土壤中重金属的治理方法

土壤中重金属治理现状

对什么是重金属目前尚无严格的定义，化学上根据金属的密度把金属分成重金属和轻金属，常把密度大于4.5g/cm3的金属称为重金属。如：金、银、铜、铅、锌、镍、钴、铬、汞、镉等大约45种。

从环境污染方面所说的重金属是指：汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重金属。

对人体毒害最大的有5种：铅、汞、镉、铬、砷。这些重金属在水中不能被分解，人饮用后毒性放大，与水中的其他毒素结合生成毒性更大的有机物或无机物。

有毒非金属物质：砷、氟、氰等。

土壤重金属污染是指土壤中重金属过量累积引起的污染。污染土壤的重金属包括生物毒性显著的元素如镉、铅、汞、铬、砷，以及由一定毒性的元素如铜、锌、镍。这类污染范围广、持续时间长、污染隐蔽、无法被生物降解，将大大导致土壤退化，农作物产量和质量下降，并通过径流、淋失作用污染地表水和地下水。过量重金属将对植物生理功能产生不良影响，使其营养失调。汞、砷能抑制土壤中硝化、氨化细菌活动，阻碍氮素供应。重金属可通过食物链富集并生成毒性更强的甲基化合物，毒害食物链生物，最终在人体内积累，危害人类健康。

一、来源与分布

土地被重金属污染，在全民工业化的时代已经不是新鲜事了。德国、日本、荷兰等发达国家也都时有发生，因此在国内出现被重金属污染的土地带并不十分地惹眼。然而，在被遗忘的背后是一组令人震惊的数据。中国工程院院士罗锡文今年10月10日表示，全国3亿亩耕地正在受到重金属污染的威胁，占全国农田总数的1/6，而广东省未受重金属污染的耕地，仅有11%左右。

全国1/6的土地已经被重金属污染！这是一个多么可怕地数字！我国用全球7%的耕地养活着世界22%的人口，这并不是什么秘密。但是，更深层次的数据恐怕就不会有多少人知道了。据全国人大农业与农村委员会早前透露，目前，我国耕地面积约为18.26亿亩，比1997年的19.49亿亩减少1.23亿亩；目前，我国人均耕地面积由10多年前的1.58亩减少到1.38亩，仅为世界平均水平的40%。如若再减去近日公布的，已经被重金属污染了的占全国农田总数的1/6耕地，中国的耕地面积保护形势将不仅仅是严峻。土壤重金属污染主要有以下几种：

（一）大气沉降

能源、运输、冶金和建筑材料生产等产生的含有重金属的气体和粉尘进入大气，通过自然沉降和降水进人土壤。据估计全世界每年约有1600吨的汞通过化石燃料燃烧排放到大气中。含铅汽油的燃烧和汽车轮胎磨损产生的粉尘对大气和土壤造成铅、锌、镉、铬、铜等污染。

（二）污水

未经处理的工矿企业污水排入下水道与生活污水混合，造成污灌区土壤重金属

汞、镉、铬、铅等的含量逐年增加。如淮阳污灌区土壤汞、镉、铬、砷等重金属1995年已超过警戒线，其它灌区部分重金属含量也远远超过当地背景值。

（三）固体废弃物

工矿业固体废弃物堆放或处理过程中，由于日晒、雨淋、水洗，重金属极易移动，以辐射状、漏斗状向周围土壤、水体扩散。沈阳冶炼厂冶炼锌产生的矿渣主要含锌、镉，1971年开始堆放在一个洼地场所，目前已扩散到离堆放场700米以外的范围。武汉市垃圾堆放场，杭州铬渣堆放区附近土壤中重金属镉、汞、铬、铜、锌、铅、砷等的含量均高于当地土壤背景值。

有一些固体废弃物被作为肥料施入土壤，造成土壤重金属污染。磷石膏是化肥工业废物，含有一定量的正磷酸以及不同形态的含磷化合物，并可改良酸性土壤，因而被大量施入土壤，造成了土壤中铬、铅、锰、砷含量增加。磷钢渣作为磷源施入土壤，造成土壤中铬累积。

湖南省地质研究所调查发现，按照我国现行标准，“湖南粮仓”洞庭湖区有相当数量的稻米及蔬菜重金属含量已超标。

据2005年对洞庭湖区常德、临澧、益阳、南县、宁乡、汨罗等6个工作区采取的早、晚稻米分析，晚稻米镉含量平均有0.23至0.26 mg /kg，公开发表的数据晚稻镉含量超标达41.67%，蔬菜近乎全部超标。

辽宁省辽河流域农业地质调查数据也显示土壤重金属污染对农产品安全的影响

不可忽视。在检测的3984项重金属元素中，总计超标305项，超标率达到7.66%。大宗农作物中的镉、铬等元素超标问题比较显著，尤其是沈抚灌区、柳壕灌区和新城子灌区等，由于常年利用城市污水灌溉农田，土地污染和粮食超标问题比较突出。其中，蔬菜超标区域主要集中在沈阳、锦州等重工业城市周边，例如沈阳细河蔬菜基地土地和地下水严重污染，农业生态环境恶劣，蔬菜品质低下。

（四）农用物资

农药、化肥和地膜长期不合理施用，导致土壤重金属污染。杀真菌农药含有铜和锌，被大量地施用于果树和温室作物，造成土壤铜、锌累积达到有毒的浓度。如在莫尔达维亚，葡萄生长季节要喷5～12次波尔多液或类似的制剂，导致每年约有6000～8000吨的铜被施入土壤。

近年来，地膜的大面积推广使用，不仅造成了土壤的白色污染，而且地膜生产过程中加入了含镉、铅的热稳定剂，增加了土壤重金属污染。

二、重金属污染治理方法

（一）常见治理方法

土壤重金属污染治理途径主要有两种，一是改变重金属在土壤中的存在状态，使其由活化态转为稳定态；二是从土壤中除去重金属。

常采用的物理及物理化学的方法时热解吸法、电化学法和提取法。对于挥发性重金属可用加热方法从土壤中解吸出来。若重金属渗透性不高且传导性差则用电化学法除去。提取法可利用试剂和土壤中的重金属作用，形成溶解性的重金属离子或金属试

剂络合物，回收再利用。

(二)工程物理化学法

工程物理化学法是利用物理、化学等方法治理重金属污染土壤的方法。在重金属污染的初期，由于污染较集中，这种方法较为普遍采用，主要方法有：客土法、冲洗络合法、电动化学法、热处理法、物理固化法等。对于污染重、面积小的土壤运用物理化学法具有治理效果明显、迅速的优点，但对于污染面积较大的土壤则需要消耗大量的人力与财力，而且容易导致土壤结构的破坏和土壤肥力的下降，因此对于大面积重金属污染地不宜采用这种方法。

热处理法是将污染土壤加热，使土壤中的挥发性污染物挥发并收集起来进行回收或处理；电解法是使土壤中重金属在电解、电迁移、电渗和电泳等的作用下在阳极或阴极被移走。

（三）生物修复法

生物修复是指利用生物的新陈代谢活动减少土壤中重金属的浓度或使其形态发生改变，从而使污染的土壤环境能够部分或完全恢复到原始状态的过程。修复措施主要包括植物修复、微生物修复和动物修复等。因其具有效果好、投资省、费用低、易于管理与操作、不产生二次污染等优点，日益受到人们的重视，成为污染土壤修复研究及工程运用的热点。

1、植物修复措施

植物修复措施是以植物忍耐和超量积累某种或某些化学元素理论为基础，一些重金属污染区存在着对重金属具耐性的植物，这些植物通过排斥或在局部使重金属富集，使重金属在植株根部细胞壁沉淀而“束缚”其跨膜吸收，或与某些蛋白质、有机酸结合生成不具生物活性的解毒形式，从而提高了对重金属伤害的忍耐度。利用植物及其共存微生物体系清除环境中的污染物是一门新兴起的环境应用技术。植物治理措施的关键是寻找合适的超积累或耐重金属植物，超积累植物可吸收积累大量的重金属，但植物修复措施也有局限性，如超积累植物通常生物量低，生长缓慢，效果不显著。

2、微生物修复措施

微生物治理是利用土壤中的某些微生物对重金属具有吸收、沉淀、氧化和还原等作用，从而降低土壤中重金属的毒性。原核生物（细菌、放线菌）比真核生物（真菌）对重金属更敏感，利用此原理在土壤中培养富汞细菌，将这些细菌收集后，经蒸发、活性碳吸附等方法治理受汞污染的土壤。当前运用遗传、基因工程等生物技术，培育对重金属具有降毒能力的微生物，并运用于污染治理，是土壤重金属污染研究中较活跃的领域之一。

土壤重金属污染的微生物修复主要包括2方面：即生物吸附和生物氧化-还原。生物吸附是重金属被生物体吸附,如蓝细菌、硫酸还原菌以及某些藻类能够产生具有大量阳离子基团的胞外聚合物如多糖、糖蛋白等，并与重金属形成络合物；而生物氧化是微生物对重金属离子进行氧化、还原、甲基化和脱甲基化作用，降低土壤环境中重金属含量。

3、低等动物修复措施

土壤中的某些低等动物（如蚯蚓类）能吸收土壤中的重金属，因而能一定程度地降低污染土壤中重金属的含量。韩国有科学家运用蚯蚓毒理学试验对3个废弃的砷矿