江保庆1 吴巍2 李银光2 吴启模2 囊恩昌2*
（1.中冶集团武汉勘察研究院有限公司 430080；2.云南易清环境科技有限公司 650000）
摘 要：近年来，随着我国工业化、城市化飞速发展，土壤重金属污染事件层出不穷，严重影响广大群众的身体健康，因此土壤重金属污染与防治成为人们关注的环境问题之一。本文针对土壤重金属污染现状，结合作者多年的工作经验，综述了近年来国内外有关重金属污染土壤修复技术，对主流处理技术的基本原理、适用范围等进行总结概括，为我国重金属污染土壤的修复提供借鉴和参考。
关键词：土壤治理；重金属；污染土壤
引言
土壤作为生态环境中重要的部分，给人类带来了丰富的资源和财富，促进了工农业的发展，但是由于人们的不合理开发、土地滥用等原因导致土壤污染的情况十分严重。大量工业废水不合理的排放、不合格的农药和化肥的使用、以及在矿山开采和冶炼过程中忽视了废矿渣的收集，使得土壤中重金属含量严重超标，在不断地积累下呈现出隐蔽、长期、表聚、不可逆性的特点，然后土壤中的重金属离子经过水环境直接被植物根系吸收，通过食物链富集，最终危害到人类的健康。因此土壤重金属污染的治理也逐步进入人们的视野之中。
1 重金属污染土壤现状
1.1 总体情况
2014年根据环保部联合国土部发布的《全国土壤污染状况调查公报》来看[1]，我国的土壤环境污染十分严重，全国土壤超标率达16.1%，其中重金属污染尤为严重，占全部超标点位82.8%。
以污染情况分布来看，南方土壤污染情况比北方严重；尤其长三角、珠三角、东北老工业基地等工业基地污染尤为严重；镉、汞、砷、铅4种无机污染物含量分布呈现从西北到东南、从东北到西南方向逐渐升高的态势。
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（镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍 8 种无机污染物点位超标
率分别为 7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%）
图1- 1无机污染物超标情况
Fig. 1-1 The situation of Inorganic Pollutant exceed standard
2002年，南京环境科学研究所对部分经济发达、工业化水平高的地区开展了土壤环境质量状况调查[2]，结果表明：珠三角地区近四成的农田存在重金属超标情况，其中严重超标的土壤占10%。而长三角地区由于重金属污染导致土壤生产力丧失的比例也高达10%，其中主要是Cd、As超标。
综上所述，我国土壤重金属污染已经成为比较严重的环境问题， 必须引起足够的重视。
2 土壤重金属污染的来源
2.1 自然灾害污染
自然环境中土壤、矿山都含有一定量的重金属元素，当发生一些严重的地质灾害，比如火山爆发、地震等，然后通过降水、风传播等自然传播方式将这些重金属元素散播至干净的土壤中，因而导致土壤总金属污染。
2.2 大气沉降污染
大气中的重金属主要来源于工业生产、汽车尾气中存在的大量含重金属的有害气体和粉尘等。以工业生产为例，在之前的工业生产中，由于一味地追求经济发展，国内并没有出台相应的排放标准，大量的工业生产废气和烟雾没有经过任何净化处理就直接排放至大气中，由于重金属的比重远大于空气，使得这些废气通过物理沉降作用渗透到土壤中，从而造成严重的土壤污染。
2.3 农业生产污染
伴随着城镇化水平的进一步提高，农业的耕地面积不断减少，但是为了保证农产品的产量和质量，从事农业劳动者就不得不通过施加化肥和农药来缩短农作物的生产周期，既实现了农作物增产的目的，又保证了农作物的品质。常用的钾肥主要来源于矿石或者硬矿盐，而在制备过程中难免会有些伴生的重金属掺杂其中，加上农业劳动者对化肥用量不太了解，大量的化肥并没有完全被农作物吸收利用，逐渐在土壤中的富集，从而造成重金属污染，严重可导致土壤失去生产能力。
2.4 污水灌溉污染
由于我国的水资源分布极度不均匀，主要呈东南多西北少的现状，因此北方的水资源相对比较匮乏，但是北方却拥有大量的平原，但是为了保证农作物的灌溉，只能通过引入临近的河水的方式进行灌溉。但是大多数的河水并没有经过净化处理就直接引入农田，使得农作物以及土壤遭到严重的污染。
污水灌溉的发展主要可以分为三个阶段，第一个阶段是从1950年到1960年，当时人们以为污水中的物质可以为农田增肥，同时可以解决工业废水排放的问题，因此人们开始使用污水对农田进行灌溉。第二个阶段从1960年到1970年，环境问题逐渐显露，人们开始对污水灌溉农田产生一定的质疑，但是由于水资源匮乏，而污水排放量逐渐增多，因此越来越多的农田继续使用污水对农田进行灌溉。第三个阶段是从1970年开始，由于城市化、工业化水平的逐渐提升，污水的成本也发生了明显的变化。1993年中国环境状况公报显示，我国污水灌溉污染的农田面积为330万hm2，同时对污水灌溉的土壤进行调查，结果显示超过半成的污水灌溉土壤已经发生严重的重金属污染。
2.5生活垃圾污染
人们不适当的生活方式也会对环境造成一定的污染，比如：人们对垃圾分类回收的观念还不是很熟悉，以至于常常将废旧的电子垃圾与普通的生活垃圾混合，然后经过城市的垃圾回收车回收后直接焚烧或者堆肥处理后直接进入农田中，导致电子垃圾中的重金属（Hg、Cd、Zn、Mn、Ni、Fe和Cu）不断渗透进入土壤，并富集，从而影响到土壤健康。因此，近年来我国多个城市开始推广垃圾分类的措施，一方面可以降低重金属污染的来源，另一方面降低垃圾处理站的工作量，提升垃圾处理效率。
3 土壤重金属污染的危害
土壤重金属最直接的危害就是对土壤中的植物造成不可逆的影响，通过破坏其细胞膜的方式，致使其生长受到限制，同时植物根系会吸收土壤中游离的重金属离子，并通过一级消费者、二级消费者逐步将重金属传播至更高级的消费者体内，严重影响人类的身体健康，常见重金属中毒事件也层出不穷，比如：“镉”大米、水俣病等。另一方面，重金属进入土壤后会危害到原本土壤中微生物的正常活动，致使微生物无法正常进行降解，土壤逐渐损失土壤的肥力，从而失去生产能力。
4 土壤重金属污染的修复方法
4.1 物理修复技术
物理修复技术是利用物理学中的相关原理，对土壤中的重金属污染问题展开有效治理的一种方法。该方法的处理效果好，稳定性高。不足之处则是处理过程和处理工艺复杂，成本比较高，而且利用物理手段进行处理后的土壤，肥力会下降。
4.1.1 换土法、客土法、深耕翻土法、去表层土法
换土法是将受到重金属污染的土壤通过机械手段搬运至污染土壤处理中心，然后将干净的土壤回填至受污染地点。客土法是将干净土壤和污染土壤搅拌混合后，将污染土壤中的重金属浓度降低至限制浓度以内。深耕翻土法是通过对土壤反复上下翻动，降低重金属污染的浓度，但是扩大了重金属污染范围。去表土法是利用重金属仅对表层存在污染的性质，将表土去除后实现土壤治理的效果。
这类治理方法的特点是处理周期短、效果好，但是工程量巨大导致投资费用高，同时存在二次污染的风险，因此只适用于小面积的重金属污染土壤修复。
4.1.2 电动力修复技术
电动力修复技术通过向污染土壤中插入电极，并施加电流，在电流的作用下，金属离子在土壤中发生电迁移、电渗流、电泳等过程，在电极附近富集进而进行集中处理的技术。该技术具有操作简单，处理效果好、不会存在大范围的二次污染等优点，适用于小范围修复渗透性差、传导性好的粘性土壤。
4.1.3 热脱附修复技术
热脱附法[3]是指通过回转窑、蒸汽等物理加热方式对污染土壤进行加热升温，使土壤中的易挥发的污染物（如Hg、As、Se等）挥发并进行收集处理，从而实现土壤修复效果的技术。该技术工艺简单、技术成熟，且对土壤中易挥发重金属去除效果好，但是对于难挥发的金属无法实现较好的处理效果。
4.2 化学修复技术
与物理技术相比，重金属污染土壤的化学修复技术发展时间较早，化学修复是主要是通过向污染土壤中添加一些化学物质将土壤中的重金属转化为难降解的化合物，降低重金属的迁移从而实现土壤治理和修复的目的。由于化学修复是在土壤原位上进行，不会破坏土地结构，简单易行。但是化学修复只是改变了重金属在土壤中的存在形态，并没有去除，如果这些化合物分解就会造成二次污染。
4.2.1 土壤淋洗技术
土壤淋洗技术[4]是通过特有装置向重金属污染土壤中注入淋洗剂，淋洗剂和重金属发生一定的化学反应（离子交换、沉淀、螯合、吸附），然后利用清水将反应后的重金属由固相向液相转移，经过收集液相物流，对其进行处理的技术。
土壤淋洗技术具有设备简单，修复周期短，处理效果好，适用于大面积、重度污染土壤的治理等优点，但是该技术对土壤的渗透系数有一定要求，一般渗透性好的土壤处理效果较好。同时需要妥善处理淋洗剂，避免发生二次污染，常见的处理方法有离子置换法、转移络合法、电化学法等。
4.2.2 固化/稳定化技术
固化/稳定化技术[5]是向污染土壤中加入一些特定的固化/稳定化药剂，通过改变土壤的理化性质或者直接和土壤中的重金属发生化学反应（沉淀、吸附、配位、有机络合和氧化还原作用）以此改变重金属的形态，从而实现降低重金属浓度和迁移性的目的。常见的固化/稳定化药剂有石灰、磷灰石、沸石、硅酸盐、凹凸棒石和蛭石等。
该技术操作简单，治理费用相对较低，且药剂较为常见，成本投入低，适用于大面积中、低浓度重金属污染土壤的修复，有着广阔的应用前景。
4.3 生物修复技术
生物修复技术[6]是利用微生物或植物的生命代谢活动，改变重金属在土壤中的化学形态，使重金属固定，将有害物质转化为无害物质的过程，降低其在土壤中的迁移性。
该方法效果好，易于操作，但是能处理的重金属污染浓度有限。21世纪以后生物修复技术成为了我国的一种重要的土壤修复技术以及绿色能源技术，与其他修复技术相比，生物修复技术能够有效的降低二次污染的几率，因此该方法可以被用来修复大面积的重金属污染土壤，同时该技术仅需要消耗较少的能量，使它成为了目前我国相对安全的土壤修复技术。
4.3.1 植物修复技术
植物修复技术是通过植物根系将污染土壤中的污染物固定在根系附近，然后通过根系的吸收作用慢慢地将污染物进行吸收，使整个污染土壤的污染物降低至低毒的一种新型修复技术。该技术一般可以用来处理重金属、芳香烃、轻质烃以及放射性元素污染的土壤。相较于其他技术，植物修复技术除了拥有成本低廉、环保、稳定等优点，同时还可以处理污染土壤周围的水体、大气中的污染物，实现整个生态环境的改良。
4.3.2 微生物修复技术
微生物是通过培养具有一定功能的微生物种群，然后利用这些微生物的代谢能力吸收和降解污染土壤中的污染物，将有毒的污染物降解转化为低毒或者无毒的物质。该技术同样是具有成本低廉、处理土壤范围广、不会发生二次污染的优点。目前微生物修复有机污染物的相关研究基本上处于基因水平，研究人员经过微生物基因的重组以构建具有特定降解、吸附能力的微生物种群。国内已经有相关的微生物修复技术处理有机物污染土壤的相关应用。
4.4 联合修复技术
由于每种技术都具有其弊端和局限性，因此为拓展一些技术的应用范围，可以通过多种技术相联合的方式来对某一技术改良。通常是将两种或者两种以上的技术进行联合，这样可以大大提高修复的效率，缩短了修复所需要的时间，同时考虑到污染土壤中污染物种类的复杂性，联合修复技术便具有十分重要的地位。常见的联合修复技术包括：物理-化学联合修复技术、物理-化学-生物联合修复技术、动物-植物-微生物联合修复技术等。
5 总结及展望
土壤作为人们日常生活中不可或缺的一部分，而由于工业化、城市化以及人们不合理开发等多种因素造成目前十分严峻的土壤重金属污染形势，因此需要通过合理的技术对重金属污染土壤进行处理，为我们人类的可持续发展奠定基础。
目前的土壤重金属治理技术中，各类处理技术或多或少都存在一定的局限性，同时针对不同重金属污染物污染的土壤可能单一技术无法实现良好的处理效果，需要进一步研究新型的材料或者生物，因此在污染土壤治理方面，国家及有关部门应加大支持力度，鼓励相关研究院所积极研发成本低、技术简单、绿色环保、便于大面积推广、相对经济的治理技术，以加强、加快污染土壤的修复，实现并促进我国农业生产的良性、可持续发展。
参考文献：
[1]陈能场, 郑煜基, 何晓峰,等. 全国土壤污染状况调查公报[J]. 农业环境科学学报, 2014,000(005):1689-1692.
[2]蔡美芳, 李开明, 谢丹平,等. 我国耕地土壤重金属污染现状与防治对策研究[J]. 环境科学与技术, v.37(S2):223-230.
[3]王斌, 康娜英, 张明. 重金属污染土壤修复技术综述[J]. 广东化工, 2018, 045(007):211-212.
[4]王海峰, 赵保卫, 徐瑾,等. 重金属污染土壤修复技术及其研究进展[J]. 环境科学与管理, 2009, 34(011):15-20.
[5]党民团,刘娟,杨珊.土壤重金属污染及治理研究进展[J].陕西农业科学,2020,66(06):94-96.
[6]郑喜珅, 鲁安怀, 高翔,等. 土壤中重金属污染现状与防治方法[J]. 生态环境学报, 2002, 11(001):79-84.
第一作者：江保庆（1986-），男，工程师，注册一级建造师，中冶集团武汉勘察研究院有限公司成渝工程公司副总经理。
通讯作者：囊恩昌（1986-），男，工程师，云南易清环境科技有限公司副总经理