土壤重金屬污染的修復技術與實施對策探討

　　隨著經(jīng)濟和社會快速發(fā)展，對自然資源的加速開發(fā)與利用，使工業(yè)、城市規(guī)模飛速擴大，也使廢棄物數(shù)量、農(nóng)用化學物質(zhì)種類、數(shù)量逐年增加，其中的重金屬會隨著粉塵、淋溶水進入土壤，并被土壤過濾、吸附而累積，導致土壤重金屬污染日益嚴重，直接或間接地影響食品和飲用水安全。由于土壤重金屬污染具有隱蔽性、長期性和不可逆性，因此土壤重金屬污染治理也比較復雜，相對大氣、水污染治理的難度要大。為此，國家先后出臺了《重金屬污染綜合防治十二五規(guī)劃》、《湘江流域重金屬污染治理實施方案》等管控措施。2016年5月28日國務院正式印發(fā)了《土壤污染行動計劃》，為我國土壤污染修復吹響了號角，明確了目標和任務。

　　1 土壤重金屬污染途徑與危害

　　“重金屬”原義是指比重>5 的金屬(一般來講密度>4.5g/cm3 的金屬)，包括金、銀、銅、鐵、鉛等，重金屬在人體中累積達到一定程度，會造成急、慢性中毒。重金屬不能被生物降解，而具有生物累積性或改變細胞結構，可以直接威脅高等生物包括人類健康。另外，由于砷(As)的污染特性、治理方法等與重金屬相似，人們通常稱其為類金屬，由其產(chǎn)生的污染也歸為重金屬污染。

　　1.1 土壤重金屬污染途徑

　　土壤遭受重金屬污染的途徑有很多種，如含重金屬污水灌溉、大氣中重金屬沉降、農(nóng)藥化肥的使用、含重金屬廢棄物的堆積等。因此，在工礦企業(yè)周邊、公路附近的土壤，城市污水灌溉和施用有重金屬的肥料、農(nóng)藥的農(nóng)田容易產(chǎn)生重金屬污染。有研究表明，工業(yè)化程度越高的地區(qū)，土壤污染就越嚴重，市區(qū)污染高于遠郊和農(nóng)村，地表污染高于地下，且污染隨時間越長，重金屬積累相對越多、越廣。

　　1)含重金屬污水灌溉。城市污水中的重金屬離子含量趨高， 而城市污水已成為近郊農(nóng)業(yè)灌溉的重要組成部分， 污水灌溉導致土壤中重金屬Cd、Cu、Hg、As 等含量不斷累積。此外工業(yè)園區(qū)、金屬礦山、有色金屬冶煉、加工和再生工業(yè)發(fā)展較快，其廢水排放口下游的底泥或灌溉土壤的重金屬含量不斷提高，污染范圍明顯增大。

　　2)大氣中的重金屬沉降。人類在生產(chǎn)、生活中所產(chǎn)生的廢氣、粉塵和煙塵中或多或少地含有重金屬。這些重金屬經(jīng)過雨淋沉降和自然沉降進入土壤中，引發(fā)土壤重金屬污染。據(jù)資料報道2007年8月，某單位對烏魯木齊市不同類型的道路(高速公路-24、主干道-64、次干道-65、居住區(qū)道路-10、公園道路-6)采集了169個道路沙塵樣品。樣品經(jīng)消解后，用ICP/MS 法對Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Mn、Be、Co、Zn、U等10種重金屬污染物的含量進行測定。結果表明，除了Co和U的含量小于背景值之外， 其它元素含量都高于其土壤背景值，表明這些路面沙塵受到不同程度的重金屬污染。國外也有相關監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，比利時每年從大氣進入每公頃土壤的重金屬量為Pb 250g、Cd 19g、As 15g、Zn 3750 g。

　　3)農(nóng)業(yè)活動。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的化肥、有機肥、污泥或垃圾堆肥等都含有一定量的重金屬元素，一些氮肥中Pb 含量較高，磷肥含有微量的Cd、As等。馬耀華等研究表明，施用磷肥后農(nóng)田中的Cd 含量從0.13 mg/kg 上升到0.32 mg/kg。

　　4)含重金屬廢棄物的堆積。含重金屬的廢棄物種類很多，經(jīng)長期堆積和風吹雨淋之后，其內(nèi)部的重金屬變的極易移動，并以漏斗狀、輻射狀向周圍水體、土壤擴散，其中以工業(yè)和礦業(yè)固體廢棄物污染最為嚴重。王亞平等通過對某尾礦庫周圍土壤重金屬的研究發(fā)現(xiàn)，土壤中Cu、Zn、Cd、Pb 等重金屬的含量均高于當?shù)赝寥辣尘爸怠?o:p>

　　1.2 土壤重金屬污染的危害

　　鉛、汞、鎘、鈷、砷等會隨著工業(yè)排放粉塵、煙氣、廢水、廢渣及農(nóng)藥、化肥的施用進入土壤，使其組成發(fā)生變化，積累到一定程度時會引起嚴重的環(huán)境污染。或者通過灌溉土壤，有害重金屬被表土吸附后在農(nóng)作物中吸收富集，再經(jīng)過動物食物鏈濃縮，從而造成區(qū)域性公害。

　　據(jù)國土資源部統(tǒng)計結果表明，目前我國10%以上的耕地面積已受到重金屬污染，每年的糧食因重金屬污染而減產(chǎn)10000 kt，同時受重金屬污染而不能食用的糧食也達12000 kt，至少造成200億元的經(jīng)濟損失。

　　2 治理途徑探討

　　2.1 土壤重金屬污染源頭控制

　　對土壤重金屬污染治理首先需要控制源頭，其次是根據(jù)地域分布分別采用原位或者異位以不同技術進行修復。污染源頭控制主要從以下幾個方面進行：1)控制排入大氣的重金屬含量，包括調(diào)整廢氣處理工藝、設備，減少排放煙氣和粉塵中重金屬含量;2)通過對含重金屬廢水回用、零排放工程(包括廠區(qū)地面清洗水和初期雨水收集處理)和高效凈化、水質(zhì)穩(wěn)定技術應用，減少排入水體中的重金屬含量;3)減少使用含重金屬的肥料、農(nóng)藥;4)固定堆放廢渣中重金屬的溶出。

　　2.2 土壤重金屬污染工程治理

　　由于重金屬對土壤的污染具有不可逆轉性，已受污染的土壤利用價值受限制，只能主要通過調(diào)整種植品種來加以回避，或者采用化學清洗、置換，以及植物富集后進行集中處理等方式綜合治理，消除重金屬污染。

　　1)原位修復技術。原位修復適用于輕度污染的土壤治理工程：(1)生物修復。利用微生物、植物和動物將土壤、地下水中的危險污染物降解、吸收或者富集的生物工程技術系統(tǒng)，適用于單一或特殊的污染土壤的修復。(2)重金屬穩(wěn)定劑。適量投加重金屬穩(wěn)定劑減緩重金屬釋放和植物吸收，將污染物固定在一定區(qū)域的土壤中，適用于難以吸收和浸出的污染

　　土壤的修復。(3)抽取修復。抽取受污染地下水脫出重金屬后就地回灌，必要時用特定溶劑注入土壤中洗脫出重金屬污染物，適用于容易浸出的污染土壤的修復。(4)電動修復。主要是通過在包含污染土壤的電解池兩側施加直流電壓形成電流梯度，將土壤中的污染物質(zhì)通過電荷轉移、電滲流或電泳等途徑帶到位于電解池兩級處理室中并通過進一步處理實現(xiàn)污染土壤的解毒。該方法適用于毒性大、導電性強的污染土壤的修復。

　　2)異位修復。(1)挖掘換土。通過機械、人工等手段，使污染土壤離開原位置(與其他低含量土拌合稀釋)進行處理(化學法或電動法等去除重金屬)、利用(浸出回收重金屬或者按標準作為生產(chǎn)建筑材料的原料配料)、處置(穩(wěn)定化后安全填埋)，同時用合格的土壤(客土)回填至原污染土的取土區(qū)域，恢復原有功能或符合規(guī)劃的土壤環(huán)境質(zhì)量標準要求。該方法適用于面積大、濃度略有超標、深度淺的污染土壤的修復。(2)化學淋洗。先挖出受污染土壤，用特定溶劑注入土壤中洗脫出污染物，再將包含重金屬的液體抽取出來進行分離和凈化處理。該方法適用于水利傳導系數(shù)<10-3 cm/s 的土壤，洗凈后土壤與原土拌合符合規(guī)劃的土壤環(huán)境標準要求后回填。(3)熱處理。通過加熱方式，將一些具有揮發(fā)性的重金屬如汞、砷等從土壤中解吸出來，或者進行熱固定等。該方法適用于受揮發(fā)性重金屬污染的土壤修復。(4)穩(wěn)定/固化。物理上隔離污染物(如瀝青包裹、防水密閉包裝)或?qū)⑽廴疚镛D化成化學性質(zhì)不活潑態(tài)，需要在土壤中加入化學試劑或化學材料使土壤中重金屬不再溶出，并且建設具有防滲防水淋溶的填埋庫。該方法適用于污染較重、沒有利用價值或上述處理成本較高的污染土壤的修復。

　　2.3 調(diào)整土地使用規(guī)劃和用途

　　在環(huán)境風險可控的條件下，因地制宜變更土地使用方式或用途，減少治理工程投資和人力、物力的浪費。該方法適用于符合某些用途不致產(chǎn)生健康風險的污染土壤的修復。

　　3 土壤污染修復的主要技術措施

　　污染土壤修復的治理工程技術主要包括治理的工藝技術研究，化學藥劑、生物吸附試劑研制，吸收富集植物試種等重金屬污染防治技術和產(chǎn)品的研究與應用，同步開發(fā)對應修復工藝技術的配套裝備。

　　3.1 輕度污染場地修復技術措施

　　1)施加改良劑。通過施加改良劑使重金屬固定在土壤中，如添加有機質(zhì)可吸附重金屬量。施用重金屬吸收抑制劑(改良劑)，即向土壤施加改良抑制物(如石灰、磷酸鹽、硅酸鈣等)，使它與重金屬污染物作用生成難溶化合物，降低重金屬在土壤及土壤植物體內(nèi)的遷移能力。這種方法起到臨時性的抑制作用，時間過長會引起污染物的積累，并在條件變化時

　　重金屬又轉成可溶性，因而只在污染較輕地區(qū)尚能使用。Naidu等研究表明，每公頃Cd污染的土壤施用750 kg 石灰可使土壤中有效態(tài)Cd含量降低15%左右。也可通過控制土壤水分來調(diào)節(jié)土壤Eh，以降低重金屬污染。有機肥不僅可以改善土壤的理化性質(zhì)、增加土壤肥力，還可以影響重金屬在土壤中的存在形態(tài)以及植物對其的吸收。

　　2)控制土壤氧化—還原電位?？刂仆寥姥趸?mdash;還原條件也是減輕重金屬污染危害的重要措施。據(jù)研究，在水稻抽穗到成熟期，無機成分大量向穗部轉移，淹水可明顯地抑制水稻對鎘的吸收，落干則促進水稻對鎘的吸收。但砷相反，隨著土壤氧化―還原電位的降低而毒性增加。重金屬元素均能與土壤中的硫化氫反應生成硫化物沉淀。因此，加強水的灌溉管理可一定程度地控制重金屬的危害。

　　改變耕作制度。通過土壤耕作改變土壤環(huán)境條件，可消除某些污染物的危害。如果重金屬含量達標，但個別含量偏高，不適宜種植對該重金屬特別具有吸附性強的作物。

　　4)客土深翻。挖去污染土層，換上新土的排土與客土法，以根除污染物。但如果是地區(qū)性的污染，實際采用客土法是不現(xiàn)實的。耕翻土層，即采用深耕，將上下土層翻動混合，使表層土壤污染物含量減低。這種方法動土量較少，但在嚴重污染的地區(qū)不宜采用。

　　5)采用農(nóng)業(yè)生態(tài)(植物修復)工程措施。有輕微污染的土地可種植樹木等非食用或非飼料作物等植物工程技術進行修復以減少污染物進入食物鏈的途徑，或利用某些特定的動植物與微生物較快地吸走或降解土壤中的污染物質(zhì)，從而達到凈化土壤的目的。研究證明蕨類植物蜈蚣草對砷具有很強的超富集功能，其葉片含砷量高達8‰。蜈蚣草能通過根系吸收土壤中的砷，然后把它們存到葉片中。堇菜也是土壤修復的能手，它的主要作用是除鉛、鎘，而且這種植物非常賴活，南方北方都能生長。植物修復既能美化環(huán)境，又能清除土壤內(nèi)的重金屬隱患，實施后效果好，成本低，而且土壤結構未受破壞，安全可持續(xù)，是目前治理土壤問題最有效的辦法，適用于在土壤中重金屬含量達標的或個別偏高的地區(qū)。

　　3.2 重度污染場地修復技術措施

　　近年來，把其它工業(yè)領域，特別是污水、大氣污染治理技術引入土壤治理過程中，為土壤污染治理研究開辟了新途徑，利用物理(機械、膜等)、物理化學外加設施治理污染土壤，主要有隔離法、清洗法、熱處理、電化法等，是一種穩(wěn)定、治本的工程措施，對污染重、面積小的土壤重金屬治理具有較好的效果。但同時也產(chǎn)生了諸如投資大，消耗大量的人力物力，還可能破壞土壤結構，使土壤肥力下降等很多弊端。美國路易斯安那州立大學用電化法修復重金屬污染的土壤，其原理是在重金屬污染土壤中插入電極，然后通入低頻直流電流，重金屬離子就會在電場的作用下定向移動，并在電極附近聚集，以達到去除土壤中重金屬的目的。此方法主要適用于水分充足的污染土壤的治理，如低滲透性的粘土和淤泥土，對于傳導性差、滲透性高的砂質(zhì)土壤的修復效果較差。還有磁分離技術、陰陽離子膜代換法、生物反應器等技術，雖然大多數(shù)處于試驗探索階段，但只要積極吸收、轉化新技術、新材料，在保證治理效果的基礎上降低治理成本，提高工程實用性，均有著重要的實際意義。

　　4 土壤重金屬污染治理的對策建議

　　1)由政府國土和環(huán)境保護部門聯(lián)合組織開展土壤環(huán)境質(zhì)量日常普查，建立固定監(jiān)測點和檔案登記，各級政府對本轄區(qū)內(nèi)土壤重金屬狀況進行年度報告。

　　2) 根據(jù)全國涉及重金屬污染的區(qū)域開展調(diào)查、實測資料統(tǒng)計，可由環(huán)境保護部門組織制定污染土壤的分區(qū)(按重金屬來源)、分類(按土壤類別)、分級(按污染程度)的標準，以及土壤重金屬污染治理規(guī)劃，明確技術路線、治理的范圍和目標。

　　3)制訂可操作標準、規(guī)范體系，包括根據(jù)場地用途制訂污染土壤的修復標準，按照土地利用規(guī)劃確定治理目標;建立土壤污染管控和防治技術支撐體系，編制修復技術指南，典型治理工程調(diào)查、監(jiān)測、方案、設計、施工、監(jiān)督、驗收、后評估的技術規(guī)范;跟蹤管理和責任追究等法規(guī)和執(zhí)行體系。制定食物素菜果實的重金屬和農(nóng)藥的容許殘留量安全標準， 包括重金屬和農(nóng)藥的殘留容許量。

　　4)國家統(tǒng)一部署開展土壤環(huán)境監(jiān)測和環(huán)境風險預測與治理效果檢驗、效益的后評估等工作，實行中介化服務，采取資格考核認證，按照類別和技術能力認定服務范圍，具體項目實行以抽簽方式確定承擔單位。中介服務費用按照收費標準，由省級財政審核、支付，或由造成土壤污染的企業(yè)支付。

　　5)建立以工業(yè)園、涉重工廠、礦山等周邊和處于城鎮(zhèn)污水灌溉區(qū)域為主的土壤重金屬污染治理示范區(qū)。通過示范區(qū)平臺，研發(fā)土壤修復新技術、新產(chǎn)品和新裝備，形成系列化的修復技術、藥劑、材料和設備，在示范區(qū)內(nèi)建立兼具典型、集成、低成本、高效的修復技術體系和操作模式。

　　6)以土地環(huán)境安全利用為治理目標，按照規(guī)劃，采取“公益治理和開發(fā)治理并舉”，“邊規(guī)劃、邊修復利用”、“邊治理、邊受益”等符合我國現(xiàn)階段國情的修復治理模式。健全治理資金投融資機制，探索政府資金和市場資本等合作融資方式。比如可在城市周邊土壤修復按照“誰投資、誰受益”(PPP 模式)融資，在工礦企業(yè)周邊的土壤修復按照“污染者出資、市場化墊資和政府補助(編制治理規(guī)劃、返還排污費、減稅等)”的土壤治理資金投入的市場機制。

　　5 結語

　　對于土壤污染，必須貫徹“以防為主，防治結合、綜合治理”的方針。土壤修復應該采取政府主導，首先要制訂頒布實施土壤污染防治法規(guī)體系，根據(jù)《土壤污染防治行動計劃》(“土十條”)，控制與消除土壤重金屬污染源頭，建立動態(tài)監(jiān)控體系，按照規(guī)劃目標以市場驅(qū)動的模式推動修復治理的開展; 并進一步完善和制訂實施規(guī)則、調(diào)查摸底、防治規(guī)劃，考核治理目標落實情況，組織監(jiān)測、驗收;治理工程的實施和資金投入、開發(fā)利用、安全評估宜采取資格考核許可、市場公開招標方式選擇，保障土壤修復能夠因地制宜、經(jīng)濟適用、安全可靠的持續(xù)推進。