聯(lián)合修復技術(shù)治理重金屬復合污染農(nóng)田的應用分析

崔培鑫

（廣西博世科環(huán)保科技股份有限公司，南寧 530007）

我國部分地區(qū)礦業(yè)開發(fā)早，在長期開采過程中，廢棄尾砂、礦渣未得到妥善處置，導致尾礦中的重金屬污染物隨地表徑流進入周邊土壤和灌溉水源，造成農(nóng)田土壤重金屬污染，并通過食物鏈危害人體健康。據(jù)統(tǒng)計，全世界的礦區(qū)廢棄地面積共有6.7×106hm2，我國現(xiàn)有國營礦山企業(yè)8 000 多個，礦區(qū)破壞地面積達2.88×106hm2，且每年以4.67×104hm2的速度增長[1]。部分居民長期生活在礦區(qū)周圍，礦產(chǎn)資源開發(fā)對其身體健康產(chǎn)生嚴重的危害[2]。因此，礦區(qū)農(nóng)田重金屬污染是亟待解決的問題。

目前，單一修復技術(shù)研究較多，綜合類治理技術(shù)應用研究較少。對于多種重金屬復合污染的農(nóng)田，不宜采用單一的修復技術(shù)，而應采用物理修復、化學修復、生物修復等兩種或者兩種以上的土壤修復技術(shù)進行風險管控。研究表明，原位鈍化+低積累作物協(xié)同修復技術(shù)的應用效果明顯優(yōu)于單一技術(shù)措施[3-4]。

1 聯(lián)合修復技術(shù)應用

1.1 技術(shù)模式

項目位于某廢棄鉛鋅礦礦區(qū)，通過前期對該礦區(qū)周邊農(nóng)用地土壤環(huán)境質(zhì)量進行類別劃分和空間分布特征數(shù)值模擬分析，確定安全利用類土壤修復面積為18.94 hm2，傳統(tǒng)耕作方式均為水田耕種。安全利用類土壤采用水改旱后“土壤原位鈍化+低累積作物種植”的聯(lián)合修復模式，治理期間，玉米替代水稻，種植兩季。

具體工作如下：根據(jù)施工圖對18.94 hm2安全利用類農(nóng)田進行測量劃線；開挖排水溝將積水排出并清表除雜；之后向土壤撒播土壤鈍化劑，使用旋耕機翻耕兩遍，使藥劑與土壤混勻，養(yǎng)護10～15 d；開溝起壟后種植玉米，定期進行田間管理，包括間苗、施肥、殺蟲、除草等，保證作物生長良好；作物成熟后進行采樣檢測，合格即可收割，竣工驗收。

1.2 土壤修復目標

兩季土壤修復完成后，土壤中Cd、Hg 兩種重金屬的有效態(tài)降低率均達到20%。對比數(shù)據(jù)為修復前土壤采樣點位數(shù)據(jù)。

1.3 農(nóng)作物質(zhì)量目標

兩季玉米成熟后，籽粒中的重金屬Pb、As、Hg、Cd、Cr 含量合格率均達到90%。

2 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2016 軟件和SPSS 23.0 軟件對相關(guān)試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計與分析，采用SigmaPlot 12.5 軟件、ArcMap 10.2 軟件進行繪圖。采用有效態(tài)降低率判定鈍化材料對重金屬的穩(wěn)定效果，其計算公式如式（1）所示[5]。

式中：K為有效態(tài)降低率，%；Ce為污染土壤鈍化平衡后某種金屬元素有效態(tài)含量，mg/kg；Ci為污染土壤鈍化前某種金屬元素有效態(tài)含量，mg/kg。

3 結(jié)果分析

3.1 鈍化劑施加對土壤pH 的影響

與修復前未施鈍化劑相比，修復后的土壤pH 總體波動較小，多數(shù)點位的pH 大于6.5，平均值為6.61，高于修復前的6.31。

3.2 鈍化劑施加對重金屬有效態(tài)的影響

由圖1、圖2可見，與修復前比較，鈍化劑施加后土壤中有效態(tài)Cd、Hg 的含量降低效果顯著，第二季施加效果優(yōu)于第一季。第一季施加鈍化劑后，土壤中有效態(tài)Cd 平均下降48.15%，有效態(tài)Hg 平均下降46.16%；第二季施加鈍化劑后，土壤中有效態(tài)Cd 平均下降64.89%，有效態(tài)Hg 平均下降49.60%。

圖1 修復前后土壤有效態(tài)Cd 變化

圖2 修復前后土壤有效態(tài)Hg 變化

3.3 籽粒中重金屬含量變化

由圖3至圖7可見，兩季玉米籽粒中Pb、As、Hg、Cd、Cr 的含量均低于《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB 2762—2022）的重金屬標準限值。第一季玉米籽粒中，Pb 含量為0.00～0.16 mg/kg，As 含量未檢出，Hg 含量為0.000～0.018 mg/kg，Cd 含量為0.00～0.08 mg/kg，Cr 含量為0.20～0.98 mg/kg；第二季玉米籽粒中，Pb 含量為0.03～0.18 mg/kg，As 含量為0.015～0.086 mg/kg，Hg 含量為0.000～0.019 mg/kg，Cd 含 量為0.008～0.093 mg/kg，Cr 含量為0.08～0.44 mg/kg。

圖3 玉米籽粒中重金屬Pb 含量分布散點圖

圖4 玉米籽粒中重金屬As 含量分布散點圖

圖5 玉米籽粒中重金屬Hg 含量分布散點圖

圖6 玉米籽粒中重金屬Cd 含量分布散點圖

圖7 玉米籽粒中重金屬Cr 含量分布散點圖

4 結(jié)論

研究結(jié)果表明，鈍化材料可提高土壤pH，并保持pH 的穩(wěn)定性，降低礦區(qū)農(nóng)田土壤中重金屬Cd 和Hg 的生物有效性；第二季鈍化土壤中重金屬的有效態(tài)降低率明顯高于第一季，說明鈍化劑的作用具有一定的時效性；土壤鈍化后，種植的玉米籽粒中Pb、As、Hg、Cd、Cr 含量均達到相關(guān)國家標準[6-7]。因此，礦區(qū)重金屬復合污染農(nóng)田可采用“土壤原位鈍化+低積累作物種植”的協(xié)同修復方式，通過“降活性＋低吸收”雙重機制實現(xiàn)安全生產(chǎn)。