城市垃圾重金屬污染及其治理研究進展

隨著城市規模的擴大，城市垃圾產量與日俱增。由于我國多數城市垃圾未經分類收集，大量電子垃圾進入垃圾場,導致垃圾填埋場重金屬污染嚴重。同時這些重金屬通過食物鏈進入人體,對居民的健康構成嚴重威脅。由于重金屬在環境中具有相對穩定性和難降解性，不能被微生物降解，很難從環境中清除出來，使得重金屬污染治理十分困難。因此城市垃圾重金屬污染治理已成為當前城市發展過程中急需解決的重大課題。

重金屬污染治理一直是國內外研究的熱點和難點，國內外學者對城市垃圾的重金屬污染進行了不少研究[1~5]。本文分別從城市垃圾中重金屬來源、污染及其治理狀況等方面綜述了城市垃圾重金屬污染方面的研究進展，指出了當前研究中存在的問題和今后的研究方向。

1城市垃圾重金屬污染現狀

由于人們生活水平的不斷提高，日常生活用品中的重金屬有所增加，同時大量電子產品廢棄物未經處理與生活垃圾一起堆放，造成垃圾中重金屬增多。目前我國很多電子產品都進入更新換代時期，按家電正常使用壽命10~15年計算，我國每年有400萬臺電冰箱、500萬臺洗衣機和1000萬臺以上的電視機進入更新期，約有500萬臺電腦和上千萬部手機進入淘汰期，如此大量的電子產品進入垃圾場，造成垃圾場嚴重的重金屬污染。

垃圾中的重金屬一方面對堆放地及周邊土壤造成污染，另一方面垃圾滲濾液排入河流或滲入地下水，造成地下水污染。1t垃圾可產生800ｍL碳酸，能使垃圾中的Hg、Cd、Zn等重金屬以鹽的形式溶入水中，哈爾濱韓家洼子垃圾埋填場附近的錳超標3倍、汞超標29倍[5]。徐州馬河區域的研究表明：土壤中的Cr、Cu、Zn、Pb污染主要是由垃圾施用引起的，而Cd污染是由農灌和垃圾施用引起的。武漢市垃圾堆放場Cd、Hg、Cr、Cu、Zn、Pb、As等重金屬含量均高于當地土壤背景值。20世紀60年代日本富山縣神通川流域由于鉛鋅冶煉而排放的含鎘污水污染水稻，居民長期食用含鎘稻米和含鎘水引起鎘中毒，造成1004人中毒，206人死亡[6]。我國遼寧省西部、浙江省溫州、遂昌等地近年出現了鎘中毒人群，主要是由垃圾中鎘污染引起的。

2城市垃圾中重金屬污染治理研究進展

長期以來國內外學者對土壤重金屬污染治理進行了大量研究，取得了一定的治理效果[6~8]。目前常用的重金屬污染治理方法有物理方法（客土法、淋濾法、吸附固定法）、化學方法（生物還原、絡合浸提法）及玻璃化、土壤沖洗及電動修復等，但這些方法工程量大，投資昂貴，修復成本極高，需要打擾土壤結構，只能小面積污染治理，很難大面積推廣應用。在這種背景下對環境擾動少、修復成本低且能大面積推廣應用的重金屬污染植物修復技術應運而生,為重金屬污染治理提供了新途徑。據美國實踐，植物修復法種植和管理費用比物理、化學處理法的費用低幾個數量級，即每年1m2土壤的處理費用僅為0.02~1.0美元。

2.1城市垃圾填埋場重金屬污染治理研究進展

植物修復是利用植物提取、吸收、分解、轉化或固定土壤、沉積物、污泥或地表、地下水中有毒有害的污染物技術的總稱。國外很早就發現了重金屬超富集體的存在，早期主要是利用超富集指示植物來發現特定的礦床，這種方法在美國和俄羅斯發現鈾礦中起到重要作用。Chaney1983年首次提出利用某些能夠超富集重金屬的植物清除土壤重金屬[9]。利用超富集體改良土壤的成功例證是在明尼蘇達洲遭受Cd污染的大地上，利用遏藍菜屬、麥瓶草屬、長葉萵苣、Cd累積型玉米和Zn、Cd抗性紫洋芋5種植物來消除土壤中Cd的毒性，將一片光禿的死地轉變成生機盎然的活土。到目前為止世界上已發現的超積累植物有500多種，主要有遏藍菜屬、九節木屬、遏藍菜屬、藍云英屬植物。

近年來我國對重金屬污染植物修復技術有不少研究[8，10，11]。魏樹和等[10]研究表明：狼把草和龍葵地上部分Cd和Zn的富集系數均大于1，具備了重金屬超富集植物特征。黃朝表等[11]對金華地區11種雜草吸收重金屬的研究表明：早熟禾、裸柱菊、北美獨行菜和北美鬼針草對Cu吸附能力較強；北美車前、早熟禾、裸柱菊和蚊母草對Cd富集能力較強；早熟禾、蚊母草和裸柱菊等對Pb的吸收能力強。但目前尚無超積累植物用于垃圾中重金屬污染治理的報導。

轉基因技術應用于重金屬污染植物修復研究起步比較晚。20世紀80年代只限于利于植物積累重金屬或增強其對重金屬抗性的基因。隨后開始探討超富集植物積累重金屬的機理和分離具有這種功能的基因。近年來通過把超富集植物耐重金屬基因導入到生物量大和生長速率快的植物中去,培育出具有實用價值的轉基因植物,從而克服天然超富集植物的缺點。國外有人將誘變基因merA引入到Arabidopsisthaliana中，其抗汞能力比對照提高3倍；將金屬硫蛋白基因引入番茄，能明顯提高對Cd、Cu的耐性。但目前尚無轉基因超積累植物用于城市垃圾重金屬污染治理的報導。

2.2城市垃圾滲濾液中重金屬污染治理研究進展

由于國外垃圾有進行分類收集，城市垃圾滲濾液中重金屬污染不嚴重，因此國外有關垃圾圾滲濾液中重金屬污染治理不多。國內這方面的研究也比較少，主要是通過物理和化學方法治理，但渠榮遴等[12]利用水體中的超富集植物修復去除水中的鉛、鋅、鎘，提出了選擇具有“重金屬超量積累傾向”的傳統作物進行環境水體中重金屬治理，具有很好的應用前景。范修遠等利用水葫蘆、水芹菜等來治理重金屬污染水域取得成功。目前應用較多的是人工濕地技術和生物塘工程，通過向水生生態系統投放對重金屬有富集作用的植物，然后定期收割處理，去除重金屬。目前對垃圾滲濾液污染研究大多是對垃圾滲濾液BOD、COD、氨氮等的去除，對其重金屬污染的研究很少。

3城市垃圾重金屬污染治理的問題與展望

由于國內對城市垃圾中重金屬污染還沒有引起足夠重視，目前有關城市垃圾重金屬污染治理研究比較少。利用植物修復技術修復雖有很多優點，但也存在不足：其一因重金屬超富集體是在重金屬脅迫環境下長期誘導和馴化下形成的適應性突變體，往往生長緩慢，植株矮小，生物量低。其二目前篩選的超富集體對環境要求比較嚴格，區域性分布較強，使其引種受到限制。其三超富集體的專一性很強，往往只對某些特定重金屬表現出超富集能力，對其它重金屬沒有超積累能力。

針對以上不足，在今后垃圾重金屬污染治理研究應加強以下研究。

(1)加強城市垃圾填埋場重金屬污染的研究。

(2)加大從天然野生植物中篩選超富集植物的力度。目前對陸地超富集植物研究較多，而對水體中的超富集植物篩選稍顯不足，要加強污能適應南方垃圾填埋場及其滲濾液中生長的重金屬超富集植物研究。

(3)加強已發現超富集植物引種和馴化研究。重點研究超富集植物修復重金屬污染的強化措施，通過基因工程技術對超富集植物進行內在的改良和利用螯合誘導技術對植物修復的作用進行外在的強化，將超富集植物的超富集特性與高生物量及高生長速率的特性結合于同一種植物中，以提高吸收重金屬的效率。