環(huán)境治理中土壤金屬污染修復(fù)及其實踐

景德鎮(zhèn)市樂平生態(tài)環(huán)境局 陳梓玉

土壤中含有重金屬元素將會污染土地環(huán)境，進(jìn)而制約農(nóng)業(yè)等基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為此需要對目前在土壤中常見的重金屬元素加以分析。結(jié)合大量的研究表明，威脅土壤實際生態(tài)效用的重金屬元素包括鋅、汞、鉛、鎘、砷等，而產(chǎn)生以上金屬元素的原因可集中于人類活動和自然原因兩大方面。由此可見，在對土壤進(jìn)行修復(fù)的過程中，要針對不同的金屬元素采取對應(yīng)的技術(shù)，并就實踐結(jié)果加以分析和整理，以便于后續(xù)作業(yè)繼續(xù)高質(zhì)量高效率展開。

一、環(huán)境治理中土壤金屬污染修復(fù)所應(yīng)用的技術(shù)

（一）物理化學(xué)方面

1.換土法

這種方法主要面向土壤污染面積范圍小的環(huán)境中，其中涵蓋：客土法、換土法、去表土法、深耕翻土法。客土法是在已經(jīng)被污染的土壤表層填入一些非污染的土，或者采用混合的方式，從而降低單位面積中金屬元素的含量，以此減輕危害。換土法是將已經(jīng)超出臨界危害濃度的土壤換掉，用未污染的土壤代替。以上兩種方法想要達(dá)到預(yù)期效果，需要保證所更換的土壤厚度超出耕層的原有厚度[1]。去表土法是依照被污染的土壤的基本特點，選擇性地耕作活化的土層。深耕翻土法是將上下土層翻耕完畢后，擴(kuò)展金屬元素的覆蓋范圍，以此降低單位面積濃度。以上幾種方式在荷蘭等國家被集中采用，能夠起到降低濃度的作用，但此種方式會加大治理的成本，所耗費的資源量較高，也會因操作的失誤帶來二次污染或者滲漏的問題，并不適合在大范圍內(nèi)應(yīng)用。

2.淋洗法

此種方法是借助淋洗劑，將土壤中的金屬元素清洗干凈，因此為保證效果的顯著，需要選擇高效的淋洗助劑。淋洗法更為適用于重度污染和大面積污染的地區(qū)，需要保證滲透系數(shù)符合淋洗的要求，同時需要就污染物形態(tài)、污染程度、土壤性質(zhì)和淋洗濃度、種類等展開分析，以此保證淋洗的質(zhì)量。實踐中，已經(jīng)可用EDTA淋洗含金屬銅的土壤，可使土壤中的銅元素含量下降一定水平，在技術(shù)不斷發(fā)展的支持下，已經(jīng)可輔助運用電化學(xué)法、離子置換和轉(zhuǎn)移絡(luò)合的辦法提升淋洗后金屬的回收率，可將污染元素鎘、鋅和鉛含量降至限定值以下。但因淋洗助劑本身的造價較高，在使用中可能會出現(xiàn)消滅植物生長所必需的元素鎂、鈣的情況，因此在應(yīng)用中要就以上兩個問題加以研討[2]。

3.熱解吸法

此種方式是連續(xù)加熱已經(jīng)受到污染的土壤，當(dāng)溫度逐漸升高至臨界值時，將會使得金屬揮發(fā)，例如砷、汞等，再將揮發(fā)物收集完畢后，集中于某一處進(jìn)行處理，以此達(dá)到清除金屬污染物的作用。經(jīng)過研究表明，金屬汞的熔點和沸點較低，在土壤尚未達(dá)到揮發(fā)臨界溫度時，金屬汞即可揮發(fā)，且揮發(fā)率高達(dá)99%。此種技術(shù)在應(yīng)用的過程中要耗費大量的熱量，導(dǎo)致成本上升，因此可充分借助太陽能，提供熱分解的能量，以此降低土壤中金屬的含量。除了以上的應(yīng)用限制外，使用熱解吸法需要在處理完畢后對金屬揮發(fā)物予以收集，但目前在此領(lǐng)域的研究仍舊有可提升的空間，需要繼續(xù)深化。

4.玻璃化法

所謂玻璃化技術(shù)，是通過向受污染的土壤施加高溫，再急速冷卻，使得金屬變?yōu)椴Ａw物質(zhì)，達(dá)到固定土壤中的金屬的作用。此種方式能夠有效阻斷金屬遷移，但因該方法所耗費的資源量較大，目前并未得到廣泛的應(yīng)用。而所形成的玻璃體物質(zhì)在短時間內(nèi)很難降解，這就導(dǎo)致在土壤中金屬物質(zhì)被固定的現(xiàn)象發(fā)生，自然不利于土壤保持原本的良好性狀[3]。

5.固化法

固化法是通過加入固化藥劑，從而將受污染土壤中的金屬元素固定，使其無法釋放到其他位置。金屬在固化藥劑的作用下，變?yōu)榘缘奈镔|(zhì)，相較于原本的狀態(tài)更為穩(wěn)定，因此某種程度來看，降低了其遷移到其他位置的可能性。除了固化藥劑以外，還可使用穩(wěn)化藥劑，其在吸附沉降的作用下，將金屬絡(luò)合，從而降低釋放的幾率。通過運用此種處理辦法，金屬元素不再向地下水和深層遷移，可以降低積累的含量，避免人類用水和栽種作物中受到遷移因素的影響，阻斷因食物鏈造成的健康受損。藥劑的選擇對處理效果有很大影響，因此要對藥劑的特點加以分析，結(jié)合治理和修復(fù)的需要，應(yīng)當(dāng)保證藥劑自身不含有金屬元素，且制作過程較為簡便，成本低廉，所產(chǎn)生固化穩(wěn)定效果持久性佳，結(jié)合以上要求目前在修復(fù)作業(yè)中主要將蛭石、蒙脫石、鋼渣、堆肥、海泡石、硅酸鹽、沸石和石灰等作為穩(wěn)定藥劑，以此降低金屬含量和活性。在選定藥劑種類后，要對所施用位置的金屬含量有基本的了解，從而設(shè)計藥量。結(jié)合對固化法的分析來看，此種方法成本較低，因其所使用的藥劑多來源于工業(yè)副產(chǎn)物，因此滿足低成本的需要，但此種方法并不能消除金屬，只能起到降低活性的作用，說明在后續(xù)的修復(fù)作業(yè)中要動態(tài)監(jiān)管土壤中金屬的活性，避免出現(xiàn)二次活化的情況[4]。

（二）生物修復(fù)方面

1.植物修復(fù)技術(shù)

此種技術(shù)包含的類別較廣，其中涵蓋植物提取、固定、揮發(fā)技術(shù)，在修復(fù)的過程中，借助植物、土壤和根際微生物之間的反應(yīng)而達(dá)成綜合治理的效果，能夠有效控制土壤理化性質(zhì)和植物種類，目前在修復(fù)領(lǐng)域應(yīng)用的范圍較廣。首先，就植物提取來講，此種方法是將超積累植物作用于土壤中，通過其所具備的吸收功能，將土壤中的金屬吸收并與地上部積累，只要將植物收割即可將金屬污染物去除。此種辦法可分成誘導(dǎo)性提取和持續(xù)性萃取，二者之間的區(qū)別是前者是在后者使用超富集植物的基礎(chǔ)上，加入能夠起到活化作用的藥劑或者物質(zhì)，從而提升處理的效能。兩種方法所選用的超富集植物都要具備吸收金屬的能力，并且在吸收后能夠?qū)⑺盏奈镔|(zhì)從地下轉(zhuǎn)運到地上，以此達(dá)到金屬轉(zhuǎn)移的效果。在界定超富集植物的過程中，可從轉(zhuǎn)運系數(shù)、生物富集系數(shù)上判定此種植物是否具備植物提取所要求的功能。現(xiàn)階段發(fā)現(xiàn)的超富集植物已達(dá)400種，研究的重點也逐漸放在了推廣高效能的超富集植物上。例如，經(jīng)過研究刈割后可提升蜈蚣草吸收砷元素的能力，除此以外，將EDDS和EDTA作為螯合劑，能夠明顯提升雜交狼尾草的吸收提取能力[5]。因此在應(yīng)用植物提取技術(shù)的環(huán)節(jié)中，首先要著力使用天然螯合劑，例如：酒石酸、草酸、檸檬酸等，都能保證金屬提取的效能。其次，就植物固定來講，其是借助根系固定金屬的技術(shù)類型，說明在根際微生物的作用下，金屬將聚集在根系附近或者表面，以此降低土壤中的金屬含量。此種辦法可有效降低金屬移動性，保證在食物鏈中的元素不會傳遞給人類，從而降低對人體健康的影響。最后，植物揮發(fā)所應(yīng)用的是一種特殊的分泌物，其能夠?qū)⒔饘僭剞D(zhuǎn)化為揮發(fā)形態(tài)，進(jìn)而達(dá)成修復(fù)的目的。目前常用的特殊物質(zhì)包括洋麻、芥菜、煙草等，都可以實現(xiàn)對砷元素、汞元素和硒元素的清除，但運用此種方法要注意應(yīng)對揮發(fā)后的二次污染。

2.微生物修復(fù)技術(shù)

微生物修復(fù)技術(shù)是利用細(xì)菌、真菌等對金屬元素的吸附、氧化還原和沉淀作用，來降低毒性。細(xì)菌與金屬間接觸的位置是細(xì)胞壁，其中含有磷酸陰離子和羧基陰離子，可為金屬陽離子置于其上創(chuàng)造條件。代謝的產(chǎn)物能夠高效溶解金屬離子，以此達(dá)到吸附的目的。而部分菌株可應(yīng)用于固化處理中，可有效降低交換態(tài)含量，從而消除金屬。

（三）農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)方面

在農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)方面，主要應(yīng)用調(diào)整Eh值、合理使用有機(jī)肥、調(diào)整作物種類的辦法，通過調(diào)整土壤的氧化還原狀態(tài)，制約金屬的活性，結(jié)合不同金屬對于氧化還原狀態(tài)表現(xiàn)的不同，調(diào)節(jié)其遷移性和毒性。例如，處于五價的砷元素，其相較于三價砷元素具備的毒害性更強(qiáng)，因此要將土壤環(huán)境調(diào)整為氧化狀態(tài)，以此實現(xiàn)元素價態(tài)的轉(zhuǎn)化。施肥的過程中要針對肥料中的金屬含量進(jìn)行監(jiān)管，通過改進(jìn)化肥生產(chǎn)工藝和合理施肥的方式，提升土壤抗病害能力，達(dá)成吸附金屬的目標(biāo)。比如，可施用氮肥，其中所含有的銨根離子可有效促進(jìn)氫離子的分泌，為根際周圍環(huán)境創(chuàng)設(shè)酸性的條件，以此降低金屬元素的富集。

二、環(huán)境治理中土壤金屬污染修復(fù)的實踐

西班牙已經(jīng)開展了試點工作，通過運用糖酸鹽、風(fēng)化褐煤、生物固體堆肥的方式，改良土壤環(huán)境，經(jīng)過最終的測定，加入改良劑后，其可顯著降低土壤中金屬的有效態(tài)含量。對于礦區(qū)采取植物修復(fù)技術(shù)與原位復(fù)原技術(shù)結(jié)合的方式，能夠在徑流損失和淋溶損失降低的背景下，恢復(fù)原本的植被。我國在此方面的研究也從未停止，通過種植蜈蚣草、創(chuàng)建植物修復(fù)試點工程等方式實現(xiàn)了對金屬的消除，已經(jīng)取得了階段性的實踐成果。

三、結(jié)束語

綜上所述，環(huán)境治理中土壤金屬去除是重點，為達(dá)成既定的目標(biāo)，可運用物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)和農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)技術(shù)提升土壤的性能。