土壤重金属污染修复技术研究

土壤重金属污染修复技术研究

汪婷婷

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摘要：由于我国工业化不断的发展、矿产资源的不合理开发利用、农药的不合理利用、污水浇灌农田等，加剧了土壤污染。至今，污水灌溉的占地面积达到135万hm左右，重金属污染则达到该面积的64%左右。土壤重金属污染引发的农产品质量安全问题等群体性事件逐年增多，严重危及人民群众的健康安全，如不及时采取防治措施，将严重影响社会稳定和经济发展。面临此现象，我们主要采取工程、物理－化学以及生物修复技术去解决，从而为土壤重金属污染修复治理提供科学依据。

关键词：土壤；重金属污染；修复技术

引言

目前土壤污染问题日益严重，其中以重金属和有机物污染最为突出，在世界范围内引起了普遍的关注。土壤污染不仅会直接影响农作物的生长，而且会间接造成地下水的污染，给人类生活带来潜在的威胁。针对这种严峻的现状目前发展了一系列的污染土壤的治理技术。其中，原位修复技术由于其简便、快捷、低耗的特点而被认为是一种绿色的修复方法。

在诸多的原位修复技术中，电动力学修复技术是近十年才兴起的一种新型修复技术，在实验中已经取得了可喜成果，目前已证实了其在处理常见重金属如Pb、Cr、Cd、Cu、Hg、Zn 及放射性核素等方面的有效性。但是，该技术目前大多处于室内实验阶段，应用层面的研究需要进一步深入。本文系统阐述了电动力学修复技术的基本原理和最新研究进展，指出了研究中需要克服的技术障碍，并对其应用前景作了展望。

一、重金属污染现状

目前，我国遭受重金属污染的土壤面积较广，但是针对重金属污染土地的治理效果不佳。如前几年媒体报道的镉大米事件，就是土壤遭受了重金属镉的污染，而导致污染的土壤中种植的水稻因时间的推移而累积，就形成了著名的镉大米事件，人们食用有毒的镉大米在体内累积到一定的程度，就会造成中毒现象，引起骨痛病，严重影响了人的健康。另外，我国土壤污染主要地区为矿区污染，特别是云贵高原地区，虽然各种金属矿产资源丰富，但是也成为土壤重金属污染较为严重的区域。

西北地区的石油、天然气资源是我国重工业发展的重要能源物质，这些能源物质的过度开发，会使土壤的土质结构层发生改变，影响土壤本身的结构组成，也是土壤污染的表现形式之一。我国是铅矿资源较为丰富的国家，同时也是生产与消费大国，铅是一种对机体危害较为严重的重金属，特别是儿童，对铅的敏感性较高，容易导致儿童血铅超标的问题。因此，我国提出多种预防土壤的重金属污染的措施，如重金属污染防治“十二五”规划，力争解决我国土壤重金属污染严重的问题。

对于各种土壤污染造成的经济损失，目前尚缺乏系统的调查资料。仅以土壤重金属污染为例，全国每年就因重金属污染而减产粮食1000多万吨，另外被重金属污染的粮食每年也多达1200万吨，合计经济损失至少达到200亿元。由农药和有机物污染、放射性污染、病原菌污染等其他类型的土壤污染所导致的经济损失，目前尚难以估计。但是，这些类型的污染问题在国内确实存在，甚至很严重。例如：我国天津蓟运河畔的农田，曾因引灌被三氯乙醛污染的河水矿山重金属污染七坡化学修复技术研究而导致数万亩小麦受害。

二、化学修复技术的方法和原理

目前应用较为广泛的两类重金属污染土壤化学修复技术是化学萃取技术和化学改良技术。两类技术根据土壤重金属污染的程度有不同的应用范畴：化学萃取技术一般用于重金属含量高、污染特别严重、直接的植物修复难以进行的土壤的修复，修复的同时有望对一些重金属元素进行回收：化学改良技术一般应用于土壤中重金属含量超标不多的土壤，通过技术的运用基本上可以使得土壤中有效态重金属的含量降低到对环境及人类无害的水平。

化学萃取是利用一些萃取剂的水溶液通过化学和物理的方法将污染物质从土壤颗粒分离或解吸到萃取液中而去除的技术。由于重金属一般富集于小的颗粒性土壤中，所以物理分离除去大颗粒的土壤可以大大减少需要化学萃取的土壤量。常用的土壤重金属萃取剂有螯合试剂如EDTADTPA和NTA等和无机酸如HN03，有机酸如柠檬酸等，根据其修复方式可以分为原位清洗技术（见图2.1)异位清洗技术以及搅拌萃取技术等。原位清洗技术主要通过原位清洗液灌注和滤液回收

来去除土壤中的重金属，优点是成本较低，工艺较为简单，缺点是重金属去除效率低，对地下水污染存在一定的风险性。异位清洗技术主要通过土壤柱清洗工艺来去除土壤中的重金属，优点是可以克服对地下水的二次污染，缺点是重金属去除效率低，处理成本偏高。搅拌萃取技术是在搅拌反应器中使萃取液与土壤经过长时间的充分混合然后滤除萃取液而去除土壤中的重金属的技术，优点是重金属去除效率高，二次污染风险小，缺点是处理成本太高。化学清洗液或者萃取液中往往含有大量的重金属，如果不加以处理而直接排放会造成二次污染。常用的处理方法有离子交换柱法，化学沉淀法和电解法。

三、电动力学修复重金属污染土壤的主要方法及其组合技术

电动用于污染土壤的修复首先由美国的Acar15）提出，并进行了直接的电动原位去除重金属的研究，通过将电极直接插入土壤中利用电渗析和电迁移作用去除土壤中的污染物质。在对 Pb的去除实验中发现，Ca 和 Pb在阳极附近被部分去除，并在另外地方发生沉积；阴极附近 Ca 的沉积阻塞土壤空隙进而阻止了Pb和其他物质的进一步迁移。Acar5同时认为电迁移是物质传输的主要动力。直接电动原位去除重金属由于在阳极和阴极上生成的H和OH使得阳极的pH降至2以下，阴极pH升至12以上，H和OH分别在电场作用下向阴极和阳极迁移扩散影响整个土壤体系的化学过程。氢离子有利于物质从土壤表面的解吸附和土壤中盐类物质的溶解，并降低土壤电渗透系数和zeta电位，使得电渗流减弱：氢氧根离子迁移过程中会导致金属离子的提前沉淀进而降低去除效率；一些两性金属的阳离子也可能在碱性环境下变为酸根阴离子而改变迁移方向；沉淀的形成堵塞土壤空隙同时使得电压降的增加，能耗增加。已有的研究结果表明，直接的原位去除方法由于不能很好地控制土壤体系pH的变化，处理效率往往较低。

结语

当前，土壤重金属污染问题日益凸显，关于土壤污染修复技术的研究也越来越受到科研人员以及工程技术人员的关注。土壤重金属污染修复技术众多，在选取修复技术时，应根据污染物性质（种类、浓度、形态等）、土壤性质（pH、渗透率等）、污染程度、修复目标、修复成本、修复技术的适用性等因素综合考虑，选择最适合的修复技术或组合，达到高效、低耗的效果。重金属污染土壤中，普遍存在多种污染物复合、混合污染土壤的现象，单项修复技术则难以达到修复目标，需要协同两种以上的技术联合修复土壤，联合修复技术不仅可以提高污染土壤的修复速率与效率，而且可以克服单项修复技术的局限性。

参考文献

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