第40卷第2期 2008年2月 无机盐工业
铬污染土壤修复技术研究
宋玄，李裕，张茹
(中北大学化工与环境学院，山西太原030051)
摘要：Cr(VI)是世界公认的有毒致癌物，对人类健康有严重危害。随
着铬化工行业的发展，铬污染问题，尤其是土壤的铬污染问题，越来
越严重。本文描述了铬在土壤中的形态变化及土壤对铬的吸附特性，
介绍了隔离包埋法、固化稳定法、化学还原法、土壤淋洗法、电化学
修复法、微生物修复法和植物修复法等多种铬污染土壤的修复方法。
并展望了当前土壤铬污染治理的发展趋势，为科学合理地处理土壤修
复问题提供了方向。
关键词；铬；土壤；修复；污染治理
0引言
自1958年以来，我国铬盐生产行业得到了长足发展，铬及其相
关化合物己成为无机盐行业中的一类重要产品，广泛应用于化工、冶
金、印染、机械、陶瓷、医药和建材等多种行业，在国民经济中占有
重要的地位。
铬工业发展的同时也造成了环境的污染，尤其是土壤的铬污染。
土壤中的铬来源主要有土壤本身所含的铬，铬原料及铬产品运输过程
的跑、冒、滴、漏，铬生产工艺过程中产生的废气、废水和废渣通过
大气沉降、淋雨和堆放进入土壤，灌溉用水中的铬等。Cr(VI)是世界
公认的有毒致癌物，Cr(VI)以CrO42-形式透过细胞膜刺激皮肤，使皮
肤过敏，并对食道、呼吸道造成损害，通过食物链在人体内富集，引
发一系列病变，严重威胁人类健康。因此，土壤铬污染修复问题备受
关注。
1铬在土壤中的形态
铬与土壤间的各种物理化学吸附、沉淀络合作用导致铬在土壤中
的形态变化。铬在土壤中的形态主要以Cr(Ⅲ)和Cr(VI)为主，Cr(Ⅲ)
和Cr(VI)之间可相互转化。碱性条件下，Cr(Ⅲ)遇到强氧化物质可氧
化为Cr(VI)；酸性条件下，Cr(VI)遇到还原性物质还原为Cr(Ⅲ)。
土壤中铬的形态与土壤pH值有关。土壤中Cr(VI)形态有Cr2O72-、
H2CrO4、HCrO4-;和CrO42-。中性和碱性条件下，Cr(VI)主要以CrO
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形式存在，少部分以难溶铬酸盐(CaCrO4、BaCrO4和PbCrO4等)的形
式存在；酸性条件下，Cr(VI)主要以HCrO4-形式存在。
2土壤对铬的吸附特性
土壤对离子有吸附交换作用，表现为土壤对铬有一定程度的自净
能力和环境容量，具体情况与土壤的类型、土壤性质(pH、Eh、孔隙
率、含水率等)以及土壤所含矿物的类型有关。
Cr(Ⅲ)在进入土壤后，9%以上可被吸附固定，少量Cr(Ⅲ)呈游
离态，毒性较小。Cr( VI)则不易被土壤吸附，大部分以游离态存在，
仅有8.5%～36.2%可被吸附固定。粘土对Cr(Ⅲ)的吸附能力是Cr(VI)
的几十到上百倍，土壤中粘土含量越多，土壤对铬的阻滞能力越强，
吸附量也越大。碱性土壤的铬吸附能力一般大于酸性土壤。铬吸附能
力顺序为高岭土>伊利石>蛇石和蒙脱石。所以，红壤(组成以高岭土
为主)对Cr(VI)的吸附能力较强，黑壤(组成以蒙脱石、伊利石为主)
和黄壤(组成以伊利石为主)对Cr(VI)的吸附能力较弱。
3铬污染土壤修复技术
多年来，世界各国对土壤铬污染修复问题进行了大量实验，并研
究开发出了多种方方法。铬去除思想主要有2种:一是通过还原、沉
淀和络合作用降低铬在土壤中的迁移能力和生物可利用性;二是将铬
从土壤中分离。
3.1隔离法
隔离包埋法是一种物理修复方法，即通过水泥、灰浆、钢铁等材
料在铬污染地区修建隔离墙，在土壤上覆盖合成膜，也可在土壤下面
铺设水泥和石块混合层，以达到防雨、防渗、防飞扬的效果，将铬与
周围环境隔离，减少对周围环境的污染。
3.2固化稳定法
固化稳定法是将铬污染土壤与粘合剂允分混合，将铬包埋在固体
基质中，降低铬迁移能力。水泥和硅土是常用粘合剂。通常与化学还
原法结合使用，先用还原剂将六价铬还原，再将铬固定。另外，也可
利用电导产热原理加热土壤，冷却后土壤会形成玻璃状固体，即玻璃
化。
3 .3化学还原法
化学还原法是利用还原剂将Cr(VI)还原并形成难溶化合物沉淀。
可采用原位处理(直接在土壤中加入还原物质，也可使用“可渗透氧
化还原反应墙”)或采用异位处理。常用还原剂有硫酸亚铁、硫化物
或单质铁等。还原剂需要根据土壤具体情况和还原成本来选择。梁金
利等通过研究硫代硫酸钠、亚硫酸钠、抗坏血酸与硫酸亚铁等还原剂
对土壤中Cr(VI)的还原效果发现，亚硫酸钠浓度为1 mol/L，pH为9.5、
反应时间为5 min时，还原效果最佳。
化学还原法还原剂虽然种类多样、成本低，但还原效果不够彻底，
对于颗粒内部的Cr(VI)难以接触并还原，土壤中往往存在其他氧化性
物质，导致还原剂投加量远远大于理论值，造成还原剂的浪费及二次
污染。
3.4淋洗法
淋洗法利用水力压力来推动淋洗液穿过铬污染土壤，通过淋洗剂
与铬污染土壤之问的物理化学作用加强铬从土壤中的可溶出性，将铬
与土壤分离。常用淋洗剂有无机酸、有机酸、表面活性剂、人工鳌合
剂或水。应尽量选用容易降解、不造成二次污染的淋洗剂。最好选用
水作淋洗剂。淋洗法比较适用大粒土壤，如沙土，不适应于粘土。
3.5电化学修复法
电化学修复法基本原理为，在土壤的两端施加直流电压以形成电
场梯度，土壤中的带电粒子通过迁移、渗析和电泳积聚沉淀在电极两
端，达到修复的目的。对于铬离子来说，Cr(VI)会迁移到阴极室，Cr(VI)
则迁移到阳极室。
土壤性质、电场施加参数和铬的形态都会影响土壤电动修复效
果。调节土壤的pH值或在土壤中加入络合剂、氧化剂等都可提高土
壤的电动修复效率。卢静等发现，加入络合剂EDTA和柠檬酸后，电
动修复铬污染砂土的效率比不添加络合剂时提高了近40%。陈锋等通
过研究多种控制方式对电动修复效率的影响发现，盐酸中和控制最为
有效。
电化学修复法对土壤结构和周围环境影响小，比较适合特殊场地
的土壤修复，如渗透系数低的土壤。
3. 6微生物修复法
微生物修复利用土壤中的土著微生物或接种驯化的微生物与重
金属相互作用来降低土壤的毒性。目前发现的可用微生物有埃希氏菌
属、肠细菌、杆状菌等。
根据作用机理的不同，微生物修复法可以分为生物还原沉淀、生
物吸附和生物甲基化3种。铬污染土壤的微生物修复一般为生物还原
沉淀，它利用了微生物还原酶催化作用还原Cr(VI)或通过微生物代谢
产物间接还原Cr(VI)。目前，微生物修复技术主要侧重于新菌种培养、
去除机理以及对抗性基因研究等方面。黄顺红等通过直接添加培养基
来激活土著微生物的活性，原位修复了铬渣堆场污染土壤。李政红等
少用实验培养优化的土著硫酸盐还原菌液修复了铬污染土壤。
生物修复可保存土壤结构及周围环境。为了供应微生物的生长繁
殖，往往需要在土壤中投加营养物质，农村普遍投加堆肥、厩肥、发
酵麦秆、牛粪和鸡粪来改良土壤。有机酸、蜜糖等也可达到相同效果。
需要注意的是，土壤营养过剩会引起微生物大量繁殖，导致生态系统
失衡。
3. 7植物修复法
植物修复利用植物来固定、吸收、转移、转化、降解重金属，恢
复重建土壤环境。根据植物修复功能的不同，植物修复法可分为5种
修复类型:植物提取修复、植物稳定修复、植物挥发修复、植物降解
修复和根际圈植物降解修复。
铬污染土壤修复一般为植物提取修复，利用植物根系的吸收作
用，将铬贮存转移到茎叶之中，收割茎叶即可达到去除铬的目的。迄
今发现的可用于铬污染土壤修复的超积累植物有李氏禾、蒲公英、印
度芥菜等。蔬菜对铬也有一定的积累作用。不同蔬菜对铬的积累能力
为叶菜类>茄果类>豆类>瓜类。有些植物虽不能明显迅速地吸收铬，
但可稳定持续地降低铬，如玉米也可作为铬修复植物。
植物修复能够保持土壤结构和生物群落，收割的含铬植物还可用
于炼矿。但植物生长速度缓慢，容易受土壤类型、温度、湿度等条件
限制，金属离子必须是植物根系可吸收的形态。植物根系一般只存在
于浅层土壤，不能进行深层土壤修复。
4展望
研究铬污染土壤的治理有重要意义，各种文献报道屡见不鲜。电
修复技术、生物修复技术具有广阔的应用前景。目前，对铬污染土壤
的研究大多停留在实验室阶段，距离实际应用还有相当大的距离。在
结合自身国情、保证人民生活和劳动的前提下，应改进生产工艺条件，
调节产业结构，从源头上减少铬污染，提高科研深度，发展低成本、
清洁化的土壤修复技术，走可持续发展道路。