土壤清洗修復鎘污染研究進展
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摘要 我國土壤鎘污染日益嚴重，采取合理的措施對鎘污染土壤進行修復是當今環境科學研究的熱點。土壤清洗作為最有效的修復方式之一，因其安全性及價格優勢被廣泛認可。本文簡述了不同洗滌材料修復鎘污染土壤的優缺點及其國內外研究與發展動態，以期為我國土壤鎘污染修復技術的發展提供參考。
關鍵詞 土壤;鎘污染;土壤清洗
中圖分類號 X53 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2019）09-0165-02
Abstract Cadmium pollution in soil is becoming more and more serious in China.Taking reasonable measures to remediate cadmium contaminated soil is a hot spot in environmental science research.Soil cleaning is one of the most effective remediation forms，which is widely recognized for its safety and price advantage.This paper briefly described the advantages and disadvantages of different washing materials for remediating cadmium contaminated soil，and also summarized its research and development progress at home and abroad，so as to provide references for the development of soil cadmium pollution remediation technology in China.
Key words soil;cadmium pollution;soil cleaning
土壤是地球上不可或缺的資源，它不僅是生物賴以生存的棲息地，同時還肩負著調節生態平衡的重任。隨著社會生產力的快速發展，工業生產過程中產生了大量的重金屬（鎘、砷、汞等）污染物。這些物質進入土壤后會污染土壤，從而嚴重影響土地的生產力，甚至通過食物鏈的方式危害人體健康。據統計，我國有1/5的土地遭受到重金屬（鎘、砷、鉛、鉻、汞等）污染[1]，且在所有重金屬污染中，鎘污染被認為是居于第一位的。
鎘不是人體生長代謝的必需元素，在人體蓄積會對心血管系統造成損害，從而導致機體的免疫力下降。鎘不僅會引發肺癌，同時也會影響機體的生殖系統和胚胎發育。對于鎘污染，發現最早的是日本富山縣，該地鎘污染造成了耕地和水源污染。近年來，“廣西龍江鎘污染”“仙女湖鎘污染”“瀏陽鎘污染”等事件頻發，鎘污染事件不勝枚舉。因此，對鎘污染土壤的治理已引發國內外的廣泛重視。
針對重金屬在污染土壤中的積累性、潛伏性、不可逆轉性和難降解等特性，發達國家最先開始研究污染土壤的修復技術并為此投入了大量人力和物力。土壤修復是利用農業、物理、化學和生物的原理對污染物進行轉移、吸收、降解和轉化，最終讓其濃度降低到許可范圍內，或將其轉變成無害的物質?；瘜W修復主要包括化學淋濾和化學固定2種修復方法[2]?；瘜W淋濾是指利用外力或重力作用推動淋洗液流過鎘污染土壤，將土壤中的污染物清洗遷移出去[3]，隨之對上一步的淋洗液進行處理或分離;原位固定技術[4]是向土壤中投入化學試劑（如固定劑、改良劑、穩定劑等）或化學材料，使土壤中的鎘與化學試劑發生吸附、沉淀、絡合、離子交換、氧化還原等反應，形成不溶性或移動性差、毒性小的物質，從而減少鎘的移動和降低生物有效性[5]。土壤清洗作為最有效的修復形式之一，因其安全性及價格優勢被廣泛認可。
當前，我國處于土壤鎘污染環境下，為了保障人們的健康生活，亟須采取合理的措施修復治理鎘污染土壤，以實現土地的可持續利用。本文就目前已存在的土壤淋洗修復技術，簡述其各自優缺點及當前國內外研究現狀，以期為后續我國土壤鎘污染修復技術的發展提供參考。
1 土壤鎘的來源與污染狀況
土壤中的鎘主要來源于大自然或人為活動。自然形成的鎘與土母質風化相關;而人為活動主要是采礦、有色金屬冶煉等相關行業的生產以及污水、農藥化肥廢棄物等的排放造成鎘污染。我國鎘污染大部分是工業污水造成的[6]。
現代農業技術的迅猛發展一方面提高了生產力，給人們帶來了益處;另一方面，含重金屬的化肥、農藥等的大量使用污染了土壤，成為亟須解決的難題。污染的土壤影響農產品的產量和品質，而且重金屬元素會在農作物中富集從而對人們的健康產生危害。據統計，我國鎘污染農田超過20.08萬hm2，包含11個省市的25個地區[7]，并且有些區域的鎘污染達到非常嚴重的程度。環境保護部和國土資源部在2014年進行了調查統計，認為我國土壤環境污染是亟須解決的大問題，其中鎘等重金屬污染問題是一大難題。從污染的分布情況可以看出，南方地區污染狀況比北方地區嚴重，且湖南、廣西、貴州被認為是鎘污染較嚴重的區域[8]。梁林涵等[9]通過電感耦合等離子體質譜測定法（ICP-MS）測定并評估了廣西居民環境鎘暴露量，發現污染區飲用水鎘含量高于對照區，且差異顯著（P<0.05），這對當地居民的身體健康存在潛在威脅。就當前局勢來看，對鎘污染土壤進行修復非常必要。 2 土壤清洗修復鎘污染的應用
由于Cd不能化學或生物降解，因而土壤清洗成為最有效的修復方式之一。它不僅可以快速清理污染場地，而且具有成本效益。該過程基于各種試劑從污染土壤中解吸污染物，從而消除土壤中的重金屬污染。現對目前存在的不同淋洗劑的優缺點進行探討，以便為后續鎘污染治理提供參考。
2.1 化學洗滌劑
通常使用的化學洗滌劑包括無機酸，如硫酸和鹽酸;有機酸，如乙酸和檸檬酸;螯合劑，如乙二胺四乙酸（EDTA）和次氮基三乙酸（NTA）;無機鹽，如FeCl3。EDTA被認為是有效的螯合劑，能在很寬的pH值范圍內與大部分金屬特別是過渡金屬形成穩定的配合物，不僅能解吸被土壤吸附的重金屬，還能溶解不溶性的金屬化合物，通過與重金屬形成水溶性的金屬螯合物將土壤重金屬去除[10]。用無機酸或堿性溶液進行清洗時，極低或極高的pH值會促進金屬溶解，包括污染物和非污染物[11]。雖然用上述洗滌劑對土壤清洗可以有效修復鎘污染，但也存在弊端。如EDTA難分解的特性會對土壤有害，間接影響土壤微生物活力、土壤孔隙度及地下水質量;FeCl3和強酸會使土壤酸化并對土壤產生不利影響，如影響土壤肥力及微生物活力。因此，鑒于這些缺點，尋找成本低、效益高且更加環保的材料很有必要。
2.2 表面活性劑
表面活性劑是利用自身的潤濕、增溶、分散、洗滌等特性，通過對土壤重金屬的吸附、絡合等，將重金屬從土壤表面置換出來，使其以螯合物的形式存在于土壤溶液中，從而將其洗出。許多洗滌表面活性劑都有毒，會危害土壤微生物，同時其污水也會污染水體，如非離子型表面活性劑Tween 80和Tritonx-100[12]。目前，研究最多的是來自植物的表面活性劑，因其具有與金屬離子高效結合的能力，從而能夠有效地去除重金屬離子。大多數生物表面活性劑的研究都是基于微生物鼠李糖脂[13]，這些研究已被證明其去除污染土壤中不同重金屬非常有效。此外，已經證明來自植物的表面活性劑對于土壤洗滌同樣有效。皂苷[14]的天然來源和生物降解性使這種生物表面活性劑獨具優勢。皂苷可有效去除黏土、壤土和砂質黏壤土中的Cd;同樣，皂苷和單寧酸可有效去除人為污染的土壤和高度污染的工業土壤中的重金屬。但是，微生物和植物生物表面活性劑的主要缺點是價格高，因而受到限制。因此，有必要尋找同樣有效且價格較低廉的洗滌劑。
2.3 腐殖質
腐殖質[15]可改變土壤鎘（Cd）的含量和狀態。腐殖質不僅對環境無害，而且還可以改善土壤的物理、化學和生物特性?；谠趬A或酸中的溶解度可以將腐殖質分為3個部分，即堿溶性的腐殖酸、富含堿和酸的富里酸以及不溶于堿和酸的胡敏素。據報道，添加不溶性的胡敏酸[16]可以鈍化土壤中的Cd，降低其水溶態和有效態含量，此類物質可以用于穩定修復重金屬污染農田，而且鈍化效果在砂粒含量較多的土壤中效果更好。以腐殖酸鉀[17]為成分的水溶性腐殖質是良好的重金屬洗滌劑，可將土壤中的Cd活化、去除。腐殖質可以從各種材料中提取，例如leonardite和污水污泥。由leonardite衍生的腐殖質具有低CMC和高吸附Cd的能力，當用作鎘污染土壤的洗滌劑時，可以調整洗滌條件以適應土壤性質并滿足當地的修復要求。在洗滌效果上，腐殖質由于其安全性，在對土壤的益處及低成本方面遠遠優于其他洗滌劑。在未來，人們可以選擇具有大量水的稻田或具有高價值的城市土地用于腐殖質修復鎘污染土壤的進一步試驗。
2.4 聯合修復
單一的修復措施可能因其弊端不能很好地發揮作用，而聯合使用多種修復措施可取長補短。如黃細花等[18]將化學淋洗與植物修復聯合，通過盆栽試驗，在東南景天和玉米套種情況下，用不同濃度和種類混合試劑對土壤進行化學淋洗。結果表明，通過兩季（約9個月）套種植物聯合淋洗技術處理后，土壤重金屬鎘降低率達到27.8%～44.6%。因此，聯合修復技術也是未來發展的趨勢，有待進一步開發利用。
3 展望
對于土壤鎘污染的治理修復已成為當今環境科學領域的熱點。國內外雖研發出多種鎘污染修復措施，也取得了一些可喜的進展，但這些修復措施在應用中仍存在一定的局限性，如二次污染、適用范圍窄、周期長等。此外，土壤鎘污染修復仍處于實驗室和大田試驗示范階段，與大規模工業化修復重金屬污染的要求相差甚遠，因而尚無法從源頭上解決問題。
開展土壤鎘污染的修復技術研究，對于促進人類生活生產質量安全、建設美好生態環境具有重大意義。本文介紹了幾種修復土壤重金屬鎘污染的土壤淋洗方法，其中，腐殖質修復技術由于其安全性較好，在對土壤的益處及低成本方面遠遠優于其他洗滌劑，被認為是最具有應用前景的修復措施;同時也可結合其他修復措施聯合使用以趨利避害，未來值得深入研究。而且土壤鎘污染的修復不單需要科學技術，更重要的是需要全社會全人類共同關注，需要各個部門密切合作，共同解決。為了子孫后代，為了環境資源的可持續利用，為了全人類的健康，每個人都應該為保護人類生活環境貢獻一份力量。
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*通信作者
收稿日期 2019-01-13
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