引言

　　重金屬元素因其特有的物理化學(xué)性質(zhì)，在工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活用品中被廣泛應(yīng)用。過去由于人們環(huán)保意識落后，對工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含有重金屬的“三廢”隨意排放，造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題。國家環(huán)境保護(hù)部、統(tǒng)計局和農(nóng)業(yè)部于2010年聯(lián)合發(fā)布的《第一次全國污染源普查公報》顯示：目前我國工業(yè)廢水中包括鉻、砷、汞、鉛等重金屬污染物進(jìn)入環(huán)境水體的年排放量為900噸；Singh等通過計算得出，在過去五十年中，全球排放到環(huán)境中的鎘達(dá)到2.2萬噸，銅93.9萬噸，鉛78.3萬噸，鋅135萬噸。這些重金屬對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，尤其是對土壤所造成的污染更為突出。重金屬對土壤的危害具有一定的潛伏期，可能在短時間內(nèi)顯現(xiàn)不出來，但當(dāng)其含量超過一定的限度或土壤環(huán)境條件發(fā)生變化時，重金屬元素被活化，對土壤生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定性、植物生長及人體健康都構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅，因此有人稱其為“化學(xué)定時炸彈”。據(jù)統(tǒng)計，我國目前至少有3億畝土地(占全國耕地面積的1/6)不同程度受到重金屬污染，每年損失糧食超過12000萬噸，直接經(jīng)濟(jì)損失超過200億元。在此背景下，開展修復(fù)治理重金屬污染土壤的研究工作，以期恢復(fù)其應(yīng)有的耕作性能，意義重大。

　　1、土壤中重金屬的來源

　　土壤中重金屬來源通常有兩種途徑，一種為自然條件下，母巖和殘落的生物物質(zhì)中所含的重金屬經(jīng)過一系列的物理化學(xué)變化而存在于土壤中，此種情況一般含量比較低，不會對人體及生態(tài)系統(tǒng)造成危害。另外一種是人類生產(chǎn)、生活活動過程所帶來的重金屬污染，這才是造成土壤重金屬污染的主要原因。下面分別從工業(yè)源、農(nóng)業(yè)源及城市生活源三方面進(jìn)行論述：(1)工業(yè)源。在礦產(chǎn)開采、冶煉、皮革制造、燃煤發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的“三廢”直接或間接進(jìn)入自然環(huán)境中，造成環(huán)境中重金屬污染。另外，大多數(shù)廢棄尾礦中的重金屬含量也比較高，在雨水淋溶及自然風(fēng)化等過程中向外部環(huán)境釋放，也會造成周邊環(huán)境受重金屬污染；(2)農(nóng)業(yè)源。在部分農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，會使用含有重金屬的污水進(jìn)行灌溉，使得污水中所含的重金屬轉(zhuǎn)移到土壤中；此外，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的農(nóng)藥、劣質(zhì)化肥和農(nóng)膜中也含有一定量的重金屬，長期不合理使用也會造成土壤重金屬污染。(3)城市生活源。含汞干電池、鎳鎘充電電池、鉛酸電池、溫度計、血壓計及含汞電光源等城市常見的廢棄物品中含有重金屬，由于這些廢棄物隨意丟棄，導(dǎo)致了污水處理廠的污泥、垃圾填埋場的滲濾液及垃圾焚燒產(chǎn)生的飛灰中都含有大量重金屬，在加重城市生活污水及垃圾的處理負(fù)荷及成本的同時，還造成了環(huán)境重金屬污染。

　　2、土壤中重金屬賦存形態(tài)

　　土壤中重金屬對人體和環(huán)境的危害，主要取決于其在土壤中的化學(xué)性質(zhì)及賦存形態(tài)。重金屬在土壤中通過溶解、沉淀、凝聚、絡(luò)合吸附等各種反應(yīng)，形成不同的形態(tài)，形態(tài)不同，其遷移轉(zhuǎn)化特點和污染性質(zhì)、危害程度也不相同。按照Tessier提出的分類法，可將土壤中的金屬元素劃分為可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘渣態(tài)。

　　其中，可交換態(tài)最為活躍，通常情況下它吸附于土壤中，當(dāng)土壤中含有過量的陽離子溶液時即可將這部分吸附于土壤中的重金屬解吸出來，使其在土壤中表現(xiàn)為離子形態(tài)，生物可直接從土壤中吸收利用。碳酸鹽結(jié)合態(tài)的生物有效性僅次于可交換態(tài)，它是重金屬與碳酸鹽以沉淀或共沉淀方式的結(jié)合物，在土壤環(huán)境發(fā)生變化的情況下(如pH值由堿性變?yōu)樗嵝詴r)，碳酸鹽發(fā)生分解，與之結(jié)合的重金屬即被釋放出來而被生物吸收利用。鐵錳結(jié)合態(tài)的活性弱于碳酸鹽結(jié)合態(tài)，一般是重金屬元素與土壤氧化物以專性吸附或共沉淀的方式結(jié)合，在還原條件下發(fā)生還原反應(yīng)之后，將其中的重金屬元素釋放出來為外界生物所吸收利用。有機(jī)結(jié)合態(tài)重金屬含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量及配位基團(tuán)含量有關(guān)，并且受到金屬離子的外層電子軌道形態(tài)的影響，相對比較穩(wěn)定，所以其生物有效性也比較低。殘渣態(tài)的重金屬被包含在礦物晶格中，對土壤中重金屬的遷移和生物可利用性貢獻(xiàn)不大，相對比較安全。

　　引言

　　重金屬元素因其特有的物理化學(xué)性質(zhì)，在工業(yè)生產(chǎn)和人們的日常生活用品中被廣泛應(yīng)用。過去由于人們環(huán)保意識落后，對工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的含有重金屬的“三廢”隨意排放，造成了嚴(yán)重的環(huán)境問題。國家環(huán)境保護(hù)部、統(tǒng)計局和農(nóng)業(yè)部于2010年聯(lián)合發(fā)布的《第一次全國污染源普查公報》顯示：目前我國工業(yè)廢水中包括鉻、砷、汞、鉛等重金屬污染物進(jìn)入環(huán)境水體的年排放量為900噸；Singh等通過計算得出，在過去五十年中，全球排放到環(huán)境中的鎘達(dá)到2.2萬噸，銅93.9萬噸，鉛78.3萬噸，鋅135萬噸。這些重金屬對環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，尤其是對土壤所造成的污染更為突出。重金屬對土壤的危害具有一定的潛伏期，可能在短時間內(nèi)顯現(xiàn)不出來，但當(dāng)其含量超過一定的限度或土壤環(huán)境條件發(fā)生變化時，重金屬元素被活化，對土壤生態(tài)結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定性、植物生長及人體健康都構(gòu)成了嚴(yán)重的威脅，因此有人稱其為“化學(xué)定時炸彈”。據(jù)統(tǒng)計，我國目前至少有3億畝土地(占全國耕地面積的1/6)不同程度受到重金屬污染，每年損失糧食超過12000萬噸，直接經(jīng)濟(jì)損失超過200億元。在此背景下，開展修復(fù)治理重金屬污染土壤的研究工作，以期恢復(fù)其應(yīng)有的耕作性能，意義重大。

　　1、土壤中重金屬的來源

　　土壤中重金屬來源通常有兩種途徑，一種為自然條件下，母巖和殘落的生物物質(zhì)中所含的重金屬經(jīng)過一系列的物理化學(xué)變化而存在于土壤中，此種情況一般含量比較低，不會對人體及生態(tài)系統(tǒng)造成危害。另外一種是人類生產(chǎn)、生活活動過程所帶來的重金屬污染，這才是造成土壤重金屬污染的主要原因。下面分別從工業(yè)源、農(nóng)業(yè)源及城市生活源三方面進(jìn)行論述：(1)工業(yè)源。在礦產(chǎn)開采、冶煉、皮革制造、燃煤發(fā)電等工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的“三廢”直接或間接進(jìn)入自然環(huán)境中，造成環(huán)境中重金屬污染。另外，大多數(shù)廢棄尾礦中的重金屬含量也比較高，在雨水淋溶及自然風(fēng)化等過程中向外部環(huán)境釋放，也會造成周邊環(huán)境受重金屬污染；(2)農(nóng)業(yè)源。在部分農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，會使用含有重金屬的污水進(jìn)行灌溉，使得污水中所含的重金屬轉(zhuǎn)移到土壤中；此外，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的農(nóng)藥、劣質(zhì)化肥和農(nóng)膜中也含有一定量的重金屬，長期不合理使用也會造成土壤重金屬污染。(3)城市生活源。含汞干電池、鎳鎘充電電池、鉛酸電池、溫度計、血壓計及含汞電光源等城市常見的廢棄物品中含有重金屬，由于這些廢棄物隨意丟棄，導(dǎo)致了污水處理廠的污泥、垃圾填埋場的滲濾液及垃圾焚燒產(chǎn)生的飛灰中都含有大量重金屬，在加重城市生活污水及垃圾的處理負(fù)荷及成本的同時，還造成了環(huán)境重金屬污染。

　　2、土壤中重金屬賦存形態(tài)

　　土壤中重金屬對人體和環(huán)境的危害，主要取決于其在土壤中的化學(xué)性質(zhì)及賦存形態(tài)。重金屬在土壤中通過溶解、沉淀、凝聚、絡(luò)合吸附等各種反應(yīng)，形成不同的形態(tài)，形態(tài)不同，其遷移轉(zhuǎn)化特點和污染性質(zhì)、危害程度也不相同。按照Tessier提出的分類法，可將土壤中的金屬元素劃分為可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)和殘渣態(tài)。

　　其中，可交換態(tài)最為活躍，通常情況下它吸附于土壤中，當(dāng)土壤中含有過量的陽離子溶液時即可將這部分吸附于土壤中的重金屬解吸出來，使其在土壤中表現(xiàn)為離子形態(tài)，生物可直接從土壤中吸收利用。碳酸鹽結(jié)合態(tài)的生物有效性僅次于可交換態(tài)，它是重金屬與碳酸鹽以沉淀或共沉淀方式的結(jié)合物，在土壤環(huán)境發(fā)生變化的情況下(如pH值由堿性變?yōu)樗嵝詴r)，碳酸鹽發(fā)生分解，與之結(jié)合的重金屬即被釋放出來而被生物吸收利用。鐵錳結(jié)合態(tài)的活性弱于碳酸鹽結(jié)合態(tài)，一般是重金屬元素與土壤氧化物以專性吸附或共沉淀的方式結(jié)合，在還原條件下發(fā)生還原反應(yīng)之后，將其中的重金屬元素釋放出來為外界生物所吸收利用。有機(jī)結(jié)合態(tài)重金屬含量與土壤有機(jī)質(zhì)含量及配位基團(tuán)含量有關(guān)，并且受到金屬離子的外層電子軌道形態(tài)的影響，相對比較穩(wěn)定，所以其生物有效性也比較低。殘渣態(tài)的重金屬被包含在礦物晶格中，對土壤中重金屬的遷移和生物可利用性貢獻(xiàn)不大，相對比較安全。

　　3、重金屬污染土壤治理措施

　　土壤中重金屬通過農(nóng)作物根系吸收后遷移到種植的農(nóng)作物中，并且在作物中的含量普遍高于土壤中含量，對食品安全和人們的身體健康構(gòu)成了嚴(yán)重的潛在威脅。目前，科研工作者基于將土壤中重金屬移除、降低土壤中重金屬含量或活性的目標(biāo)開展了大量的研究工作，并取得了很多有實際意義的成果，本文將介紹植物修復(fù)法、低溫?zé)峤夥?、分子鍵合法、客土法和淋洗法。

　　(1)植物修復(fù)法。自然界中有部分植物對某一種或幾種重金屬元素具有超富集能力，能將土壤中的重金屬元素通過植物的根系轉(zhuǎn)移到莖、葉、果實中，從而降低土壤中重金屬污染物的含量。另外，可以通過在土壤中添加一些化學(xué)試劑，強(qiáng)化植物根系對土壤重金屬污染物的吸收。這種方法屬于原位修復(fù)法，具有處理費用低、對環(huán)境破壞小等優(yōu)點，但修復(fù)周期長，且不適用于修復(fù)重金屬污染程度較高的土壤。

　　(2)低溫?zé)峤夥?。此種方法只能針對揮發(fā)性重金屬(如汞)的治理。其原理是采取加熱的方法將重金屬從土壤中解析出來，然后再回收利用。以此法修復(fù)汞污染土壤主要包括以下幾個步驟：將被污染土壤從現(xiàn)場挖掘后進(jìn)行破碎、風(fēng)干；通過加熱土壤，從干燥的土壤中分解汞化合物并氣化汞，然后凝結(jié)并收集；加熱過程中產(chǎn)生的氣體通過氣體冷卻、凈化系統(tǒng)處理，再用活性碳吸收各種殘余的含汞廢氣和其他有害氣體，然后將達(dá)標(biāo)氣體排入大氣。瞿麗雅等人的研究結(jié)果表明，在270℃條件下，對汞污染土壤進(jìn)行2h的焚燒，可去除土壤中50%～90%的汞，而土壤中有機(jī)質(zhì)僅損失15%，土壤中P、K變化不大，有效N損失約15%，可見經(jīng)低溫?zé)峤夥ㄌ幚淼耐寥廊跃邆淦涓鞯膶傩?，可以回填繼續(xù)使用。對于汞污染嚴(yán)重的土壤，本方法具有去除效率高，見效快等優(yōu)點，同時也存在費用高，工程量較大等缺陷。此外，處理后土壤汞濃度雖大幅度降低但難以達(dá)到GB15618—2008《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》的三級標(biāo)準(zhǔn)，需再與其他修復(fù)技術(shù)(如植物修復(fù)法、客土法等)配合使用之后才能滿足耕作要求。

　　(3)分子鍵合法。該技術(shù)屬于化學(xué)修復(fù)中近幾年發(fā)展應(yīng)用的新技術(shù)，通過在土壤中添加一定量的穩(wěn)定劑，與土壤充分拌合后，使土壤中的重金屬元素與穩(wěn)定劑最大限度地發(fā)生反應(yīng)，將土壤中游離態(tài)的重金屬元素還原成礦石結(jié)構(gòu)，形成礦石晶體形態(tài)的重金屬穩(wěn)定化合物］。該技術(shù)具有操作簡單，成本低廉等優(yōu)勢，但因其僅僅只是降低土壤中重金屬的生物有效性，并未改變土壤中重金屬的含量，待外部環(huán)境發(fā)生改變或穩(wěn)定劑效果減弱之后，重金屬污染物是否會“復(fù)活”仍然有待檢驗。

　　(4)客土法?？屯练ㄊ歉鶕?jù)被污染土壤的污染程度，將適量清潔的土壤添加到被污染的土壤中，降低土壤中重金屬污染物的含量或減少污染物與植物根系的接觸。在選擇客土?xí)r，應(yīng)考慮客土與被污染土壤的理化性質(zhì)等因素，避免添加的客土改變土壤環(huán)境而引起原土壤中重金屬污染物活性增強(qiáng)的現(xiàn)象。該方法具有見效快，效果好的優(yōu)點，但僅適用于污染物含量不高、取土方便的地區(qū)。

　　(5)淋洗法。淋洗法是用具有重金屬水溶性的提取液對被污染土壤進(jìn)行淋洗，土壤中的重金屬污染物與提取液發(fā)生溶解、乳化和化學(xué)作用，形成溶解性的重金屬離子或金屬－試劑絡(luò)合物。然后對提取液進(jìn)行處理，將溶于其中的重金屬分離出來，提取液可再循環(huán)使用。這種方法具有去除效率高，見效快的優(yōu)點，但在淋洗過程中，土壤中的氮、磷、鉀及有機(jī)質(zhì)等也溶解于提取液中，隨重金屬污染物一起被提取液帶離土壤，造成土壤肥力降低；此外，在淋洗過程中，若提取液處置不當(dāng)，容易造成地表水污染。

　　4、結(jié)語

　　雖然目前土壤的重金屬污染已引起了社會的廣泛關(guān)注，科研工作者也研究出了形式多樣的修復(fù)治理方法，但這些技術(shù)都存在不同程度的缺陷，難以全面徹底的解決當(dāng)前面臨的問題。為減輕或緩解重金屬土壤污染，可從以下幾個方面開展工作：(1)加大科研技術(shù)的投入力度，探尋更加切實可行、經(jīng)濟(jì)適用的修復(fù)治理辦法并大力全面推廣，對已造成污染的土壤進(jìn)行徹底的治理；(2)積極鼓勵創(chuàng)新，研發(fā)各類重金屬替代材料，減少重金屬原料在生產(chǎn)、生活中的使用，從源頭上控制重金屬污染；(3)加強(qiáng)宣傳教育，提高人們的環(huán)保意識，確保相關(guān)法律法規(guī)落實到位。逐漸減少工業(yè)源、農(nóng)業(yè)源、城市生活源的重金屬污染排放。