土壤表層重金屬污染自然修復(fù)模擬方法研究

成春芳

（山西省長(zhǎng)治生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，山西長(zhǎng)治 046000）

土壤表層所受到的重金屬污染主要包括銅、鋅、鎘、鉛、汞、鉻、砷以及鎳等。為有效解決土壤表層重金屬污染問(wèn)題，本文提出一種自然修復(fù)模擬方法，致力于實(shí)現(xiàn)土壤表層重金屬污染自然修復(fù)[1—2]。在模擬土壤表層重金屬污染自然修復(fù)過(guò)程中，必須考慮土壤表層重金屬的隱蔽性、長(zhǎng)期性、不可逆性以及表聚性，因此本文以土壤表層為前提進(jìn)行重金屬污染自然修復(fù)。

1 土壤表層重金屬污染自然修復(fù)模擬方法研究

1.1 確定自然修復(fù)模擬測(cè)控要求

使用的土壤表層重金屬污染自然修復(fù)模擬方法為微生物自然修復(fù)，由于有些微生物具有嗜重金屬性，利用微生物對(duì)重金屬污染介質(zhì)進(jìn)行凈化，在土壤表層中被證明是一種很好的方法。用于土壤表層環(huán)境的處理，是一種行之有效的方法，目前已進(jìn)行了積極研究。通過(guò)嗜重金屬菌，有效地吸收土壤表層中的重金屬，面對(duì)存在著土壤與細(xì)菌分離的難題，結(jié)合影響土壤表層重金屬污染自然修復(fù)的關(guān)鍵指標(biāo)，確定自然修復(fù)模擬測(cè)控要求。

在實(shí)際模擬土壤表層重金屬污染自然修復(fù)過(guò)程中，真正能夠做到可測(cè)可控的物理量只有溫度以及氧氣含量，其他物理量只能通過(guò)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集獲得。將采集到的物理量數(shù)據(jù)引入LabVIEW實(shí)現(xiàn)土壤表層重金屬污染自然修復(fù)數(shù)據(jù)的圖形化顯示，通過(guò)客戶端到服務(wù)器再到終端的圖形化顯示[3-5]。

1.2 自然修復(fù)數(shù)據(jù)模擬歷史擬合

在確定自然修復(fù)模擬測(cè)控要求的基礎(chǔ)上，添加還原性有機(jī)物質(zhì)，通過(guò)還原性有機(jī)物質(zhì)分解生成有機(jī)酸，再利用其活性基團(tuán)與重金屬元素以及鎳等絡(luò)合或螯合，影響重金屬的有效性。本文用于修復(fù)土壤表層重金屬污染的有機(jī)物質(zhì)主要有未腐熟稻草、牧草、紫云英、泥炭、富淀粉物質(zhì)、家畜糞肥以及腐殖酸等。添加還原性有機(jī)物質(zhì)示意圖如圖1所示。

圖1 添加還原性有機(jī)物質(zhì)示意圖

通過(guò)圖1可知，在添加還原性有機(jī)物質(zhì)后，將土壤表層重金屬污染自然修復(fù)數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)值組。自然修復(fù)數(shù)據(jù)模擬歷史擬合的儲(chǔ)量取決于孔隙體積和飽和度。自然修復(fù)數(shù)據(jù)模擬歷史擬合孔隙體積與重金屬污染監(jiān)測(cè)分區(qū)的構(gòu)造和孔隙度有關(guān)，飽和度則與數(shù)據(jù)初始化相關(guān)。所以，在自然修復(fù)數(shù)據(jù)模擬歷史擬合時(shí)可以根據(jù)重金屬污染監(jiān)測(cè)分區(qū)的實(shí)際情況對(duì)以下參數(shù)做出相應(yīng)的調(diào)整，分別為：重金屬污染監(jiān)測(cè)分區(qū)的孔隙度、NTG、土壤表層的油水界面以及土壤表層的毛管壓力。在Petrel軟件模擬模型中可以找到自然修復(fù)數(shù)據(jù)模擬歷史擬合計(jì)算儲(chǔ)量包括OIP，GIP，WIP，RIP。通過(guò)對(duì)每個(gè)網(wǎng)格的自然修復(fù)數(shù)值模擬歷史擬合儲(chǔ)量，可以有效提高對(duì)土壤表層重金屬污染自然修復(fù)綜合分析的精準(zhǔn)度，為土壤表層重金屬污染自然修復(fù)分析奠定扎實(shí)的基礎(chǔ)。

1.3 實(shí)現(xiàn)土壤表層重金屬污染自然修復(fù)模擬

完成以上操作后，以計(jì)算機(jī)為核心，應(yīng)用可編程序邏輯控制（PLC）、測(cè)控軟件（LabVIEW）、數(shù)據(jù)采集與處理以及各個(gè)測(cè)量和控制設(shè)備，實(shí)現(xiàn)土壤表層重金屬污染自然修復(fù)模擬?？紤]到不同類型的重金屬污染物在進(jìn)行自然修復(fù)模擬時(shí)，因重金屬元素類型、參考標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)條件、處置方式、敏感受體等影響往往需要面對(duì)不同的修復(fù)目標(biāo)值。即便對(duì)于同一種重金屬污染物，實(shí)際模擬修復(fù)技術(shù)工藝以及修復(fù)材料也會(huì)有明顯不同。面對(duì)復(fù)雜的模擬自然修復(fù)狀況，從材料設(shè)計(jì)和使用的角度出發(fā)考慮，需結(jié)合工程條件和修復(fù)后土壤表層面向的使用規(guī)劃，設(shè)定并綁定多種附件條件，對(duì)實(shí)際模擬發(fā)揮效用的過(guò)程進(jìn)行約束。根據(jù)得出的土壤表層重金屬污染自然修復(fù)模擬結(jié)果，可分析出土壤表層重金屬污染自然修復(fù)的影響因素。如此一來(lái)，可使土壤表層重金屬污染自然修復(fù)的模擬設(shè)計(jì)能夠以需求為導(dǎo)向，具備較高的實(shí)際可操作性。

2 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

本次實(shí)驗(yàn)選取某銅礦周邊的重金屬污染土壤作為實(shí)驗(yàn)樣品，進(jìn)行針對(duì)土壤表層重金屬污染自然修復(fù)的實(shí)驗(yàn)研究。本次實(shí)驗(yàn)樣品中重金屬有效態(tài)含量的化學(xué)分析結(jié)果如表1所示。

表1 實(shí)驗(yàn)樣品化學(xué)分析結(jié)果

結(jié)合表1信息，實(shí)驗(yàn)樣品中主要的重金屬污染元素為砷。為評(píng)定不同修復(fù)模擬方法在修復(fù)效果方面的差異性，本次實(shí)驗(yàn)選擇AEB-DLYTPA碳酸氫銨-二乙三胺五乙酸作為土壤表層重金屬有效態(tài)提取劑。在此基礎(chǔ)上，分別使用傳統(tǒng)修復(fù)模擬方法以及本文設(shè)計(jì)修復(fù)模擬方法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，設(shè)置傳統(tǒng)的修復(fù)模擬方法為實(shí)驗(yàn)對(duì)照組。對(duì)比實(shí)驗(yàn)主要內(nèi)容為測(cè)試兩種修復(fù)模擬方法的土壤表層重金屬污染自然修復(fù)率，從而評(píng)定修復(fù)率更高的修復(fù)模擬方法。本次實(shí)驗(yàn)次數(shù)設(shè)定為10次，針對(duì)測(cè)得的修復(fù)率，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)而判斷兩種修復(fù)模擬方法對(duì)于土壤表層重金屬污染的自然修復(fù)能力。為避免由于外界因素造成土壤表層重金屬污染自然修復(fù)率結(jié)果的誤差，整體實(shí)驗(yàn)流程均在室內(nèi)進(jìn)行。

2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與結(jié)論

根據(jù)上述設(shè)計(jì)的對(duì)比實(shí)驗(yàn)步驟，采集10組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，將兩種修復(fù)模擬方法下的修復(fù)率進(jìn)行對(duì)比，修復(fù)率對(duì)比結(jié)果如表2所示。

通過(guò)表2可得出如下的結(jié)論：設(shè)計(jì)的修復(fù)模擬方法修復(fù)率最高可達(dá)92.14μ，實(shí)驗(yàn)對(duì)照組為52.04μ，設(shè)計(jì)的修復(fù)模擬方法修復(fù)率更高，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤表層重金屬污染自然修復(fù)。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，所設(shè)計(jì)的修復(fù)模擬方法其各項(xiàng)功能均可以滿足設(shè)計(jì)總體要求，可以廣泛應(yīng)用于土壤表層重金屬污染自然修復(fù)方面。

表2 修復(fù)率對(duì)比結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

土壤表層重金屬污染具有癥像隱蔽、分布不均、累積性強(qiáng)且長(zhǎng)期存在等特點(diǎn)，中國(guó)土壤表層重金屬污染更是整體類型多、超標(biāo)點(diǎn)位多、復(fù)合污染問(wèn)題嚴(yán)重，土壤修復(fù)行業(yè)還處于“方興未艾”的階段，土壤污染防治與修復(fù)工作任重道遠(yuǎn)。本文提出的自然修復(fù)模擬方法以生物修復(fù)為核心思想，通過(guò)植物以及微生物的自然修復(fù)在土壤表層重金屬污染修復(fù)方面取得了顯著的進(jìn)展。雖然現(xiàn)階段土壤表層重金屬污染自然修復(fù)模擬方法仍處于不完全成熟的階段，但是自然修復(fù)模擬方法將隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步而進(jìn)步。