河北省重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)及其修復(fù)實踐

齊劭乾，安 迪

（河北省地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，河北 石家莊 050023）

土壤質(zhì)量對我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的影響力較大，土壤質(zhì)量問題一直是我國農(nóng)業(yè)研究中的重點之一。倘若土壤受到重金屬嚴(yán)重污染，很容易引起植物基因變異，進(jìn)而抑制其正常的成長與發(fā)育。我國土壤污染以農(nóng)田、建設(shè)用地為主。因為污染源存在較大差異，需采取不同的技術(shù)或劃分風(fēng)險控制區(qū)來完成對土壤的針對性修復(fù)。

1 案例分析

在河北省唐山市古冶區(qū)范各莊鎮(zhèn)，某焦化企業(yè)常年在廠區(qū)外及張莊戶村漁場岸邊非法傾倒、填埋大量固體廢物，甚至包括該公司產(chǎn)生的危險廢物和未經(jīng)處理的生活垃圾等等，已覆蓋區(qū)域高達(dá)數(shù)百畝，嚴(yán)重污染土壤和周邊環(huán)境。工業(yè)垃圾中的污染物嚴(yán)重破壞了當(dāng)?shù)氐耐寥蕾|(zhì)量，使周邊居民的生物畜牧和種植產(chǎn)業(yè)受到了極大的傷害。在對該地塊場地調(diào)查研究基礎(chǔ)上，分別擴(kuò)展闡述不同類型技術(shù)方法及效果來為土壤修復(fù)提供策略。

2 重金屬土壤污染分析

全面論述重金屬土壤污染的災(zāi)害性及目前尚有的治理策略，對技術(shù)人員掌握重金屬土壤污染的治理基礎(chǔ)情況有所幫助，從中吸取教訓(xùn)，為其下一步修復(fù)技術(shù)的相關(guān)運用給予方向[1]。土壤重金屬污染的危害程度：依據(jù)有關(guān)的學(xué)術(shù)科研機(jī)構(gòu)公布的具體數(shù)據(jù)來看，我國耕地中鉛、汞等重金屬污染面積約2000 萬m2，大致占據(jù)耕地總面積的1/5；且重金屬對人體危害極大，易誘發(fā)引起人體多種惡性疾病，這些情況迫使我國及時采取行之有效的污染治理工作，切實提升土壤質(zhì)量。

3 我國重金屬污染土壤現(xiàn)狀與問題分析

3.1 土壤重金屬污染的形勢

一般來說，土壤中的重金屬污染源種類繁多，包括鎘、鉻、鉛、汞等。據(jù)市場調(diào)查以及有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，我國沿海及中西部多個省份均被列為重點治理對象。其中汞污染最為普遍，每年影響近3 萬公頃土地，直接導(dǎo)致水稻減產(chǎn)5 萬噸，使產(chǎn)量大幅下降。由此可見，土壤重金屬污染對我國糧食工業(yè)的發(fā)展和人民生活有很大程度的影響[2]。另外，重金屬會與人體內(nèi)的蛋白質(zhì)和酶發(fā)生強(qiáng)烈的相互作用，導(dǎo)致其失活，危害人體的某些器官。一旦超過人體耐受限度，就會引發(fā)亞急性或者慢性中毒。如，日本的水俁病由汞污染導(dǎo)致的、骨痛是鎘污染造成的，還有其他一些由重金屬污染而引起的。

3.2 土壤重金屬污染問題分析

焦化廠工序復(fù)雜，污染節(jié)點眾多，如備煤和裝煤在運輸裝卸、篩分過程中產(chǎn)生煤塵和焦塵，原煤洗選過程中產(chǎn)生的廢水、矸石都會產(chǎn)生重金屬污染；煉鋼、煉鐵環(huán)節(jié)均會產(chǎn)生含大量有害重金屬元素的廢氣廢水。這些污染物通過揮發(fā)沉降、滲透淋濾等形式進(jìn)入土壤和地下水。近年來，由于城市布局戰(zhàn)略的實施，部分煉焦企業(yè)陸續(xù)搬遷。然而，這些殘留場所的土壤中含有大量致癌、致畸和致突變的污染物，對人體健康造成很嚴(yán)重的影響，因此，焦化場地的土壤污染調(diào)查和特征分析已逐漸引起社會各界的關(guān)注[3]。

長期以來，理論界和實踐界對污染物的研究主要集中在水和大氣上，而對土壤污染物的積累和遷移相對較晚。在選煤過程中，工廠會產(chǎn)生大量工業(yè)廢水與煙氣，這二者都會造成嚴(yán)重的污染。通過對北部鋼鐵廠土壤中的重金屬污染進(jìn)行實地調(diào)查，發(fā)現(xiàn)原來的煉焦廠和苯廠的土壤污染最嚴(yán)重，主要污染物是錳、銅、砷、汞、鎘、鉛等。

3.3 重金屬污染土壤的修復(fù)

重金屬污染土壤修復(fù)指的是借助特定的化學(xué)、物理或生物方法去除土壤中的重金屬，或采用某種技術(shù)手段限制其向外界或其他部位擴(kuò)散，從而達(dá)到土壤修復(fù)的預(yù)期目的。

4 重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用措施

4.1 化學(xué)修復(fù)技術(shù)在重金屬土壤污染中的應(yīng)用

化學(xué)修復(fù)技術(shù)是我國重要的污染治理技術(shù)之一，其中使用的化學(xué)試劑能夠有效通過化學(xué)反應(yīng)處理突然中的污染物質(zhì)，起到緩解和解決污染問題的效果。

重金屬污染土壤的化學(xué)修復(fù)方法是在土壤上噴灑一些具有化學(xué)性質(zhì)的化學(xué)物質(zhì)，以完成土壤的播種改良?；瘜W(xué)修復(fù)的主要方式是依靠試劑與重金屬的氧化還原反應(yīng)，將污染物質(zhì)有效轉(zhuǎn)換為對土壤沒有危害性的其他化合物。

4.2 化學(xué)固化法

土壤中重金屬的形態(tài)結(jié)構(gòu)決定了重金屬的遷移。土壤的理化性質(zhì)會影響重金屬的形態(tài)，更改參數(shù)可以在一定程度上控制重金屬在土壤中的遷移。化學(xué)固化法的基本工作原理便是通過固化劑吸附住重金屬污染物，阻斷其在土壤中的繼續(xù)擴(kuò)散。重金屬化學(xué)固化的目的是借助添加固化劑改變土壤的理化性質(zhì)，依靠吸附或沉淀降低土壤的流動性。重金屬在土壤中的固定不單單能夠降低深層土壤及地下水污染，并且能夠重建土壤植被。

對焦化公司周圍地區(qū)的土壤進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)從地表到地面的土壤污染深度為2.3m，因此，在0m 至4m 的深度處收集樣本。測試結(jié)果確定錳，銅和砷，汞，鎘，鉛和其他重金屬超過了標(biāo)準(zhǔn)并確定了修復(fù)值。此外，對該植物地土壤質(zhì)量的分析表明，從地表到地表以下23m 的土層能分為6 種類型。通過化學(xué)固化法可有效解決該地的土壤污染問題，通過固化劑對重金屬的吸附作用降低上述重金屬對土壤的傷害。所用的固化穩(wěn)定劑與生石灰，硫化鈉，磷酸二氫鉀，氧化鋁，水泥，鐵粉等混合，其中石灰用于調(diào)節(jié)土壤的pH 值。磷酸鹽，氯氧化物，硫化物等。與重金屬和水泥結(jié)合作為固化基礎(chǔ)材料。固化穩(wěn)定過程包括土壤預(yù)處理和穩(wěn)定過程。其中，前者需要對試驗地的土壤進(jìn)行破碎、篩選與控水處理。后者則需要添加穩(wěn)定劑、攪拌、水土保持。后續(xù)的攪拌階段需要確認(rèn)土壤和穩(wěn)定劑之間的融合程度，確保土壤的溫度處于15℃與25℃之間，整個過程需要持續(xù)4 至5 周的時間。

4.3 土壤淋洗法

土壤淋溶是由逆轉(zhuǎn)重金屬在土壤中的離子吸附和沉淀，將重金屬從土壤中轉(zhuǎn)移到土壤淋溶液中。土壤提取物將清除殘余物并分散挖出的土壤。經(jīng)過上述操作后，它將與提取物充分結(jié)合。此時，重金屬會轉(zhuǎn)移到土壤提取物中，殘留的提取物可以通過浸水去除。處理過的土壤達(dá)到常規(guī)水平，便能重復(fù)使用，應(yīng)用的關(guān)鍵是提取物，它需要提取其中所含的重金屬而不破壞土壤的原始結(jié)構(gòu)。

4.4 動電修復(fù)法

電動修復(fù)是將低直流電極插入污染土壤之中。電流通過后產(chǎn)生的磁場會將重金屬離子吸附到電極上，從而實現(xiàn)重金屬物質(zhì)的回收工作。重金屬借助電滲和電遷移作用遷移到電極上，能夠很好的控制其污染物的流動。

4.5 礦物修復(fù)技術(shù)在重金屬土壤污染中的應(yīng)用

重金屬一般存在于巖石層以及土壤之中，對于土壤沒有直接性的影響。因為工業(yè)企業(yè)在其生產(chǎn)、采選礦、冶金等操作下，巖石和土壤之中的重金屬被完全的揮發(fā)。重金屬成分繼而被土壤所吸收，導(dǎo)致土壤中所含比例超標(biāo)。土壤中的礦物質(zhì)能夠起到化解重金屬問題的作用，這是一種利用自然分解效應(yīng)的方法。一般來說，用于礦物修復(fù)的天然礦物主要來自礦山，凹凸棒土、膨潤土等粘土礦物對重金屬具有吸附作用。

4.6 生物修復(fù)技術(shù)在重金屬土壤污染中的應(yīng)用

生物修復(fù)技術(shù)主要涵蓋植物修復(fù)與微生物修復(fù)。

（1）植物修復(fù)，是指自然生長或運用基因栽培法培育的植物，具有修復(fù)重金屬污染的土壤的作用，依據(jù)作用原理及過程的不同，可將其劃分為植物的揮發(fā)、提取和穩(wěn)定等不同種類。例如，在蕨類植物修復(fù)技術(shù)領(lǐng)域，采用自然生長或栽培的方法，減少土壤中的其他污染物，使土壤得到充分恢復(fù)。蕨類植物主要適合工業(yè)污染土壤。它們可以處理各種重金屬以及特殊有機(jī)顆粒物，如鉛、鋅、汞、五氯酚油、多環(huán)芳烴等。

（2）微生物修復(fù)，可以利用帶電細(xì)胞和自身代謝對土壤中的重金屬離子進(jìn)行生物吸附與溶解；另外，微生物還可憑借其氧化還原反應(yīng)有效減少重金屬的毒性，從而降低重金屬對土壤污染的程度。

4.7 物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)在重金屬土壤污染中的應(yīng)用

物理分離修復(fù)技術(shù)具有設(shè)備簡單，成本低廉，連續(xù)高產(chǎn)的優(yōu)點。但是，在特定的分離操作中，物理技術(shù)的應(yīng)用可行性受到諸多外部因素的深刻影響。污染物的濃度與存在介質(zhì)的物理特性都會對該方法的處理效果產(chǎn)生較大的影響作用。采用物理技術(shù)修復(fù)重金屬污染土壤時，還應(yīng)注意揚塵控制。

（1）換土法。輕度污染采用深耕法；重污染區(qū)處理時，多采用外來土的方法。土壤置換對土壤重金屬污染具有良好的修復(fù)效果。其優(yōu)點在于方法成熟，綜合整治。其主要劣勢是工程量大，投資稍高，易造成土壤肥力降低。

（2）分離修復(fù)法。分離修復(fù)法是一種以顆粒篩分處理、水力分離處理、脫水分離處理為主要處理方式的污染修復(fù)方法。該方法在小規(guī)模的土壤污染問題處理中能發(fā)揮出較為出色的效果。利用二次分離法可以有效地將重金屬從沉積物、土壤和廢渣中分離出來，并在很大程度上恢復(fù)土壤的常規(guī)功能。

（3）隔離法。土壤隔離法指的是使用不透水的隔離材料對重金屬污染區(qū)域進(jìn)行隔離和分區(qū)。隔離法適用于重金屬污染土壤。土壤中的重金屬污染物會隨著地下水的流動而流動，最終導(dǎo)致地下水污染。

（4）熱力修復(fù)法。熱修復(fù)技術(shù)涉及利用熱傳導(dǎo)或輻射來完成土壤修復(fù)，包括高溫原位加熱修復(fù)技術(shù)、低溫原位加熱修復(fù)技術(shù)和電磁波原位加熱技術(shù)，主要用于汞污染。

5 結(jié)語

綜上所述，如果土壤中重金屬污染得不到有效控制，從長遠(yuǎn)來看，將會降低農(nóng)作物的質(zhì)量和產(chǎn)量，甚至?xí)淼叵滤廴締栴}。面對土壤重金屬污染，修復(fù)與治理工作迫在眉睫。因此，要重視分析土壤重金屬污染的成因，正視其危害性，綜合運用多種修復(fù)技術(shù)，有效提高修復(fù)效率和質(zhì)量，達(dá)到優(yōu)化土壤質(zhì)量的目的。另外，需加強(qiáng)污染源控制，以便在最短的時間內(nèi)獲得最大的修復(fù)效果，加快生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)。