重金属污染土壤修复技术及其修复实践研究

　　重金属污染土壤修复技术及其修复实践研究

　　    引言

　　    随着我国工业化的迅速发展，城市的各个角落都会产生大量的工业污染物，从而导致土壤中的重金属污染，但由于其自身的累积特性，重金属在土壤中的污染往往难以发现和清除，很难从根本上得到彻底的修复，对生态环境造成了较大的影响。目前，重金属污染已成为一种严重的危害，如何有效地治理土壤中的重金属，已成为人们普遍关心的问题。有关部门要加强对重金属污染土壤的科学治理，尽量降低其负面影响，并结合我国的实际情况，制定相应的治理措施。

　　    l.重金属污染土壤概述

　　    1.l重金属污染的成因分析

　　通过对近年来有关的统计资料进行分析，发现我国城市土壤中的重金属元素有：氯化砷、铅、铅、铬、镍等。在我国现有的耕地中，超过10％以上的农田都被严重的重金属污染，每年都会因为过量的重金属污染面减产，粮食的产量也会下降一千万吨。因此，需要对重金属污染土壤的治理技术进行深入的探讨。

　　(1)重金属元素的大气沉降

　　    空气中重金属的来源是化工、建筑、交通运输、矿产开采、冶炼等行业。除了水银之外，其它的重金属污染物都是以悬浮微粒的形式和大气中的水汽混在一起，并在降雨的作用下进入土壤。《世界日报》报导说，一些化学燃料和交通工具中含有汞、铬、镍、铅、铜和其它重金属。这些矿物燃料燃烧后会释放出大量的重金属微粒，它们会随着废气和空气中的水汽一起排人大气层，其中大约有20％会在15公里之外形成降水。据统计，每年全球因矿物燃料的燃烧和降雨，每年排放 Hg元素260000吨；荷兰每年被含重金属的降雨污染的耕地面积达4000多公顷。同时，汽车尾气也是重要污染物。汽车尾气中的主要污染物为铅、锌、铜、镉、镍、锰等。据报告，机动车排放的铅浓度高达50微克／立方米，由于道路呈条形分布，因此，重金属污染在城市、道路距离、交通工具数量上都存在很大差别。调查显示，在道路两旁60米处，空气污染是最严重的，道路两侧土壤形成铅、铬、镍污染带，这些重金属在雨水的作用下，会沉降污染土壤。

　　    (2)通过污水进入土壤

　　    由于工业化的迅速发展，大量的化工公司纷纷涌现，这些公司的生产用水需求很大，所以在江边建厂是最好的选择。尽管国家对其生产废水的排放标准进行了严格的限制，但在经济利益驱动下，加之公司治理手段十分有限，没有经过任何处理就直接排放到周围水域，导致环境污染。农业生产以江河、湖泊等天然水体为主要水源，而长期用污染水源进行灌溉的农田，由于污染物没有得到及时的自然降解，造成了大量的污染，从而造成了土壤污染。尤其是重金属污染，由于其天然降解周期较长，会以各种方法进行截留，其中85 ％以上的重金属污染物会被土壤中的胶质颗粒和根系吸附，而重金属污染物则会在土壤表面沉积，并随土壤的加深而逐渐减少。长期利用污水对农田进行灌溉，会造成灌水区土壤中的重金属污染问题日益突出。

　　    (3)通过农业生产物资流入土壤

　　    近几年，农民们大量的使用杀虫剂、肥料、薄膜等农业生产材料，这些材料的使用使得粮食的收成得到了很大的提升，但是，过量的使用也会导致土壤的污染。有机和无机农药中含有大量的重金属，如锌、铜、砷。过量使用会对土壤中的重金属造成很大的污染。比如新疆省，就是一个大的葡萄产区。波尔多杀虫剂在葡萄生长季一年需要喷洒6-10次。这样，每年进入土壤的铜就会达到5000吨以上。另外，在生产过程中添加镉、铅等稳定剂的薄膜，近几年使用量增多，不仅造成了白色污染，而且还加剧了土壤中的重金属污染。

　　    1.2重金属污染的来源及治理对策

　　    一方面，重金属作为一种重要的环境元素，如果土壤中的重金属含量超过了标准，就会释放出一种毒素，这种毒素会影响到土壤和植被，加速土地的腐朽，对作物的生长和质量也会有很大的影响。比如，重金属含量越高，植物体内的重金属含量就越高。当浓度达到一定程度时，就会对光合作用、呼吸等产生影响。另一方面，是环境问题：比如，土壤中含有不能彻底去除的重金属。这些污染物与风、水等因素共同作用于大气、水，造成了环境的严重破坏。比如，随着大气、水源的污染，重金属会进入动植物体内，形成有害的化学物质，并经由食品链条进入人体，对人体造成威胁。因此，在实际工作中，应采用更为科学的方法，以减轻该区域的污染，防止污染物的外泄和扩散，逐步改善整个环境，从而为今后的农业生产奠定坚实的基础。在新形势下，可通过物理、化学、植物等多种途径来减轻该区域的重金属污染。目前，土壤中的重金属污染呈现出复杂的特点，其中以汞污染最为频繁，其次是镉污染，给农业生产和人民生活带来极大的危害，而重金属污染的治理也引起了社会的普遍重视。此外，随着工业化进程的加快，越来越多的废气从重工业中排放出来，当排放到土壤中时，会对环境造成很大的污染。特别是在水资源相对短缺的地方，由于涉及到的工业废水会流入周围的农田，从而使土壤中的重金属浓度持续升高。所以，在实践中，有关部门要结合具体情况，选择相应的技术方案，从总体上改善土壤的综合整治效果，使居民生活在一个更舒适、更安全的地方。

　　    2.重金属污染土壤修复技术分析

　　    2.1物理修复工艺

　　    物理土壤修复技术主要是通过物理方法对重金属进行分离和固定，然后通过化学方法来减少重金属的含量，从而达到改善土壤综合处理的目的。传统的物理处理方式是换土，在受污染的土地上，用其它无污染的土壤填入，这样可以减少土壤中的重金属含量，同时也可以控制对环境的破坏。这种方式更适合于小型土地的修复与治理。在技术上，必须对土壤的厚度进行科学的控制，并将其与地表污染特性相结合，提高其特性，以适应当地的农业生产和用地需求。然而，这种方式的缺点也比较明显，比如需要加大对环境的投资，而在资金使用上存在着严重的浪费，难以从根本上消除重金属污染。同时，对于那些污染较轻、面积较小的土地，可以采取深度翻耕技术，将被污染的土地进行翻修，将重金属元素清除，但是这只是暂时的，并不能解决问题，而且会造成更多的二次污染。淋滤法的修复效果与土壤类型有关。浸出法使用浸出液冲洗土壤，去除多余的重金属，可以采用化学药剂进行大范围的治理，特别是对一些具有高渗透性的土壤具有明显的优越性。在使用过程中，需要对土壤的特性、污染程度进行检测，同时还可以通过离子交换来改善治理的效果。但在选用药剂时应充分考虑到植物养分的吸收特性，以免影响植株的生长。如果土壤渗透性不强，浸出效果会降低，因此，它主要用于沙土和轻质土。另外，淋洗剂的种类也会对土壤造成一定的影响，一种好的淋洗剂对土壤的修复效果肯定要比便宜的淋洗剂更好，但是它的造价却要高得多，而且有些淋洗剂可以清洗掉重金属元素，比如钙、镁等金属元素，作物无法吸收到足够的养分，造成生长不良，影响最终的收成。

　　    2.2化学萃取工艺

　　    在治理被重金属污染的土壤中，化学萃取技术是通过使用不同的化学萃取试剂，对被污染的土壤进行处理，从而实现土壤中多种重金属元素的转化。但是，在化学物质萃取工艺中，由于操作复杂、流程复杂，需要耗费大量的技术人员和设备，而且在二次污染区域进行水处理，容易造成二次污染。所以，在利用现代化学萃取技术对土壤中重金属含量较高的区域进行土壤修复和纯化时，必须不断寻求一种具有优良的萃取处理效果的方法，以避免对土壤结构的破坏。同时，在保证使用性能的基础上，科研人员必须不断提高萃取抑制剂的使用经济性，以保证其在重金属和高污染地区的环境治理中的应用。

　　    2.3电动修复技术

　　    电动土壤修复技术是一种用于沙土环电动除杂技术的土壤修复技术，它通过离子电泳、电渗流等多种手段将多余的重金属迁移到土壤中，再通过离子电镀技术、沉淀技术等技术来去除土壤和水体中的重金属。在实验中，采用电动修复技术，对单一的含重金属、阳离子源的岩石进行电动修复，取得了较好的修复效果。由此可以看到，采用电动修复技术进行污染治理是一个很好的方法。

　　    2.4热解吸法与玻璃化技术

　　    热解吸法是利用土壤中的有毒金属，通过高温将土壤中的有毒金属元素蒸发，然后通过特殊的方法将这些有毒的金属元素聚集在一起，这样就不会对周围的环境造成任何的污染。目前国内已研制出一种用于土壤的采暖技术，即采用太阳能热水器来加热，既节约了能源，也减少了对环境的污染，然而由于目前国内尚无较为成熟的处理工艺，因此该技术在国内尚不完善。玻璃化技术和热解吸法一样，都是先将土壤中的重金属加热到一定程度，不过玻璃化技术并不是为了收集空气中的有害气体，而是收集这些气体冷却之后由重金属和泥土混合所形成的玻璃体物质。

　　    2.5固化和稳定技术

　　    这种技术的目的就是将一些固化剂添加到土壤中，利用稳定剂将重金属元素吸附在土壤中，从而降低对地下水和土壤的污染，进而减缓土壤中的重金属元素，维持土壤的最佳状态，增强土壤的修复能力。在固化剂和稳定剂的选用上，既要降低二次污染，又要确保加入的连续性。需要指出的是，当某个区域的重金属浓度比较高时，首先要对其中的一部分进行物理处理，然后通过科学的测试来确定合适的药物，避免后期加入过程中重金属的活性下降，从而影响到整个修复的效果。

　　    2.6植被恢复技术

　　    综合植物修复技术是指通过植物物质的萃取和处理、植物物质的挥发和植物稳定化处理等技术的综合应用，吸收、降解、转化和固定重金属元素，进而对天然植物中的重金属进行综合治理。这种技术的原理是利用植物的光合作用，将固体中的重金属颗粒变成气体，然后将其完全排出，从而达到净化土壤的效果。植物固化技术的目的就是通过植物的根须来固定重金属，防止金属元素的扩散，这样可以减少植物的费用，同时也可以通过科学的方式来恢复环境，不过这样的方法对于重金属的长期治理来说，还是很有必要的。在实践中应结合植物萃取方法，制订出最优的处理方法，以取得较好的处理效果。在进行植被恢复时，要考虑到当地的自然条件以及与之相适应的植物种类，比如要选用具有较强根系的植株，以达到整体修复的目的。同时，也要将所有的资料都记录下来，包括维修计划的执行和维修的效果。生物修复技术是一种有效的防治措施，可以有效的阻止该区域的重金属继续蔓延，同时还可以应用于轻度的重金属污染土壤，从总体上改善了治理效果，达到了改善环境、恢复生态的目的。

　　    2.7水泥窑协同处置技术

　　    水泥窑协同治理技术在重金属污染治理中得到了很好的应用，它可以有效的改善整个治理效果，在实际操作中，要充分利用窑内高温、煤气长期滞留的特性，水泥熟化后，经焚烧、固化后，被污染的泥土进入窑尾烟室内的水泥回转窑。在较高的温度下，可以将土壤中的有机物转变成无机化合物，从而抑制酸性物质的释放，使硫化物、氯化物得到稳定。在实际操作中，必须严格遵守生产工艺技术规范：在燃烧和排气前，必须进行预处理。在原有的水泥生产线上，对相同的料道进行科学的改造，确定相应的工艺条件和技术规范。水泥窑协同治理是一种封闭的土壤预处理系统，它包括了各种工艺设备，在达到国家有关标准和要求后，对其进行处理。水泥回转窑的配套生产系统由预热器、回转窑等组成，监控系统包括氧化氮、二氧化硫监控，可对整个工艺过程进行定期监控，及时发现问题所在，从而提高治理效果。因为这项技术在国内刚刚起步，在处理上出现了一些问题，所以在技术上，必须要有专业人士来进行全程的监控和管理，以便在最短的时间内发现问题，并制定出更科学的解决办法，改进技术，从而使得整个工艺技术在不断地完善，以改善重金属污染土壤的治理效果和水平。

　　    2.8其它重金属污染土壤的修复技术

　　    除物理、化学、生物等方面的技术进步外，重金属污染土壤的修复技术也在不断地进行更新和调整，越来越符合目前的环境要求。比如，在实践中，常用的技术方法是矿物的恢复和农业的生态恢复。在进行矿产资源的修复时，要从自然治理的角度出发，将矿山中的重金属元素全部去除，同时要合理的使用废弃矿物，借助膨润土和凹凸棒充分吸收土壤中的重金属元素，这样才能减少污染的发生。在进行农业生态修复时，要利用各种不同的植物形态，以提高土壤含水率，在具体的使用中，可以根据实际的污染状况，选择相应的修复方法，改变土壤的活性，从而减少对土壤的伤害。由于土壤的含水量和耕种方式的使用，对土壤的污染有很大的影响。针对不同地区的气候、自然环境特点，采取有针对性的对策，以降低对周围环境的冲击，并持续改进现有的治理方式。另外，矿物微胶囊技术的广泛应用，克服了目前的技术费用高、周期长的缺陷，使其充分发挥其矿物特性，具有很好的表面和吸附性，其与重金属土壤之间的结合使其具有更好的稳定性。因为所用的矿石是一种稳定的矿物生成物，它的稳定性很好，所以在地面环境下，矿物微囊是不会分解和溶解的，从而有效的改善了整个处理的效率。

　　    3.重金属污染土壤修复技术的实践战略

　　    在重金属污染土壤的治理中，有关部门必须将先进的技术手段融人到土壤中，并加大对重金属的处理力度，以达到去除和减少重金属污染的目的。在进行污染物的固化过程中，通过将金属与土壤结合，使其活性下降，降低了危险的发生几率，从而使目前的生态环境得到持续改善。

　　    3.1强化基础科研和持续优化现有技术

　　    目前，国内对重金属污染土壤的修复技术研究相对滞后，在技术、设备等方面还没有形成系统的研究，主要是在实际应用中，有关技术的研究很少，缺乏科学的数据来指导实际的应用。为此，提出了应加强基础研究、深入探讨技术实质、总结关键参数、绘制各种技术的运行图表，并根据工程实际对其进行修改，从而形成一套科学、统一的牛产工艺规范和工艺控制参数。

　　    3.2实施一地一策综合整治对策

　　    由于我国地域广大，南北地质条件差异较大，东、西两个地区的环境污染状况各异，各地区的土地整治工程投资也不尽相同，所以在不同的工程建设中，要采用灵活多样的方法和技术路线，结合土壤地质条件、污染程度、土地用途等，采取综合整治措施，将风险控制与土壤治理相结合。比如，对地下水、浅层污染土壤采取截流、阻控等控制措施，对污染严重的土壤采用冲洗等技术，以最经济、最实用的技术方案来解决。

　　    3.3重金属污染土壤的修复实践活动

　　    在污染比较严重的区域的土壤中存在着大量的重金属，其中以铅同位素为主，近几年来，由于人类活动的频繁，以及工业化进程的持续，导致了区域环境问题的恶化。所以，在治理重金属污染土壤时，首先要进行科学的试验，掌握土壤中重金属污染的基本特征和有关指标，为下一步的治理工作打下坚实的基础。比如，在实践中应采用生物控制技术，充分发挥农作物的基因潜能，培育出低累积、低迁移率的新品种，利用植物细胞壁上的滤膜机理，对重金属进行有效的调节，同时还可以采用化学控制技术，比如在土壤中添加铅，减少蔬菜中的铅含量，同时还可以通过污染防治与修复相结合，形成一种新的重金属固定机理。同时，在实际治理中要加强对污染的源头控制，首先要对当地的气候、土壤等进行全面的调查，然后加大技术投入，全程监管，完善现有的技术。

　　    结语

　　    总之，土壤是一种不可再生的生态资源，目前的土地重金属污染的修复与安全利用是当前环境保护领域的一个重要课题，因此，有关部门要加大对重金属污染的研究力度，并将其推广到更高的水平，在实践中，要结合实际情况，采用科学的方法，有针对性地进行土壤污染治理，以降低污染治理的费用，提高治理效果，提升治理的经济效益和实用性。

　　                                 摘自：《资源节约与环保》2023年第3期