我國(guó)工業(yè)污染場(chǎng)地土壤與地下水重金屬修復(fù)技術(shù)綜述

顧 維，高連東

（蘇州市宏宇環(huán)境科技股份有限公司，江蘇 蘇州 215010）

工業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)創(chuàng)造了巨大的產(chǎn)值，但由于工業(yè)生產(chǎn)的特殊性，造成了嚴(yán)重的污染，比如，大氣污染、土壤污染和水污染。工業(yè)污染場(chǎng)地的重金屬含量非常高，而重金屬對(duì)地下水和土壤所產(chǎn)生的危害非常大，在重金屬逐步滲透到地下水以后，地下水水源將可能受到嚴(yán)重污染，導(dǎo)致水質(zhì)安全難以保障，一些利用地下水的飲水工程將會(huì)面臨著地下水水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的問題。此外，重金屬對(duì)土壤的危害也非常大，土壤中的重金屬可能會(huì)通過各種暴露途徑與人體直接接觸從而對(duì)人體健康產(chǎn)生嚴(yán)重危害，而且，土壤中的重金屬將會(huì)使得農(nóng)作物、植物生長(zhǎng)受到影響，使食物鏈面臨著巨大的威脅，因此，加強(qiáng)對(duì)工業(yè)污染場(chǎng)地的重金屬污染修復(fù)非常重要。

1 土壤與地下水重金屬污染的原因

1.1 廢水、廢渣的不合理處理

工業(yè)生產(chǎn)必然伴隨著廢水、廢渣的產(chǎn)生與排放，而這些排放物如果得不到妥善的處置，將成為土壤和地下水污染的直接原因。一般情況下，礦產(chǎn)冶煉加工和化工行業(yè)的廢水、廢渣排放量是最大的。在當(dāng)前市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的過程中，我國(guó)的工業(yè)化發(fā)展進(jìn)程加快，各個(gè)工業(yè)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模日漸擴(kuò)大，雖然滿足了現(xiàn)實(shí)生活中工業(yè)產(chǎn)品的需求，但是，生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大也引起了嚴(yán)重的工業(yè)污染。工業(yè)生產(chǎn)中的廢水和廢渣中重金屬含量偏高，重金屬對(duì)于土壤和地下水的危害是非常大的，如果在工業(yè)生產(chǎn)中這些廢水、廢渣沒有經(jīng)由專業(yè)化處理，直接排放將會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的污染后果，使得工業(yè)污染場(chǎng)地的生物多樣性難以得到有效保持，從而導(dǎo)致生態(tài)恢復(fù)極為困難[1]。

1.2 礦物資源使用不當(dāng)

工業(yè)生產(chǎn)中原材料多以礦物資源為主，尤其是礦物燃料在燃燒的過程中會(huì)伴隨產(chǎn)生大量廢氣，造成嚴(yán)重的大氣污染，最終，廢氣中夾雜的污染物將通過大氣沉降吸附到土壤和河流中，導(dǎo)致土壤和地下水的污染。而且，礦物資源的使用過程中，也會(huì)產(chǎn)生大量的廢棄物，這些廢棄物中的重金屬嚴(yán)重超標(biāo)，同樣會(huì)引起嚴(yán)重的污染問題。比如，在一些工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，煤炭資源的使用較多，如果煤炭資源的利用得不到有效的管控，也將導(dǎo)致土壤和地下水污染。比如，在前幾年，我國(guó)北方地區(qū)的集中供暖中，為滿足環(huán)保要求，國(guó)家明令禁止再使用高含硫煤炭，同時(shí)推廣新能源的使用，此舉雖然有效降低了單純煤炭資源供暖下的大氣污染，使得重金屬污染物的產(chǎn)生也有所降低，但是，在很多的農(nóng)村地區(qū)，并未實(shí)現(xiàn)完全的新能源利用，而且依舊存在高含硫煤炭資源的使用情況，土壤和地下水重金屬污染的現(xiàn)狀長(zhǎng)期難以改變。

1.3 垃圾的處理不當(dāng)

工業(yè)垃圾同樣是土壤與地下水重金屬的污染源之一，例如不銹鋼酸洗行業(yè)產(chǎn)生的酸洗污泥，含有大量的鉻、鎳等重金屬。在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，一些企業(yè)的發(fā)展水平有限，在長(zhǎng)期的發(fā)展過程中并沒有充分認(rèn)識(shí)到環(huán)保工作的重要性，在工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，所產(chǎn)生的工業(yè)垃圾直接排放到附近的空曠地段或者水池周邊，導(dǎo)致區(qū)域內(nèi)的土壤和地下水污染非常嚴(yán)重。近年來，國(guó)家在積極推進(jìn)工業(yè)垃圾的集中處理，但是，工業(yè)垃圾隨意堆放的現(xiàn)象并未完全消除，部分小型的工業(yè)生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)的過程中，依舊隨意將垃圾隨意排放，導(dǎo)致垃圾中的重金屬直接滲透到土壤和地下水中。

2 工業(yè)污染場(chǎng)地重金屬污染原位修復(fù)技術(shù)

2.1 重金屬污染土壤原位修復(fù)技術(shù)

2.1.1 土壤固化/穩(wěn)定化技術(shù)

土壤重金屬修復(fù)處理中，固化/穩(wěn)定化技術(shù)非常有效，這一技術(shù)在應(yīng)用時(shí)，利用的是物理法或者化學(xué)法，使得土壤內(nèi)的污染物可以被固化或者轉(zhuǎn)化成為化學(xué)性質(zhì)不活潑的狀態(tài)，通過狀態(tài)的轉(zhuǎn)變，使得土壤內(nèi)的污染物擴(kuò)散速度減慢或者不遷移、不擴(kuò)散，最大程度上降低污染物的危害。重金屬固化/穩(wěn)定化技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵就是要根據(jù)實(shí)際的處理需求，來有效選擇相應(yīng)的固化/穩(wěn)定化材料，比如，水泥、石灰等無機(jī)粘結(jié)物質(zhì)、瀝青等有機(jī)粘結(jié)劑以及熱硬化有機(jī)聚合物等，都是十分常用的材料，可以適用于土壤重金屬的治理，最大程度上減小重金屬的危害[2]。以水泥固化重金屬技術(shù)的應(yīng)用為例，由于水泥性質(zhì)的特殊性，在水化過程中會(huì)對(duì)重金屬加以吸附、鈍化和離子交換處理，使得重金屬可以最終以氫氧化物沉淀物或者絡(luò)合物的形態(tài)停留在水化硅酸鹽膠體表面，從而達(dá)到消除重金屬危害的效果。

土壤重金屬修復(fù)中，除了可以采用固定材料的污染物固化處理方式，還可以采用玻璃化技術(shù)，這一技術(shù)在應(yīng)用時(shí)，需將重金屬污染土壤直接放在高溫高壓的環(huán)境狀態(tài)下，此時(shí)，固態(tài)污染物將會(huì)被熔化為玻璃狀或者玻璃-陶瓷狀的物質(zhì)，由于玻璃體為致密的結(jié)晶結(jié)構(gòu)，可以保持固化體的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

在土壤重金屬修復(fù)技術(shù)中，雖然固化技術(shù)可以使得重金屬與食物鏈相互脫離開來，但是，固化的重金屬還是存在活化的風(fēng)險(xiǎn)，在某些特定的條件下可能會(huì)重新釋放到環(huán)境中，因此必須加強(qiáng)固化物的監(jiān)測(cè)和管控。

2.1.2 土壤淋洗技術(shù)

土壤淋洗技術(shù)，主要是利用淋洗劑對(duì)污染土壤加以淋洗，使土壤固相上的重金屬逐步轉(zhuǎn)移到土壤液相上。這一技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵是要根據(jù)實(shí)際的處理需求，進(jìn)行淋洗劑的選擇，最理想的淋洗劑不僅要符合不同形態(tài)重金屬提取的需求，還要能避免對(duì)土壤結(jié)構(gòu)的破壞。淋洗劑的種類非常多，有檸檬酸、硫酸、鹽酸等酸類，磷酸二氫鉀等堿類以及絡(luò)合劑和還原劑等。土壤中的重金屬類型不同，所采用的淋洗劑也存在著較大的差異，對(duì)于鉛和鉻等重金屬，清水、檸檬酸、酒石酸等更為適用；對(duì)于砷和汞等重金屬，雖然EDTA 是有一定效果的，但是并不是最優(yōu)的選擇，砷在土壤中主要以含氧官能團(tuán)的形式存在，因此，根據(jù)其性質(zhì)，選用檸檬酸等更為適用[3]。

在輕質(zhì)土壤中，土壤淋洗技術(shù)的應(yīng)用效果更為理想，而如果是粘粒較重的土壤，其修復(fù)效果將非常不理想。而且在實(shí)際的土壤淋洗技術(shù)應(yīng)用時(shí)，淋洗劑的成本相對(duì)較高，應(yīng)用時(shí)還會(huì)出現(xiàn)一定的二次污染，因此該技術(shù)仍存在一定的局限性。

2.1.3 電動(dòng)修復(fù)技術(shù)

電動(dòng)修復(fù)技術(shù)主要是在重金屬污染土壤中插入電極對(duì)，通過施加電流的方式，使得土壤中的污染物可以在電場(chǎng)作用下發(fā)生電遷移、滲流等多個(gè)過程，這些污染物在電極富集以后，就可以實(shí)現(xiàn)集中處理。比如，對(duì)鉛污染土壤而言，在經(jīng)由一段時(shí)間的修復(fù)處理以后，其去除率可以達(dá)到70%以上[4]。而對(duì)于砷污染的土壤，在電動(dòng)處理的過程中，除了富集重金屬外，還會(huì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，使得電解過程中產(chǎn)生的亞鐵離子，形成水合鐵氧化物，與砷產(chǎn)生共同沉淀，最終去除砷污染物。

2.2 重金屬污染地下水原位修復(fù)技術(shù)

2.2.1 原位化學(xué)還原技術(shù)

在地下水重金屬的處理過程中，原位化學(xué)還原技術(shù)是一種十分有效的技術(shù)，該技術(shù)主要利用化學(xué)修復(fù)藥劑的化學(xué)特性來實(shí)現(xiàn)，比如，一些化學(xué)修復(fù)藥劑具備非常強(qiáng)的還原性，經(jīng)由還原、吸附、沉淀和隔離以后，地下水中的重金屬污染物就會(huì)被還原，有效降低地下水中重金屬的污染程度。在鉻、砷等類型的重金屬處理中，化學(xué)還原技術(shù)的應(yīng)用效果非常突出，不僅可以保持高效的去除效率，且整體的投入成本相對(duì)較低，對(duì)于含水層基本上不會(huì)產(chǎn)生較大的影響[5]。原位化學(xué)還原技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵是要做好前期的水文地質(zhì)調(diào)查、污染源追蹤，當(dāng)然，還需要結(jié)合污染情況，來選擇恰當(dāng)?shù)倪€原藥劑。

2.2.2 原位化學(xué)氧化技術(shù)

原位化學(xué)氧化技術(shù)應(yīng)用時(shí)，需要在被重金屬污染的地下水中注入一定量的化學(xué)氧化劑，通過化學(xué)氧化劑與地下水中的重金屬發(fā)生氧化反應(yīng)，使這些重金屬污染物轉(zhuǎn)化為低毒性、低移動(dòng)性的物質(zhì)。比如，含有As3+的地下水中，通過添加氧化劑H2O2或高錳酸鉀，使得As3+轉(zhuǎn)化為As5+，毒性更小[6]。原位化學(xué)氧化技術(shù)在實(shí)際的應(yīng)用過程中，修復(fù)的周期相對(duì)較短，成本投入少，在含重金屬地下水的修復(fù)過程中，不僅可以單獨(dú)利用，還可以與其他修復(fù)技術(shù)結(jié)合使用?，F(xiàn)階段，在我國(guó)原位化學(xué)氧化技術(shù)的發(fā)展中，所使用的氧化劑以高錳酸鹽、過氧化氫、過硫酸鹽和臭氧為主。即使原位化學(xué)氧化技術(shù)的應(yīng)用效果非常突出，但在實(shí)際的應(yīng)用過程中同樣會(huì)存在著一定的技術(shù)局限，比如，一些情況下可能存在二次污染。

2.2.3 原位生物修復(fù)技術(shù)

原位生物修復(fù)技術(shù)同樣是一種十分有效的修復(fù)技術(shù)，在地下水重金屬修復(fù)中非常有效，該技術(shù)是通過特定功能微生物群的應(yīng)用，來發(fā)揮微生物代謝活動(dòng)對(duì)重金屬的作用。這些微生物群可以是野生的，也可以是人工培養(yǎng)的，微生物代謝作用下，地下水中重金屬元素的遷移能力將大大降低，甚至在一些時(shí)候可以有效改變其原有形態(tài)，該技術(shù)在很多地下水重金屬修復(fù)中取得了良好的應(yīng)用效果。工業(yè)污染場(chǎng)地中，地下水重金屬治理中可使用的微生物類型非常多，如產(chǎn)堿菌屬、芽孢桿菌屬、棒桿菌屬等，在實(shí)際應(yīng)用過程中都非常有效。但是，在利用微生物群進(jìn)行重金屬地下水的修復(fù)過程中，想要有效發(fā)揮原位生物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，必須采用有效的方式，為微生物創(chuàng)造相對(duì)良好的生長(zhǎng)環(huán)境，比如，可以通過在地下水中注射糖漿、醋酸鹽等方式，來增強(qiáng)場(chǎng)地內(nèi)微生物的活性等。

3 結(jié)語

工業(yè)污染場(chǎng)地內(nèi)的土壤和地下水重金屬污染問題非常突出，為了避免重金屬對(duì)區(qū)域內(nèi)生物、生態(tài)所造成的不利影響，必須對(duì)其進(jìn)行妥善處理，同時(shí)，需要根據(jù)地下水和土壤的重金屬污染類型和程度，選取合適有效的修復(fù)技術(shù)，達(dá)到減輕污染、恢復(fù)生態(tài)的目的。