【技术交流】铬污染土壤5种修复技术：原理，进展和适用性盘点

重金属污染土壤的修复，可以定义为是实施一系列的技术用以清除土壤中污染的重金属或者降低土壤中重金属的活性和有效态组分，以达到恢复土壤生态功能，减少重金属污染因子向食物链和地下水迁移。

铬作为重金属污染中最典型的一个因子，受其污染的土壤的治理修复的主要方法有以下两种：
一种是使得土壤中的铬的化学性质发生本质性的改变，如改变铬离子的价态，使六个的铬离子还原为三价的或将可交换态和碳酸盐结合态转化为相对稳定其他形态，通过这些措施来降低铬在土壤环境的可移动性，消除生物活性；

另一种方法是利用某种手段将污染因子铬直接从土壤环境中去除掉。依据这两个修复方法，国内外的专家学者做了大量的实验研究和应用示范。
本文介绍了铬污染土壤修复技术的研究现状，分析了各种技术在应用过程中存在的一些问题，提出铬污染土壤修复技术推进需要开展的一些工作。

铬污染土壤修复技术总结出的修复方法主要有物理修复法、化学修复法、生物修复法及多种技术综合应用的集成修复法。目前国内所采用的主要技术如下。

1 固化/稳定化技术

固化稳定化技术是将某种药剂加入到被铬污染的土壤中，然后再充分混合，通过这些药剂的加入，降低铬向周围环境中的迁移。

S Wang and Cipulanandan用沙土（79%）、高岭土（20%）和有机质（1%）混合制得土样，使其含有7000 mg/kg的Cr（VI），其浸出液中Cr（VI）的含量为273mg/L，加入水泥处理（水泥-土壤比为0.2）后将浸出液中Cr（VI）的含量减少了37%；加入10%的FeCl2后，污染土壤中以将Cr（VI）转化为Cr（III），浸出液Cr（VI）的含量减少了92%；通过结合Cr(VI)减量化技术（FeCl2）和S/S处理，效率达到了99%。
徐小希等对比了单掺硅酸盐水泥熟料、FeCl2以及复掺硅酸盐水泥熟料和FeCl2对铬污染土壤的固化／稳定化效果，结果表明，熟料水化产物包裹和连接土壤颗粒，填充孔隙和离子渗出通道，而FeCl2在碱性条件下仍具有良好的还原性，两者共同作用，使土壤获得较高的强度，同时降低Cr（VI）的浸出浓度。
这种技术操作的前提就是需要把土清挖出原来的位置，在其他的工作区域进行混药固化，固化过程中需要大量的人力、物力、财力，而且固化均匀程度和固化效果仍然不清晰，还需要后续的跟踪，且该技术还需要进一步的提高。

2 电动修复

电动修复技术是在土壤处于酸性条件下，对土壤通直流电，清除土壤中重金属。

该方法的缺点在于对土壤的酸碱度有一定的要求，只能在pH值低的土壤环境中进行，整个工艺过程需采用添加一些化学药来降低土壤的pH值，而且土壤都存在一定的缓冲性，不同土壤的缓冲容量也有很大的差别，当需要治理的受铬污染的土壤的自身缓冲性极强，也就是说这种土壤的缓冲容量很高时，就可能存在处理过程无法达到预期的土壤酸性环境，使得该项技术无法达到预期的效果。此外这种技术耗时长，可能耗时几天到几年。

此法不适用于渗透性较高、传导性较差的砂性土壤，所以此方法的应用范围受到一定的局限。虽然铬污染土壤可以用电动修复和回取，但是需要深入研究铬和土壤胶体之间在物化作用。此法的适用性较差，使用时要综合考虑土壤的污染情况及其基本的理化性质。

3 土壤淋洗技术

土壤淋洗技术是利用化学试剂将污染土壤中的重金属离子从土壤中转移到液相中，使得土壤中的重金属污染因子浓度降低，最终达到土壤修复的目的。目前，常用的淋洗剂有无机溶液、螯合剂、表面活性剂，大量学者对不同淋洗剂的选择与应用做了大量研究。

研究表明，2mol/L的HCl对化工厂重金属污染土壤中Cr的淋洗去除效率可以达到80.75%；EDTA为0.05mol/L、pH值为7、液土比为10：1、淋洗时间为18h的条件下能Cr的去除率为6.29%；柠檬酸的浓度为0.05mol/L条件下，对砂土、壤土、粘土三种土壤的萃取效果都很好。

无机淋洗剂是一种化学结构简单，相对较容易取得的化学物质，相对与其他淋洗剂其生产成本更低，由于其具有较快改变土壤理化性质的能力，因此淋洗效果更好，作用速度更快，但其破坏土壤理化性质、改变土壤肥力而影响了它的应用。

EDTA、NTA、DTPA 等均为重金属有效的人工螯合剂，由于人工螯合剂在自然环境中很难取得，都需要人为进行化学合成，因此这种螯合剂的生产成本很高，而且人工螯合剂结构相对复杂，生物降解性很差，而且作为淋洗剂应用到污染土壤淋洗技术中，会对土壤造成二次污染。比人工合成螯合剂更好的淋洗剂的选择就是来自自然，柠檬酸、草酸等都是天然存在的有机酸，这些有机酸酸都具有很好的去除土壤中的重金属，而且这些有机酸在自然界很常见，生产成本很低，且不会对土壤环境中的生物造成危害，生物降解性好，对环境也不会造成污染。

由于土壤淋洗法投资大，易使地下水受到污染，而且可以造成土壤中的养分流失、土壤的理化性质发生变化，因此可应用性较差，建议综合考虑治理土壤的性质及周围的环境条件。

4 生物修复技术

生物修复技术是微生物修复、动物修复和植物修复技术是生物修复技术常用的三种措施。

以植物修复在重金属污染治理修复中应用最多。这种方法是利用植物对重金属的耐受性和积累性，将土壤环境中的重金属离子吸收并贮存在植物的特定部位，待植物成熟后将其收割就可以将土壤中的重金属去除。植物修复在土壤污染治理中潜力巨大。这种耐受并能够积累重金属的植物称为超富集植物，与普通植物相比较它能够累积10～500倍以上的某种重金属。
目前，全球范围的相关专家学者对于超积累重金属铬的植物的研究甚少见于报端，只是在非洲南部的津巴布韦发现了两种对重金属铬有超富集能力的野生植物。
张学红发现某电镀厂旁的池塘下游周围生长的李氏禾，淤泥平均含铬114.3 mg·kg-1，最高可达186.2mg·kg-1，水含铬最高可达6.70mg·kg-1。在这个环境下生长的李氏禾，以干重计算，叶片中平均含铬1786.9mg·kg-1，根茎也检测出很高含量的铬；蒲公英的根部对铬的积累最多，可高达3227.0mg·kg-1。李氏禾和蒲公英对铬积累作用非常明显。
陈志明等对某电镀厂土壤重金属铬污染状况和植物吸收与富集重金属铬进行了研究分析，研究中发现小蓬草表现出较高的铬富集能力，根部铬富集系数达到0.5848~0.8315，地上部铬富集系数为0.2604~0.4514；蟋蟀草和地黄对重金属铬有较强的从根部向地上部迁移的能力，地上部铬迁移系数分别达到1.6185~2.7120和1.3556~1.8991。
目前，国内外对微生物修复在铬污染场地治理过程中的应用研究较多。

黄顺红选用某铬渣堆放场周围的已经被铬污染土壤，通过对培养基的优化，并将优化的培养基直接填加到污染土壤中，激活土壤的土著微生物的活性来对铬污染土壤进行原位修复，并对微生物修复Cr(Ⅵ)效果进行分析。研究过程中发现：土壤环境为30℃时，土液比1：1（质量比）的情况下，每千克土壤中碳源葡萄糖、氮源化合物A投加量分别为5g时土著微生物可被迅速激活，在第4d时能基本去除土壤的中水溶性Cr(Ⅵ)；培养基初始pH值和2g无机盐氯化钠的添加都对修复效果产生影响。

常文越等通过Cr(Ⅵ)污染土壤中筛选出土著微生物对Cr(Ⅵ)污染土壤的还原试验中发现，经处理的土壤中的活性最强的那部分铬的含量不断降低，生物毒性也降低。另外利用微生物在有机物料中的生化作用也可以用来治理铬污染土壤。
生物修复铬污染土壤技术可以在原位进行修复，也可以进行异位修复，可根据铬污染土壤周边情况选择。但生物修复技术的修复周期较长，而且植物和微生物的生长受外界因素影响，该技术在大规模应用中很难控制修复效果。

5 客土法

客土法是指用清洁土壤取代或者部分替换污染土壤，以达到减少重金属对食物链污染的目的。虽然客土法可以有效的降低土壤中重金属的含量，但其工程量大，投资成本高，还会破坏土壤的物化性质，破坏土壤整体的理化性质，造成土壤肥力下降，处理处置被清挖出来的污染土壤也是个难题，而且在污染土壤清挖、转运和处置过程中如果防护措施没有做好，还容易导致二次污染。另外，Cr(Ⅵ)的迁向下迁移的能力很强，客土与原土混合的方法并没有消除Cr(Ⅵ)的迁移性，危害也没有彻底消除。

因此，在铬污染土壤修复中客土法不是首选办法。

结束语

近几年铬污染事件频发，遗留下大面积的污染土壤。国家已经对污染土壤的修复工作日益重视。由于我国对铬污染土壤修复起步较晚，缺少成功的工程案例，而且相应的管理经验不足。为了更好的解决这些问题，铬污染土壤修复技术应加大技术开发力度，加速中试研发进度，加快成熟技术应用速度，全面推动我国铬污染土壤修复工作的全面开展。
作者：王鑫，工作单位为沈阳环境科学研究院。稿件刊登在《环境工程》2015年S1期

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