土壤鎘污染修復技術發展現狀

寧校平 陳文清

（四川大學建筑與環境學院，四川成都，610065）

金屬鎘作為五大主要有毒重金屬之一，由于其移動性強、難降解、毒性高、污染面積大，而成為當前最受關注的重金屬之一，在新近發布的《全國土壤污染狀況調查公報》中，土壤中金屬Cd超標率已躍居所有無機污染物超標率第一位。據統計，我國僅農田Cd污染的面積已超過28×104hm2，每年生產的鎘含量超標農產品和動物造成的累積性毒害品達146萬t，南京農業大學的潘根興教授于2007年對國內部分大米市場調查時發現，大約有10%的市售大米存在著鎘超標的情況［1］，某權威研究機構最近對全國市售大米進行調查，結果表明，我國南方如湖南、廣東、廣西、福建、浙江等地均存在大米鎘超標現象，超標率約在5%－15%［2］，種種跡象均表明，我國的土壤鎘污染已嚴重威脅到廣大民眾的生命財產安全，土壤鎘污染治理已勢在必行。筆者綜合最新國內外土壤鎘污染修復案例及研究進展，著力于為后面廣大科研工作者提供相關參考。

1 傳統物理性修復法

該法中常見的有客土法、換土法、翻土法，即通過對污染場地進行回填凈土，移除舊土和深埋污土等方式來置換或稀釋鎘污染土壤，該法對目標修復地而言快速、高效，但是它只是將鎘污染暫時轉移，并未將鎘含量降低，且其工程量耗大，容易改變原有土壤的理化性質，造成土壤中某些必要元素缺失，引發諸多二次污染問題，這也是其他諸如熱處理、填埋法等物理性修復措施存在的主要問題，當前，國內外鮮有采用該法的大工程。

2 電動修復法

許多學者認為電動修復技術也應該歸于物理修復類別，筆者認為電動修復法發展歷史相對較短，為新型物理性修復措施，遂將其獨立于傳統物理修復法類。其基本原理是在污染土壤中施加電極并通入低壓直流電，促使目的區內的污染物通過電遷移、電滲析、電泳等［3－4］方式向電極兩端定向遷移，使污染物富集于電極區［5］。劉國等［6］研究不同電解液（工作液）對電動修復鎘污染效果影響，當電壓梯度為3V/cm，以乙酸為電解液時，去除的Cd含量相比普通電解液增加了67%，Apostles G等［7］探索了在電動修復污染土壤的過程中加入十二烷基磺酸鈉和天然表面活性劑腐植酸對修復的影響，發現這兩種試劑在提升鎘的去除率上均有較好的促進作用。席永慧［8］證實采用間歇斷電法和提高電壓法可分別提高Cd去除率6.17%、0.56%，電能消耗分別節省了51.86%和12.4%，除工作液外，電壓、時間、電極材料、電流大小、重金屬性質、受污染土壤的特性、陰極pH值等因素也是影響電動修復法去除效率及耗能高低的關鍵因子，孟凡生［9］發現電壓、時間、含水率、陰極pH值對電動修復電能消耗的影響程度依次遞減，如何在維持甚至提高現有去除效果前提下控制去除單位污染物耗能值，這是電動修復法未來能否大規模推廣的關鍵點。

3 化學修復法

當前，重金屬形態分析主要依據歐洲參考交流局即BCR提出的劃分方法，將重金屬的形態分為4種，即酸溶態、可氧化態、可還原態和殘渣態。而土壤中重金屬的活性很大程度取決于其賦存狀態，不同形態的重金屬則產生不同的環境效應與生物毒性，而化學修復法則主要通過加入某些化學改良劑以期定向改變土壤中鎘的存在形態或某些特性，改變鎘在介質中的遷移能力或其生物有效性和生物毒性，其主要分為固化/穩定法和淋洗法。

3.1 穩定/固化法

目前常用的土壤改良劑主要有：（1）粘土礦物：如蛭石、沸石、蒙脫石、海泡石等；（2）無機物料：如磷酸鹽、石灰石、粉煤灰、水泥、赤泥、含鐵材料；（3）有機物料：如禽畜糞便、活性污泥、有機堆肥、腐殖酸等。Puga.AP等［10］利用由甘蔗秸稈原料燒制成的生物碳處理一重金屬復合污染的工業礦區，經作用后，可利用態鎘含量降低56%，大大降低了刀豆的鎘吸收量。Grobelak.A等［11］利用石灰、過磷酸鈣或磷酸鉀，配合經好氧消化后的有機污泥處理pH值5.5，Cd濃度為12mg/kg的工業污染場地，結果使鎘的易交換態含量從50%降低至1%。其建議實際應用中可按如下配方進行（每公頃土地）：5.6mg石灰＋9mg磷酸鉀＋11mg污水污泥。固化法是目前研究的熱點，但是如何降低一定時間后目標重金屬再度活化的風險，以及在添加系列改良劑后，如何維持較理想的土壤理化性質是該法面臨的主要挑戰。

3.2 淋洗法

其作用機制是利用淋洗液或化學藥劑與土壤中的污染物結合，并通過淋洗液的溶解、淋洗、固定或螯合等作用，達到修復污染土壤的目的。當前常用的土壤淋洗劑有：（1）無機溶劑：諸如酸、堿、鹽等，主要利用酸解、絡合或離子交換等作用來破壞土壤表面官能團與重金屬形成的絡合物，從而將重金屬置換解吸；（2）螯合劑：包括氨基多羧酸類人工合成螯合劑和天然小分子有機酸類天然螯合劑，其通過螯合作用與鎘離子形成穩定的水溶性絡合物，使重金屬從土壤顆粒表面解吸；（3）表面活性劑：常見化學表面活性劑有十二烷基苯磺酸鈉（LAS）、十二烷基硫酸鈉（SDS）等，另一種為生物表面活性劑，諸如皂角苷、沙凡婷、鼠李糖脂、槐糖脂、環糊精等，Juwarkar等［12］用鼠李糖脂淋洗受Cd污染的土壤，作用36h后，去除率達到92%。淋洗法在實際應用時對場地的土壤粘重、滲透性要求較高，易引發淋洗液帶來的土壤、地下水次生污染問題，而且會淋洗出土壤中某些微量元素，改變土壤的理化性質。

4 生物修復法

生物修復是指利用某些特定的動植物和微生物以較快地吸走或降解土壤中的污染物，以達到修復污染土壤的目的。當前，試圖找到合適的對特定重金屬具有超積累能力的植物是研究熱點，目前文獻報道的超積累植物有近20科、500種，其中十字花科、禾本科居多，主要集中于庭芥屬、蕓苔屬及遏藍菜屬［13－15］，較常見的超積累植物見表1。

表1 鎘污染修復常見超積累植物［13－16］

魏樹和等［16］選取菊科的歐亞旋覆花、小白酒花、歐洲千里光等22種雜草進行金屬鎘積累特性研究，發現歐亞旋覆花、小白酒花等8種植物地上部分的Cd富集系數均大于1，且地上部分含量大于根部含量，具備了超富集植物的基本特征。周青等［17］發現木本植物諸如黃楊、海桐、杉木、香樟及冬青也均具有較強的抗鎘污染能力。

用于修復鎘污染土壤的微生物主要包括：細菌（檸檬酸桿菌、芽孢桿菌、假單胞菌等）、真菌（青霉菌、根霉菌、木霉菌等）和某些小型藻類（馬尾藻、小球藻等）［13，18］。近來，很多科研工作者通過向土壤環境中引入有益微生物、施用特定化學物質或腐殖質等有機物，再配合其他生態輔助措施來改善土壤環境，增強超積累植物對重金屬的富集能力。馬淑敏［19］以北京某區域污灌土為供試土壤，初始全鎘含量為3.45mg/kg，采用蚯蚓－甜高粱復合系統對土壤鎘污染的修復作用及機理進行了研究，試驗表明，杜拉蚓與甜高粱的配合使用，比單純的植物修復優勢明顯。Juan Jiang等［20］發現，針對染料菲與金屬鎘復合污染的土壤，蘇云金芽孢桿菌與小平菇的配合使用，可使小平菇的生物量增產26.68%－43.58%，鎘的生物富集量增加14.29%－97.67%。相比化學方法，生物修復法較溫和，對原生態環境影響相對較小，但修復周期長，修復效果不穩定，一定程度限制了該法的大范圍應用。

5 生態修復法

生態修復法是以廣義的生物修復為基礎，結合各種物理修復、化學修復以及工程技術措施，通過優化組合和技術再造，使之達到效果最優化和耗費最小量化的一種綜合的修復污染環境的方法。其涉及生態學、土壤學、植物學、微生物學、栽培學、化學、物理學以及工程技術等多學科的參與，為生態修復克服現有的單一修復手段存在的多種缺陷和問題創造了有利條件［21］。李培軍等［22］認為生態修復應遵從三原理與三原則，三原理即：生物方法與物理和化學方法優化組合原理、土壤生態系統自凈功能的激活原理、生態因子調控原理；三原則包括：整體優化、循環再生與區域分異原則，主張在給與物理、化學和生物修復更多注意的同時，亦需強調系統的自我凈化功能，強化循環再生、和諧共存的生態理念。

6 問題與展望

由于我國土壤污染修復行業相比國外起步較晚，各種制度建設均不完善；其次，土壤污染修復的復雜性與綜合性決定了當前還很難尋找到一種真正高效、穩定的單一修復技術，因此，未來土壤污染修復必須朝綜合化、合作化、聯動化方向發展，運用生態修復理念，加快探究復合修復手段的影響機制，同時，需更精細化研究方向，深入污染物形態轉化、分子生物學、基因工程研究，從而徹底實現鎘污染土壤修復過程的高效、穩定和綠色。

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