土壤重金属污染修复技术现状及生物炭对重金属的吸附机制和应用
摘要：综述了土壤重金属的污染现状、主要修复技术及生物炭重金属吸附固定机制和应用现状，以期为相关研究、环境管理等提供理论参考依据。
关键词：土壤；重金属；生物炭；吸附
随着工业化、城市化不断发展，来源于污水灌溉、农药化肥、冶金工业、垃圾废弃物等的重金属通过各种途径造成其在土壤和水体中的积累。另外，铜既是微量元素，也是常见的环境污染物。由于种植业结构调整，工农业生产的不断发展以及矿产资源的大量开采利用，各种污染物质（包括重金属铜）从多种途径进入环境形成复合污染，重金属污染是造成现代环境污染的重要因素，土壤中过多的铜不仅会阻碍植物的生长，它还能够积累性的进入农业环境造成土壤污染,在蔬菜等农作物吸收富集形成食物链，对水、土壤质量和环境生物以及人类健康造成严重威胁，此外，由于空气污染日益严重，也有可能会导致蔬菜和土壤受到间接性的污染，由于进入农业环境中的镍含量不断增加，在农业上引起了不可忽视的影响，根据2014年国家环保部公布数据[1]，在实际调查的630万km2土壤中，无机污染物超标点位数占全部超标点位数的82.8%，镉(Cd)、铅(Pb)、汞(Hg)、砷(As)、铜(Cu)、铬(Cr)、锌(Zn)、镍(Ni)等无机污染物点位超标率分别为7.0%、1.5%、1.6%、2.7%、2.1%、1.1%、0.9%、4.8%。有研究指出，利用生物质废弃物经高温热解产生的生物炭兼具比表面积较大、空隙发达、稳定性高及偏碱性、价格低廉等特点[2]，因而，利用生物炭替代活性炭作为吸附剂去除环境污染物已引起广泛关注。因此，探讨有机废物对于铜污染的治理效果对于后期相关研究具有一定的指导意义。
1土壤中重金属污染现状
土壤中正常含铜量为每公斤2~200mg。中国土壤含铜量是每公斤3~300mg，平均值为每公斤22mg。铜可在土壤中富集并被农作物吸收。在靠近铜冶炼厂附近的土壤，含有高浓度的铜，其铜含量可高达5000mg/kg以上，如江西德兴铜矿区大圬河底泥的铜含量在500~9000mg/kg[3]。湖北大冶市铜绿山矿区附近土壤含铜量较高，其总量和有效态含量分别为5829mg/kg和429.3mg/kg[4]岩石风化和含铜废水灌溉均可使铜在土壤中积累并长期保留。在铜污染的土壤生长的植物，含铜量为正常植物的33~50倍。在污染较严重的地区，灌溉过程以及硫酸铜杀虫剂等农药的施用也使一部分铜进入土壤和植物体内。铜在植物各部分的累积分布多数是根gt;茎、叶gt;果实，但少数植物体内铜的分布与此相反，如丛桦叶则是果gt;枝gt;叶。农作物可通过根吸收土壤中的铜，其中一部分也可经食物进入人体。当铜在体内蓄积到一定程度后即可对人体健康产生危害。华南地区部分城市有50%的农地遭受Cd、As、Hg等重金属污染。广州近郊因污水灌溉而污染农田2700hm2,因施用污染底泥造成1333hm2土壤被污染,污染面积占郊区耕地面积的46%。上海农田耕层土壤Hg、Cd含量增加了50%,天津近郊因污水灌溉导致2.3万hm2农田受重金属污染,沈阳张士灌区重金属污染面积达2500多hm2。国内蔬菜重金属污染调查显示,我国菜地土壤重金属污染形势更为严峻。
2土壤重金属污染修复技术研究现状
2.1电动修复
电动修复技术是由美国路易斯安那州立大学研究出的一种修复土壤污染的原位修复技术，主要是针对受污染的低透水系数土壤以及地下水的修复，其原理是将电极插入受污染土壤或者地下水区域，通过对其施加微弱电流形成电场，孔隙中的地下水或额外补充的流体可作为传导的介质。污染物则在电场产生的各种电动力学效应下沿电场方向定向迁移，到达电极区的污染物则经过电沉降（电镀在电极棒上）、沉积或共沉积等方式在电极棒附近抽水，或者与离子交换树脂复合的方式将污染物集中处理或分离。电动修复是一种原位修复技术，近年来发展很快，在一些欧美国家已进入商业化。但事实上，实验室采用一种金属离子的溶液做模拟试验常能有效地去除土壤中的金属离子，有时也得到相反的结果。这主要与pH控制着土壤溶液中重金属离子的吸附与解吸、沉淀与溶解有关，而且酸度对电渗速度有明显影响，所以如何控制土壤pH值是电动修复技术的关键[18]。为了控制土壤体系pH值的变化，提高修复效率，许多学者在这方面做了很多努力，并改进了实验装置，相信在不久的将来电动修复将成为一个主要的土壤污染修复方法。
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