土壤重金屬污染防治技術(shù)研究進(jìn)展

王舒婷，吳學(xué)勇，牛學(xué)奎，周 濤，王 薇，鄧 晴

（云南省生態(tài)環(huán)境科學(xué)研究院，云南 昆明 650034）

0 引言

人類(lèi)的生存發(fā)展與土壤環(huán)境息息相關(guān)，隨著社會(huì)工業(yè)化腳步不斷向前邁進(jìn)，土壤污染也在不斷加劇。2014年原環(huán)境保護(hù)部和原國(guó)土資源部聯(lián)合發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》指出，我國(guó)當(dāng)前部分土壤遭受的重金屬污染較為嚴(yán)重，土壤質(zhì)量和作物產(chǎn)量嚴(yán)重下降，部分老工業(yè)區(qū)和礦業(yè)區(qū)的土壤污染情況遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出標(biāo)準(zhǔn)值，隨著工業(yè)化進(jìn)程的進(jìn)一步發(fā)展，各地土壤污染狀況還會(huì)進(jìn)一步加劇。如何防治土壤重金屬污染是當(dāng)前社會(huì)發(fā)展面臨的一大問(wèn)題。

1 土壤重金屬污染存在形態(tài)以及污染來(lái)源

1.1 土壤重金屬污染存在形態(tài)

土壤重金屬污染物質(zhì)主要屬于過(guò)濾性元素，這些金屬物質(zhì)以離子的形式存在于土壤當(dāng)中，部分有機(jī)物會(huì)影響重金屬離子的構(gòu)成形態(tài)以及遷移能力。重金屬化合物本身的化學(xué)性質(zhì)差異較大，土壤環(huán)境內(nèi)部物質(zhì)的組成較為復(fù)雜，物理化學(xué)性質(zhì)容易因環(huán)境的變化而發(fā)生變化。通常來(lái)說(shuō)，重金屬污染元素的存在形態(tài)包括水溶態(tài)、可交換態(tài)、吸附交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)以及有機(jī)結(jié)合態(tài)等。重金屬的形態(tài)與普通金屬物質(zhì)相比差異較大，水溶態(tài)和可交換態(tài)重金屬可溶于其他液體，其毒性對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響較大。

1.2 土壤重金屬污染來(lái)源

重金屬污染來(lái)源與人們提煉金屬的加工流程存在一定關(guān)聯(lián)，部分重金屬物質(zhì)需要通過(guò)高溫進(jìn)行加工，細(xì)小的重金屬在加熱過(guò)程中以氣溶膠的形式伴隨其他氣體和粉塵進(jìn)入大氣環(huán)境，在經(jīng)過(guò)自然沉降和降水等活動(dòng)進(jìn)入土壤和水體當(dāng)中，其中10%～30%的重金屬氣溶膠會(huì)直接沉降在排放源周邊，這也是金屬礦區(qū)周邊土壤重金屬污染程度較高的原因。

部分重金屬氣溶膠進(jìn)入水體后，農(nóng)民在種植活動(dòng)中會(huì)引入污染源周邊河流湖泊水源灌溉農(nóng)作物導(dǎo)致水體當(dāng)中的重金屬殘留在土壤當(dāng)中，加劇了土壤重金屬污染。部分工礦企業(yè)為了降低污水處理的成本，經(jīng)常會(huì)將未經(jīng)處理的污水或重金屬含量超標(biāo)的污水排放到土壤當(dāng)中，導(dǎo)致污水排放區(qū)的土壤重金屬污染程度進(jìn)一步加深。

在礦區(qū)生產(chǎn)過(guò)程中，許多礦石或有色金屬冶煉后的殘余廢渣會(huì)直接露天堆放，廢棄物長(zhǎng)期暴露在自然環(huán)境當(dāng)中，受雨水澆淋的影響，其內(nèi)部的重金屬容易發(fā)生遷移，逐漸擴(kuò)散到周邊的土壤和水體當(dāng)中產(chǎn)生嚴(yán)重的重金屬污染。部分肥料生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)活動(dòng)中會(huì)將固體廢棄物加入肥料當(dāng)中，重金屬物質(zhì)混在肥料當(dāng)中進(jìn)入土壤，導(dǎo)致重金屬污染狀況加劇[1]

2 土壤重金屬污染防控措施

2.1 追本溯源，健全法律管控體系

在防治土壤重金屬污染的過(guò)程中，政府部門(mén)應(yīng)發(fā)揮自身的領(lǐng)導(dǎo)作用，以預(yù)防為主，治理為輔，盡可能控制污染程度和污染范圍，避免重金屬污染程度進(jìn)一步加深。在預(yù)防階段，政府部門(mén)可以借鑒日本與歐美國(guó)家控制環(huán)境污染的手段，加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)立法鼓勵(lì)個(gè)人對(duì)周?chē)嬖诘沫h(huán)境污染問(wèn)題提起訴訟，在法律上明確環(huán)境污染先治理后追責(zé)的理念，制定關(guān)于防治土壤污染的法律法規(guī)和政策制度，為基層管理工作的開(kāi)展提供必要的法律保證。

我國(guó)在有關(guān)環(huán)境保護(hù)的法律制定上起步較晚各方面法律法規(guī)缺乏系統(tǒng)性和統(tǒng)一性，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)未能與當(dāng)前時(shí)代相接軌，部分地區(qū)仍然按照舊有的技術(shù)要求開(kāi)展土壤重金屬污染防治工作，污染防治活動(dòng)相關(guān)配套標(biāo)準(zhǔn)未能真正完成制定。部分地區(qū)即便已經(jīng)建立了較為健全的法律防治制度，但在實(shí)際執(zhí)行過(guò)程中出于經(jīng)濟(jì)發(fā)展的考慮，在企業(yè)排污和污染物處理方面放松監(jiān)管力度，責(zé)任劃歸模糊，未能真正建立行之有效的監(jiān)督管理體系，保證各項(xiàng)法律法規(guī)切實(shí)落實(shí)到基層生產(chǎn)活動(dòng)當(dāng)中[2]。

各地政府在制定關(guān)于土壤重金屬防治保護(hù)法規(guī)的過(guò)程中，需要強(qiáng)化自身的責(zé)任意識(shí)，在工作中把握經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境保護(hù)治理的關(guān)系，根據(jù)地方實(shí)際情況制定法律法規(guī)，定期組織企業(yè)召開(kāi)環(huán)境保護(hù)倡議會(huì)，增強(qiáng)企業(yè)的環(huán)保意識(shí)，糾正生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)的不良行為。在監(jiān)管方面，結(jié)合地方實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，劃歸主體責(zé)任，落實(shí)責(zé)任監(jiān)督工作，依靠責(zé)任機(jī)制和獎(jiǎng)懲機(jī)制推動(dòng)環(huán)保部門(mén)人員開(kāi)展工作，保證環(huán)境安全，避免土壤重金屬污染程度進(jìn)一步加深，將各項(xiàng)管理制度落實(shí)到位，保護(hù)自然環(huán)境。

2.2 加大投入，建立健全防控體系

土壤污染治理復(fù)雜而困難，治理過(guò)程必定是一個(gè)長(zhǎng)期且不斷演變的過(guò)程，需要當(dāng)?shù)卣畽C(jī)關(guān)投入大量的資源進(jìn)行治理。為達(dá)成治理目標(biāo)，工作人員需要在工作中樹(shù)立科學(xué)治土理念，推動(dòng)環(huán)境保護(hù)技術(shù)創(chuàng)新發(fā)展，在土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)和土壤環(huán)境治理上加大投入，幫助管理人員更好地了解每一階段的治理情況，為土壤重金屬污染治理工作的開(kāi)展提供必要條件。

我國(guó)的土壤環(huán)境檢測(cè)技術(shù)相對(duì)歐美發(fā)達(dá)國(guó)家來(lái)說(shuō)較為落后，為了進(jìn)一步推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新，政府部門(mén)需要發(fā)揮領(lǐng)導(dǎo)作用，制定人才培養(yǎng)政策來(lái)吸引優(yōu)秀人才，適當(dāng)提高科技人才薪資待遇以吸引外來(lái)人才涌入。為此政府需要加強(qiáng)與企業(yè)之間的合作，加大投資力度，必要時(shí)可以組建考察隊(duì)到國(guó)外與相關(guān)技術(shù)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行技術(shù)交流，了解國(guó)外技術(shù)水平和技術(shù)發(fā)展方向，吸收國(guó)外先進(jìn)的技術(shù)理念，為研制我國(guó)防治土壤污染的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備奠定必要的理論基礎(chǔ)[3]。

2.3 強(qiáng)化宣傳，建立監(jiān)督管理機(jī)制

土壤重金屬污染難以被肉眼直接觀察到，社會(huì)各界對(duì)于土壤重金屬污染情況和防治措施缺少相應(yīng)的認(rèn)識(shí)，難以正確了解土壤重金屬污染對(duì)人體的危害。為此各地整治土壤重金屬污染的負(fù)責(zé)部門(mén)需要加強(qiáng)宣傳工作，向群眾說(shuō)明土壤重金屬污染的危害，幫助群眾正確看待土壤重金屬污染帶來(lái)的影響，發(fā)動(dòng)群眾的力量對(duì)當(dāng)?shù)氐耐寥乐亟饘傥廴厩闆r進(jìn)行監(jiān)督管理，鼓勵(lì)群眾參與治理工作，攜手并進(jìn)，為保護(hù)家園生態(tài)環(huán)境不懈奮斗。

以日本為例，日本的信息公開(kāi)制度和公眾參與制度較為完善，在土壤污染防治政策制定后借助群眾的力量對(duì)土壤污染防治政策的執(zhí)行效果進(jìn)行監(jiān)督，公眾可以根據(jù)自己觀察了解到的情況進(jìn)行取證。政府通過(guò)設(shè)置撥打電話(huà)、電子郵箱反饋、舉報(bào)信箱等方式與群眾建立有效的溝通渠道，及時(shí)了解情況并根據(jù)實(shí)際情況做出相應(yīng)反饋，政府定期將污染防治作業(yè)的效果和工作進(jìn)展向社會(huì)各界進(jìn)行通報(bào)，保證居民的知情權(quán)，雙方在彼此交流溝通的過(guò)程中讓土壤重金屬污染防治措施能夠被真正應(yīng)用到企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)流程當(dāng)中，保證監(jiān)管力度和監(jiān)管效果。

3 土壤重金屬污染治理措施

3.1 物理修復(fù)治理土壤重金屬污染

3.1.1 電化法

電化法是美國(guó)路易斯安那州立大學(xué)提出的一種土壤重金屬污染凈化方法。通過(guò)在飽和的黏土顆粒中接通低強(qiáng)度直流電的方式清除土壤中的無(wú)機(jī)污染物，并借此收集土壤中的重金屬。這種清理重金屬污染的方法需要在被污染土壤的兩端插入惰性電極，施加電流后利用電流的特性讓重金屬離子跟隨電流流動(dòng)方向進(jìn)行遷移，到達(dá)電極位置后以重金屬離子溶液的形式將其導(dǎo)入，完成對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)工作。這種污染處理方式的效率較高，不會(huì)在清理過(guò)程中產(chǎn)生二次污染，對(duì)土壤環(huán)境的影響較小，能夠在保持土壤肥力的情況下有效降低土壤中的重金屬含量。目前該技術(shù)在室內(nèi)環(huán)境的試驗(yàn)效果較為出色，但在室外環(huán)境的適用性較差；對(duì)于土質(zhì)的要求較高，在黏土等低滲透性的土壤重金屬污染中清理效果較好，但在砂性土壤中的應(yīng)用效果較為有限；此外，該技術(shù)不夠成熟，目前無(wú)法做到大規(guī)模應(yīng)用推廣。

3.1.2 熱解吸法

熱解吸法又被稱(chēng)為熱脫附技術(shù)，屬于熱處理技術(shù)的一種。這種技術(shù)通過(guò)加熱升高土壤溫度的方式讓土壤中的部分揮發(fā)性較強(qiáng)的重金屬元素以蒸氣的形式揮發(fā)出來(lái)，并使用收集裝置收集蒸發(fā)后的氣體，完成重金屬的提取、收集、再利用，提高污染凈化活動(dòng)中的經(jīng)濟(jì)效益。這種技術(shù)在凈化揮發(fā)性較強(qiáng)的重金屬中清理效果較好，并能有效實(shí)現(xiàn)重金屬資源的循環(huán)利用。目前在美國(guó)已經(jīng)有公司通過(guò)熱解吸法對(duì)被汞污染的土壤進(jìn)行治理工作，使該項(xiàng)技術(shù)成功商業(yè)化。該項(xiàng)技術(shù)的劣勢(shì)在于修復(fù)過(guò)程中的能源消耗量較高，設(shè)備運(yùn)行的成本較高，且土壤加熱這一過(guò)程容易對(duì)土壤結(jié)構(gòu)造成破壞，影響植物的正常生長(zhǎng)。此外，這種土壤重金屬污染治理技術(shù)需要通過(guò)收集蒸發(fā)氣體的方式完成重金屬回收工作，而氣體收集容器需要高度密封，實(shí)驗(yàn)室內(nèi)收集蒸發(fā)氣體與戶(hù)外環(huán)境收集蒸發(fā)氣體的情況截然不同，在室外環(huán)境中容器的密封性容易受到自然因素和人為因素影響，氣體回收過(guò)程中如果操作不當(dāng)容易造成重金屬污染大氣。

3.1.3 玻璃化技術(shù)

玻璃化技術(shù)是通過(guò)將電機(jī)放到受重金屬污染的土壤當(dāng)中，將土壤熔成形態(tài)較為穩(wěn)定的玻璃態(tài)物質(zhì)，借助這一方式將玻璃態(tài)物質(zhì)中的重金屬元素提取出來(lái)，完成污染治理工作。研究人員在應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行污染治理工作時(shí)需要先在土壤中埋入金屬或石墨制成的電極，在通電過(guò)程中將土壤內(nèi)部熔化，土壤熔化后電極能夠自動(dòng)進(jìn)入土壤更深處開(kāi)展重金屬污染治理工作，穩(wěn)定推進(jìn)污染治理過(guò)程。玻璃化技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中熔化進(jìn)度難以做到統(tǒng)一控制，地下水的滲透作用也會(huì)在一定程度上影響熔化效果，依靠這種技術(shù)得到的玻璃態(tài)產(chǎn)物的形態(tài)非常穩(wěn)定，金屬物質(zhì)提取再利用較為困難，難以對(duì)金屬物質(zhì)進(jìn)行循環(huán)利用。此外，這種熔化處理的方式需要消耗較多的電能，成本較高，因而該種技術(shù)難以做到大規(guī)模推廣。

3.2 化學(xué)修復(fù)治理土壤重金屬污染

3.2.1 投放土壤改良劑

部分重金屬物質(zhì)容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在形態(tài)上發(fā)生改變，為此科研技術(shù)研究人員可以嘗試通過(guò)在土體內(nèi)部投放化學(xué)物質(zhì)的方式影響重金屬離子的存在狀態(tài)，使重金屬污染物能夠通過(guò)其他方式被清理出來(lái)，完成土壤重金屬污染治理目標(biāo)。以受到Cd、Pb、Cu、Zn、As復(fù)合重金屬污染的土壤為例，通過(guò)在土體當(dāng)中添加石灰粉和鈣鎂磷肥等土壤改良劑的方式，使重金屬離子與土壤改良劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成沉淀，降低重金屬對(duì)土壤的不良影響。在對(duì)比試驗(yàn)中可以發(fā)現(xiàn)，在投放土壤改良劑的土地上種植水稻和小麥，其重金屬含量明顯低于未投放土壤改良劑土地上種植的水稻和小麥。

投放土壤改良劑處理重金屬污染的方式能夠有效降低重金屬對(duì)土壤的不良影響，治理具備一定效果，治理費(fèi)用較少，滿(mǎn)足規(guī)?；瘧?yīng)用需求，但這種治理形式的效果目前來(lái)看并不徹底，需要當(dāng)?shù)卣块T(mén)加強(qiáng)管理，避免土壤污染程度進(jìn)一步提高，防止重金屬再度活化。

3.2.2 淋洗法

淋洗法又被稱(chēng)為淋濾技術(shù)或萃取技術(shù)，借助水流壓力將可以溶解污染物的清洗溶液注入土壤當(dāng)中，在與土壤充分混合后將污染物轉(zhuǎn)移到溶液中，從溶液中提取淋洗液進(jìn)行深度處理，完成土壤修復(fù)過(guò)程。這種方法在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下的效果較為理想，而針對(duì)室外條件下的大面積土壤污染，如果土壤本身的滲透性較強(qiáng)，淋洗液很可能會(huì)滲透到周邊環(huán)境或地下水當(dāng)中，造成污染轉(zhuǎn)移。目前國(guó)內(nèi)由于場(chǎng)地條件的限制，主要使用異位化學(xué)淋洗技術(shù)。淋洗劑和金屬濃度、土壤特性等因素都會(huì)影響最終的土壤淋洗效果，淋洗劑處理過(guò)程較為復(fù)雜，容易產(chǎn)生二次污染，且淋洗劑的價(jià)格較為昂貴，難以大面積推廣。

3.2.3 泵出處理法

為了解決深層土壤和土壤蓄水層處的污染，科研人員結(jié)合環(huán)境特點(diǎn)研發(fā)了泵出處理法。這種技術(shù)將處理劑從土壤低凹處注入土壤深處，依靠處理劑吸附土壤顆粒上的污染物，在處理液跟隨土體移動(dòng)的過(guò)程中通過(guò)抽水裝置將污染物處理液抽取上來(lái)，完成土壤治理過(guò)程。

泵出處理法的關(guān)鍵技術(shù)難點(diǎn)在于如何根據(jù)土壤污染情況配置處理劑以及如何及時(shí)將含有污染物的處理液準(zhǔn)確地抽取上來(lái)。在處理劑的配置過(guò)程中，需要考慮土壤污染類(lèi)型有時(shí)包含重金屬與有機(jī)物的雙重污染，現(xiàn)有的處理劑難以同時(shí)處理這兩種類(lèi)型的污染物。為了保證處理效果，泵出處理法在應(yīng)用過(guò)程中需要消耗大量的水資源，對(duì)于一些缺水地區(qū)來(lái)說(shuō)，這種處理方式難以實(shí)現(xiàn)。另外，處理劑在向周?chē)寥罎B透的過(guò)程中如何保證污染物與處理劑充分接觸發(fā)生反應(yīng)也是技術(shù)難點(diǎn)之一。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，重金屬土壤污染治理技術(shù)目前取得了一定進(jìn)展，但許多技術(shù)在大規(guī)模推廣之前仍然需要進(jìn)行大量的試驗(yàn)研究?；诖朔N情況，在重金屬污染防治的過(guò)程中需要將預(yù)防與修復(fù)結(jié)合在一起，在控制污染物隨意排放的前提下創(chuàng)新污染防治技術(shù)，復(fù)合使用多種方式治理土壤重金屬污染，保證治理效果穩(wěn)定持久，切實(shí)改善環(huán)境問(wèn)題，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。