土壤環(huán)境監(jiān)測與修復(fù)技術(shù)研究

吳衛(wèi)海，王旭東，劉合建

（山東省棗莊生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山東 棗莊 277000）

1 土壤污染及其特性

1.1 土壤污染物的種類概述

在山東棗莊地區(qū)，最常見的土壤污染物有無機(jī)物、有機(jī)農(nóng)藥、有機(jī)廢棄物、化學(xué)肥料和放射性物質(zhì)等。以上污染物在經(jīng)過試驗測試后，發(fā)現(xiàn)其成分不一但卻有共通性。如果這些污染物沒有經(jīng)過科學(xué)、合理的處理，就直接排放到土壤中，將會對環(huán)境造成嚴(yán)重危害，而且，其中的部分化學(xué)成分會嚴(yán)重危害人們的身體健康以及財產(chǎn)安全。

（1）無機(jī)物主要包括重金屬，酸、鹽、堿等。當(dāng)這些物質(zhì)直接排放到土壤環(huán)境中，很難被土地自然降解，且當(dāng)土壤中的含量超過5 mg/m3后，會散發(fā)出有害氣體。

（2）有機(jī)農(nóng)藥主要包括殺蟲劑、除銹劑等，這些物質(zhì)多為酸性或堿性液體，當(dāng)少量排放到土地中時，危害性不高；但如果大劑量地排放到土壤中，就會嚴(yán)重威脅人身安全。

（3）有機(jī)污染物主要分為兩種不同的類型，分別是土壤自身可降解的廢棄物和難以降解的廢棄物。當(dāng)前，有機(jī)廢棄物的概念比較廣泛，也是最常見的污染物種類。

（4）化學(xué)肥料主要包括污泥、礦渣、粉煤灰等，這些物質(zhì)主要來源于項目施工現(xiàn)場殘留的或在設(shè)備運輸過程中遺落的。如果少量排放到土壤中，不會帶來極其嚴(yán)重的環(huán)境污染問題；但如果大劑量地排放或長時間覆蓋在土地表面，就難以降解，而其成分中的汞、鎳等會使周圍土壤受到影響，從而會轉(zhuǎn)化為酸性或堿性土地。

（5）放射性物質(zhì)則是上述污染物中最少見的一種，但危害性卻最高。經(jīng)有關(guān)專業(yè)人士定義后認(rèn)為，當(dāng)前社會上常見的放射性物質(zhì)有钚、鈾、黏土、花崗巖、建筑石材等，這些物質(zhì)本身具有極強(qiáng)的擴(kuò)散性，除了對土地會造成污染外，更會對接近的人體產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的危害。近些年，雖然放射性物質(zhì)大面積感染的現(xiàn)象十分少見，但每次出現(xiàn)都會帶來極其嚴(yán)重的負(fù)面影響，并且縱觀我國的發(fā)展歷史，在交通線路，重工業(yè)廠區(qū)，周圍土地都會不同程度地出現(xiàn)污染現(xiàn)象。其中，部分未經(jīng)審核的非法工廠，更會導(dǎo)致周圍土地出現(xiàn)嚴(yán)重的重金屬污染問題。同時，隨著我國居民區(qū)住宅面積的不斷擴(kuò)大，很多廠區(qū)周圍也開始興建宿舍或居民區(qū)等，但隨著土地問題的不斷惡化，將會嚴(yán)重影響居民的人身安全。

1.2 土壤污染特性

（1）土壤污染具有隱蔽性和滯后性。其中，隱蔽性是指當(dāng)土壤內(nèi)部出現(xiàn)重金屬污染物或病毒時，短期內(nèi)不會呈現(xiàn)出明顯的外在癥狀，而污染物則會長期隱藏于土地中，并不斷擴(kuò)散，這時土壤內(nèi)部的微生物也難以將其降解，且隨著時間的不斷推移會導(dǎo)致土壤環(huán)境嚴(yán)重惡化。而滯后性則是因為環(huán)境本身就具有一定的修復(fù)能力，當(dāng)重金屬等污染物排放到土壤環(huán)境中時，短期內(nèi)會被其自身的凈化能力進(jìn)行處理，不會出現(xiàn)明顯的隱患，但隨著時間的不斷推移，環(huán)境自身的凈化能力有限，就會逐漸出現(xiàn)很多的環(huán)境問題。另外，土壤污染還具有區(qū)域性，由于每個地區(qū)的地勢結(jié)構(gòu)都存在一定差異性，所以其周邊的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也各有不同，例如，部分地區(qū)會興建重工業(yè)，但少部分地區(qū)卻只有種植業(yè)和輕手工業(yè)。因此，出現(xiàn)的土壤污染問題也會存在一定差異，如重工業(yè)工廠較多的地區(qū)，其周邊會頻繁出現(xiàn)重金屬污染等問題，而種植業(yè)較多的區(qū)域周邊則會頻繁出現(xiàn)化肥或生物污染等問題。

（2）經(jīng)實驗表明，通常情況下重金屬等工業(yè)污染會具有3～6個月的潛伏期，但當(dāng)重金屬的含量超出10 mg/m3之后，土壤會逐漸向酸性轉(zhuǎn)化，若長期得不到治理，就會導(dǎo)致微生物滅絕，而土壤釋放出的刺激性氣味，也會使地下水源受到污染，甚至還會危及群眾安全。而化肥等污染則具有更強(qiáng)的潛伏期，通常情況下會在1年以上。一般情況下，化肥等產(chǎn)品的內(nèi)部主要是無機(jī)物，但當(dāng)積存的數(shù)量達(dá)到固定標(biāo)準(zhǔn)后，其本身存在的P和N等元素也會對環(huán)境造成嚴(yán)重污染。

2 環(huán)境監(jiān)測的內(nèi)涵

環(huán)境監(jiān)測是環(huán)境執(zhí)法的主要依據(jù)，也是工作人員對周圍環(huán)境進(jìn)行評定的主要手段。自上世紀(jì)初以來，我國的土壤污染事故頻繁發(fā)生，因此，政府機(jī)關(guān)和社會各界都開始明確放射性物質(zhì)的危害性，并逐漸了解其對周圍環(huán)境和人體健康的影響。當(dāng)前，越來越多的人開始認(rèn)識到環(huán)境監(jiān)測的重要性，國家也開始加大力度對放射性、污染性物質(zhì)進(jìn)行重點監(jiān)測，主要是為了實現(xiàn)環(huán)境健康無污染的可持續(xù)發(fā)展。

但隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，能源的需求量越來越大，導(dǎo)致重工業(yè)的產(chǎn)業(yè)數(shù)量激增，而隨之土壤環(huán)境污染問題日益加劇。因此，環(huán)境監(jiān)測的重要性得到了良好體現(xiàn)。在實際的環(huán)境監(jiān)測工作中，如果沒有根據(jù)實際情況進(jìn)行妥善的環(huán)境污染監(jiān)測和質(zhì)量評估，就會導(dǎo)致周邊環(huán)境持續(xù)惡化，最終會影響人們?nèi)粘５纳a(chǎn)生活。所以，工作人員必須要積極投入環(huán)境監(jiān)測工作，同時，還要明確具體的工作目標(biāo)和工作流程，做好各部門聯(lián)動，實現(xiàn)環(huán)保目標(biāo)。

具體來說，環(huán)境監(jiān)測工作主要分為以下幾個流程，分別是現(xiàn)場勘察、監(jiān)測點位布防、樣品數(shù)據(jù)收集、樣品數(shù)據(jù)監(jiān)測和最終的信息評估，以上步驟都具有較強(qiáng)的嚴(yán)謹(jǐn)性，這就要求工作人員應(yīng)事先查找準(zhǔn)確的參考數(shù)值，然后再進(jìn)行后續(xù)工作。具體的工作流程是，首先，工作人員要明確依據(jù)環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)場地形特點制定的調(diào)查方案；然后，再對污染物的來源，設(shè)備性能，污染物的排放情況以及特定成分污染物的濃度進(jìn)行詳細(xì)勘察，同時，也需要借助儀器設(shè)備對現(xiàn)場的水體環(huán)境，地理環(huán)境和氣象條件進(jìn)行綜合測評，最后；在確定開展后續(xù)工藝時所需要注意的事項，但要結(jié)合多方資料。另外，采樣和信息收集點位的位置和布置的數(shù)量，需根據(jù)實際情況進(jìn)行詳細(xì)測算后再指定，同時，工作人員還要對樣品進(jìn)行合理的采集和保存，要在第一時間將樣品進(jìn)行整理，并根據(jù)相關(guān)工藝進(jìn)行綜合評價，最后結(jié)合具體的數(shù)據(jù)制作出監(jiān)測報告。

3 土壤環(huán)境監(jiān)測中面臨的問題

現(xiàn)階段，科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，新型科學(xué)技術(shù)層出不窮，不僅給各行各業(yè)的生產(chǎn)效率帶來了助力，也給土壤環(huán)境監(jiān)測工作提供了一定幫助，這對于建立環(huán)境友好型的社會具有十分深遠(yuǎn)的現(xiàn)實意義。當(dāng)前，雖然隨著技術(shù)的更新和實踐經(jīng)驗的不斷增加，土壤環(huán)境監(jiān)測工作已取得了一定成就，但在社會飛快發(fā)展的背景下，現(xiàn)有的工作體系已經(jīng)出現(xiàn)了一定局限性，所以，工作人員必須要在實踐過程中不斷收集經(jīng)驗，從而有效解決現(xiàn)存的實際問題。

3.1 監(jiān)測制度不完善

土壤監(jiān)測工作是一項必須要依托數(shù)據(jù)，且需要工作人員具有較高的工作效率，但截至目前，我國在土壤環(huán)境監(jiān)測評價體系和氣相的有關(guān)規(guī)章制度方面仍然存在較大的缺陷，同時，又由于我國相關(guān)的土壤監(jiān)測工作起步較晚，致使很多環(huán)境監(jiān)測環(huán)節(jié)的效率始終無法達(dá)到預(yù)期，且部分工藝也無法快速落實，這主要是沒有完善的監(jiān)測制度作為依托。

首先，沒有制定完善的前期考核體系。在實際的環(huán)境監(jiān)測工作中，因土壤監(jiān)測工作本身的技術(shù)含量較高，所以，在實施相關(guān)工藝之前，必須要有針對性地進(jìn)行現(xiàn)場勘察，明確已知的各項信息是否準(zhǔn)確，且現(xiàn)場的地形地貌和氣象條件是否會隨時發(fā)生變化。工作人員只有掌握這些具體特點，才能快速地調(diào)整設(shè)備，才能避免不必要的成本損失，從而確保工作效率和信息的準(zhǔn)確性。但事實上，由于監(jiān)測制度的不完善，導(dǎo)致工作人員只是簡單地對幾項標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測后，便開始相關(guān)工藝，致使很多現(xiàn)實問題并未得到有效解決。

3.2 缺乏專業(yè)技術(shù)人才

土壤監(jiān)測工作也是一項技術(shù)難度較高的系統(tǒng)工程，很多工藝的執(zhí)行都需要借助精密儀器，這就要求工作人員有較高的技術(shù)水平，但現(xiàn)在很多工作人員的技術(shù)水平還停留在應(yīng)用傳統(tǒng)工藝的水平，由此可以看出專業(yè)人才的重要性。而在實際的土壤環(huán)境監(jiān)測工作中，由于缺少專業(yè)性人才，導(dǎo)致該行業(yè)的前景并不樂觀。主要表體現(xiàn)在以下兩點：

（1）相關(guān)部門沒有妥善完成技術(shù)人員的培養(yǎng)工作。通常情況下，對于土壤監(jiān)測的工作人員要進(jìn)行多方培訓(xùn)，要引導(dǎo)他們建立以實際監(jiān)測數(shù)據(jù)作為衡量土壤的污染程度。但在實際工作過程中，由于土壤監(jiān)測工作每一項工藝的實施，都需要提前測量大量的數(shù)據(jù)，導(dǎo)致很多工作人員會通過刪減部分自認(rèn)為不重要的步驟來減少工作量，而且還認(rèn)為部分?jǐn)?shù)據(jù)不會影響整體分析的準(zhǔn)確性，但事實上任何數(shù)據(jù)監(jiān)測不到位，都有可能會給后續(xù)的土壤治理工作帶來一定隱患。同時，如果后續(xù)土壤治理工作開展的基礎(chǔ)薄弱，不僅是返工問題，還會帶來較高的成本損失。（2）人才流失較為嚴(yán)重，以山東棗莊生態(tài)環(huán)境局為例，其主要職責(zé)是，在幫助當(dāng)?shù)鼐用穹€(wěn)定經(jīng)濟(jì)收入的同時，還要緩解生態(tài)壓力，治理環(huán)境隱患問題。但在實際工作中，很多技術(shù)人員認(rèn)為難以獲取較高的利益收入，進(jìn)而選擇其他高收益的工作，致使人員流失嚴(yán)重，后備人力資源較少。

3.3 新技術(shù)應(yīng)用程度不足

（1）當(dāng)前，隨著社會的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)不斷創(chuàng)新。因此，現(xiàn)有的土壤環(huán)境監(jiān)測工作已能應(yīng)對復(fù)雜的土壤污染情況，而借助大數(shù)據(jù)技術(shù)，還能將污染土壤的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行有效收集和輸送。并且，部分工作者甚至可以利用三維立體成像技術(shù)，還原以往的土壤結(jié)構(gòu)，進(jìn)而為后續(xù)制定治理策略提供理論支撐。但由于我國土壤環(huán)境問題具有存在時間極長，隱患較多且呈現(xiàn)出多樣化等特點，很難在短期內(nèi)完成技術(shù)更新。

（2）環(huán)境監(jiān)測工作因其特殊性，所以，工作量較大，施工流程極為繁瑣，并且大部分工作內(nèi)容都無法依靠人力完成，需要借助儀器設(shè)備才能完成。但市面上常見的土壤監(jiān)測設(shè)備通常造價極高，甚至部分高難度的工藝需要借助很多的先進(jìn)儀器設(shè)備才能完成，導(dǎo)致設(shè)備成本成為制約相關(guān)工藝技術(shù)發(fā)展的主要因素。此外，一旦在實際應(yīng)用過程中出現(xiàn)設(shè)備損壞或停止運轉(zhuǎn)等問題，既需要耗費大量的人力物力對設(shè)備進(jìn)行檢驗維修，甚至還需要花費龐大的成本進(jìn)行設(shè)備更換，大型企業(yè)可能還可以應(yīng)對這種情況，但部分中小型監(jiān)測單位可能會因為設(shè)備損害等問題導(dǎo)致無法開展正常的監(jiān)測工作。

（3）在土壤環(huán)境監(jiān)測工作中，涉及的相關(guān)工作都需要進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)傳輸。其中，數(shù)據(jù)收集需要工作人員提前準(zhǔn)備傳感器和信號接收器，并通過提前架設(shè)監(jiān)測點位來獲取各項數(shù)據(jù)的波動情況，最后繪制成圖表，從而為后續(xù)工作提供完整的理論支撐。而數(shù)據(jù)分析和信息交流以及信息傳遞都需要建立穩(wěn)定的局域網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)或者借助先進(jìn)的計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，但這些技術(shù)手段也需要提前構(gòu)建信息交互平臺，這就意味著除硬件設(shè)備維護(hù)以外，還要對網(wǎng)站的穩(wěn)定性，信息傳遞安全性等進(jìn)行綜合考量，這也會為相關(guān)單位帶來更高昂的成本損耗[1]，因此，部分單位、企業(yè)不會投入過多的成本構(gòu)建相應(yīng)的技術(shù)平臺。

4 土壤修復(fù)技術(shù)研究

土壤監(jiān)測工作主要是為了明確資源狀態(tài)，從而為后續(xù)的修復(fù)工作提供理論支撐，同時，優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)，變廢為寶。在此理念的驅(qū)動下，我國開始積極主動地進(jìn)行土壤修復(fù)體系的優(yōu)化工作，發(fā)展至今，土壤修復(fù)已成為環(huán)保科學(xué)的一個重要領(lǐng)域，其技術(shù)手段較為成熟，修復(fù)技術(shù)也相對完善。

4.1 生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)技術(shù)是指利用微生物或特定的生物種類來完成有機(jī)污染物的降解和催化，從而消除環(huán)境中的污染因素，以達(dá)到環(huán)境治理的目的。

4.1.1 動物修復(fù)技術(shù)

在動物修復(fù)技術(shù)中，主要是利用蚯蚓等生物對重金屬進(jìn)行吸收，從而使土壤中的重金屬含量得到一定程度地減少。該技術(shù)手段是利用生態(tài)系統(tǒng)的循環(huán)能力來達(dá)到環(huán)境治理的目的，雖然可以很好的降解環(huán)境中的有機(jī)污染物，但蚯蚓等生物本身在吸收重金屬離子后，也具有污染性，如果進(jìn)行沒有合理的回收處置，極易出現(xiàn)二次污染的問題。另外，有科學(xué)家經(jīng)研究后表明，將蚯蚓放在牛糞等生活垃圾中飼養(yǎng)，可快速提升其對錫元素和銅元素的富集能力，進(jìn)而也可以減少環(huán)境污染問題，在實現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定的同時，也滿足了消費者的需求[2]。

4.1.2 植物揮發(fā)修復(fù)技術(shù)

植物揮發(fā)修復(fù)技術(shù)主要是利用植物本身根系的分泌物對重金屬元素進(jìn)行結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，使其成分轉(zhuǎn)化為可揮發(fā)狀態(tài)，從而快速從土壤中降解或揮發(fā)。同時，還可以將其他污染物吸收到體內(nèi)，轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)，并釋放到大氣中緩解空氣污染，提升氧氣含量，從而達(dá)到凈化土壤和治理環(huán)境的雙贏狀態(tài)。經(jīng)科學(xué)家實驗發(fā)現(xiàn)，植物揮發(fā)修復(fù)技術(shù)可將被轉(zhuǎn)化后的鉛結(jié)合成難溶解的磷酸鉛，并通過成分中和來降低鉛元素本身的毒性，同時，也可以因其轉(zhuǎn)變?yōu)楣袒癄顟B(tài)導(dǎo)致毒素難以擴(kuò)散，從而達(dá)到環(huán)境治理的目的。此外，還有部分植物能將As，Se，Hg等成分從甲基化轉(zhuǎn)為可揮發(fā)分子，甚至可以將部分無機(jī)汞鹽轉(zhuǎn)化為氣態(tài)單質(zhì)汞。

4.1.3 微生物修復(fù)技術(shù)

微生物修復(fù)技術(shù)相對好理解，是通過土壤本身的降解能力，再利用土著菌或外來真菌以及經(jīng)過人工培養(yǎng)的工程菌，對土壤中的有機(jī)污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)化、降解。經(jīng)實驗表明，要想使微生物達(dá)到預(yù)期的降解和凈化能力，就需要為其提供足夠營養(yǎng)物質(zhì)來強(qiáng)化本身的降解能力。當(dāng)前，市面上最常見的微生物修復(fù)技術(shù)有強(qiáng)化自然遞減、生物堆修復(fù)法，堆肥修復(fù)法和氧化還原修復(fù)法等，這些技術(shù)的優(yōu)勢在于成本較低，操作難度較低，不會形成二次污染，因此，微生物修復(fù)技術(shù)也一度成為污染土壤修復(fù)中最常見的修復(fù)技術(shù)[3]。

4.2 熱脫附技術(shù)

熱脫附技術(shù)是物理修復(fù)方法中的一種，其主要的工作原理是將土壤加熱后，再利用本身的熱交換來完成熱能傳遞，從而使污染物在蒸發(fā)過程中被攜帶遠(yuǎn)離土壤，同時，溫度的變化也會使部分不穩(wěn)定污染離子出現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)，并與大氣中的氧氣，二氧化碳等物質(zhì)相結(jié)合，從而形成無污染的固化或氣態(tài)物質(zhì)。但該方法在諸多國家進(jìn)行使用后，發(fā)現(xiàn)其本身造價較高，修復(fù)時間較長，雖然有較明顯的環(huán)境治理能力，但在應(yīng)用過程中會浪費大量的人力物力，所以，當(dāng)前還沒有作為首要的土壤環(huán)境治理手段。但該方法具有較大的發(fā)展?jié)摿?，由于其設(shè)備可以隨著現(xiàn)場移動，并且修復(fù)后的土壤可以達(dá)到無污染狀態(tài)，因此，使得熱脫附技術(shù)成為治理面積較小，但治理質(zhì)量要求較高的地區(qū)的主要技術(shù)手段。同時，隨著工作經(jīng)驗的不斷普及，相關(guān)人員也開始研究熱脫附技術(shù)的自動化轉(zhuǎn)變，以此來減少人力物力的損耗，解決其短板問題[4]。

4.3 固化穩(wěn)定技術(shù)

該技術(shù)手段是化學(xué)修復(fù)技術(shù)中最常用的一種，經(jīng)實驗表明，其主要的工作原理是借助化學(xué)反應(yīng)對土壤內(nèi)部的重金屬元素進(jìn)行快速的控制和剔除。例如，在我國冶煉行業(yè)經(jīng)常會出現(xiàn)鉻、汞等金屬污染物，若利用常規(guī)的方法很難去除，并且，其本身也具有難以發(fā)生反應(yīng)的強(qiáng)穩(wěn)定性，而應(yīng)用加熱等多種技術(shù)手段也很難達(dá)到預(yù)期效果，由此，固化穩(wěn)定技術(shù)應(yīng)運而生。在實際的應(yīng)用過程中，可把石灰、瀝青和硅酸鹽水泥當(dāng)作固化劑，以此來處理多種金屬的復(fù)合型污染問題，甚至美國等國家都針對固化穩(wěn)定技術(shù)建立了專項基金，用于發(fā)展相關(guān)的技術(shù)手段，由此可見該技術(shù)的強(qiáng)大發(fā)展?jié)摿Α４送?，?jīng)實驗研究后發(fā)現(xiàn)，固化穩(wěn)定技術(shù)借助化學(xué)反應(yīng)除了可以對常規(guī)的鉻汞等元素進(jìn)行治理外，還可以對有機(jī)污染物進(jìn)行高效處理，并憑借本身的降解能力，還能將重金屬離子氧化成固態(tài)，或利用特定成分將原有穩(wěn)定性較強(qiáng)的分子結(jié)構(gòu)破壞，然后再通過加熱等方式將污染物離子揮發(fā)，并利用大氣的清潔能力將其轉(zhuǎn)化為二氧化碳等常規(guī)氣體，最后輸送到生態(tài)系統(tǒng)中完成生態(tài)循環(huán)。

5 結(jié)語

綜上所述，土壤環(huán)境監(jiān)測結(jié)果水平的提高，可以為土壤環(huán)境治理提供更強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)支撐，并且，相關(guān)人員在實際工作時也能借助完善的工作體系進(jìn)行各項工藝的調(diào)整和優(yōu)化?；诖?，本文通過總結(jié)環(huán)境治理的內(nèi)涵和土壤污染物的特性，明確了各項監(jiān)測技術(shù)的不足之處，并探討了具體的修復(fù)技術(shù)，旨在為環(huán)境污染治理和環(huán)境科技創(chuàng)新的可持續(xù)發(fā)展保駕護(hù)航。