互动科普

如何修复被镉污染的土壤？

受到镉污染的土壤，有什么办法治理吗？

首先能想到的就是物理的办法。例如“客土法”，就是在污染土壤中加入大量的干净土壤，使镉浓度下降到有关标准规定的浓度值以下；“换土法”，就是把污染土壤取走, 换成新的干净土壤；“翻土法”，则是深耕土壤, 使聚积在表层的镉分散到更深的地下，达到稀释目的。但是这些方法要耗费大量的资金、人力、物力，翻动、移出的污染土壤又很容易造成新的污染，因此通常适用于污染面积小，且污染严重、难于原位修复的区域。“隔离法”也属于物理方法，就是用各种防渗材料，如水泥、黏土、石板、塑料板等，把污染土壤隔离开，防止镉扩散到其他土壤或水体中。

电动力学修复技术是21世纪刚出现的一种原位土壤修复技术。这种技术是将电极插入受到污染的土壤或地下水中，然后施加微弱的电流，形成电场，使土壤中的重金属污染物沿着电场方向定向迁移，富集到阴极附近，然后再进行集中处理。这个技术的优点是，效率高、能耗低、无二次污染、可原位处理。电动力学修复技术适合在小范围的土壤修复中使用。

另一类方法采取的是化学手段。例如“淋洗法”，就是用化学溶液把镉从土壤中洗掉。在溶液中加入一些特定的的络合剂，可以增加镉的水溶性。另外，使用“改良剂”（如磷酸盐、碱性物质、有机物料、黏土矿物等），能够通过离子交换、吸附、沉淀等作用改变镉在土壤中的存在形态，使镉沉淀出来，从而不会溶解在水中被植物吸收。碱性物质如石灰是目前常用的改良剂。另外，有机肥中大量的官能团也可以与镉形成有机络合物，增加土壤对镉的吸附能力，从而减少植物对它的吸收。

可渗透反应格栅（permeable reactive barrier，PRB，又称渗透反应墙）技术是一种解决土壤和地下水重金属和有机物污染的新技术。在遭受污染的土壤和地下水的下游开挖沟渠，然后在其中填充上既能吸附、降解污染物，同时又具有渗透性（水可以透过）的物质。这样，当受污染的地下水流经反应格栅的时候，里面的污染物就会被沉淀、吸附或降解。这种技术的优点很多，例如工程完工后不再需要外加动力、处理便捷、运行费用低，不会占用太多土地、可原位处理等。但也存在一些缺点，例如首先要使土壤中的污染物游离出来，随水流经反应格栅，才能去除它；其次，随着土壤中的污染物质（如镉等）在反应格栅中不断积累，里面的反应物质就会逐渐失去活性。

可渗透反应格栅技术原理图

生物方法现在也研究得比较多。主要就是利用一些对镉有较强富集作用的植物来吸收土壤中的镉，然后将植物收割后集中处理。前面讲到，不同种类的植物对重金属元素的富集能力不同。研究发现，有一些“超积累植物”，它们对重金属元素的吸收量超过一般植物100倍以上。例如，日本科学家研究发现，栽种一种叫叶芽南芥（Arabis gemmifera）的植物，能够减少土壤中镉的含量。叶芽南芥又称蔓田芥、水芹菜，属十字花科，是多年生的草本植物，原产于我国吉林省长白山地区。科学家将叶芽南芥种在厚度为15厘米、每千克含镉47毫克的土壤中。一年后，土壤的镉含量减少到每千克2.6毫克。

土壤中的重金属污染具有长期性、非移动性、无法被微生物降解的特点，而且通常污染范围较大，而利用植物修复技术净化重金属污染土壤是一种有效的方法。但是这个方法有一个明显的缺点，就是所需要的时间比较长，至少需要数年的时间。还有就是植物修复只对浅层土壤比较有效，对植物根系达不到的深层土壤效果就不明显了。另外，植物修复对污染物、土壤类型、水分、气候、盐度、酸碱度、灌溉系统等条件也有一定的要求。

还可以将植物修复和化学手段结合起来，这被称为化学强化植物修复。这种方法是先利用化学物质使土壤中的重金属转换成更容易被植物吸收的状态，再通过植物进行富集、去除。例如，在土壤中加入表面活性剂、络合剂等，可以将重金属增溶、分散、置换出来，其实就相当于把它们从土壤中“洗”出来，以便植物吸收的。

土壤修复技术毕竟是事后不得已而采取的措施。实际上，污染一旦造成，修复起来非常困难。所以预防镉污染，关键还是要从源头控制。

（本文发表于《科学世界》2013年第9期）