工業(yè)污染場(chǎng)地土壤修復(fù)技術(shù)研究

伍秀群　胡宗元　張虎成　崔瑞萍　李騫　聶曦

摘要：從目前的形勢(shì)來(lái)看，我國(guó)的土壤重金屬和有機(jī)物的污染情況已經(jīng)非常嚴(yán)重，這已經(jīng)越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注。文章主要對(duì)工業(yè)污染場(chǎng)地土壤修復(fù)技術(shù)進(jìn)行研究分析，希望能夠給相關(guān)人員在實(shí)踐工作中提供一定的參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：國(guó)內(nèi)土壤；重金屬；有機(jī)物；工業(yè)污染場(chǎng)地；土壤修復(fù)技術(shù) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類(lèi)號(hào)：TP3 文章編號(hào)：1009-2374（2017）03-0088-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.03.039

1 我國(guó)城市工業(yè)污染場(chǎng)地主要類(lèi)型

1.1 重金屬污染

在化學(xué)中，重金屬一般主要是指相對(duì)密度在5.0或者5.0以上的金屬元素，但是通常來(lái)說(shuō)對(duì)其并沒(méi)有嚴(yán)格的定義，其共有45種重金屬元素，包括Zn、Ge、Mn、Cu等，其中因?yàn)锳s的屬性與重金屬元素的屬性相似，所以我們也把As視為重金屬元素，該元素也是目前工業(yè)場(chǎng)地污染中重要的重金屬污染元素之一。相關(guān)的研究表明，工業(yè)場(chǎng)地土壤污染的重金屬元素主要有8種，分別是As、Ni、Hg、Cu、Zn、Cd、Cr、Pb。這8種重金屬主要來(lái)源是化學(xué)原料和相關(guān)制品業(yè)、冶煉業(yè)、皮革和相關(guān)制品業(yè)、蓄電池制造業(yè)等。

1.2 有機(jī)污染物

工業(yè)場(chǎng)地土壤有機(jī)污染主要是指能夠?qū)ν寥涝斐晌廴镜挠袡C(jī)物進(jìn)入到工業(yè)場(chǎng)地的土壤之中并產(chǎn)生相關(guān)的具有污染性的有機(jī)化合物，有機(jī)污染物的種類(lèi)主要包括POPs（持久性有機(jī)污染物）、農(nóng)藥、多環(huán)芳烴（PAHs），另外還有石油類(lèi)污染，這些有機(jī)污染物主要來(lái)自于石油化工、油漆、農(nóng)藥生產(chǎn)等相關(guān)行業(yè)。

1.3 復(fù)合污染

復(fù)合污染主要是指重金屬、有機(jī)污染物的復(fù)合污染，這也是工業(yè)場(chǎng)地土壤污染的主要形式，其具體的形式比較多樣化，有不同重金屬之間的復(fù)合污染、不同有機(jī)污染物之間的復(fù)合污染、不同重金屬與不同有機(jī)污染物之間的復(fù)合污染，在目前我國(guó)工業(yè)場(chǎng)地土壤污染中主要的污染物就是重金屬之間的復(fù)合污染、石油類(lèi)有機(jī)污染物之間的復(fù)合污染、重金屬與農(nóng)藥等有機(jī)污染物的污染，一旦土壤被這些復(fù)合污染物所污染，由于各種污染物之間存在一定的相互作用，會(huì)造成相關(guān)土壤環(huán)境與地下水環(huán)境發(fā)生變化，這也給工業(yè)場(chǎng)地的修復(fù)造成了嚴(yán)重的困難。

2 工業(yè)場(chǎng)地污染危害

2.1 重金屬污染的危害

伴隨我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，很多含重金屬的污染物慢慢通過(guò)各種途徑進(jìn)入到土壤當(dāng)中，這就造成了大面積的土壤中相應(yīng)重金屬元素的富集，影響了人類(lèi)生存環(huán)境的質(zhì)量。根據(jù)我國(guó)的農(nóng)業(yè)部所做出的全國(guó)污灌區(qū)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國(guó)每年由于重金屬污染所造成的糧食減產(chǎn)超過(guò)1000多萬(wàn)噸，而由于重金屬污染造成的不合格糧食每年多達(dá)1200萬(wàn)噸，這樣合計(jì)出現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)損失至少200億元。由此可見(jiàn)，我國(guó)的土壤重金屬污染已經(jīng)慢慢發(fā)展成一個(gè)不容忽視的突出環(huán)境問(wèn)題。

2.2 有機(jī)物污染的危害

從土壤的污染過(guò)程分析，有機(jī)污染物主要可以包括兩種，分別是揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機(jī)污染物。在我國(guó)，土壤的有機(jī)污染物主要有石油烴類(lèi)的有機(jī)污染物、鹵代烴類(lèi)的有機(jī)污染物、農(nóng)藥類(lèi)的有機(jī)污染物、多環(huán)芳烴類(lèi)有機(jī)污染物、多氯聯(lián)苯類(lèi)有機(jī)污染物等許多種有機(jī)污染物。很多的土壤有機(jī)污染物可以直接被人體吸收，甚至?xí)霈F(xiàn)在體內(nèi)積累的現(xiàn)象，這樣會(huì)大大影響人體生化和生理反應(yīng)，從而對(duì)人體的新陳代謝、發(fā)育功能產(chǎn)生影響，還會(huì)對(duì)人的智力發(fā)育水平造成一定影響，或者是破壞神經(jīng)系統(tǒng)等。而且人體內(nèi)如果有機(jī)污染物含量高，可能會(huì)促進(jìn)腫瘤的生長(zhǎng)，造成癌癥發(fā)病率增加的情況。

3 工業(yè)場(chǎng)地污染的修復(fù)技術(shù)

目前我國(guó)污染土壤修復(fù)技術(shù)體系主要由生物和物化修復(fù)技術(shù)組成，目前國(guó)內(nèi)主要的土壤修復(fù)技術(shù)如圖l所示：

3.1 植物修復(fù)技術(shù)

在土壤修復(fù)過(guò)程，具體的植物修復(fù)技術(shù)主要包括植物提取技術(shù)、植物穩(wěn)定技術(shù)、植物揮發(fā)技術(shù)。首先，植物提取技術(shù)主要是指通過(guò)種植能夠大量吸收并積累重金屬與有機(jī)物的植物來(lái)吸收土壤中的重金屬與有機(jī)物，從而可以將土壤中的重金屬與有機(jī)物含量盡可能地轉(zhuǎn)移到植物身上，然后對(duì)植物進(jìn)行收割和處理，以達(dá)到降低土壤重金屬與有機(jī)物含量和改善土壤的技術(shù)；其次，植物穩(wěn)定技術(shù)主要是指利用植物根際相關(guān)微生物的分泌屬性，將土壤中的重金屬與有機(jī)物進(jìn)行有效的沉淀或者螯合，從而預(yù)防重金屬與有機(jī)物繼續(xù)往地下滲透而污染地下水或者其他動(dòng)植物，而間接地降低重金屬與有機(jī)物對(duì)人類(lèi)健康的侵害；最后，植物揮發(fā)技術(shù)主要是指通過(guò)植物本身能夠進(jìn)行吸收、積累和揮發(fā)的屬性，對(duì)土壤中的重金屬與有機(jī)物進(jìn)行直接吸收積累與揮發(fā)，從而降低土壤重金屬與有機(jī)物的含量。

3.2 微生物修復(fù)技術(shù)

對(duì)于微生物修復(fù)技術(shù)而言，往往是利用一些微生物的作用進(jìn)行土壤和水體中污染物的清理或是進(jìn)行污染物無(wú)害化處理的過(guò)程。在城市的土壤中，往往微生物的數(shù)量和種類(lèi)都相對(duì)較大，它們?cè)谶M(jìn)行重金屬與有機(jī)物無(wú)害化處理中發(fā)揮的作用是非常不可忽視的。利用微生物進(jìn)行土壤中重金屬與有機(jī)物的毒性的降低或者是吸附積累在土壤中的重金屬與有機(jī)物，可以慢慢改變根際微環(huán)境，這樣就能增加植物對(duì)重金屬與有機(jī)物的吸收，揮發(fā)及固定的效率。

3.3 熱化法修復(fù)

這種方法就是直接通過(guò)加熱，或者是水蒸氣進(jìn)行加熱，紅外線進(jìn)行加熱、微波輻射進(jìn)行加熱，將土壤里的物質(zhì)慢慢加熱到一定的溫度，這樣可以使土壤中的一些可揮發(fā)性的污染物迅速氣化，再對(duì)這些可揮發(fā)性污染物進(jìn)行收集工作，就可以有效地降低土壤中污染物的濃度。這種熱化法對(duì)于能耗的要求比較高，這樣一般要求土壤具有一定的滲透性，只是針對(duì)一些可揮發(fā)性好的土壤污染物。

3.4 固化-穩(wěn)定技術(shù)

將污染介質(zhì)中的污染物進(jìn)行固定，讓該污染物處于一個(gè)比較穩(wěn)定的狀態(tài)，這種修復(fù)技術(shù)即是固化-穩(wěn)定技術(shù)。該技術(shù)把固化的穩(wěn)定劑和已經(jīng)被污染的土壤進(jìn)行混合，通過(guò)化學(xué)以及物理的方法來(lái)進(jìn)行污染物的物理、化學(xué)溶解程度或在環(huán)境中的活潑程度的降低。這種固化-穩(wěn)定的方法能夠在原位和異位上分別進(jìn)行，對(duì)于原位的固化-穩(wěn)定技術(shù)而言，比較適合那些被有機(jī)物污染的土壤或者是那些重金屬污染的修復(fù)工作；異位固化-穩(wěn)定化技術(shù)通常適用于處理無(wú)機(jī)污染物質(zhì)，不適用于半揮發(fā)性有機(jī)物和農(nóng)藥殺蟲(chóng)劑污染土壤的修復(fù)。固化-穩(wěn)定技術(shù)可以處理多種復(fù)雜金屬?gòu)U棄物，形成的固體毒性低，穩(wěn)定性強(qiáng)，處置費(fèi)用也較低，較為普遍應(yīng)用于土壤硬金屬污染的快速控制，對(duì)多種重金屬與有機(jī)物復(fù)合污染土壤和放射性物質(zhì)污染土壤的無(wú)害化處理具有明顯的優(yōu)勢(shì)。此外，污染物埋藏深度、土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量等都會(huì)在一定程度上影響該技術(shù)的應(yīng)用以及有效性的發(fā)揮。

3.5 清洗法

在進(jìn)行清洗法實(shí)施的時(shí)候往往需要用到一些表面活性劑，這些表面活性劑包括很多的類(lèi)型：非離子性的表面活性劑﹑陰離子性的表面活性劑以及陽(yáng)離子性的表面活性劑等。利用這些表面活性劑在進(jìn)行沖洗的過(guò)程中相對(duì)于單純的水力沖洗的去污能力可增強(qiáng)50倍以上，這樣就有了一個(gè)極佳的去污效果。另外，在當(dāng)今生物技術(shù)不斷發(fā)展的時(shí)候，生物表面活性劑也出現(xiàn)了越來(lái)越普及的情況，它的去污效果往往比一些常規(guī)的表面活性劑更加的具有環(huán)境親和性，更加易于降解，已經(jīng)漸漸成為一個(gè)未來(lái)表面活性劑的發(fā)展方向。對(duì)于一些農(nóng)藥污染的土壤往往可以采取利用有機(jī)溶劑進(jìn)行清洗的方法達(dá)到去污目的。

3.6 熱脫附技術(shù)

熱脫附的主要工作原理就是運(yùn)用熱能來(lái)增強(qiáng)污染物的揮發(fā)性，從而將污染物從污染土壤或沉積物中分離出去，并對(duì)這部分污染物先行集中處理。通常情況下，熱脫附系統(tǒng)包括熱解吸單元和廢氣處理系統(tǒng)這兩大模塊，其中，熱解吸過(guò)程又分為高溫?zé)崦摳胶偷蜏責(zé)崦摳?。相較于傳統(tǒng)技術(shù)，熱脫附技術(shù)的優(yōu)勢(shì)明顯，具備超大范圍的污染物處理能力，其設(shè)備可移動(dòng)、使用靈活，并且經(jīng)其修復(fù)后的土壤可循環(huán)再利用，尤其適用于PCBs這類(lèi)含氯有機(jī)物的分離處理，可以有效避免二惡英的產(chǎn)生。鑒于熱脫附技術(shù)的優(yōu)勢(shì)性能，現(xiàn)階段很多歐美國(guó)家已將土壤熱脫附技術(shù)工程化，在高度有機(jī)污染土壤的離位和恢復(fù)上取得了突破性進(jìn)展。但是，受到相關(guān)設(shè)備價(jià)格昂貴、運(yùn)行成本過(guò)高、脫附時(shí)間過(guò)長(zhǎng)等種種因素的限制，熱脫附技術(shù)在持久性有機(jī)污染土壤修復(fù)中還未得到廣泛應(yīng)用。

4 工業(yè)場(chǎng)地污染土壤修復(fù)技術(shù)的具體應(yīng)用

4.1 工程概況

本工業(yè)場(chǎng)地位于江蘇，原先為化工廠，在化工廠搬遷以后對(duì)該場(chǎng)地土壤污染情況進(jìn)行調(diào)研與評(píng)估，發(fā)現(xiàn)該場(chǎng)地土壤土層極為復(fù)雜，局部土層出現(xiàn)不連續(xù)的情況，粉砂土層與粉質(zhì)黏土層也存在局部缺失現(xiàn)象。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，該工業(yè)場(chǎng)地土壤中存在不同程度的有機(jī)物與半揮發(fā)性有機(jī)物污染，土壤中的污染物主要是氯苯與1，4-二氯苯，場(chǎng)地的污染區(qū)域比較集中，主要集中在員工也廠房生產(chǎn)裝置區(qū)。經(jīng)過(guò)技術(shù)篩選，本場(chǎng)地選擇了低溫?zé)崦摳?活性炭吸收異位修復(fù)技術(shù)和原位修復(fù)技術(shù)，部分土壤采用微生物技術(shù)和植物技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。

4.2 修復(fù)效果

在綜合使用多種修復(fù)技術(shù)以后，土壤中苯、氯苯、1，4-二氯苯經(jīng)修復(fù)后濃度顯著降低，污染物消除率分別是89.33%、94.95%、86.82%。但是在實(shí)際操作中，該工業(yè)場(chǎng)地的局部土壤未達(dá)到修復(fù)目標(biāo)，所以對(duì)未達(dá)到修復(fù)目標(biāo)的土壤進(jìn)行補(bǔ)充修復(fù)后取得成效。

5 結(jié)語(yǔ)

眾所周知，土壤是一種人類(lèi)賴以生存的不可再生的重要自然資源。我們需要本著一個(gè)以預(yù)防為主綜合治理的環(huán)保方針，在源頭上對(duì)污染源進(jìn)行控制和消除。

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作者簡(jiǎn)介：伍秀群（1980-），女，供職于中鋼集團(tuán)天澄環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?，副高職稱，研究方向：固體廢物處理處置、污染場(chǎng)地修復(fù)。

（責(zé)任編輯：王 波）