土壤污染調(diào)查與防治技術(shù)分析

段明杰，房寧寧

（山東省淄博生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山東 淄博 255000）

引言

近年來，在農(nóng)業(yè)、工業(yè)飛速發(fā)展背景下，我國農(nóng)村經(jīng)濟與城市經(jīng)濟得到長足的發(fā)展。然而，大量農(nóng)藥、化肥的使用以及工業(yè)廢水的排放，導(dǎo)致我國土壤污染問題越發(fā)嚴(yán)重。對于土壤污染的治理，相關(guān)部門只有在充分掌握土壤污染實際情況后，結(jié)合實際條件與需求，應(yīng)用科學(xué)且適宜的土壤污染防治技術(shù)，才能夠真正實現(xiàn)我國土壤的修復(fù)，繼而為農(nóng)業(yè)種植、生態(tài)修復(fù)乃至人類生存發(fā)展奠定良好的環(huán)境基礎(chǔ)。

1 常見土壤污染分類與機理

1.1 常見土壤污染分類

1.1.1 污水灌溉污染

工業(yè)廢水、城市生活污水中含有許多植物所需要的養(yǎng)分，如磷、氮、鉀等，故用污水合理灌溉農(nóng)田，通?？善鸬斤@著的增產(chǎn)效果。然而，污水內(nèi)除了對于植物有益的元素外同時包含大量氰化物、重金屬、酚等有毒有害物質(zhì)。倘若污水未經(jīng)嚴(yán)格處理直接灌溉農(nóng)田，有毒有害物質(zhì)將一并進(jìn)入農(nóng)田，繼而對土壤造成污染。例如冶煉企業(yè)、燃料企業(yè)、電鍍、汞化物等各種工業(yè)廢水，會導(dǎo)致銅、鉻、汞等重金屬污染。石油化工領(lǐng)域、肥料生產(chǎn)企業(yè)所排放的廢水會引起土壤三氯乙醛、酚以及農(nóng)藥有機物的污染。

1.1.2 大氣污染物污染

大氣內(nèi)的有害氣體主要源自工業(yè)排放的廢氣，工業(yè)廢氣污染面積大，會對土壤造成嚴(yán)重污染，例如二氧化硫、臭氧、氟化物、氮氧化物、粉塵、氮氫化合物、煙塵以及粉塵等固體顆粒、液體粒子或是煙霧，這些物質(zhì)會通過沉降或是降水進(jìn)入到土壤內(nèi)繼而造成污染。

1.1.3 化肥污染

在諸多化肥中，氮肥、鉀肥內(nèi)的重金屬含量較低，但磷肥內(nèi)包含大量有害重金屬。在使用磷肥期間，大量有害重金屬會全部進(jìn)入到土壤中，其在土壤內(nèi)的移動性較差，且不易被淋濕，同時無法被微生物分解，隨著不斷施肥，大量有害重金屬的積累會危害人類與生態(tài)環(huán)境。同時，部分化肥原料內(nèi)攜帶放射性元素，長期使用將導(dǎo)致放射性元素在土壤內(nèi)擴散，最后經(jīng)過食物鏈被人體所攝取，對人體生命健康造成危害。

1.1.4 農(nóng)藥污染

造成土壤污染的農(nóng)藥主要有有機氯、有機磷以及有機氮農(nóng)藥。人們在種植區(qū)域大量、大面積使用農(nóng)藥，且存在農(nóng)藥使用不當(dāng)、農(nóng)藥濫用的情況，基于農(nóng)藥的不可降解性，將對土壤造成十分嚴(yán)重的污染。

1.2 土壤污染機理

土壤污染多數(shù)是在污染物進(jìn)入到土壤內(nèi)部后，與土壤發(fā)生融合，導(dǎo)致土壤性質(zhì)發(fā)生轉(zhuǎn)變，引發(fā)植物在功能層面的失調(diào)，例如重金屬污染，便是重金屬超標(biāo)并長期存在于土壤內(nèi)，植物生長過程中吸收土壤養(yǎng)分的同時也會吸收有害金屬，進(jìn)而被人以食用的方式攝入，危害人體健康[1]。

2 我國土壤污染現(xiàn)狀調(diào)查

站在整體角度分析，目前我國土壤污染狀況十分嚴(yán)重，土壤治理工作十分嚴(yán)峻。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，我國約48%的土壤面積存在嚴(yán)重污染問題，其中23%土壤被認(rèn)定為無法應(yīng)用的土壤，對國家經(jīng)濟的發(fā)展已造成嚴(yán)重影響。非重度污染土壤內(nèi)，約有34%的土壤涉及輕微污染，工業(yè)區(qū)域則以排放輻射物質(zhì)、不可降解物質(zhì)為主。站在土壤結(jié)構(gòu)角度，目前我國重金屬污染土壤占比六分之一左右，但此類土壤具有不確定性、分散性特征，一旦遭遇陰雨天氣，污染土壤內(nèi)的各類重金屬物質(zhì)便會流入到河流之中，對其他環(huán)境造成二次污染[2]。

3 土壤污染防治技術(shù)研究

3.1 土壤污染生物修復(fù)技術(shù)

土壤污染生物修復(fù)技術(shù)，其原理是利用土壤內(nèi)的生物來消除污染物質(zhì)，從而在實現(xiàn)節(jié)約成本的同時降低土壤污染處理的能耗。應(yīng)用生物修復(fù)技術(shù)進(jìn)行土壤污染修復(fù)期間，可利用真菌侵染植物根系形成共生體，如此，可以有效加快植物對營養(yǎng)吸收的速度，幫助植物健康生長。真菌不僅可基于有機酸的分泌對重金屬離子進(jìn)行活化，還可實現(xiàn)離子的交換，以有效提升重金屬的吸收效果。此外，生物修復(fù)技術(shù)還依靠微生物活動過程中的氧化、還原、酸化和鄰化等反應(yīng)，將土壤中的無機、有機物質(zhì)轉(zhuǎn)換為穩(wěn)定、無害的物質(zhì)，從而達(dá)到降解污染物的目的，且在引入物種相互協(xié)作背景下，各種生物在污染物去除、減少過程中還將實現(xiàn)相互促進(jìn)，從而提高修復(fù)效果和加快修復(fù)速度。在應(yīng)用實施期間，操作人員必須保證污染土壤內(nèi)具有多種微生物，同時污染物要具備可降解的特點，只有滿足以上條件，才可發(fā)揮生物修復(fù)技術(shù)的作用。

3.2 土壤污染電動修復(fù)技術(shù)

土壤污染電動修復(fù)技術(shù)為近年來被廣泛應(yīng)用的修復(fù)方式，其除了安全有效之外，還具有低成本、操作便捷的優(yōu)勢，目前被看作是具有良好發(fā)展前景的修復(fù)技術(shù)。土壤污染電動修復(fù)技術(shù)的原理是在污染土壤中插入電極，隨后向土壤施加地質(zhì)流電流，從而讓土壤內(nèi)的污染物可以快速向電極附近移動。該方法對重金屬污染土壤尤為有效。修復(fù)過程中，陰極與陽極附近的水會分別發(fā)生氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)，以電機的形式促進(jìn)污染土壤內(nèi)OH-、H+流動，直至土壤發(fā)生酸化，從而解析有毒金屬。在應(yīng)用電動修復(fù)技術(shù)修復(fù)污染土壤期間，需要保證土壤內(nèi)的水分充足，同時還需要絡(luò)合劑等物質(zhì)來形成相對應(yīng)的金屬相配位。完成初步操作后，后續(xù)工作中需要將電動力加入土壤內(nèi)，實現(xiàn)有毒物質(zhì)的去除，繼而讓土壤滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 土壤污染化學(xué)修復(fù)技術(shù)

目前，面對污染土壤所開展的化學(xué)修復(fù)，主要集中于兩大技術(shù)，即化學(xué)改良法、化學(xué)萃取法。其中化學(xué)萃取法可基于液相操作將土壤內(nèi)部的污染物轉(zhuǎn)移至相對應(yīng)區(qū)域之中，以達(dá)到土壤修復(fù)目的。但在化學(xué)萃取法的實施階段，一定概率會造成二次污染，故對于該方法需要充分結(jié)合污染土壤實際情況慎重選擇；化學(xué)改良法，其原理是利用改良劑對土壤本身的物質(zhì)結(jié)構(gòu)加以調(diào)整，例如利用石灰與硫磺粉進(jìn)行土壤改良。但該方法在應(yīng)用階段，一定概率會對部分植物的生長造成抑制作用，因此目前化學(xué)改良法并未得到大面積應(yīng)用。近年來，生物探測技術(shù)在科技進(jìn)步背景下實現(xiàn)了快速發(fā)展，目前已經(jīng)可以基于生物炭實現(xiàn)污染土壤的修復(fù)工作。生物炭作為一種突然改良劑類木炭，可幫助植物生長。不同于一般用于燃燒的木炭，生物炭是生物質(zhì)在缺氧條件下，基于低溫?zé)峤馑纬傻母吆剂课镔|(zhì)。污染土壤治理過程中除了可以增加土壤的碳含量，且可在一定程度實現(xiàn)土壤物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、生物性質(zhì)的改變。受熱解溫度以及生物物質(zhì)種類的影響，通常生物炭主要元素為C、H、O，多數(shù)情況下C占60%以上，其他礦物則主要集中于硝酸鹽、Ca磷酸鹽、KC1、SiO2、CaCO3以及Mg、A1、Mn、Zn氧化物或是氫氧化物等。在應(yīng)用生物炭進(jìn)行污染土壤修復(fù)期間，生物炭會提升土壤的pH值，增加土壤的鹽基交換量，降低土壤的容重、密度。因生物包含大量的表面含氧官能團以及豐富的芳環(huán)結(jié)構(gòu)，投加后可以為污染土壤提供大量的離子交換點位。此外，生物炭對于有機小分子具有強烈的吸附作用，污染土壤的有機質(zhì)含量將顯著提升，且生物炭具備的多孔結(jié)構(gòu)與有機大分子，能夠與土壤成團形成聚體生物毯，對于土壤的營養(yǎng)狀況可起到有效的改善作用[3]。

3.4 土壤污染植物修復(fù)技術(shù)

對污染土壤應(yīng)用植物修復(fù)技術(shù)，其原理是利用植物對污染土壤內(nèi)的有害物質(zhì)進(jìn)行吸收，從而完成對土壤的修復(fù)。然而，當(dāng)有害物質(zhì)被植物吸收后，可能會轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)，故一定概率上會造成二次污染問題。因此，利用植物修復(fù)進(jìn)行污染土壤修復(fù)需要結(jié)合實際情況謹(jǐn)慎選擇，否則不僅消耗大量時間成本，且無法達(dá)到土壤治理預(yù)期效果。例如早期湖南地區(qū)進(jìn)行砷污染土壤修復(fù)期間，利用蜈蚣草開展砷污染土壤的植物修復(fù)，隨后再將蜈蚣草集中焚燒處理。然而，盡管當(dāng)時實現(xiàn)了良好的處理效果，但3年后再次對該區(qū)域進(jìn)行土壤污染檢測，土壤內(nèi)的砷含量仍舊高達(dá)30 mg/kg，剛剛達(dá)到三級標(biāo)準(zhǔn)臨界線。此外，植物修復(fù)污染土壤還具備如下局限性：第一，一般情況下土壤污染會呈現(xiàn)多元素復(fù)合污染的形態(tài)，而目前人們所發(fā)現(xiàn)的超富集植物，其能夠積累的元素十分單一；其次，超富集植物生長十分緩慢，具有較低生物量，生長周期較長，因此對于污染土壤內(nèi)污染物總量的提取十分有限；第三，目前人們發(fā)現(xiàn)的超富集植物多數(shù)都在野生植物范疇，人們對這些野生植物的種植、病蟲害防護、農(nóng)藝性狀掌握水平較淺，栽培與培育不僅成本較高，且可能無法達(dá)到預(yù)期的污染土壤處理效果；第四，超富集植物根系較淺，只能對淺層土壤內(nèi)的污染物進(jìn)行吸收，且異地引種背景下對于當(dāng)?shù)赝寥赖纳锒鄻有砸泊嬖谳^大的威脅。

3.5 土壤污染固化/穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)

污染土壤的固化/穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)，可劃分為原位固化/穩(wěn)定化技術(shù)與異位固化/穩(wěn)定化技術(shù)。其中原位固化/穩(wěn)定化技術(shù)的原理為給予一定的機械力，向污染介質(zhì)內(nèi)添加穩(wěn)定劑和固化劑，在其與土壤充分混合的基礎(chǔ)上，使污染介質(zhì)、污染物發(fā)生化學(xué)作用與物理作用，將污染土壤固封為結(jié)構(gòu)完整且滲透性較低的固化體，或是將污染物轉(zhuǎn)化為化學(xué)性質(zhì)不活潑形態(tài)，以有效降低污染物的擴散、遷移。原位固化修復(fù)技術(shù)通常被應(yīng)用于石棉污染、可處理金屬類污染、腐蝕性無機物污染、農(nóng)藥/除草劑污染、環(huán)芳烴類/石油污染以及二噁英有機化合物污染土壤，不適用于揮發(fā)性有機化合物污染土壤。異位固化/穩(wěn)定化技術(shù)，其原理是向污染土壤內(nèi)添加固化劑以及穩(wěn)定劑，在充分混合的基礎(chǔ)上，讓固化劑與穩(wěn)定劑同土壤內(nèi)的污染介質(zhì)、污染物產(chǎn)生物理作用與化學(xué)作用，隨后，土壤被固化成為低滲透系數(shù)的固化體，或是將污染物轉(zhuǎn)化成為化學(xué)性質(zhì)活潑狀態(tài)，控制有害物質(zhì)的擴散與遷移。異位固化/穩(wěn)定化技術(shù)同樣不適用于揮發(fā)性有機物質(zhì)，并且在需要添加大量固化劑與穩(wěn)定劑的背景下，對于土壤具有較大的增容效應(yīng)，后期會產(chǎn)生較高的土壤處置費用。

3.6 異位熱脫附技術(shù)與土壤洗脫技術(shù)

異位熱脫附技術(shù)，其原理是通過直接或間接加熱，將污染土壤加熱到目標(biāo)污染物的沸點之上，基于對系統(tǒng)溫度的控制以及對物料停留時間的控制，選擇性地使污染物氣化、揮發(fā)，實現(xiàn)污染物與土壤的分離。該技術(shù)通常適用于揮發(fā)、半揮發(fā)性污染物的去除，如多氯聯(lián)苯污染、石油烴污染、農(nóng)藥污染等，不適用于還原劑與活性氧化劑含量較高的土壤，且不適用于腐蝕性有機物含量高的土壤。異位土壤洗脫技術(shù)，其原理為采取物理分離或增效洗脫的方式，通過添加水和合理的增效劑來分離重污染土壤組分，或是讓污染物在污染土壤內(nèi)向液相轉(zhuǎn)移，同時有效減少污染土壤的處理量。在完成洗脫后，廢水去除污染物達(dá)標(biāo)后可進(jìn)行排放[4]。

3.7 水泥窯協(xié)同處置技術(shù)與生物堆技術(shù)

水泥窯協(xié)同處置技術(shù)，其原理是基于水泥回轉(zhuǎn)窯內(nèi)的高溫環(huán)境、氣體長時間的停留、較大的熱容量以及堿性環(huán)境，在生產(chǎn)水泥熟料期間焚燒固化物對污染土壤進(jìn)行處理。該技術(shù)可有效處理污染土壤中的有機污染物、重金屬，但不適用于鉛、汞、砷金屬污染嚴(yán)重的土壤。此外，水泥生產(chǎn)階段對于進(jìn)料中的硫、氯等元素含量有嚴(yán)格的限制要求，故在基于該技術(shù)進(jìn)行污染土壤處理期間，需要慎重控制添加量。生物堆技術(shù)處理污染土壤，其原理是針對污染土壤堆體采用人工強化的措施，推動土壤內(nèi)具備降解特定污染物能力的外源微生物、土著微生物生長以有效降解污染物。該方法是基于生物處理技術(shù)衍生出的全新技術(shù)，適用于石油烴等易于生物降解的有機物污染，但不適用于難以降解的有機物以及重金屬污染嚴(yán)重的土壤。此外，生物堆技術(shù)對于黏土類污染土壤的修復(fù)難以達(dá)到良好效果[5]。

4 結(jié)語

作為農(nóng)業(yè)大國，黨中央高度重視農(nóng)業(yè)的發(fā)展，而污染土壤防治技術(shù)的合理應(yīng)用，是保證農(nóng)業(yè)種植良性發(fā)展的重要手段，對于環(huán)保而言更是生態(tài)修復(fù)的重要基礎(chǔ)。因此，在土壤污染治理工作開展階段，相關(guān)部門應(yīng)結(jié)合本文研究內(nèi)容，合理對各種土壤污染防治技術(shù)開展研究、應(yīng)用，同時還應(yīng)制定有效的土壤質(zhì)量監(jiān)督機制，以通過有效的防治與監(jiān)督，全面改善我國土壤污染現(xiàn)狀，為農(nóng)業(yè)種植、生態(tài)修復(fù)奠定良好技術(shù)基礎(chǔ)。