重金屬污染土壤修復技術(shù)及工程應用

黃希望，王秋英

（1.南京國環(huán)科技股份有限公司，江蘇 南京 210000；2.中建生態(tài)環(huán)境集團有限公司，北京 100000）

土壤環(huán)境受到重金屬污染的途徑有很多，且這些重金屬的來源又非常廣泛，所以造成的影響也就十分嚴重。通常，健康的土壤環(huán)境一旦被重金屬污染，要想徹底的清除和修復就會有一定難度，如果未能在有效的時間內(nèi)采取應對措施，其造成的影響將不可逆轉(zhuǎn)，甚至會嚴重威脅人們的身體健康。因此，為了加強土壤中重金屬污染的治理效果，需要對相關(guān)的土壤修復技術(shù)進行深入的分析和研究，同時，還要在實踐中不斷總結(jié)修復和治理污染土壤的成功經(jīng)驗，才能實現(xiàn)對重金屬污染土壤環(huán)境的有效治理，從而真正做到保護生態(tài)環(huán)境。

1 土壤中重金屬污染源的形成和發(fā)展

由于造成土壤重金屬污染的來源非常廣泛，且類別十分繁雜。所以，要對重金屬污染源的形成和發(fā)展進行研究。通過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這其中的一部分重金屬來源于一些違規(guī)經(jīng)營生產(chǎn)的企業(yè)在生產(chǎn)過程中直接排放的未經(jīng)有效處理的廢渣、廢液和廢氣。當前，在我國的工業(yè)企業(yè)當中，如采礦冶金、石油化工企業(yè)、農(nóng)藥企業(yè)、鋼鐵企業(yè)以及水泥企業(yè)等大型規(guī)模的生產(chǎn)企業(yè)，有很多企業(yè)的條件都無法滿足正規(guī)的生產(chǎn)需求，所以，對于廢渣、廢液以及廢氣的排放其治理手段和治污技術(shù)都無法達到相關(guān)要求，導致在排放的廢料中依然存在大量未被處理的重金屬，而這些有害物質(zhì)被直接排放到了土壤環(huán)境中。同時，在這些廢料的長期堆放、擴散的過程中，其中的重金屬就會逐漸地滲透到地表之下，導致地表土層中的重金屬含量逐年增加，從而造成了嚴重的土壤污染。如果遇到雨季，在長時間的雨水滲透作用下，重金屬也會對地下水造成嚴重污染，進而會影響人們的日常用水安全，這對于人們的身體健康造成了嚴重危害。以上這些情況如果沒能得到及時治理，其污染的程度就會不斷加大，污染的范圍也會逐漸擴散，要想徹底地治理和恢復，就要面對更高難度的整治要求。

還有一部分的重金屬污染，主要來源于大量過度地使用化學肥料。在我國農(nóng)村地區(qū)，由于土壤的肥力不夠，糧食作物很難達到高產(chǎn)的水平，所以，為了有效提升農(nóng)作物的產(chǎn)量，有些農(nóng)民就會走捷徑，在農(nóng)業(yè)用地中超量使用化學肥料，而這些化學肥料當中往往會含有大量的重金屬物質(zhì)。由于化肥的使用量已嚴重超出了既定標準，而土壤的承載力有限，所以無法在短時間內(nèi)充分吸附大量的重金屬物質(zhì)，而農(nóng)作物也無法對這些重金屬元素進行有效的吸收利用。隨著時間的推移，重金屬物質(zhì)就會慢慢累積，從而對土壤環(huán)境造成了嚴重污染。這不僅未能實現(xiàn)糧食作物的增產(chǎn)，還會對農(nóng)作物的正常生長產(chǎn)生了一定的不良影響。

此外，還有一些地區(qū)受不良天氣的影響，再加上部分生產(chǎn)企業(yè)違規(guī)排放的酸性廢氣，都會促進酸雨的形成，而酸雨中也包含著大量的重金屬成分。這些帶有污染物的雨水經(jīng)過長年累月的積累，其中的重金屬有害物質(zhì)就會不斷地滲入到土壤的內(nèi)部環(huán)境，從而也會造成土壤環(huán)境的嚴重污染[1]。

2 土壤重金屬污染的修復技術(shù)及工程應用

2.1 化學修復技術(shù)

在選用化學修復技術(shù)治理土壤環(huán)境污染時，其最主要的優(yōu)勢是見效快。該技術(shù)與其他土壤修復技術(shù)相比，較為顯著的特點是短平快，且操作方法十分簡便，可以更早地看到實際的修復治理效果?；瘜W修復技術(shù)采用的原理是按照事前制定的計劃，將化學試劑有規(guī)律地注入到被污染的土壤環(huán)境中，并借助土壤中存在的重金屬成分能與化學試劑發(fā)生反應的這一特性，將土壤中的重金屬有害形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害形態(tài)，從而使受到污染的土壤環(huán)境得到了全面的清洗，其中的污染物也被徹底清除。這樣不僅有效治理了土壤的重金屬污染問題，還使被污染的土壤環(huán)境恢復到了原來的土壤結(jié)構(gòu)。所以，使用化學修復技術(shù)對土壤污染進行治理，具有方法簡單的優(yōu)點，并且，化學修復技術(shù)的應用范圍十分廣泛，對于一些一般性的土壤環(huán)境污染都能使用，且能收獲良好的治理效果。在使用化學修復技術(shù)進行土壤環(huán)境污染的治理過程中，其中治理效果最為顯著的當屬拮抗技術(shù)，拮抗技術(shù)能夠使土壤環(huán)境中殘留的重金屬污染物質(zhì)快速地與其進行反應，從而能使重金屬污染得到快速有效的治理和清除。但這項技術(shù)的缺點是無法有效抑制住污染源，屬于治標不治本的技術(shù)類型，因此，在實際應用中會受到一定局限性。需要注意的是，在選用化學修復技術(shù)進行土壤環(huán)境污染治理時，還需要充分了解土壤的具體污染情況，這樣才可以選用效果最明顯的技術(shù)類型[2]。

2.2 土壤變換工程技術(shù)

在對土壤環(huán)境污染進行治理修復的過程中，如果選用了土壤變換工程技術(shù)，就要對受污染的土壤環(huán)境進行土壤成分的變換工程，這需要從兩方面開展修復工作。一種是客土作業(yè)工程?？屯磷鳂I(yè)工程，其本質(zhì)上就是把在土壤環(huán)境中受到污染的土壤區(qū)域進行挖掘清除，然后再將未曾遭受污染的土壤運輸?shù)叫枰卫淼耐寥拉h(huán)境中，進行回填，以換土方式來完成對污染土壤環(huán)境的修復和治理。還有一種是土壤深層換填工程，這種工程的應用具有一定局限性，主要是針對土壤的重金屬污染層較淺，且雨水滲透作用較弱的污染地段進行應用。其處理過程是，在這些污染地段中開展土壤深層換填工程，首先要對受到污染的土壤地段進行深度挖掘并換入安全土壤，以此來完成對土壤結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，實現(xiàn)對重金屬污染離子濃度的稀釋作用，從而降低土壤環(huán)境中的污染程度，然后再通過將無污染的安全土壤和遭受重金屬污染土壤進行充分的攪拌和整合，使其污染程度降低至可接受的范圍，并滿足土壤安全使用的要求，即可證明土壤環(huán)境污染的治理工作取得了成功[3]。

2.3 礦物工程技術(shù)

在對土壤環(huán)境污染問題的整治處理過程中，可使用礦物工程技術(shù)。這種污染治理的作業(yè)方法與土壤變換工程技術(shù)有一些相似之處，但礦物工程技術(shù)與土壤變換過程技術(shù)相比，無需進行土壤置換，而是使用相關(guān)的礦物質(zhì)散播到受重金屬污染的土壤環(huán)境中，而后將礦物質(zhì)與遭受污染的土壤進行充分攪拌，從而促進土壤中的重金屬有害物質(zhì)與投入的礦物質(zhì)進行化學反應，以此來降低土壤環(huán)境中的重金屬污染，從而使土壤環(huán)境中的污染程度降低到至可接受的范圍內(nèi)，并滿足土壤安全使用的具體需求，實現(xiàn)對污染土壤環(huán)境的修復。需要注意的是，應用礦物工程技術(shù)也需先要對土壤環(huán)境中的污染源進行分析研究，在確定具體成分后，才可以決定該土壤修復技術(shù)是否符合相關(guān)應用要求[4]。

2.4 生物修復技術(shù)

在重金屬污染土壤環(huán)境的治理過程中，生物修復技術(shù)是最為廣泛應用的一項土壤修復技術(shù)。該技術(shù)是借助生物的吸收和轉(zhuǎn)化能力，來消減土壤環(huán)境中重金屬的含量，以此逐步完成對污染土壤的治理和修復。目前使用最多的生物修復技術(shù)有四種。

（1）利用微生物修復技術(shù)對土壤環(huán)境污染進行治理。在一些重金屬含量嚴重超標的污染地塊，可選擇合適的微生物群進行培養(yǎng)，從而借助微生物的富集能力，來充分吸收和沉淀土壤環(huán)境中殘留的重金屬物質(zhì)，并且，還可以通過生物體將污染物進行氧化和還原的處理，以此實現(xiàn)對土壤環(huán)境污染的徹底治理，完成對土壤污染的修復工作[5]。

（2）利用動物來減少重金屬污染程度的技術(shù)。在一些重金屬污染含量超標的土壤地塊，可以選擇養(yǎng)殖野兔和刺猬等動物，使其充分吸收土壤中的重金屬元素，從而達到改善土壤品質(zhì)，降低土壤污染程度的效果；然后，等土壤中的重金屬含量降低到相關(guān)標準含量以下后，土壤環(huán)境的安全性也達到了相關(guān)標準要求，便可認為完成了土壤環(huán)境污染的治理工作；最后，再采用大水漫灌的方式，驅(qū)趕原來吸附大量重金屬物質(zhì)的生物，這時可認為從整體上完成了土壤環(huán)境污染的治理工作。這項技術(shù)是生物修復技術(shù)的基礎(chǔ)操作，其取得的治理效果較好，且操作方法十分簡便，也不會耗費過多的治理成本，因此，在一些土壤環(huán)境治理工作中得到了廣泛的應用[6]。

（3）采用植物修復技術(shù)來完成對污染土壤的修復工作。在使用該技術(shù)之前，需要對擬治理的污染土壤環(huán)境中殘留的重金屬成分進行分析，待確定具體成分后，再選擇合適的修復植物進行栽培。一般情況下，不同類型的植物對于不同類型的重金屬具有不同的吸收效果，因此，這種先測定成分再選擇植物品種的方法可有效滿足技術(shù)應用的需要。其處理過程是，在被污染的土壤地塊種植對應品種的植物，然后利用植物吸收土壤環(huán)境中的重金屬物質(zhì)，以此徹底移除，這樣就可達到十分顯著的污染修復效果，且不會產(chǎn)生二次污染，這對于治理土壤環(huán)境的污染具有非常理想的作用。因此，這項土壤修復技術(shù)的應用也十分廣泛，但修復周期較長，需酌情使用[7]。

（4）建設(shè)生態(tài)植物園工程也可以作為一種土壤修復技術(shù)。在應用該技術(shù)時，也需要對不同重金屬污染的地塊進行深入調(diào)研，并針對特征污染物和污染情況來選擇合適品種的花草樹木，然后在遭受污染的土壤環(huán)境上建設(shè)生態(tài)植物園，或?qū)⑵鋭澐譃楣簿G地進行相關(guān)建設(shè)，最后以生態(tài)建設(shè)工程的方法來實現(xiàn)對污染土壤的修復目標。同時，還要根據(jù)重金屬污染物的具體性質(zhì)特點，對污染地塊進行適當調(diào)整，避免其再次遭受污染物的侵害。此外，在選擇種植品種時，要選用沒有食用價值且不會進入生態(tài)環(huán)境食物鏈中的植物品種，從而有效實現(xiàn)對重金屬物質(zhì)的吸收、富集和轉(zhuǎn)移，滿足對土壤污染的修復要求。通常，該技術(shù)可應用于地塊區(qū)域較大、土壤環(huán)境中的污染成分相對復雜的情況。但在使用該技術(shù)之前，也需要進行科學充分的污染情況調(diào)查工作，且建立完善可行的生態(tài)建設(shè)方案，這樣才能對土壤環(huán)境污染修復的具體實施過程進行科學的組織和安排[8]。

2.5 控制土壤水分含量

在土壤環(huán)境中，土壤成分發(fā)生氧化或還原狀態(tài)的期間，大部分的重金屬污染物質(zhì)的活性都會對土壤造成較大影響，而不同價態(tài)的重金屬離子物質(zhì)對土壤環(huán)境造成的污染狀況也不同，因此，在產(chǎn)生毒性方面也有著較大差異。當處于氧化狀態(tài)環(huán)境下的重金屬離子得到了氧離子，其化合價就會升高；反之，當重金屬離子處于還原狀態(tài)下失去了氧離子，其化合價就會降低。而水是將氧氣輸送至土壤環(huán)境中的主要路徑，所以，土壤的濕度越大，土壤成分中所包含的氧氣含量就越高，當重金屬離子處于這種環(huán)境中，就充分具備了發(fā)生氧化反應的條件；而當土壤中的水分有所下降時，土壤濕度也隨之降低，隨之氧氣在土壤環(huán)境中的含量也會逐漸減少，在這種情況下，土壤環(huán)境中的重金屬離子就具備了發(fā)生還原反應的條件?？梢姡ㄟ^改善土壤中的含水量，有助于實現(xiàn)對重金屬離子化合價轉(zhuǎn)移的有效控制，從而也減輕了土壤環(huán)境中重金屬污染程度[9]。

2.6 物理修復技術(shù)

除了常見的土壤環(huán)境污染問題，在一些廢棄醫(yī)院的池塘、生產(chǎn)企業(yè)的排污坑道等具有較高濕度的土壤環(huán)境或淤泥地塊當中，也會存在一定的重金屬污染問題。當對這些類型的土壤環(huán)境進行修復時，就要使用電極驅(qū)動修復技術(shù)。在使用電極驅(qū)動修復技術(shù)開展修復工作時，需要在污染的淤泥中，插上兩個電極，并借助電極將土壤中的重金屬污染物離子進行有效集中，使其都聚集在一個電極上，以此來增加單極重金屬的污染物濃度；然后，將土壤環(huán)境中的重金屬物質(zhì)集中后，再采用適當?shù)耐翆又脫Q或者是其他的相應修復技術(shù)進行土壤環(huán)境污染問題的治理。此外，也可以使用物理加熱技術(shù)，即通過改變土壤環(huán)境中的溫度，讓重金屬離子的化合物分子在溫度變換的條件下不斷揮發(fā)，以此來降低土壤的污染程度，這種方法也可以有效進行污染土壤的修復。

通常情況下，根據(jù)需要修復的污染土壤地塊的面積不同，可在直接加熱技術(shù)、紅外線加熱技術(shù)、水蒸氣加熱技術(shù)以及微波輻射加熱技術(shù)中進行選擇，但要從操作便利性和經(jīng)濟可行性兩個方面進行綜合考慮，最后選用合適的技術(shù)類型。還有一種玻璃花修復技術(shù)，也可以對土壤環(huán)境的污染起到修復治理的作用。該技術(shù)是利用高溫高壓的條件，將土壤中的重金屬污染物質(zhì)進行塑化，將其轉(zhuǎn)變?yōu)椴ＡB(tài)，然后再使用第三方的技術(shù)方法將玻璃態(tài)物質(zhì)從污染土壤環(huán)境中分離出來，以此完成對土壤環(huán)境的治理。但這種技術(shù)所需的成本較高，一般只在面積較小且十分緊缺的土地資源中使用[10]。

3 結(jié)語

綜上所述，為了促進國家經(jīng)濟的發(fā)展，提高人們的生活水平，需要對現(xiàn)有的土地資源進行開發(fā)和利用，但如果沒有合理使用土地資源，或?qū)τ诃h(huán)境保護置之不理，就容易對土壤環(huán)境造成嚴重污染?，F(xiàn)階段，各種各樣的重金屬污染已開始影響人們的健康生活，且對于不規(guī)范生產(chǎn)企業(yè)若不進行嚴格的整治和處理，土壤重金屬污染還會不斷加劇。因此，相關(guān)人員應直視所存在的問題，并及時解決，還要在不斷的實踐過程中，探索更加經(jīng)濟適用的土壤修復技術(shù)。同時，還要加強對土壤修復方面的研究和學習，這既是土壤環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的堅實基礎(chǔ)，也是生態(tài)文明社會發(fā)展的必然趨勢。