重金属镉污染土壤修复技术比较研究

　　摘    要：　本文对重金属镉污染土壤修复技术进行比较分析，比选了土壤固化/稳定化修复技术、土壤淋洗技术和植物修复技术三种修复技术，从技术、经济、环境和安全三个方面对以上修复技术进行比选。建议对重金属镉污染的农用地采用经济性和环境友好型的植物修复技术进行修复处理。

　　关键词：　镉; 污染土壤; 植物修复技术;

　　Abstract：　This paper compares and analyzes the remediation technology of heavy metal cadmium contaminated soil, and three kinds of remediation technologies such as flushing/washing technology, soil flushing/washing technology and phytoremediation technology were compared, and the above remediation technologies were compared and selected from three aspects of technology, economy, environment and safety. It is recommended to use economical and environmentally friendly phytoremediation technology for agricultural land contaminated with heavy metal cadmium.

　　Keyword：　cadmium; contaminated soil; phytoremediation technology;

　　1 、引言

　　人类进入工业革命时代以来，大量使用机械和矿产资源，导致过量的重金属元素进入人类的活动区域，其中也包括农用地。农用地中的重金属含量过高，会导致农用地上种植的作物富集重金属，并导致农作物重金属含量超标[1]。根据我国环保部和国土资源部发布的《全国土壤污染状况调查公告》，我国的土壤污染已经较为严重了，其中包括大量的农用地。截止至2011年，综合分析我国26个城市土壤中重金属含量，结果表明，土壤中的重金属含量均超过了中国土壤环境背景值，其中以镉和铅最严重，分别是背景值的91.4和41.9倍[2]。

　　土壤中含有过量重金属会对其周边的植物、动物和人类造成不同程度的危害。朱红霞的研究表明土壤中的Cu、Cd、Hg及其复合物会使小麦幼苗生长受到不同程度的抑制作用，使其生长速度变慢，发育不良[3]。茹淑华等人的研究表明，随着鸡粪和猪粪施用量增加，小麦籽粒中Cu、Cd的含量呈现不同程度的增加，说明肥料中重金属元素会对小麦产生影响并转移至小麦籽粒中[4]。镉对油菜地上部的生长影响明显，培养液中镉浓度增加的情况下，油菜的株高、地上部干重及叶片数和叶面积数明显下降，叶绿素总量、叶绿素a、b极显着下降[5]。土壤铅污染程度越高，玉米产量表现为下降趋势，玉米在同一生长阶段，不同部位重金属铅的吸收也在增加[6]。农作物会对土壤中的重金属有一定富集作用，当动物或人类食用含较多重金属农作物时，重金属会在动物或人类体内有一定程度的富集，进而危害生理机能[7]。重金属能对动物产生诸多危害，例如对体内抗氧化酶系统[8]、免疫系统、生殖系统[9]等产生影响。重金属中的Cd极容易经过食物链进入人体，且Cd的半衰期很长，极少量就会对人体造成危害[10,11]。因此，重金属Cd污染土壤必须引起关注，尤其是农用地中的重金属Cd污染土壤必须采取修复措施，降低其环境风险。

　　本文对重金属镉污染土壤修复技术进行比较分析，并通过实验和修复工程实际论述其可行性，希冀对其他同类型污染土壤修复处理具有借鉴意义。

　　2、 修复技术比选

　　2.1、 修复技术比选原则

　　修复技术将以以下的原则为依据，就场地的污染物常用的修复技术进行筛选评估。
 

 

　　(1)目标污染物的物理化学特性及生物可降解性：污染物的物理化学和生物特性决定了选择修复技术时的方向，修复技术的实现原理如果与污染物的特性相匹配，则保证了大方向的正确性；

　　(2)技术成熟度：为保证该场地修复工程的实施可靠性，本修复方案设计尽可能采用成熟的修复技术，避免采用处于研究或应用初期的修复技术。同时考虑施工所需的相应资源，如设备、操作人员、水电供应等，以确保修复工程能顺利执行，不致因为设备核心配件或人员欠缺，而延宕作业期程；

　　(3)场地适用性和应用限制：针对地块现状、地质条件、污染程度和范围，以及场地未来用地规划等因素选择适宜的修复技术，能够达到修复目标值及国家相关标准，以达到控制场地周边及人群污染风险的修复目的；

　　(4)修复时间和成本：为尽快完成该地块场地修复，实现土地开发利用价值的最大化，同等条件下选择修复时间较短和成本较低的修复技术；

　　(5)对周边环境影响：尽量减少修复工程实施过程中的环境影响，避免二次污染。

　　2.2、 污染土壤修复技术比选

　　针对农用地中的重金属镉污染，初步筛选出以下污染土壤修复技术：土壤固化/稳定化修复技术、土壤淋洗技术和植物修复技术。

　　2.2.1、 土壤异位稳定化修复技术(Stabilization/SolidificationTechnology)

　　固化/稳定化修复技术(Stabilization/Solidification Technology)作为一项永久性治理重金属的常用技术，自上世纪80年代以来，已在国外应用多年，也是目前国内较成熟、应用较广泛的重金属污染土壤修复技术。

　　固化/稳定化修复技术通常包括：稳定化和固化两种技术，其中，稳定化技术，是从污染物的生物有效性考虑，通过物理和化学方法，将污染物转化为不易溶解、迁移能力或毒性更小的形式来实现无害化。固化技术，一般是通过物理方式将污染物包裹在不透水或者渗透性很低的固态材料中，限制污染物的迁移，降低对环境的危害。

　　技术特点及局限性

　　(1)该技术适用范围广，选用不同的稳定剂即可对不同的重金属污染物进行稳定化处理；固化技术基本上可以处理所有重金属污染物；

　　(2)技术工艺简单，操作快速，施工时间短；

　　(3)施工成本低；

　　(4)固化/稳定化修复技术处理后的土壤使用途径受限制，需要采取风险管控措施。

　　2.2.2、 土壤淋洗技术(Soil Flushing/Washing Technology)

　　土壤淋洗技术(Soil Flushing/Washing Technology)是通过水力学方式机械地悬浮或搅动土壤颗粒，使污染物与土壤颗粒分离。土壤淋洗后，再处理含有污染物的废水或废液。

　　技术特点及局限性

　　(1)该技术适用广，适用于水溶性物质，重金属等无机化合物等污染物；

　　(2)对当地水文地质条件要求高；

　　(3)该技术工艺复杂，施工过程较长，工期长；

　　(4)施工成本较高；

　　(5)施工过程中的二次污染需要格外注意，会产生一定量的污水。

　　2.2.3 、植物修复技术(Phytoremediation Technology)

　　植物修复技术(Phytoremediation Technology)主要是将重金属离子吸收进植物体内，其体内的谷胱甘肽、植物螯合素、金属硫蛋白、有机酸等成分可以降低重金属离子的毒性，通过络合及区域化作用，使重金属离子在植物体内存留并富集，从而降低其对环境的污染，具有成本低、不易引起二次污染等优点，同时根据植物种植位置可分为原位植物修复和异位植物修复。

　　技术特点及局限性

　　(1)该技术适用范围较小，适用于易于被植物富集的重金属极其无机化合物等污染物；

　　(2)植物生长周期长，且需要种植多茬植物才能达到修复效果，因此，修复施工工期长；

　　(3)施工经济成本较低；

　　(4)天然无害，环境友好。

　　修复技术的比较需要考虑场地现状、开发计划、处置成本等客观因素，在修复结果达标的首要前提下，本文从技术、经济、环境和安全三个方面对以上修复技术进行比选，详见表1。

　　表1 重金属镉污染土壤修复技术比选

　　重金属稳定化/固化修复技术总体而言经济可行，见效快，然而对污染物去除过程中并不能去除重金属的总量，修复后土壤不能作为种植土壤使用。土壤淋洗技术可以有效去除土壤中重金属总量，但是其技术工艺复杂，施工成本较高，不适用于农用地。植物修复技术适用范围广，且能够降低重金属总量，对环境影响较小，经济安全，不会影响场地原来的土壤性质和后期的植物种植，尽管需要的修复周期较长，但是能有效地通过富集植物降低土壤中重金属镉的总量，从而达到修复的效果。

　　2.3、植物修复技术可行性分析

　　根据已有的科学研究表明，鱼腥草对镉有较强的富集作用[12]，常见的镉超富集植物有忍冬[12]、龙葵[13]、三叶鬼针草[14]、印度芥菜[15]等。

　　作者曾作为上海市金山区某重金属镉污染农用地修复项目技术负责，该项目土壤样品中pH值范围为7.16～7.95，均有重金属镉检出，场地内有12个土壤样品重金属镉检出值超过《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准》中镉的风险筛选值，其中有2个土壤样品的重金属镉检出值超过镉的风险管制值，场地需要进行修复。充分考虑场地现状、开发计划、处置成本等客观因素，进行场地修复技术比选，采用植物修复技术对场地进行修复处理。

　　超风险管制值区域修复面积为1456.0 m2，修复深度为0～0.4m。对重金属镉超风险管制值的区域，采用龙葵作为修复植物，在种植三茬龙葵后，申请验收。验收单位对修复后的地块进行采样，采样深度分别为0～0.2 m和0.2～0.4 m，共采集了24个土壤样品。检测结果详见表2。

　　表2 土壤样品检测值

　　表2 土壤样品检测值

　　验收结果表明，原超风险管制值区域经过植物修复处理后，能够达到修复目标值，植物修复技术效果良好。

　　上述植物修复技术应用实践表明，植物修复技术应用于重金属镉污染的农用地中具有良好的可行性。

　　3 、结论

　　综上所述，对于重金属镉污染的农用地，建议优先采用植物修复技术，该技术适用范围广，成本低，环境友好，能够有效降低土壤中重金属镉的含量。

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