全球土壤污染及修复技术现状与未来趋势分析

2.3 电动修复

电动修复(electrokine ticremediation)技术是近年兴起的具有应用潜力的原位修复技术。相比于其他受土壤渗透性限制的原位修复技术，该技术可高效修复渗透系数低的细密度土壤。利用电动修复技术去除土壤中重金属污染，已在实验室研究和某些中试规模的应用中取得成功。在电动修复过程中，主要的迁移作用有电渗析、电迁移、自由扩散和电泳等。修复过程实际是通过电迁移、电渗析和电泳3种机制清除土壤中的污染物。同时，电动修复过程中污染物的迁移还受到吸附解析和沉淀溶解等作用的影响。电动修复技术修复污染土壤的影响因素主要有土壤类型、污染物类型、土壤Zeta电位、电极间距和强化措施等。传统电动修复技术只是将污染物迁移浓缩到土壤一边或收集槽中，单一电动修复难以达到修复目标。因此，不同修复技术的组合应用越来越受到重视。

EK-PRB联合修复技术是将电动修复技术与渗透性反应墙(permeable reactive barriers，PRB)修复技术结合起来共同修复污染土壤，该技术结合了二者的优势，作为新兴的原位修复技术可经济有效地修复土壤砷污染。其成功应用主要基于以下2点：1)污染物在外加电场的作用下发生定向移动，从而使PRB修复技术可以在水力梯度作用下使用;2)PRB修复技术反应活性介质对污染物的吸附可降低或阻止对外加电极的污染。目前，有关EK-PRB联合修复技术修复土壤砷污染的研究在我国大陆鲜有报道。台湾及欧美等国家和地区有学者尝试使用该技术去除土壤中的砷，并取得了较好的效果。江姿幸对EK-PRB联合修复技术修复土壤砷污染进行了研究：试验中未设置PRB，As(Ⅴ)的去除率仅为26.78%～26.91%;当设置PRB后，As(Ⅴ)的去除率可提升至43.89%～70.25%;从阳极端收集到的砷浓度较高，表明砷在修复系统中受离子迁移的影响较为明显;单独使用电动修复技术处理时，其主要去除机制为电动力系统所产生的移除作用，使用EK-PRB联合修复技术进行处理时，其主要处理机制为反应介质的吸附作用;Fe0在反应过程中的氧化还原作用在该系统中并无明显的影响。Yuan等对EK-PRB联合修复技术修复土壤砷污染的机理进行了阐述：以FeOOH和Fe0作为反应介质，加入PRB后，砷的去除率增加了1.6～2.2倍;由于FeOOH具有较高的比表面积，其修复效果优于Fe0，认为EK-PRB联合修复技术对砷的去除机理为PRB的吸附作用和电动力对HAsO42-的迁移作用。

Yuan等分别采用钴包覆碳纳米管(CNT-Co)和碳纳米管(CNT)作为PRB修复技术反应介质研究EDTA强化EK-PRB联合修复技术修复土壤砷污染，结果表明，相同处理条件下CNT-Co装置对砷的去除率为63%，CNT装置中砷的去除率仅为35%，EK-PRB联合修复技术除砷过程中PRB吸附为主导作用。Cappai等采用改性红泥作为反应介质结合电动修复技术对低渗透性土壤中铬和砷的去除进行了相关研究，结果表明，EK-PRB联合修复技术除砷效果明显好于单独采用电动修复技术。Ruízl等对Fe0-PRB联合电动修复技术修复土壤砷污染机机理研究表明，在最佳处理条件下(pH为7，45mA，7h)，砷吸附在Fe0表面形成络合物(Fe(OH)3(s)-AsO43-)，砷的去除率高达94%。

EK-PRB联合修复技术不搅动土层，并可缩短修复时间，比较适合于低渗透的载土和淤泥土，且可回收砷，具有经济效益高、后处理方便、二次污染少等优点。近年来该技术发展较快，在一些欧美国家已进入商业化，但对大规模重金属污染土壤的就地修复仍不完善。

2.4 微生物修复

微生物修复(bioremediation)技术包括生物吸附和生物氧化还原。生物吸附是通过带电荷的细胞表面吸附重金属离子，或通过摄取必要的营养元素主动吸收重金属离子，将重金属离子富集在细胞表面或内部。生物氧化还原是利用微生物改变重金属离子的氧化还原状态进而改变土壤重金属的离子价态及活性。某些自养细菌〔如硫-铁杆菌类(Thiobacillusferrobacillus)、假单孢杆菌(Pseudomonas)〕能使As(Ⅲ)氧化，使亚砷酸盐氧化为砷酸盐，从而降低了砷的毒性。利用微生物使亚砷酸盐氧化，是最具潜力的微生物修复技术[59]。由于该技术修复效果好、投资小、费用低、易于管理与操作、不产生二次污染等优点，正日益受到人们的重视，成为土壤砷污染修复的研究热点。但目前该技术很难同时修复多种复合重金属污染土壤、应用难度较大。

2.5 植物修复

植物修复(phytoremediation)技术是利用某些可以忍耐和超富集有毒元素的植物及其共存微生物体系清除污染物的一种环境污染治理技术。影响土壤砷污染植物修复技术的因素主要包括植物种类、土壤中砷的植物可利用性、土壤物理化学性质、土壤改良剂、土壤微生物作用等内部因素，以及气候、农业耕作措施等外部环境因素。自Ma等发表了超富集砷植物(蜈蚣草)的研究，掀起了使用超富集植物修复土壤砷污染研究的热潮。国内陈同斌等报道了超富集砷蜈蚣草的研究。Ma等研究了蜈蚣草对砷的富集特征，发现蜈蚣草能把大量的砷转移到地上部，吸收砷浓度最大达22600mgkg，尤其是羽叶中能吸收更多的砷，浓度达5070mg/kg。目前能超富集金属、非金属污染物的植物已筛选了400多种，其中能超富集砷的植物主要集中于蕨类植物蜈蚣草〔Nephrolepiscordifolia(L.)Presl〕、大叶井口边草(PterisnervosaThunb.P.creticaauctNon.L.)、粉叶蕨(Pityrogrammacalomelanos)。宋书巧等研究发现，对于砷污染较轻的土壤，只要种植1～2次粉叶蕨就可以使土壤砷污染降到环境标准值以下。除了蜈蚣草等超富集植物，近年来国内外学者致力于寻找一些生长普遍的耐砷植物。罗艳丽等研究了新疆奎屯垦区的耐砷植物，发现藨草(ScirpustriqueterL.)和芦苇(Phragmites)对砷具有较强的耐性，砷在二者中的浓度分别为：藨草根部251.40mg/kg，地上部12.38mg/kg;芦苇根部92.91mgkg，地上部4.03mg/kg。Nateewattana等分别研究了4种湿地植物———美人蕉(CannaglaucaL.)、芋头(ColocasiaesculentaL.Schott)、纸莎草(CyperuspapyrusL.)和香蒲沙枣(TyphaangustifoliaL.)对土壤中砷的修复情况，结果显示纸莎草对砷的富集浓度最大，为130～172mg/kg，而芋头对砷的修复效率最高，为68mg/(m2˙d)。此外，邹小丽等进行了柳树对砷的吸收和运转及对土壤砷污染修复研究，结果表明，柳树经不同的砷浓度胁迫160d后，没有出现叶黄、枯萎等毒害现象，其对湿地土壤中的砷具有吸收、累积的作用，可用作湿地土壤砷污染的植物修复材料。