土壤中重金属离子的危害及其治理方法

土壤中重金属离子的危害及其治理方法

李彦蓉

楚雄彝族自治州生态环境局元谋分局生态环境监测站   651300

摘要：随着工业化和城市化的发展，土壤重金属污染问题日益凸显。重金属污染物通过各种途径进入土壤，土壤中的重金属毒素会残留在农作物内，人们食用后会导致重金属的积累，进而引发一系列的健康问题。本文将详细列举土壤重金属污染的危害，并重点阐述相关的防治措施。给出物理、化学以及生物等相关防治手段，为土壤环境的综合治理提供建议，提高污染防治水平。

关键词：土壤重金属污染；危害；治理措施

1土壤重金属污染的研究现状

1.1土壤重金属污染的概念

土壤重金属污染是指人类生产活动中产生的重金属释放到土壤环境中，引起的土壤质量退化的现象。当重金属含量超过农作物承受的范围时，农作物会出现中毒症状，不仅会引起植物产量的减少，严重时会导致植物死亡。铅、汞、铬是目前土壤污染的主要有毒重金属。其来源包括有毒气体的排放、工厂排放的生产污水、农药化肥的使用以及矿山废水污染等人类活动。

1.2我国土壤重金属污染现状

调查显示，我国目前耕地污染面积高达1000万公顷，直接造成每年粮食减产100亿千克，因重金属导致的土壤污染而造成的相关农业经济损失高达约200亿元。在我国的中南、西南、西北地区，土壤中重金属的含量远远超过正常指标，土壤重金属污染严重影响了土壤自循环能力，并破坏了农业可持续发展，造成水环境的污染，危及人类健康和食品安全[1]。

2土壤重金属污染的危害

土壤重金属污染具有长期性，隐蔽性，不可逆性，累积性以及难治理性等特点，一旦发生，将对生态环境和人类健康、财产造成不可估量的损失，这种污染还会通过生物链条传递下去，造成不可逆转的影响。简言之，一旦污染，不仅危害一时，还祸害几世。

2.1对植物的危害

重金属污染造成土壤质量与结构发生改变，直接影响植物的正常生长，当植物长期吸收并积累过多的重金属后，植物体内产生有毒害作用的酶及代谢产物，导致生长受到抑制，最终会造成植株死亡或农作物减产等危害。

2.2对人类健康的危害

土壤重金属污染对人类健康的影响主要是通过食物链和地下水等途径传递。当人类长期食用被重金属污染的农作物和饮用水时，会引发多种疾病，如癌症、肾脏相关疾病等[2]。

2.3对土壤微生物/生物的危害

土壤中存在着大量可调节土壤活性并提供营养物质的微生物和生物，这些生物的生命代谢活动与土壤的理化性质紧密相关，一旦土壤受到重金属的污染，土壤微生物多样性遭到破坏，土壤中的营养物质逐渐损失，肥力下降。土壤中还含有大量的生物催化剂，土壤酶的活性遭到污染影响也活性下降，对应的土壤肥力和活性也随之受到影响。

2.4对水环境的危害

土壤的重金属污染还会破坏周围的水环境。雨水的沉降会使土壤中的部分重金属溶解，造成地表水和地下水污染。同时，土壤重金属污染还能引起土壤盐渍化和盐碱化等次生生态环境问题。

3土壤重金属污染防治措施

3.1工程治理措施

工程措施应用物理或物理化学的知识原理进行土壤重金属污染防治，主要包括换土法、客土法、深耕翻土法、去表土法、玻璃化法、热处理法以及电动修复法等[3-4]。

(1)换土法、客土法和深耕法：将受重金属污染的土壤去除，替换新鲜干净的土壤。客土法：在受重金属污染土壤的表层覆盖一层未受污染的土壤，或将两者混合，降低土壤中重金属含量。去表土法：去除表层受污染严重的土壤，用干净的土壤回填。深耕翻土法：将受重金属污染严重的土壤深耕翻土至深层，深层土壤翻至表面。尽管成本较高，工程量大，客土法对污染物去除效果显著，可以从根本上解决土壤污染问题，尤其适合受重金属污染严重的土壤。

(2)玻璃化法

采用电加热，化石燃料或微波加热等方式，利用高温将土壤中固体污染物融化，冷却后形成结构稳定的玻璃状物质，从而降低土壤中的重金属[5]。玻璃化技术已被广泛应用于飞灰、污泥中重金属的固定及资源化，显示了较大的优势[6-7]。该技术对土壤中的重金属去除效果好，但工程量大且成本高。

(3)解析脱附法

解析脱附技术：包括温解析和热解析。利用部分重金属受热易挥发的特性，采用直接或间接的方法，加热土壤受污染的土壤，挥发后气体被收集，从而达到土壤修复治理效果。目前较为成熟的技术包括：滚筒式热脱附、微波热脱附、流化床式热脱附和远红外线热脱附技术。该方法适用于易挥发的重金属，如汞、铜。然而，热脱附设备成本较高，使用先还需要评估土壤状况，一旦处理不慎，将会破坏土壤结构，使土壤的水分、温度以及有机物等理化性质发生改变。因此，很难实现大规模应用。

(4)电动修复法

电动修复技术是一项新兴的土壤修复手段。其原理是在污染土壤两侧插入电极，施加微弱电流，形成电场。在电场的作用下，阳极区域的金属离子会向阴极定向迁移，从而实现阳极区重金属的去除[8]。电动修复操作简单，修复效率高，对土壤当中的铜、锌去除效果良好。但只适合低渗透性土壤，该技术在修复过程中要谨防渗漏，否则污染范围增大。此外，电极产生的沉淀也会影响处理效果。

3.2化学治理措施

(1)固化/稳定化法

稳定化修复技术是指利用某些化学改良剂来改变土壤中重金属的理化性质，降低其在土壤环境中的生物有效性和迁移性，从而减少动植物对重金属的吸附。钟倩云等人证实碳酸钙的添加使土壤中交换态Pb、Cd、Zn和As的含量显著减少，碳酸钙显著降低了Pb、Cd、Zn的生物有效性[9]。目前已有的固化/稳定化试剂有：生物炭、石灰、钢渣、沥青、磷酸盐、硅酸盐、窑灰等无机试剂以及纳米级氧化物颗粒。其中，含铁的纳米级氧化物颗粒通过晶格固定作用来固定或吸附重金属[10]。不同的固化/稳定化试剂在实际操作过程中的效果不同，且均不能改变土壤中重金属的含量，一旦外界环境发生改变，重金属有可能重新回到土壤中。

(2)淋洗法

在治理污染的过程中，根据土壤受污染程度的不同会选择相对适合的处理技术。淋洗法是借助清水或淋洗液对受重金属污染的土壤进行淋洗，在淋洗过程中会发生吸附、螯合、离子交换以及沉淀等反应过程。最后收集淋洗过后的溶液并进行处理，从而去除重金属的作用。土壤淋洗可以实现原位修复亦可进行异位修复。目前应用最多的淋洗剂为表面活性剂，常被用于处理土壤和地下水。研究发现，表面活性剂去除重金属的作用是水的50倍之多[11]。该技术淋洗的反应过程快，处理时间短，效果好。我国南方黏土居多，淋洗技术的应用非常受限。因此，我们应该加大开展淋洗液的优化调整相关的研究工作，研发出更加环保低廉的淋洗液。

3.3生物处理措施

(1)微生物处理法

土壤中存在大量的微生物。细菌、真菌在新陈代谢过程中，通过吸收、转化、溶解、固定以及沉淀等方式来降低土壤中的重金属的含量。研究表明，绿脓杆菌、粪产碱杆菌以及铜绿假单胞菌能有效降低土壤中镉的含量[12]。生物修复成本低廉，具备维护土壤理化性质这一优势，对肥力的保护有着良好的作用，并且绿色环保。

(2)植物处理法

植物修复技术是基于植物具有耐受或超积累某些化合物特性的能力，利用植物根系及其根基微生物的富集、吸收、蒸腾、沉淀、结合、固定作用，减少或去除土壤中的重金属，包括植物提取、植物挥发、植物稳定以及植物过滤四类。植物提取是将污染物通过根系吸收和富集，达到最大植物吸收能力时，将植物收割，并多次种植以达到降低重金属含量。该技术方法的局限在于涉及的相关植物生长缓慢，不具备推广性。植物挥发是指植物通过吸收作用将重金属吸收进入植物的根茎叶，并通过蒸腾作用从叶片挥发出去。该技术的不足之处在于蒸发出去的气体直接导致大气环境受到污染。植物稳定是利用植物对重金属的耐受作用，植物根系吸收，沉淀，结合后达到固定重金属的作用。该方法重金属转移机制不明确，可能导致二次污染。植物过滤是利用植物根系吸收作用，将流经植物根系的水环境中的重金属吸附和固定在植物体内，达到净化水环境作用。该方法适合浓度低，较为干净的水体，该技术应用前景较大。

(3）动物处理法

动物处理法主要运用动物在生长，繁殖的生命活动过程中吸收，转化土壤中的重金属，或抑制重金属毒性。而腐生波豆虫和梅氏扁豆虫可作为铅锌矿污染土壤中的指示动物[13]。该方法优点是土壤中的污染废物正是土壤动物的食物，可以高效快速被处理，对周围环境影响小，没有二次污染。

3.4 联合治理措施

联合治理措施的优势在于取长补短，以获得最优条件，从而达到最佳处理效果。如植物－微生物联合修复，微生物的生命活动影响根际土壤中重金属的生物吸收率，进而促进超富集植物对重金属的积累。潘伟斌等人也提出利用小飞扬草联合芽孢杆菌/假单胞菌来修复重金属 Pb、Cd 污染的土壤[14]。这些技术的联用能够更好地恢复土壤性能，减轻土壤的污染程度。

4结论与展望

重金属污染不仅仅是环境问题，与粮食安全、人类健康等诸多方面也息息相关。我国的重金属污染的耕地面积广（约占全国耕地面积的1/5），重金属含量多，无法采用与日本类似的客土法。重金属污染的治理应从联合治理的方向入手，提高修复效率的同时，减少对环境的二次污染。综上，提出以下几点措施来应对土壤重金属污染问题：

（1）从污染源入手，推广绿色环保的工艺流程，尽可能降低重金属污染物排放。

（2）加强政府监管，完善法律，对违反环境保护法的，要加大惩罚力度。

（3）对排放的污染物进行回收，利用技术手段达到二次利用。

（4）严格管控农业生产活动，合理施肥。在保证经济效益的同时兼顾绿色环保。

（5）研究推广高效的、绿色的土壤修复技术，对污染的土壤进行有效的处理，保证修复土壤的稳定性、安全性。

（6）宣传绿色安全环保的相关知识，支持购买绿色环保的工艺产品。

参考文献

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