土壤重金屬污染治理與修復(fù)策略思考

王凱瑩，厲曉飛，李小華，劉洪超

（華北地質(zhì)勘查局綜合普查大隊(duì)，河北 廊坊 065200）

引言

土壤重金屬污染不僅會(huì)使土壤生態(tài)失衡，出現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)流失和結(jié)構(gòu)破壞等情況，還會(huì)對(duì)人體健康構(gòu)成極大威脅。然而由于受到土壤重金屬污染來(lái)源不明、治理修復(fù)方法不合理等因素的影響，土壤重金屬污染治理成效不夠理想。我們需要加強(qiáng)對(duì)土壤重金屬污染治理與修復(fù)的研究與分析，并根據(jù)掌握的土壤重金屬污染實(shí)際情況，科學(xué)合理地采用工程、物理化學(xué)、農(nóng)業(yè)生態(tài)等技術(shù)措施，使受污染土壤盡快恢復(fù)其生態(tài)使用功能[1]。

1 土壤重金屬污染的來(lái)源及危害

1.1 土壤重金屬污染的來(lái)源

1.1.1 自然來(lái)源

地表各種巖石在風(fēng)化破碎后，物理性質(zhì)會(huì)發(fā)生極大改變，形成結(jié)構(gòu)較為疏松的風(fēng)化物。由于堅(jiān)硬巖石成為碎屑以后產(chǎn)生了空隙，因此化學(xué)風(fēng)化會(huì)使一部分重金屬元素以熔鹽狀態(tài)進(jìn)入植物體內(nèi)，造成土壤重金屬污染。另外，土壤中很多顆粒的位移沉積與顆粒物大小、風(fēng)力等因素有關(guān)，且重金屬元素也會(huì)發(fā)生遷移，并在一些區(qū)域進(jìn)行富集，從而造成污染。

1.1.2 人為因素

人為因素包括污水、固體廢棄物及農(nóng)藥化肥污染等。（1）污水分為生活污水、石油化工污水、工業(yè)礦山污水等類型，其中城市生活污水重金屬含量較少，不過(guò)隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，使得工礦企業(yè)污水排入下水道的情況逐漸增多，造成灌區(qū)土壤重金屬含量增加。（2）礦業(yè)和工業(yè)固體廢棄物污染非常嚴(yán)重，部分固體廢棄物進(jìn)入土壤，再受到日曬、雨淋等因素的影響，重金屬物質(zhì)呈現(xiàn)輻射狀和漏斗狀向周圍擴(kuò)散。（3）在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，農(nóng)藥、化肥等的過(guò)度使用，也會(huì)使一些重金屬物質(zhì)在土壤環(huán)境中富集，進(jìn)而引發(fā)嚴(yán)重的土壤重金屬污染問(wèn)題[2]。

1.2 土壤重金屬污染的危害

1.2.1 降低農(nóng)作物的產(chǎn)量與質(zhì)量

土壤在遭受重金屬污染后，所栽種的農(nóng)作物吸收土壤營(yíng)養(yǎng)時(shí)也會(huì)吸收土壤中的重金屬物質(zhì)，并在農(nóng)作物根莖、葉片和果實(shí)中大量富集。其中，鎘元素會(huì)破壞農(nóng)作物的葉綠素，使其不能正常進(jìn)行光合作用，久而久之，農(nóng)作物葉片就會(huì)發(fā)黃；汞超標(biāo)會(huì)制約農(nóng)作物根系的生長(zhǎng)，使農(nóng)作物植株變得十分矮小。

1.2.2 危害人體健康

鎘、鉛、汞等重金屬都對(duì)人體健康有害，當(dāng)土壤中存在的這些重金屬元素跟隨農(nóng)作物生長(zhǎng)轉(zhuǎn)移到農(nóng)產(chǎn)品后，也會(huì)間接被人們食用與吸收。人體中重金屬含量超標(biāo)，會(huì)使人體各器官的正常發(fā)育與運(yùn)作受到影響，增加各類疾病的發(fā)生機(jī)率。比如汞元素通過(guò)呼吸道進(jìn)入人體，并通過(guò)血液運(yùn)輸進(jìn)入大腦，會(huì)對(duì)人體神經(jīng)系統(tǒng)造成危害，引發(fā)頭痛、肢體麻木等中毒反應(yīng)。

2 土壤重金屬污染治理與修復(fù)技術(shù)分析

2.1 工程治理技術(shù)

2.1.1 換土法

換土法的工作原理是將受污染的土壤挖掉，并用新的無(wú)污染土壤進(jìn)行覆蓋，達(dá)到有效修復(fù)土壤的目的。在實(shí)踐中，使用該方法治理修復(fù)受重金屬污染的土壤，要先確定受污染土壤的具體位置，并采用人工、機(jī)械等方式對(duì)其進(jìn)行挖掘處理，將挖掘出來(lái)的污染土壤運(yùn)輸?shù)狡渌胤?，再將沒(méi)有受到污染的土壤遷移到場(chǎng)地中[3]。

2.1.2 客土法

客土法是向污染土壤中添加潔凈的土壤，在降低土壤重金屬污染濃度的同時(shí)，進(jìn)一步減少污染物與植物根系的接觸。在實(shí)踐中，相關(guān)人員要先確定受到重金屬污染的土壤區(qū)域，并在有效把握土壤受污染范圍及實(shí)際污染濃度后，按照一定比例將沒(méi)有受到污染的土壤加入其中，以達(dá)到降低土層污染物含量、取得較好治理效果的目的。

2.1.3 深耕翻土法

深耕翻土法是采用拌勻、翻動(dòng)、混合等方法，降低地表土壤的重金屬污染物含量。在實(shí)踐中，相關(guān)人員要對(duì)受重金屬污染的土壤進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并在對(duì)比分析土壤上下層污染濃度的差異后，采用機(jī)械挖掘設(shè)備，將深層沒(méi)有被破壞的土壤翻至場(chǎng)地表面。雖然這種方法可以取得降低重金屬污染濃度的效果，但是不能從根本上解決土壤重金屬污染問(wèn)題。

2.2 物理治理技術(shù)

2.2.1 電動(dòng)修復(fù)技術(shù)

電動(dòng)修復(fù)技術(shù)的工作原理是借助電流作用，促使土壤中存在的重金屬離子以電遷移的方式向電極運(yùn)輸集中。在實(shí)踐應(yīng)用中，技術(shù)人員要將一系列電極按照預(yù)定設(shè)計(jì)，將之設(shè)置在土壤污染區(qū)域下面，并依托低強(qiáng)度直流電發(fā)揮的作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)重金屬污染物的有效吸附。在打破這些污染物與介質(zhì)的結(jié)合鍵以后，大量的水也會(huì)以電滲透的方式在土壤中流動(dòng)，涉及到的一些沉積物會(huì)被帶到陽(yáng)極附近，溶解于介質(zhì)溶液中的污染物也會(huì)被有效吸收與去除[4]。

2.2.2 電熱修復(fù)技術(shù)

電熱修復(fù)技術(shù)是利用一些重金屬在高溫下快速揮發(fā)的特性，運(yùn)用高頻電壓加熱土壤的方式，使重金屬物質(zhì)受熱揮發(fā)離開(kāi)土壤，進(jìn)而取得較好的土壤重金屬污染治理效果。在實(shí)踐中，相關(guān)操作要將高頻電壓轉(zhuǎn)化成為電磁波后，促使土壤溫度升高，然后采用污染物分離方法，使土壤中存在的重金屬污染物得到有效揮發(fā)。在去除污染物后，再利用凝結(jié)收集處理技術(shù)有效收集與處理分離過(guò)程中的污染物，還能防止二次污染。

2.2.3 土壤淋洗技術(shù)

土壤淋洗技術(shù)包含原位淋洗和異位淋洗兩種方式。（1）原位淋洗就是在重金屬污染土壤中加入適當(dāng)?shù)牧芟磩?，土壤與淋洗劑有效混合后，就可以使土壤污染物溶解，并進(jìn)入淋洗溶液向下滲透排出。（2）異位淋洗需要將受到重金屬污染的土壤挖掘出來(lái)，并使用水及其他化學(xué)溶劑對(duì)其進(jìn)行清洗，以此達(dá)到將污染物從受污染土壤中有效分離出來(lái)的目的。以原位淋洗為例，相關(guān)人員要根據(jù)實(shí)際情況，勘察和確定土壤重金屬污染區(qū)域的面積、分布深度和污染濃度，然后組織人員對(duì)受到重金屬污染的土壤進(jìn)行挖掘處理。在剔除土壤中存在的垃圾、有機(jī)殘?bào)w后，就可以按照設(shè)計(jì)好的“土液比”，將土壤與淋洗液充分混合、攪拌。當(dāng)淋洗液與受污染土壤充分接觸后，淋洗液就可以對(duì)土壤中存在的重金屬污染物質(zhì)進(jìn)行萃取，并在靜置以后進(jìn)行固液分離，待完成淋洗后土壤的控制標(biāo)準(zhǔn)檢查后，就可以將經(jīng)過(guò)處理的土壤進(jìn)行回填與利用[5]。

2.3 化學(xué)治理技術(shù)

2.3.1 化學(xué)改良劑技術(shù)

化學(xué)改良劑技術(shù)的工作原理是向土壤中加入改良劑，如硅酸鹽、石灰等，使土壤中重金屬存在的形態(tài)發(fā)生改變，并在鈍化處理中降低植物對(duì)重金屬元素的利用。在實(shí)踐中，相關(guān)人員依然需要了解重金屬污染土壤的實(shí)際情況，并向被污染土壤投入一定量的化學(xué)改良劑，促使污染土壤中遷移性和溶解性較高的重金屬污染物得到鈍化處理，隨著重金屬物質(zhì)的活性降低，其帶來(lái)的不利影響也會(huì)減小。

2.3.2 有機(jī)質(zhì)改良技術(shù)

有機(jī)質(zhì)改良技術(shù)是向土壤中添加一些有機(jī)質(zhì)，如污泥、堆肥等，在提升土壤自身肥力后，土壤中重金屬的利用率就會(huì)降低。在實(shí)踐中，相關(guān)人員可以選擇合適的有機(jī)質(zhì)，將其加入到被污染土壤中，如施加污泥，促使土壤表面電荷增加，并且土壤經(jīng)過(guò)污泥處理后，其pH值和有機(jī)質(zhì)的含量也會(huì)增加，伴隨著時(shí)間的不斷推移，重金屬有效性也會(huì)逐漸降低。另外，對(duì)污染土壤進(jìn)行堆肥處理，無(wú)論是土壤的質(zhì)地，還是土壤的孔性都會(huì)得到極大改善，并在形成水穩(wěn)團(tuán)聚體后，防止出現(xiàn)污染顆粒轉(zhuǎn)移的情況[6]。

2.4 生物治理技術(shù)

2.4.1 農(nóng)藝修復(fù)技術(shù)

利用農(nóng)藝修復(fù)技術(shù)對(duì)土壤重金屬污染進(jìn)行治理，就是采用農(nóng)藝措施增強(qiáng)土壤重金屬治理的有效性，增強(qiáng)現(xiàn)有栽種品種對(duì)重金屬的吸收，或者選育低重金屬積累的品種，降低作物對(duì)重金屬的吸收、傳輸與積累，進(jìn)而減少重金屬進(jìn)入食物鏈后對(duì)人體的危害，整個(gè)過(guò)程也不會(huì)出現(xiàn)二次污染的情況。在實(shí)踐中，技術(shù)人員可以在確定土壤污染范圍及實(shí)際濃度以后，綜合運(yùn)用合理施肥、搭配種植、改進(jìn)水分管理、調(diào)整耕作方式等農(nóng)藝措施，使植物對(duì)土壤中重金屬的吸收累積量得到顯著提高，并提升植物修復(fù)重金屬污染土壤的效率。農(nóng)藝修復(fù)技術(shù)與工程、物理化學(xué)技術(shù)相比，已經(jīng)發(fā)展得十分成熟，實(shí)踐應(yīng)用成本較低、環(huán)境擾動(dòng)小等優(yōu)勢(shì)也十分突出。

2.4.2 生態(tài)修復(fù)技術(shù)

生態(tài)修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用，包括動(dòng)物修復(fù)、植物修復(fù)和微生物修復(fù)三種方式。（1）動(dòng)物修復(fù)是利用土壤環(huán)境中存在的各種微生物和植物根系，促使其在與土壤進(jìn)行充分接觸時(shí)，產(chǎn)生生理反應(yīng)，并在此過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)污染土壤的有效治理與修復(fù)。實(shí)踐中通常會(huì)選擇蚯蚓這種常見(jiàn)動(dòng)物進(jìn)行生態(tài)修復(fù)，蚯蚓除了具有較強(qiáng)忍耐力外，還可以在土壤挖穴、進(jìn)食和代謝過(guò)程中，使重金屬物質(zhì)得到富集。（2）植物修復(fù)的工作原理是通過(guò)植物本身及根際圈微生物的組成，對(duì)重金屬污染土壤進(jìn)行有效的清潔處理。在實(shí)踐中，相關(guān)人員要結(jié)合地區(qū)實(shí)際，盡可能栽種一些重金屬物質(zhì)積累能力較強(qiáng)的植物，常見(jiàn)的有石防風(fēng)、狗尾草等。在具體操作中，技術(shù)人員可以通過(guò)人工或機(jī)械挖掘作業(yè)的方式，將這些植物栽種到受重金屬污染的土壤層中。隨著栽種植物的不斷生長(zhǎng)，土壤中存在的重金屬污染物也會(huì)被植物根系分泌物質(zhì)吸收，并在植物體內(nèi)完成轉(zhuǎn)化后，形成可揮發(fā)的物質(zhì)，不斷降低土壤重金屬濃度。（3）微生物修復(fù)的工作原理是利用微生物群的天然功能，使其在發(fā)揮自身代謝功能時(shí)有效去除土壤重金屬污染物。具體操作中可以采用的方式有很多，比如通過(guò)開(kāi)展土壤污染篩選活動(dòng)，對(duì)耐重金屬能力較強(qiáng)的微生物進(jìn)行培育，并將之投放到遭受重金屬污染的土壤區(qū)域中，就可以使這些微生物在發(fā)揮吸附、降解等作用的同時(shí)，降低土壤重金屬污染濃度。整個(gè)過(guò)程不僅可以取得較好的污染治理效果，還可以防止出現(xiàn)二次污染問(wèn)題[7]。

3 土壤重金屬污染治理與修復(fù)的注意事項(xiàng)

3.1 掌握污染土壤的實(shí)際情況

在對(duì)重金屬污染土壤進(jìn)行治理與修復(fù)之前，應(yīng)該安排專門(mén)人員深入實(shí)地，細(xì)致了解與分析土壤受重金屬污染的具體情況，為后續(xù)制定科學(xué)合理的治理修復(fù)方案和采用有效的技術(shù)措施奠定良好基礎(chǔ)。在具體操作中，要將調(diào)查重點(diǎn)放在受重金屬污染土壤的實(shí)際面積、主要分布情況、重金屬污染濃度等方面，并根據(jù)調(diào)查所獲得的數(shù)據(jù)信息，科學(xué)判斷土壤重金屬污染程度，使治理與修復(fù)變得更有針對(duì)性。

3.2 選擇合適的污染治理修復(fù)方法

通過(guò)上述內(nèi)容可以了解到，開(kāi)展土壤重金屬污染治理與修復(fù)工作，可以選擇和使用的技術(shù)方法有很多，并且不同的技術(shù)方法，其適用情況和應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)也有差異。要確保最終的土壤治理修復(fù)效果，就要結(jié)合實(shí)際選擇運(yùn)用合適的技術(shù)方法。比如在對(duì)重金屬污染程度較高的土壤進(jìn)行治理與修復(fù)時(shí)，可以優(yōu)先考慮運(yùn)用換土法，以提高污染土壤治理質(zhì)量，但如果土壤污染面積較大，采用這種方法就容易出現(xiàn)投入成本較大、工作效率較低等問(wèn)題，這時(shí)就要考慮運(yùn)用其他技術(shù)措施，以妥善解決這些問(wèn)題。

3.3 加強(qiáng)對(duì)治理修復(fù)過(guò)程的管控

對(duì)重金屬污染土壤進(jìn)行治理與修復(fù)，涉及到的流程及環(huán)節(jié)較多，并且一些環(huán)節(jié)銜接較為緊密，若在實(shí)踐中出現(xiàn)管控不嚴(yán)、落實(shí)不到位等情況，就會(huì)影響重金屬污染土壤的治理效果。要防止這些問(wèn)題的發(fā)生，相關(guān)部門(mén)需要對(duì)重金屬污染土壤治理修復(fù)過(guò)程實(shí)施嚴(yán)格的監(jiān)督與管理，并將重點(diǎn)放在各流程及操作環(huán)節(jié)的科學(xué)性和規(guī)范性上面。在實(shí)際作業(yè)前，可以讓參與污染土壤治理的工作人員了解方案計(jì)劃，并在其準(zhǔn)確把握污染治理技術(shù)方法和實(shí)際工作流程及步驟后，監(jiān)督和指導(dǎo)工作人員嚴(yán)格遵照制定步驟進(jìn)行操作，促使治理修復(fù)工作的效率與質(zhì)量得到同步提高[8]。

3.4 重視各項(xiàng)技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用

由于土壤重金屬污染治理與修復(fù)可選用的技術(shù)方法較多，并且不同的技術(shù)應(yīng)用各有其優(yōu)缺點(diǎn)，因此要提升污染治理效率和效果，相關(guān)人員可以結(jié)合實(shí)際，考慮多項(xiàng)技術(shù)方法的聯(lián)合應(yīng)用，在彌補(bǔ)單一技術(shù)固有缺陷的同時(shí)，助力土壤重金屬污染問(wèn)題得到切實(shí)解決。比如修復(fù)治理重金屬污染程度較低和總體面積較小的土壤時(shí)，可以先使用改良劑降低土壤中重金屬元素的活性，然后再采用換土法稀釋土壤的重金屬相對(duì)含量，最終取得延長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間和提高修復(fù)質(zhì)量的效果；又如修復(fù)治理重金屬污染程度較深和總體面積較大的土壤時(shí)，考慮到運(yùn)用物理化學(xué)技術(shù)方法需要投入較多的資源，且整體工程量較大，這時(shí)就可以應(yīng)用植物和微生物聯(lián)合修復(fù)方法，以取得較好的土壤修復(fù)治理效果。

4 結(jié)語(yǔ)

在對(duì)土壤重金屬污染進(jìn)行治理與修復(fù)時(shí)，相關(guān)人員要分析土壤重金屬污染問(wèn)題發(fā)生的原因，并在有效把握重金屬污染程度、面積和濃度后，根據(jù)實(shí)際情況應(yīng)用工程、物理、化學(xué)、生物等治理修復(fù)技術(shù)。在實(shí)踐中，要保證污染土壤的治理修復(fù)效果，相關(guān)人員還要有效管控工作實(shí)施過(guò)程，必要情況下還可以聯(lián)合應(yīng)用多種治理修復(fù)技術(shù)，以進(jìn)一步提升整體工作效率與治理成效。