重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)研究

張振

關(guān)鍵詞：重金屬;土壤修復(fù);修復(fù)模式;修復(fù)技術(shù)

隨著我們國家的工業(yè)化的加速，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平的不斷提高，同時也伴隨著出現(xiàn)了較為嚴(yán)重的土壤污染問題。其中重金屬污染狀況尤為嚴(yán)重，給人們的身體健康帶來了嚴(yán)重的威脅。這就要求我們要高度重視重金屬污染土壤的治理與修復(fù)。在治理重金屬污染土壤選擇修復(fù)技術(shù)時，首先需要確保修復(fù)效果能夠滿足未來土地利用方式的要求。同時還需要考慮在技術(shù)的可行性、工期的要求、經(jīng)濟(jì)的適宜性，應(yīng)選擇相對成熟、能夠降低或減少污染物毒性、遷移性的修復(fù)技術(shù)，在修復(fù)工程實(shí)施過程中避免對環(huán)境造成二次污染。

一、我國重金屬污染現(xiàn)狀分析

隨著我們國家的工業(yè)化進(jìn)程加快，目前我國重金屬污染土壤情況可以說是非常嚴(yán)重。在2005年4月與2013年12月這段時間，我國進(jìn)行了初次全國土壤污染狀況調(diào)查，調(diào)查的范圍包括中國所有的耕地，還有一部分林地、草地、未利用地與建設(shè)用地。此次調(diào)查面積總計(jì)約為630萬平方公里。整體上來分析此次調(diào)查結(jié)果，從調(diào)查數(shù)據(jù)上可以發(fā)現(xiàn)我們國家的土壤環(huán)境問題非常嚴(yán)重，其中尤為重要的是工礦業(yè)廢棄地土壤的環(huán)境問題。根據(jù)公布的調(diào)查結(jié)果，全國的土壤超標(biāo)率達(dá)到了16.1%。依照污染狀況的輕重程度劃分，重度污染點(diǎn)位所占的比例為1.1%、中度污染點(diǎn)位所占的比例為1.5%、輕度污染點(diǎn)位所占比例為2.3%、輕微污染點(diǎn)位所占比例比例最高達(dá)到了11.2%。按照污染狀況的類型來劃分，土壤的污染類型主要以無機(jī)為主，其次為有機(jī)類型次之，復(fù)合類型的污染所占比例最小。污染物超標(biāo)類型占比最大的是無機(jī)類型污染物，超標(biāo)點(diǎn)位數(shù)量占總數(shù)量82.8%。檢出無機(jī)類型污染物中的污染因子鎘（cd）、汞（Hg）、砷（As）、銅（cu）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、鋅（zn）、鎳（Ni）8種污染物點(diǎn)位超標(biāo)率分另0為7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%。在空間分布上，我國南方的土壤污染狀況要比北方土壤污染狀況要嚴(yán)重。東北老工業(yè)基地、珠江三角洲、長江三角洲等局部區(qū)域土壤的污染狀況尤為突出。在我國中南地區(qū)和西南地區(qū)土壤重金屬污染范圍是較大的。到目前為止，我國受到重金屬鉛、鎘、砷等重金屬污染的農(nóng)用地已經(jīng)超過了2000多萬公頃，污染面積占到了我國總農(nóng)用地面積的20%以上;同時工業(yè)污染造成的污染范圍也達(dá)到了千萬公頃級別。

二、修復(fù)模式

重金屬污染土壤修復(fù)工程目前主要的修復(fù)模式包括：原地異位處理、原位處理和異地處理/處置這三種模式。

原地異位處理指的是污染土壤挖掘后在原場地進(jìn)行處置，處置過程均在原場地范圍內(nèi)。這種處置模式的優(yōu)點(diǎn)是無須客土回填，避免了資源的浪費(fèi)。能夠快速清理污染源，并且切斷暴露途徑，可以避免土壤轉(zhuǎn)運(yùn)出廠引起的二次污染。

原位處理指的是不對地塊內(nèi)的污染土壤進(jìn)行挖掘，在原污染污染區(qū)域直接進(jìn)行土壤修復(fù)作業(yè)。這種修復(fù)模式避免了土壤開挖轉(zhuǎn)運(yùn)造成的二次污染，同時也避免了因清理污染土壤造成的環(huán)境風(fēng)險。

異地處理/處置指的是將污染的土壤轉(zhuǎn)運(yùn)至其他場地或者修復(fù)工廠進(jìn)行處置。與其他兩種修復(fù)模式相比，這種模式能夠快速清理污染源，縮短修復(fù)周期。但是同時因?yàn)槲廴就寥赖霓D(zhuǎn)運(yùn)，也容易造成二次污染。此種修復(fù)模式在實(shí)施過程中要對修復(fù)過程進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)督和管理。

在修復(fù)工程實(shí)施的策略的選擇上，首先要對前期污染土壤的污染狀況調(diào)查與風(fēng)險評估等資料進(jìn)行分析研究，然后再根據(jù)地塊特征條件、地塊的特征污染物、地塊的修復(fù)目標(biāo)、地塊的修復(fù)范圍、地塊的清理時間、地塊的清理風(fēng)險、對客土的需求、運(yùn)輸?shù)某杀尽⑦\(yùn)輸過程中的風(fēng)險、污染土壤堆置成本、污染土壤堆置過程中的風(fēng)險、土壤修復(fù)的成本、土壤修復(fù)的時間、工程實(shí)施的風(fēng)險、工程成本、工程實(shí)施時間這些方面進(jìn)行綜合比選之后確定修復(fù)模式。

三、修復(fù)技術(shù)

在確定了污染土壤的修復(fù)模式之后，再進(jìn)行適宜的修復(fù)技術(shù)的比選。針對重金屬污染土壤，現(xiàn)有多種可選修復(fù)技術(shù)，包括固化/穩(wěn)定化、異位土壤淋洗、危廢處置、水泥窯協(xié)同處置、植物修復(fù)等。

（一）固化/穩(wěn)定化技術(shù)

固化穩(wěn)定化技術(shù)是向污染土壤中添加固化穩(wěn)定化藥劑，通過一系列的物理、化學(xué)作用將污染物固定在固化體中，目前常用的固化劑為水泥。固化/穩(wěn)定化技術(shù)可以在原位進(jìn)行也可在異位進(jìn)行。經(jīng)過幾十年的研究，是一種比較成熟的土壤修復(fù)技術(shù)，已有大量的工程應(yīng)用。美國環(huán)保局曾將穩(wěn)定化技術(shù)稱為處理重金屬污染土壤的最佳技術(shù)之一。迄今為止，美國已有200多個超級基金項(xiàng)目涉及污染土壤的穩(wěn)定化處理，同時因其成本較低、施工難度低、應(yīng)用范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)固化/穩(wěn)定化技術(shù)在我國也得到了廣泛的應(yīng)用。

技術(shù)特點(diǎn)：與其他污染土壤的修復(fù)技術(shù)比較，固化穩(wěn)定化修復(fù)成本低。并且該工藝在應(yīng)用過程占地面積小，處理時間相對較短。固化/穩(wěn)定化技術(shù)相對較為成熟，在我國已廣泛應(yīng)用。

技術(shù)局限性：由于固化/穩(wěn)定化技術(shù)不能將重金屬污染物去除，不能做到減量化，不能夠降低污染物的總量，所以不適用于以總量為驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)的情形。并且修復(fù)后土壤的利用或者處理方式會受到限制。固化/穩(wěn)定化修復(fù)后土壤常見的利用方式主要為當(dāng)作路基的材料進(jìn)行利用或者是進(jìn)行填埋覆蓋。固化/穩(wěn)定化后的土壤修復(fù)效果受硫酸鹽、油等抑制物質(zhì)影響。其效果難以預(yù)測長期表現(xiàn)，需要長期監(jiān)測或維護(hù)。修復(fù)后的土壤體積可能增加并且修復(fù)后的土壤不能放置在地下水位之下，通常情況下固化/穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)需要與阻隔填埋修復(fù)技術(shù)聯(lián)用。土壤是一種重要的資源，如果固化/穩(wěn)定化處理后的污染土壤進(jìn)入垃圾填埋場，則勢必會造成資源的浪費(fèi)。

（二）土壤淋洗

土壤的淋洗是指通過將污染物的土壤中剝離，污染物進(jìn)入淋洗液，然后再對淋洗液進(jìn)行后續(xù)處置。該技術(shù)根據(jù)實(shí)施地點(diǎn)的不同可分為原位和異位土壤淋洗。原位土壤浸出的過程通常是指注射或浸出溶液滲透到土壤污染區(qū)沖洗污染的土壤，然后提取浸提液或提取含有污染物的地下水，并進(jìn)行異位處理地上去除污染物。異位土壤淋洗技術(shù)是指先將受污染的土壤挖掘、堆放在場地內(nèi)，用水或浸出液沖洗去除污染物，再對浸出廢水或含污染物的廢液進(jìn)行處理。經(jīng)處理合格的土壤可以回填或運(yùn)輸?shù)狡渌麍龅鼗赜谩?/p>

技術(shù)特點(diǎn)：土壤淋洗技術(shù)對于重金屬和半揮發(fā)性有機(jī)物污染土壤較為適用，一般需添加洗滌劑。淋洗過程能夠去除大部分重金屬，做到污染物減量化。與固化/穩(wěn)定化技術(shù)比較，因?yàn)槟軌蛉コ亟饘?，處理后的土壤去向不受限制。同時應(yīng)用淋洗技術(shù)，污染物去除徹底，時間快。

技術(shù)局限性：應(yīng)用土壤淋洗技術(shù)土壤需具有高滲透能力。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，淋洗修復(fù)技術(shù)在黏土修復(fù)中應(yīng)用難度較大。淋洗修復(fù)實(shí)施過程中會消耗大量的水，通常水土比會大于1：3，同時因?yàn)榱芟磩┑奶砑右残枰涮姿幚碓O(shè)施。該技術(shù)適用于中高濃度污染的污染土壤，淋洗后的土壤一般需要其他修復(fù)技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合處理。淋洗設(shè)備復(fù)雜，市場上現(xiàn)有的單套設(shè)備處理能力均較小，適用于小體量的污染土壤修復(fù)。

（三）危險廢棄物處置

對于部分特殊地塊，若普通的修復(fù)施工產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)成本和環(huán)境風(fēng)險明顯大于將污染土壤作為危險廢棄物處置的情形下，可以考慮污染土壤作為危險廢棄物處置。

技術(shù)特點(diǎn)：危險廢棄物處置技術(shù)適用于多種污染土壤，開挖出污染土壤可以直接委托第三方單位處置，操作簡單、施工快速，處置過程中不會對周邊的環(huán)境造成二次污染風(fēng)險。

技術(shù)局限性：危險廢棄物處置技術(shù)單價過高，不適用大批量污染土壤處置，從經(jīng)濟(jì)適用性來說，成本較為昂貴。

（四）水泥窯協(xié)同處置

水泥窯協(xié)同處置技術(shù)是在生產(chǎn)水泥的同時，對污染土壤進(jìn)行焚燒固化。

技術(shù)特點(diǎn)：水泥窯協(xié)同處置技術(shù)成熟，適用范圍廣，可用于重金屬污染土壤和揮發(fā)性較差的有機(jī)物污染土壤修復(fù)，其優(yōu)點(diǎn)是處置量較大，成本較低。

技術(shù)局限性：需協(xié)調(diào)水泥廠進(jìn)行處置，含水量高熱值低的土壤需要消耗較多的能量。另外根據(jù)部長信箱的回復(fù)，污染土壤外運(yùn)進(jìn)行水泥窯協(xié)同處置需要進(jìn)行危廢鑒定，流程較為復(fù)雜。如果污染物的含量比較高，根據(jù)相關(guān)的導(dǎo)則，污染土壤在水泥窯協(xié)同處置過程中的摻加比例則可能會較低，整個處置周期相對較長。

（五）植物修復(fù)

植物修復(fù)主要是利用特定植物的吸收、轉(zhuǎn)化來去除或降解土壤中的污染物，從而實(shí)現(xiàn)土壤凈化、生態(tài)效應(yīng)恢復(fù)的治理技術(shù)。植物對污染土壤的修復(fù)主要通過三種途徑進(jìn)行，即植物在生長過程中直接吸收污染物;植物根系分泌的酶降解有機(jī)物;根際與微生物聯(lián)合吸收、降解和轉(zhuǎn)化污染物。

技術(shù)特點(diǎn)：與目前常用的物理和化學(xué)的修復(fù)技術(shù)相比較，植物修復(fù)技術(shù)具有成本低、效率高、無污染、不破壞土壤環(huán)境的特點(diǎn)。植物修復(fù)技術(shù)很容易就地處理污染物，而且易于操作。

技術(shù)局限性：在植物修復(fù)應(yīng)用過程中，修復(fù)植物的選擇需要有針對性，修復(fù)植物對環(huán)境具有選擇性，只有在特定的環(huán)境下特定的植物才能夠生長。修復(fù)植物修復(fù)過程容易受到外界條件的影響，不利的氣候條件將會對植物的生長產(chǎn)生不利的影響從而造成修復(fù)效果較差，修復(fù)周期較長。植物修復(fù)的修復(fù)深度取決于修復(fù)植物的根系深度，通常情況下修復(fù)深度一般小于1m，所以只能夠修復(fù)表面的污染。如果污染深度過深則不能夠利用植物來修復(fù)。同時修復(fù)植物的生長過程容易受到有害物質(zhì)的影響，如果污染物濃度過高則可能會抑制修復(fù)植物的生長，所以通常情況下只能夠修復(fù)低濃度污染土壤。

四、修復(fù)技術(shù)篩選

土壤修復(fù)技術(shù)的篩選過程必須要考慮多種要素，包括污染物的特性、濃度、分布及遷移轉(zhuǎn)化等特征、場地地質(zhì)水文條件、技術(shù)可獲得性及可行性、修復(fù)費(fèi)用、修復(fù)目標(biāo)、時間周期及修復(fù)過程對環(huán)境的影響等。在確定修復(fù)模式后，在選擇適用的土壤修復(fù)技術(shù)。在選擇具體的修復(fù)技術(shù)時，首先要保證修復(fù)修復(fù)效果能夠滿足土地未來的開發(fā)利用方式，其次修復(fù)技術(shù)還必須具有可行性，能夠滿足工期、成本的要求，在此基礎(chǔ)上我們選擇可以減少污染物的毒性、遷移性的成熟技術(shù)。修復(fù)技術(shù)的篩選可以從以下九方面進(jìn)行考慮：

（一）修復(fù)目的性

修復(fù)技術(shù)的篩選以實(shí)現(xiàn)保障人體健康、將地塊土壤中污染物的環(huán)境風(fēng)險降低到可以接受的水平為最終目標(biāo)。

（二）污染物針對性

對不同風(fēng)險和不同污染情況的土壤分別對待;同種污染物在不同濃度下的適用修復(fù)技術(shù)可能不同，比如同樣是重金屬污染物，高濃度污染土壤可能不適宜應(yīng)用固化/穩(wěn)定化技術(shù)，而低濃度的污染土壤可能適宜應(yīng)用。因此需要結(jié)合污染物濃度選擇合適的修復(fù)技術(shù)。

（三）地塊及地質(zhì)水文條件針對性

在不同的地塊情況及地質(zhì)水文條件下，不同的修復(fù)技術(shù)的效果和效率可能有所不同;需要根據(jù)地塊特殊的情況及地質(zhì)水文條件，選擇最為有效的修復(fù)技術(shù)。

（四）技術(shù)可獲得性

修復(fù)技術(shù)應(yīng)選擇可以達(dá)到修復(fù)目標(biāo)的最簡化的途徑或方法，方案選擇、設(shè)計(jì)采用成熟可靠的修復(fù)技術(shù)，而不單純追求技術(shù)的先進(jìn)性，以確保修復(fù)的順利完成。

（五）經(jīng)濟(jì)合理性

選擇修復(fù)技術(shù)不能夠僅僅考慮當(dāng)前的修復(fù)成本，而是要根據(jù)地塊的未來規(guī)劃，考慮該區(qū)域的未來經(jīng)濟(jì)發(fā)展，考慮其長期的經(jīng)濟(jì)合理性。

（六）實(shí)施可行性

在選擇修復(fù)技術(shù)時要充分考慮到我們國家修復(fù)行業(yè)的現(xiàn)狀，同時還要考慮配套設(shè)施的處置能力，比如廢水處置與廢氣處置設(shè)施的配套水平。

（七）修復(fù)時間合理性

為盡快完成污染土壤修復(fù)工作，降低修復(fù)過程中的潛在環(huán)境風(fēng)險，適應(yīng)地塊開發(fā)再利用的需求，在選擇修復(fù)技術(shù)時，同等條件下選擇修復(fù)時間短的技術(shù)。

（八）周邊環(huán)境影響

在修復(fù)施工過程中，控制二次污染，減少污染土壤的轉(zhuǎn)移，減少廢氣、廢水、揚(yáng)塵、噪聲等排放，盡量減小對周邊居民、環(huán)境所造成的影響。

（九）公眾接受

公眾參與是修復(fù)施工中重要的一環(huán)，在修復(fù)過程中要避免對周邊群眾的生產(chǎn)生活產(chǎn)生影響，避免發(fā)生群體性事件。

在技術(shù)篩選階段，污染物針對性、場地及地質(zhì)水文條件針對性由于其在技術(shù)可行性研究中的重要性，通常在修復(fù)與風(fēng)險管控技術(shù)篩選過程中起到相對更為重要的作用。

五、結(jié)語

綜上所述，目前我們國家正在面臨非常嚴(yán)重的土壤污染問題，其中重金屬污染尤為突出。重金屬修復(fù)技術(shù)目前主要應(yīng)用較多的包括固化/穩(wěn)定化、異位土壤淋洗、危廢處置、水泥窯協(xié)同處置、植物修復(fù)等。在選擇修復(fù)技術(shù)是要分析多種要素，包括污染物的特性、濃度、分布及遷移轉(zhuǎn)化等特征、場地地質(zhì)水文條件、技術(shù)可獲得性及可行性、修復(fù)費(fèi)用、修復(fù)目標(biāo)、時間周期及修復(fù)過程對環(huán)境的影響等。在土壤修復(fù)過程中，需要根據(jù)污染土壤的具體特征，針對性地選擇適宜的修復(fù)技術(shù)，以保證修復(fù)效果。