農(nóng)田土壤汞污染修復(fù)技術(shù)研究

張 菀

（廣東省建筑工程集團(tuán)有限公司 廣州510800）

0 引言

隨著科技的不斷進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中使用的化學(xué)物質(zhì)種類越來越多樣化，隨之產(chǎn)生的土壤重金屬污染問題也越來越嚴(yán)重，引起了國(guó)內(nèi)外的廣泛關(guān)注。汞污染是農(nóng)田土壤中最常見的重金屬污染之一，農(nóng)田土壤被汞污染后，將通過種植的農(nóng)作物進(jìn)入人體，當(dāng)濃度達(dá)到一定程度將對(duì)人體的健康造成嚴(yán)重危害，需要引起高度重視。

本研究在揭陽(yáng)市某汞污染農(nóng)田區(qū)域選擇了具有代表性的60 畝地塊，開展汞污染修復(fù)的中試試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果將為后續(xù)重金屬汞超標(biāo)治理提供技術(shù)支撐。

1 研究現(xiàn)狀

1.1 汞污染現(xiàn)狀

2018 年下半年對(duì)廣東省內(nèi)典型區(qū)域進(jìn)行土壤環(huán)境質(zhì)量調(diào)查工作，發(fā)現(xiàn)某地區(qū)部分區(qū)域農(nóng)田重金屬含量超過我國(guó)現(xiàn)行《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）：GB 15618—2018》中規(guī)定的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值。經(jīng)初步取樣調(diào)查結(jié)果表明，重金屬含量超標(biāo)以汞元素為主，個(gè)別點(diǎn)位呈與鋅、銅、鉛復(fù)合超標(biāo)，污染程度以輕微污染為主。

1.2 汞污染的危害

環(huán)境中的汞污染會(huì)對(duì)人體健康造成極大危害，是全球廣泛關(guān)注的環(huán)境污染物之一。20 世紀(jì)50 年代，日本的“水俁病”是首次發(fā)現(xiàn)的汞污染引起的環(huán)境公害事件，造成5 172 人患病，730 人死亡［1］。汞污染具有持久性、易遷移性、高度的生物富集性、強(qiáng)毒性等特性，并且環(huán)境中各種形態(tài)的汞均可在一定條件下轉(zhuǎn)化為劇毒的甲基汞。此外，汞可以隨大氣長(zhǎng)距離跨界運(yùn)輸，已被聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署列為全球性污染物。有研究證明，汞可能導(dǎo)致多種神經(jīng)性疾病，如肌萎縮性脊髓側(cè)索硬化癥、老年癡呆癥和帕金森癥。

土壤是環(huán)境系統(tǒng)的核心介質(zhì)，是溝通水體和大氣的紐帶，承受著環(huán)境中大約90%的污染物［2］。研究表明，國(guó)內(nèi)外大量地區(qū)的土壤都受到不同程度的汞污染［3］。農(nóng)田土壤中汞含量超標(biāo)，農(nóng)作物的生長(zhǎng)將受到抑制，影響農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)，污染物也會(huì)隨之遷移，一旦進(jìn)入人體，將對(duì)人體健康造成嚴(yán)重危害。因此，農(nóng)田中汞的去除迫在眉睫。

2 研究方法

2.1 采樣方法

按照《農(nóng)、畜、水產(chǎn)品污染監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范：NY-T 398—2000》、《農(nóng)田土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范：NYT 395—2012》規(guī)定進(jìn)行布點(diǎn)和采樣。每個(gè)土壤采樣點(diǎn)的樣品為5點(diǎn)等量的混合樣。前期研究共設(shè)置16個(gè)采樣點(diǎn)，采集不同深度（0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm）的土壤樣品共80個(gè)。

2.2 檢測(cè)方法

檢測(cè)指標(biāo)：土壤重金屬汞含量及土壤pH值。

檢測(cè)分析方法：按現(xiàn)行國(guó)家或行業(yè)頒布方法進(jìn)行，如表1所示。

表1 土壤檢測(cè)指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)方法Tab.1 Testing Index and Standard Method of Soil

2.3 修復(fù)技術(shù)試驗(yàn)方法

目前常用的汞污染土壤修復(fù)技術(shù)有熱處理［3］、淋濾修復(fù)［4-5］、電動(dòng)修復(fù)［6］、物理修復(fù)［7］、植物修復(fù)［8-9］、微生物修復(fù)等［10］。這些方法中，熱處理能快速去除土壤中的汞，并進(jìn)行回收。但能耗高，高溫處理可能會(huì)影響土壤環(huán)境，且針對(duì)汞高濃度污染處理。淋濾修復(fù)能永久性去除土壤中重金屬，用時(shí)少，但淋濾液必須進(jìn)行后續(xù)處理，同時(shí)可能會(huì)破壞土壤理化性質(zhì)。電動(dòng)修復(fù)、植物修復(fù)、微生物修復(fù)等都可以實(shí)現(xiàn)原位修復(fù)，但耗時(shí)長(zhǎng)，受土壤性質(zhì)影響較大。物理修復(fù)操作性較強(qiáng)，不會(huì)改變土地利用類型，包括深耕翻土法、客土法和換土法。其中客土法和換土法具有徹底、穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，能快速實(shí)現(xiàn)治理區(qū)域污染物達(dá)標(biāo)，但實(shí)施工程量大、投資費(fèi)用高，換出的污土容易產(chǎn)生二次污染，增大工程成本和風(fēng)險(xiǎn)。深耕翻土法是將土壤上下耕作層的土層打碎、拌勻、翻動(dòng)來降低土壤中重金屬含量，實(shí)施工程量小，投資費(fèi)用低，適用于污染程度較小、耕作層較厚的重金屬污染［11］。

本研究試驗(yàn)根據(jù)農(nóng)田土壤的使用性質(zhì)，結(jié)合初步采樣檢測(cè)結(jié)果，污染區(qū)域類型為淺層、輕度汞污染，且耕作層厚度在20 cm以上，擬通過采取深翻混合、深翻置換、分層置換3種技術(shù)，將淺層污染土壤與深層清潔土壤原位置換或?qū)\層污染土壤與深層清潔土壤充分混勻，使研究區(qū)土壤汞含量符合相關(guān)要求。具體技術(shù)實(shí)施方法如下：

⑴分區(qū)1，深翻混合

試驗(yàn)面積20 畝，針對(duì)土壤汞含量范圍為0.5～1.0 mg/kg 的區(qū)域，在深層土壤清潔的情況下，采用旋耕機(jī)將大于30 cm的深層清潔土壤與淺層污染土壤翻耕混勻。

⑵分區(qū)2，深翻置換

試驗(yàn)面積20 畝，針對(duì)土壤汞含量范圍為1.0～2.0 mg/kg 的區(qū)域，向淺層污染土壤施加石灰并通過旋耕機(jī)翻耕混勻；隨后在深層土壤清潔的情況下，挖掘機(jī)用鏟斗將淺層污染土壤與深層清潔土壤一并鏟出，回填時(shí)調(diào)轉(zhuǎn)土方方向，實(shí)現(xiàn)一次性的上下置換。

⑶分區(qū)3，分層置換

試驗(yàn)面積20 畝，針對(duì)土壤汞含量范圍為1.0～2.0 mg/kg 的區(qū)域，向淺層污染土壤施加石灰并通過旋耕機(jī)翻耕混勻；隨后在深層土壤清潔的情況下，挖掘機(jī)用鏟斗將淺層污染土壤與深層清潔土壤分別鏟出堆置，隨后先將經(jīng)固化處理后的淺層污染土壤回填至深層位置夯實(shí)，再將原深層清潔土壤回填于其上，從而實(shí)現(xiàn)土壤分層置換。

試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)3個(gè)分區(qū)進(jìn)行采樣檢測(cè)，每個(gè)分區(qū)設(shè)置4個(gè)點(diǎn)位，每個(gè)點(diǎn)位采集土壤剖面5點(diǎn)混合樣品5個(gè)，其中深翻混合區(qū)另設(shè)2個(gè)非混合點(diǎn)位，共計(jì)70個(gè)土壤樣品。

2.4 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

土壤重金屬評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)按照《土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）：GB 15618—2018》［12］執(zhí)行，如表2所示。

表2 土壤重金屬評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Evaluation Standard of Heavy Metals in Soil

3 研究結(jié)果

3.1 修復(fù)前采樣檢測(cè)結(jié)果

不同土壤深度pH 值均小于5.5，汞含量平均值如圖1所示。

圖1 不同土壤深度汞含量平均值Fig.1 Average Content of Mercury in Different Soil Depths

土壤質(zhì)量調(diào)查結(jié)果表明，土壤深度0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm的汞平均含量分別為1.134 mg/kg、0.836 mg/kg、0.186 mg/kg、0.102 mg/kg、0.072 mg/kg。土壤重金屬汞的含量超標(biāo)，含量范圍為0.5～0.9 mg/kg。

土壤深度0～20 cm 采樣點(diǎn)位16 個(gè)，存在污染超標(biāo)的樣點(diǎn)15 個(gè)，占93.75%。其中輕微污染的樣點(diǎn)6 個(gè)，輕度污染7 個(gè)，中度污染2 個(gè)。土壤深度20～40 cm 采樣點(diǎn)位16 個(gè)，存在污染超標(biāo)的樣點(diǎn)9 個(gè)，占全部點(diǎn)位的56.25%。其中輕微污染的樣點(diǎn)2個(gè)，輕度污染3個(gè)，中度污染4個(gè)。土壤深度40～60 cm采樣點(diǎn)位20個(gè)，污染超標(biāo)的樣點(diǎn)1個(gè)，占全部樣點(diǎn)的6.25%，屬輕微污染。土壤深度60～80 cm、80～100 cm 采樣點(diǎn)位均為20 個(gè)，均屬無污染樣點(diǎn)。

3.2 修復(fù)后采樣檢測(cè)結(jié)果

修復(fù)后耕作層土壤汞含量如表3所示，分區(qū)1樣品編號(hào)為1-1～1-6；分區(qū)2 樣品編號(hào)為2-1～2-4；分區(qū)3樣品編號(hào)為3-1～3-4。

表3 修復(fù)后耕作層土壤樣品檢測(cè)結(jié)果Tab.3 Test Results of Cultivated Soil Samples after Restoration

土壤樣品檢測(cè)結(jié)果表明，深翻置換區(qū)及分層置換區(qū)耕作層（0～20 cm）土壤樣品的pH值均小于5.5，汞含量均小于0.5 mg/kg，符合文獻(xiàn)［12］規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)，表明該區(qū)域修復(fù)試驗(yàn)成功；深翻混合區(qū)6 個(gè)耕作層土壤樣品中1-3、1-6汞含量分別為0.632 mg/kg、0.631 mg/kg，超出文獻(xiàn)［12］中汞含量風(fēng)險(xiǎn)篩選值，其余4 個(gè)耕作層土壤樣品汞含量均低于文獻(xiàn)［12］中規(guī)定的風(fēng)險(xiǎn)篩選值。

4 結(jié)論與展望

深翻混合技術(shù)修復(fù)汞輕微污染區(qū)域（汞含量為0.5～1.0 mg/kg）由于本身存在技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，且由于土壤重金屬分布的不均勻性，不能保證技術(shù)實(shí)施后的修復(fù)效果；深翻置換技術(shù)及分層置換技術(shù)在深層土壤清潔的情況下，具有明顯的修復(fù)效果，可有效降低耕作層土壤中汞含量至0.5 mg/kg以下，從而實(shí)現(xiàn)土壤耕作層重金屬汞含量低于農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值的工程目標(biāo)，可作為今后開展農(nóng)田重金屬污染修復(fù)治理工作的優(yōu)選技術(shù)措施。