。 植物的根系和植物的固化特性也是重要的修复方法。 植物提取技术利用植物良好的富集重金属元素的能力来吸收和转移污染物。 十字花科植物可用于植物修复。 植物挥发主要是利用植物自身的生理功能，将土壤中易挥发的重金属元素（如砷、汞等）转移到大气中。 但这种方法很容易造成二次污染，因此其应用有很大的局限性。 植物固化利用植物生长过程中产生的特殊物质来转移重金属污染物，减少其对土壤的毒性和危害。
(3)微生物修复。 该修复技术利用微生物代谢的特点来降低土壤中重金属污染物的毒性。 微生物在代谢活动过程中，会富集、吸收、氧化还原土壤中的重金属物质，最终达到修复土壤生态环境的目的。 。 例如，一些藻类、蓝藻、硫酸盐还原菌等在代谢过程中产生的糖类可以富集重金属。 革兰氏阳性菌也有这种作用，能有效吸收土壤中的铅、镍等元素。 有些异养微生物还具有氧化还原作用，可以改变土壤中重金属元素的价态，以降低其毒性。
3.2 物理修复技术
(1)换土、深耕。 该方法主要用于土壤轻度污染地区，让污染土壤与未污染土壤混合，降低土壤中重金属元素的含量。 未污染土壤的性质应尽可能与污染土壤相似，这样可以改善土壤的生态质量。 也可以通过深耕将深层、未受污染的土壤挖到地表，但深层土壤含有机质较少，所以中耕时需要添加适量的有机肥。
(2)固化方法。 在土壤中添加稳定剂和固化剂，使受重金属污染的土壤固化，使重金属与添加剂发生化学和物理反应。 例如：重金属离子与固化剂结合后，将重金属离子包裹起来，然后加入稳定剂，使金属离子形成稳定的包裹结构，不会因包裹而造成污染。释放到土壤中。 但固化法不适合长期应用，因为时间一长，重金属物质会释放出来，对土壤造成二次污染。 选择固化剂时应保证其不含重金属元素，同时能达到稳定和固化的效果。 常用的固化剂有沸石、赤泥、骨炭等，为了提高固化剂的应用效果，后期应进行跟踪调查，避免重金属释放造成土壤环境二次污染。
(3)电动法。 将直流电和交流电通入被污染的土壤中，让土壤变成“电池”。 在持续电流的作用下，土壤中的重金属会向电极两端移动，达到去除重金属离子的目的。 电动修复法最早在美国发展起来，现已成为商业上广泛应用的金属离子去除技术。 但这种修复技术可能会因电场的作用而破坏土壤中的微生物，在技术层面还需要进一步改进。
(4)热脱附法。 热脱附法的研究始于20世纪80年代。 这是一种通过热解吸技术对土壤进行热处理的方法。 即，通过加热土壤，使土壤升温。 在高温环境下，土壤中的各种重金属离子会以蒸汽的形式挥发出来，而重金属气体也可以利用收集系统进行回收和处理。 热脱附法应用过程中，温度可随意调节。 以315℃为临界点，热脱附法可分为高温热脱附和低温热脱附两种形式。 该技术在挥发性重金属污染土壤修复中具有良好的应用效果。 成本高、能耗大、土壤生态结构易遭到破坏，因此未得到广泛推广。
3.3 化学修复技术
(1)洗脱法。 将溶剂注入受重金属污染的土壤中。 由于溶剂可以与重金属结合并熔化它们，因此可以将重金属转化为液体形式以进行液相萃取和分离。 淋滤法主要适用于沙质土壤。 如果土壤渗透性较强，则不适合此方法，因为它很容易破坏土壤结构，严重降低重金属的去除效果。
(2)玻璃化冷冻法。 玻璃化修复需要在高温高压环境下进行，以达到熔化土壤中重金属的目的。 熔化冷却后，玻璃体将重金属包裹起来，从而实现重金属的去除。 玻璃化修复方法可以从根本上解决重金属污染问题，且去除效果良好，但相应的操作流程会相对复杂。 熔化土壤中的重金属技术要求高，需要高温高压条件，修复成本高，因此应用范围受到限制。
3.4 复合修复技术
本文主要介绍渗透性反应墙技术（PRB），它是一种可以拦截、封堵污染羽流并进行修复的地下水原位修复技术，无论是拦截还是封堵。 破坏或修复均在原位完成。 PRB采用特定的反应介质，主要安装在地下，通过生物或非生物作用转化地下水中含有的污染物，使污染物以环境可以接受的方式存在。 PRB不会改变地下水的流动性，也不会破坏地下水的水文地质。
结论
随着土壤重金属污染日益严重，控制污染、改善土壤生态环境备受社会关注。 重金属污染土壤修复本质上是指去除土壤中的重金属，或者改变重金属在土壤中的存在方式，使其不再对土壤造成危害，以恢复土壤原有的生态和生产功能。 重金属污染土壤的治理修复是一项难度大、耗时长的系统工程。 需要多种修复技术相结合，因地制宜制定治理方案，才能有效抑制土壤污染。
摘自：《资源节约与环境保护》2021年第9期
