铅锌污染土壤修复治理应用技术分析

摘要：我国铅锌等重金属污染不断加剧，打好土壤污染防治攻坚战，土壤重金属污染治理势在必行。治理重金属污染土壤有两种途径，即清除土壤中的污染物或减少重金属离子的转移。目前应用较多的修复方法有：含磷物质修复法，电动力学修复、植物修复和微生物修复法。

关键词：铅锌;土壤污染;修复治理;应用技术

中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）07-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.07.019

Abstract：The pollution of heavy metals such as lead and zinc in China is intensifying， and it is imperative to do a good job in soil pollution prevention and control. There are two ways to control heavy metals contaminated soils， that is， to remove pollutants from the soil or to reduce the transfer of heavy metal ions. At present， many repair methods are applied： phosphorus-containing substance repair method， electrokinetic repair， phytoremediation and microbial repair method.

Key words：Lead and zinc;Soil pollution;Repair and treatment; Application technology

近年來，随着大规模的矿山开采及工业的发展，我国铅锌等重金属污染不断加剧。土壤铅锌污染来源可分为两个方面，即自然因素及人为原因。自然因素所造成的污染一直存在，但总体来说危害不大。研究表明，人类的活动是造成土壤铅锌污染的主要因素，主要包括以下几个方面：矿山的开采、工业生产及汽车尾气的排放、污水灌溉和污泥施肥、农药及化肥等的使用。这些因素往往造成铅、锌、汞、镉及钴等重金属进入水和土壤，从而引起植物中毒，进而污染水稻、谷物。这些重金属在土壤、水体和大气中长期滞留，可通过消化系统和呼吸系统进入体内，也可通过作物可食部分的富集进入食物链。土壤为人类提供着食物和其他再生资源，是人类生存所必须的条件之一，土壤重金属污染是重金属进入食物链的重要环节，其已成为威胁全球环境和人类生存发展的重要问题，引发了社会的强烈关注。为防止土壤污染加剧，国务院下发《国务院土壤污染防治行动计划》（国发〔2016〕31号）[1]，各地政府也相继下发土壤污染防治攻坚文件。因此，土壤重金属污染治理，势在必行。

治理铅锌污染土壤有两种途径：一是清除土壤中的污染物，二是改变污染土壤中的铅锌形态或将其固定在土壤中，降低生物可利用的铅锌离子量从而减少重金属离子的迁移。目前的治理方法有物理修复、化学修复、生物修复等。其中物理修复又包括客土、土壤淋洗、电动修复技术、固化/稳定化技术、热力学修复技术等。化学修复则是在污染土壤中加入特定的化学试剂使之与金属离子发生反应，从而达到减少或清除污染物的目的，主要包括土壤性能改良、化学淋洗等技术。许多修复方法虽然效果明显，但是往往工程量大，设备复杂，投资量大，因此难以大规模的应用。就铅锌污染土壤修复治理而言，目前应用较多的方法有：含磷物质修复法、电动力学修复、植物修复和微生物修复法。

1 含磷物质修复

磷是农业生产中不可或缺的肥料之一，研究表明，含磷物质对土壤铅锌污染具有原位修复的潜能。因其廉价而有效，近年来成为研究热点。按其来源，用于铅锌污染修复的含磷物质可分为五类：无机磷酸与磷酸盐，磷肥，经磷灰石，磷矿石及骨粉。

含磷物质可通过磷与铅的相互作用调控土壤中有效铅的含量，其机理为含磷物质中的磷可与土壤中的铅离子反应生成不溶或溶解度极小磷铅矿沉淀，阻止植物对其吸收从而减少向食物链的转移。目前市场上含磷物质对铅污染修复效果为钙镁磷肥（94%）>过磷酸钙（92%）>磷矿粉（61%）。含磷物质与锌的作用机理主要为表面配位、离子交换及生成磷酸盐沉淀等，研究表明，施用可溶性含磷物质可促进对土壤中Zn的吸附，施用后植株内Zn含量明显降低。我国磷矿资源丰富，研究含磷物质对铅锌污染的修复具有重要意义。

2 电动力学修复

电动力学修复是将电极插入污染土壤区域并施加直流电，打破原有的金属-土壤键，通过电迁移、电渗析流或电泳的方式，在直流电场中将重金属离子从土壤中分离出来。该技术不引入环境有害物质，修复时间短，修复彻底，对低渗透性土壤中Pb、As、Cd、Cu 等重金属的修复非常有效。针对土壤中的水溶态和可交换态重金属，电动力学修复极有优势，但是对有机结合态和残留态去除效果较差，因此pH是影响其修复效果的重要因素。王守忠等[3]进行了进行了电动力学实验，研究了改进后的电动力学装置对于铅锌矿尾砂中的重金属的去除效果。实验结果表明，该方法对于酸溶态Pb、Zn、Cu去除效果较好，其去除率分别为66%，86%和81%，铁锰氧化物结合态次之。现在基于电动力学的实际应用效果，在原有基础上又研究开发出了能实现电动力学的更高效及应用更普及的手段：阳离子选择膜法、pH值中和法、Lasagra法、络合剂法、氧化还原法等[4]。

3 植物修复

植物修复是指利用植物提取、吸收、分解、转化或固定土壤、沉积物、污泥或地表、地下、水中有毒有害物质的技术。污染物超富集植物和耐性植物是用于矿区重金属污染土壤修复的主要类型，根据其修复原理的不同，可分为植物萃取、植物固定、根系过滤和植物挥发。

植物萃取是通过植物根系对污染物的富集和积累，把土壤中重金属转移至地面，再将植物收割，从而达到去除土壤中重金属的目的，用于萃取的植物主要有印度芥菜、遏蓝菜、向日葵、杂交杨树、蜈蚣草等;植物固定主要指通过植物根系的某些特殊物质或转化作用，使土壤中的重金属物质变为毒性较低或相对稳定的物质，以此来减轻污染物在环境中流动的风险与毒害;根际过滤主要是指通过水生植物的发达根系来吸附过滤水体中的重金属;另外，环境中的一些重金属如汞、硒等可以通过植物的一些分泌物及根际微生物等转化为挥发形态，这种去除方式即为植物挥发，如烟草可以把二价汞转化为毒性较低的气态汞等。

4 微生物修复技术

微生物修复是利用土壤中某些微生物对重金属的吸收、沉淀、氧化还原等作用降低土壤重金属毒性的技术。微生物活动可以通过改变土壤溶液的pH和土壤结构，影响植物的根系分泌等过程，进而影响土壤对重金属的吸附和重金属的形态，降低重金属的生物有效性。微生物修復可分为失活菌体修复和活性菌株修复。失活菌体修复一般是利用微生物生长完毕后的菌体，作为生物吸附剂投入到污染水体中。因不用考虑污染环境对细胞的毒性作用，且吸附过程不需要消耗营养物质，因此在20世纪末成为研究热点。失活菌体吸附机理研究较为成熟，一般认为通过物理化学作用吸附重金属离子，主要为细胞壁上具有配位能力的基团（羧基，羟基，酰胺基，烷基等）与重金属离子形成共价键，或重金属离子通过沉淀或结晶作用固定在细胞表面。大量实验证明失活菌体有着较高的吸附能力，如地衣芽孢杆菌对铅的吸附量可达224.8mg/g[5]。

活性菌株修复机理包括胞外吸附和胞内积累。胞外吸附与失活菌修复原理相似，胞内积累主要是菌株通过转运系统把重金属转移至细胞内部，与细胞内部的某些分子结合而积累起来。因此活性菌株对重金属离子的吸附过程伴随着新陈代谢，其吸附能力不仅与细胞构造及细胞壁上官能团种类有关，还与菌体本身的抗性大小以及代谢产物有关。活性菌株吸附效果受重金属浓度影响，吸附过程伴随着解毒作用。重金属阳离子对生物体的毒性顺序基本为：Ag>Hg>Cu>Cd>Cr>Ni>CO>Zn[6]，若能够筛选出耐性较强的菌株，其吸附能力往往要好于失活菌体。

5 结语

打好土壤污染防治攻坚战，重金属土壤污染治理势在必行。目前铅锌污染土壤修复治理应用较多的方法有：含磷物质修复法，电动力学修复、植物修复和微生物修复法。含磷物质对土壤铅锌污染具有原位修复的潜能，针对土壤中的水溶态和可交换态重金属，电动力学修复极有优势，但是对有机结合态和残留态去除效果较差。超富集植物和耐性植物是用于矿区重金属污染土壤修复的主要类型，微生物修复是利用土壤中某些微生物对重金属的吸收、沉淀、氧化还原等作用降低土壤重金属毒性的技术，可分为失活菌体修复和活性菌株修复，是非常具有研究潜力的技术。

参考文献

[1]国务院.国务院关于印发土壤污染防治行动计划的通知[EB/OL]（2016-05-31）.http：///zhengce/content/2016-05/31/content_5078377.

[2]丁淑芳，谢正苗，吴卫红等.含磷物质原位化学钝化重金属污染土壤的研究进展[J].安徽农业科学，2013，40（35）：17093-17097.

[3]王守忠，刘云国，李欣等.改进电动力技术去除铅锌矿尾砂中的重金属[J].化工环保， 2009，28（4）：331-335.

[4]张广鑫，陈刚.有关重金属污染土壤的电动力学修复研究[J].科技创新导报，2013（1）：105-106.

[5]唐娟，张毅，李雷雷等.地衣芽孢杆菌应用研究进展[J].湖北农业科学， 2008，47（3）：351-354.

[6]朱歆莹，高为，钟运建.重金属离子对斜生栅列藻毒性的研究[J].环境监控与预警，2010，2（5）：44-45.

收稿日期：2019-03-12

作者简介：李进（1989-），女，汉族，硕士，研究方向为环境科学。