污染土壤的修復(fù)方法在生態(tài)環(huán)境保護(hù)中運(yùn)用分析

余錫軍

（上饒市德興生態(tài)環(huán)境服務(wù)中心，江西 上饒 334200）

引言

土壤污染物來源廣泛，按照污染物進(jìn)行劃分, 無機(jī)污染是指工業(yè)污染、尾氣排放、農(nóng)業(yè)污染等導(dǎo)致土壤中放射性物質(zhì)增加、重金屬含量超標(biāo)的污染問題。重金屬、鹽、放射性物質(zhì)、無機(jī)化合物等是土壤無機(jī)污染的主要物質(zhì)，有機(jī)農(nóng)藥、酚類、洗滌劑、苯等是土壤有機(jī)污染的主要物質(zhì)。使用聯(lián)合污染修復(fù)技術(shù)，可以有效解決無機(jī)土壤污染和有機(jī)土壤污染問題。

1 植物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用

植物可吸收土壤中的部分污染物，將土壤中的Hg、As、Se 等有害物質(zhì)吸收，將污染物轉(zhuǎn)化為氣體排放至大氣之中，部分植物的根系具有分解污染物的作用，可起到隔斷、鈍化的作用（如圖1）。例如，在對(duì)無機(jī)污染的土壤進(jìn)行修復(fù)過程中使用植物修復(fù)技術(shù)，在污染區(qū)域大面積種植富集植物，植物可吸收土壤中的N、P 等物質(zhì)，可去除土壤中的含有N、P 等元素的污染物，對(duì)N 的吸收量可以達(dá)到0.3 g/（m2·d），對(duì)P 的吸收量可以達(dá)到15 g/（m2·a）。不同類富集植物的吸收效率不同，薺菜、遏菜、龍葵等植物均可以起到良好的修復(fù)效果。1 公頃植物可吸附2 t 鉛，累積吸收鋅離子數(shù)濃度可達(dá)到4 000 mg/kg。

圖1 植物修復(fù)原理

植物修復(fù)方法在大面積種植后可將污染土壤中的重金屬物質(zhì)如鉛、鈣、鎘、鎳等污染物進(jìn)行累積吸收，植物各器官位置均可以伴隨污染濃度提升累積系數(shù)，被動(dòng)進(jìn)行污染物的吸收，可有效去除土壤中的重金屬污染物。例如，通過種植薺菜可主要用于去除土壤中的鎘、鉛、放射性物質(zhì)Cs137，鎘去除效率可以達(dá)到72%，鉛去除效率可以達(dá)到28%，銫去除效率可以達(dá)到48%，蜈蚣草可以用于去除土壤中的砷，去除效率可以達(dá)到84%。具體植物修復(fù)土壤公式如下:

CH3COOH,C2H5OH-CO2,H2O 離子

使用單一的植物難以達(dá)到最佳的修復(fù)效果，針對(duì)重金屬污染土壤，在污染區(qū)域聯(lián)合種植多種類型植物進(jìn)行針對(duì)性修復(fù)，修復(fù)效果良好，同時(shí)種植薺菜、東南景天、龍葵、向日葵，其各類污染去除效率見表1。

表1 聯(lián)合植物種植污染物去除效率

2 物理修復(fù)技術(shù)

2.1 熱脫附技術(shù)

熱脫附技術(shù)使用高溫環(huán)境對(duì)土壤地塊進(jìn)行溶解，將土壤中的揮發(fā)性化合物和半揮發(fā)性化合物進(jìn)行降解，去除地下土壤環(huán)境中的混合物質(zhì)（如圖2）。該技術(shù)應(yīng)用可以有效降低土壤的黏度和吸附能力，對(duì)于土壤中存在非水相液體的情況修復(fù)效果良好[1]。將熱脫附修復(fù)技術(shù)應(yīng)用到有機(jī)農(nóng)藥污染的土壤之中，可起到良好的效率，在使用熱脫附技術(shù)，并將氫作為催化劑，用于處理土壤之中的聚氯聯(lián)苯污染物，燮制溫度在225 ℃左右，經(jīng)過3 d 的高溫處理，土壤中聚氯聯(lián)苯的回收效率達(dá)到70%以上，去除率達(dá)到99.5%以上，且聚氯聯(lián)苯的濃度越高，解吸率也隨之上升。使用蒸汽熱脫附技術(shù)進(jìn)行土壤中五氯酚的去除，將其使用到含水量在0.5%左右的土壤中，五氯酚的去除效率達(dá)到99.6%，熱脫附土壤修復(fù)技術(shù)可以用于脫除土壤中有機(jī)物，且在合理燮制溫度和時(shí)間的情況下，對(duì)土壤中不同類型有機(jī)物的處理效率存在明顯的差異。汽油操作溫度在121 ℃～178 ℃，煤油處理溫度在150 ℃～320 ℃，處理時(shí)間在30 min～90 min。

圖2 熱脫附技術(shù)原理

因此，在使用過程中需要結(jié)合土壤的理化性質(zhì)、污染物反應(yīng)條件、反應(yīng)設(shè)備等，對(duì)熱脫附修復(fù)技術(shù)進(jìn)行科學(xué)、合理應(yīng)用。例如，土壤的理化性質(zhì)屬于農(nóng)藥污染場(chǎng)地，土壤中污染物含有多種氯類有機(jī)污染物包括三氯乙醛、氯乙烯、氯苯、多環(huán)芳烴（PAHs）等，使用低溫?zé)崦摳郊夹g(shù)，使用自動(dòng)熱脫附解析儀進(jìn)行土壤的修復(fù)處理，燮制溫度指標(biāo)為150 ℃，其對(duì)不同有機(jī)污染物的去除效率見表2。

表2 熱脫附修復(fù)技術(shù)應(yīng)用效果

2.2 蒸汽浸提修復(fù)技術(shù)

蒸汽浸提修復(fù)技術(shù)通過將空氣注入土壤之中，在土壤縫隙之中進(jìn)行氣體和空氣的交換，將土壤之中的氣態(tài)污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移，實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤中污染物的科學(xué)修復(fù)。使用蒸熏劑可促進(jìn)土壤中污染氣體的交換，提升污染氣體的揮發(fā)效率，在進(jìn)行氯仿氣體處理中應(yīng)用，峰值揮發(fā)速率可以達(dá)到2.5 ug·m-2·s-1，實(shí)現(xiàn)污染物與土壤的科學(xué)分離[2]。

3 化學(xué)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用

3.1 化學(xué)淋洗修復(fù)技術(shù)

該修復(fù)技術(shù)主要根據(jù)污染物的溶解性和遷移性，通過在土壤中添加酸堿、結(jié)合劑、活性劑的方式，實(shí)現(xiàn)土壤污染物反應(yīng)的乳化效果和增溶效果?；瘜W(xué)淋洗技術(shù)重點(diǎn)對(duì)淋洗劑的篩選和土壤性質(zhì)的分析，根據(jù)調(diào)查結(jié)果確定具體的淋洗時(shí)間、水土比、淋洗液組合，并使用固定劑、活性劑等輔助開展具體的淋洗工作[3]。修復(fù)測(cè)定計(jì)算公式如下

式中，W 為含水量，G0 為金屬元素重量，G1 為添加活性劑重量，G2 為樣本重量。進(jìn)行重金屬淋洗稱取ZnSO4·7H2O，溶于8 mlHCL 之中，燮制濃度為1 000 Ug/ml，進(jìn)行淋洗。例如，在緊急性的有色重金屬污染土壤快速修復(fù)處理過程中，使用移動(dòng)淋洗修復(fù)方案進(jìn)行土壤的修復(fù)處理，投入移動(dòng)淋洗土壤皮水篩分系統(tǒng)，對(duì)污染土壤進(jìn)行破碎和混合，并在系統(tǒng)作業(yè)過程中添加適量的固化劑和藥劑，使用淋洗分選系統(tǒng)進(jìn)行污染物轉(zhuǎn)移（如圖3）。使用的化學(xué)淋洗溶劑為酸堿鹽、螯合劑、清水，用于去除土壤之中的重金屬物質(zhì)，燮制淋洗時(shí)間為30 min，土壤中的鎘的去除率為98.6%，鎳的去除率為99.2%，鉛的去除率為99.8%，汞的去除率為99.7%，對(duì)土壤起到了良好的修復(fù)效果。

圖3 化學(xué)淋洗技術(shù)

3.2 氧化還原修復(fù)技術(shù)

氧化還原修復(fù)技術(shù)在土壤修復(fù)中的應(yīng)用包括Fenton 氧化法、活化過硫酸鹽氧化法、CaO2氧化法等，通過在土壤中添加不同類型氧化劑或者還原劑的方式，使得其發(fā)生不同的化學(xué)反應(yīng)，將土壤中的污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化為低毒或者無毒的成分[4]。使用Fenton 氧化法在土壤之中依次添加高濃度的H2O2物質(zhì)，促進(jìn)土壤之中TPH 的降解，在土壤修復(fù)過程中添加表面活性劑，對(duì)PCBs 的降解效率可以達(dá)到98%以上。使用活化過硫酸鹽氧化法去除土壤之中的PAHs 有良好的作用，使用腐殖酸聯(lián)合亞鐵離子進(jìn)行過硫酸鹽活化處理可以去除土壤中多環(huán)芳烴類物質(zhì)，去除效率可以達(dá)到90%以上。具體公式如下

例如，在對(duì)有機(jī)氯農(nóng)藥污染的土壤修復(fù)之中，將生物炭活化過硫酸鹽，產(chǎn)生硫酸自由基后，用于去除土壤之中污染物，從而保護(hù)土壤生態(tài)環(huán)境，具體去除效果見表3。

表3 生物炭活化過硫酸鹽修復(fù)效果

3.3 光催解修復(fù)技術(shù)

光催解修復(fù)技術(shù)在污染土壤修復(fù)技術(shù)中的應(yīng)用是通過光照、光催化的方式，促進(jìn)污染土壤之中有機(jī)污染物的自由基轉(zhuǎn)化，在自由基渠道和電子傳遞的過程中，將原本的污染物降解成為無危害或者毒性比較小的物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)對(duì)土壤的深層修復(fù)。使用TiO2作為土壤修復(fù)的主要催化劑，將催化劑納米復(fù)合離子添加到ATZ 溶液之中，可以起到良好的分解作用。因此，可以使用光催解修復(fù)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)物土壤的科學(xué)修復(fù)，可以起到良好的修復(fù)效果[5]。

4 生物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用

4.1 生物通風(fēng)技術(shù)

土壤中的汽油、煤油、柴油等物質(zhì)，均可以通過通氣降解的方式進(jìn)行處理，且降解率可以達(dá)到75%以上，如果土壤中的石油物質(zhì)在未通氣的情況下進(jìn)行生物降解，則降解率不足0.5%。該技術(shù)適用于土壤滲透系數(shù)在0.1 kρg/η，含水率18%，通風(fēng)降解溫度24 ℃，土壤PH 值范圍6.0～7.5。

4.2 微生物修復(fù)技術(shù)

將其應(yīng)用到有機(jī)農(nóng)藥污染土壤的修復(fù)處理之中，土壤中的污染物質(zhì)包括多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、苯、氯乙烯、六氯環(huán)已烷等有機(jī)污染物，在泥漿生物反應(yīng)器中進(jìn)行處理，每噸土壤處理成本在500 元左右。經(jīng)過反應(yīng)后，原本土壤中的苯濃度從原本的618 mg·kg-1降到4 mg·kg-1、氯乙烯濃度從原本的318 mg·kg-1降低至10 mg·kg-1，具體修復(fù)效果見表4。

表4 微生物技術(shù)在有機(jī)農(nóng)藥污染土壤修復(fù)中的效果

微生物處理技術(shù)在污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用根據(jù)微生物的反應(yīng)條件進(jìn)行降解，通過添加表面活性劑的方式可以促進(jìn)微生物的繁殖，提高污染土壤的修復(fù)效率[6]。使用生物堆制法進(jìn)行污染土壤處理，進(jìn)行有機(jī)土壤的吸附,微生物陰離子型基團(tuán)-NH2、-SH、PO43-，在離子交換中進(jìn)行土壤修復(fù)。微生物菌馴化后，耐Cu2+水平在5 000 mg/L 上下，在PH 值4-8 狀態(tài)下生長(zhǎng)良好，經(jīng)過PH 值7 環(huán)境內(nèi)24 h 菌株培養(yǎng)，去除土壤污染物75%以上。微生物將4 價(jià)Cr 還原為3 價(jià)Cr，生物活性提高，CSB 菌耐受900 mg/L4 價(jià)Cr，還原速度為2.2 mgCr（Vi）/（Lh），最佳還原條件為900 mg/L，PH7、35℃環(huán)境下，經(jīng)過45 h 處理，污染物濃度為0.05 mol。

4.3 生物清潔技術(shù)

生物清潔技術(shù)是利用動(dòng)物、植物進(jìn)行土壤修復(fù)的方法，該方法依據(jù)自然界的生態(tài)修復(fù)原理，進(jìn)行污染土壤中污染物質(zhì)吸附、降解、轉(zhuǎn)化，將有機(jī)污染物生產(chǎn)CO2以及H2O 等物質(zhì)，具有安全、成本低等優(yōu)勢(shì)。例如，使用生物清潔技術(shù)進(jìn)行污染土壤處理時(shí)，可在土壤中增加動(dòng)物種群的數(shù)量，如蚯蚓、鼠類等，動(dòng)物在土壤之中進(jìn)行進(jìn)食、消化、排泄過程中可以促進(jìn)污染土壤相關(guān)有機(jī)物質(zhì)的降解，去除土壤之中的污染物。蚯蚓糞便中全氮含量2%，全磷含量2.5%，全鉀含量0.98%，有機(jī)質(zhì)含量26.7%，腐殖質(zhì)含量24.6。氨基酸種類18 種，其中冬氨酸0.55%，蘇氨酸0.28%，絲氨酸0.36%，蛋氨酸0.14%，脯氨酸0.18%，蚯蚓糞便中的物質(zhì)可降解污染物。

5 結(jié)論

綜上所述，土壤污染使用熱脫附修復(fù)技術(shù)，污染物的脫附效率可以達(dá)到98%以上，微波熱解修復(fù)技術(shù)脫除效率可以達(dá)到95%以上，化學(xué)淋洗修復(fù)技術(shù)的脫除效率可以達(dá)到80%以上，微生物修復(fù)技術(shù)可以達(dá)到97%以上。在對(duì)污染土壤進(jìn)行修復(fù)過程中，應(yīng)對(duì)比不同修復(fù)技術(shù)應(yīng)用效率和應(yīng)用成本，以綠色發(fā)展為原則，嘗試應(yīng)用新型綠色技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染土壤的科學(xué)治理和有效修復(fù)。