阻断重金属的传递链条

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　　土壤无机污染物中最引人瞩目的是重金属污染。由于重金属不能为土壤微生物所分解，且易于积累，转化为毒性更大的甲基化合物，一旦通过食物链进入人体，便会严重危害人体健康。

　　《全国土壤污染状况调查公报》显示，镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍等无机污染物点位超标率达到82.8%。从污染分布情况看，西南、中南地区土壤重金属超标范围较大；镉、汞、砷、铅4 种无机污染物含量分布呈现从西北到东南、从东北到西南方向逐渐升高的态势。

　　矿山及周边是重金属污染的高发地，随着重金属污染问题越来越受到国家和公众的重视，在矿产资源的开发和利用过程中探索有效、低成本的修复技术，已成为当前土壤污染领域研究的重点。

　　随着矿产资源的开发和利用，矿石、尾矿、酸性矿井水、选矿废水、废渣中的重金属和其他有机污染物成为矿区水土环境的主要污染源，在某些矿区甚至是大气环境污染的重要来源。它们通过污水灌溉、大气降尘、尾渣淋溶等方式进入农用地并在土壤中不断累积，不但影响土壤生态系统的结构与功能，还通过饮水、饮食、呼吸和皮肤接触等途径进入人体而构成健康风险。因此，处理好重金属污染问题是当下迫切需要解决的矿山环境治理的重要内容。

　　由中国地质科学院矿产资源研究所矿山环境室的陈明研究员、张佳文教授级高级工程师和赵元艺研究员领导的课题组，自2001年以来一直致力于矿山环境的地质—地球化学综合调查和矿山土壤—水体系重金属的无害化处理技术研究，取得了显著成效。

　　2002年~2005年，陈明与法国国家科研中心和LEM实验室开展大型城市环境污染机理与修复方面的国际交流与合作研究，在引进国外流域整体综合治理先进理念的同时，分别在天津市和北京市典型重金属污染区开展土壤重金属的无害化实验，利用重金属的不同化合物和矿物在自然界常温常压条件下不同的稳定性，将溶解于土壤溶液中的“活动态”重金属转化成难溶的稳定矿物，使得农作物不易吸收该种重金属。这样，即使土壤中重金属元素的总体含量高，也不会转移到水或者食物链中，从而大大减轻重金属污染的危害甚至变得无害。例如，在天津某镉元素相对于三级土壤标准超标3~5倍和铅元素含量超标约2倍的情况下，成功地将紫甘蓝和菠菜中的重金属含量下降83%~92%，有关成果通过了科技部专家评审。可惜的是，当时由于国内重金属污染治理进展缓慢，该项技术没有得到大面积的推广应用。尽管如此，相关研究工作并未停止，课题组进一步在福建省汞污染土壤修复技术的研究中使用了类似的原理和技术，取得了重要进展。

　　近年来，随着重金属污染问题越来越受到国家和公众的重视，探索有效、低成本的修复技术已成为当前土壤污染领域研究的重点。由于我国土壤重金属污染主要集中于矿区和工业城市，特别是一些矿山城市。这些地区，普遍缺乏对尾矿等的无害处理，对土壤造成了很大危害。当有害物质的积累量超过环境容量时，不但新加入的污染物会被吸收，而且原来储存的大量有害物质也会重新活化，从较稳定的状态转变为容易被植物或动物吸收的溶解态，使得活动的污染物浓度陡然上升，对生态环境和人类健康造成不可逆转的危害，这就是缓变型地球化学灾害。

　　2012年，由陈明和张佳文负责的国土资源部公益性行业科研专项课题《海西经济区缓变型地球化学灾害研究》项目启动。福建省泉州市的多目标地球化学调查资料表明，该市土壤表层汞、铅、镉等重金属元素存在多个异常区域，污染较为严重，其中最为典型的高汞区，具有异常面积大、含量高、危害性强等特点。汞，是所有重金属污染元素中最难处理的一个，而汞污染的无害化技术可以很方便地移植到其他重金属污染场地修复中去。为此，课题组选择典型高汞区作为缓变型地球化学灾害的研究区，开展了汞元素缓变型地球化学灾害的形成机理、灾害链的组成与阻断途径等工作，并研究了汞元素污染场地中汞的无害化修复技术。

　　该课题自2012年正式实施以来，研究团队开展的大量野外采样、现场盆栽实验、中试实验和典型修复示范等工作取得了重要进展及成果。根据汞元素的稳定性，提出了缓变型地球化学理论指导下的基于化学固定技术的土壤汞元素的无害化处理技术，以某具有纳米管状结构的非金属材料和生石灰为原料，配制了被称为NTSH的修复剂，并用NTSH对汞污染土壤进行了无害化处理。实验表明，随着NTSH添加比例的增大，指示植物——空心菜吸收的汞量逐渐减少；在土壤中汞元素的浓度小于20ppm、添加0.3%左右的NTSH，即可使活动态的汞降低一半以上。中试实验进一步表明，添加了NTSH的场地，不但植物的生长情况得到明显改善，生物量比对照组增加数倍，而且植物所吸收的汞的含量降低到对照组的60%左右，达到甚至超过当前国内外已经报道的同类修复最佳水平。