淺析土壤污染中重金屬污染修復(fù)技術(shù)的選取

周正慧

[摘要]：隨著城市化建設(shè)不斷加快和地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，一些工業(yè)企業(yè)逐漸遷出市區(qū)，場(chǎng)地將通過(guò)用地性質(zhì)的變更和置換，再次開發(fā)利用。在場(chǎng)地再開發(fā)利用前，需開展場(chǎng)地環(huán)境初步調(diào)查，經(jīng)初步調(diào)查確認(rèn)存在污染的，需開展詳細(xì)調(diào)查與健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，經(jīng)詳細(xì)調(diào)查與健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估確認(rèn)為污染場(chǎng)地的，需按規(guī)范要求進(jìn)行治理修復(fù)。重金屬污染是工業(yè)污染場(chǎng)地的重要來(lái)源，本文基于當(dāng)前土壤污染中重金屬污染物的修復(fù)技術(shù)的對(duì)比，提出選取的原則及建議。

[關(guān)鍵字]： 土壤污染 ；重金屬 ； 技術(shù)

我國(guó)于2005年-2013年期間開展了全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查，調(diào)查面積約630萬(wàn)平方公里。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，本次土壤污染狀況調(diào)查的總超標(biāo)率為16.1%，其中耕地超標(biāo)率為19.4%，林地超標(biāo)率為10.0%，草地超標(biāo)率為10.4%，未利用地超標(biāo)率為11.4%，重污染企業(yè)用地超標(biāo)率為36.3%，工業(yè)廢棄地超標(biāo)率為34.9%，工業(yè)園區(qū)超標(biāo)率為29.4%，固體廢棄物集中處理處置地超標(biāo)率為21.3%，采油區(qū)超標(biāo)率為23.6%，采礦區(qū)超標(biāo)率為33.4%，污水灌溉區(qū)超標(biāo)率為26.4%，干線公路兩側(cè)超標(biāo)率為20.3%[1]?；谏鲜鰯?shù)據(jù)，我國(guó)目前工業(yè)場(chǎng)地污染為土壤污染的主要來(lái)源。

在工業(yè)污染場(chǎng)地中，主要污染物為重金屬及有機(jī)污染物，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015上半年全國(guó)土壤修復(fù)行業(yè)中，重金屬污染項(xiàng)目占到了2/3。目前，場(chǎng)地修復(fù)工程普遍面臨施工工期短、施工場(chǎng)地有限、修復(fù)技術(shù)尚不成熟等問(wèn)題。國(guó)內(nèi)的重金屬修復(fù)技術(shù)的工藝設(shè)計(jì)、運(yùn)用尚處于初步發(fā)展階段，技術(shù)的可靠性和修復(fù)藥劑的產(chǎn)品良莠不齊。因此，如何根據(jù)場(chǎng)地實(shí)際情況判斷，選取適當(dāng)?shù)男迯?fù)技術(shù)，推動(dòng)土壤中重金屬污染修復(fù)技術(shù)和產(chǎn)品的可持續(xù)發(fā)展，是當(dāng)務(wù)之急。

1、 土壤中重金屬污染主要來(lái)源

從工業(yè)源來(lái)講，冶煉加工、化工、電鍍、電池、塑料等行業(yè)排放的重金屬均可以進(jìn)入大氣，然后經(jīng)過(guò)沉降進(jìn)入土壤；其次，含重金屬污染物的工業(yè)廢渣隨意堆放或直接混入土壤，都是土壤中重金屬污染物的主要工業(yè)來(lái)源[2]。因此，隨著城市化建設(shè)加快及地區(qū)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，大量工業(yè)企業(yè)遷出市區(qū)，導(dǎo)致了土壤中重金屬污染問(wèn)題愈發(fā)突出，重金屬污染治理也迫在眉睫。

其次，燃煤過(guò)程中也會(huì)向大氣釋放重金屬，這些重金屬最終也會(huì)通過(guò)沉降進(jìn)入土壤中。我國(guó)在2000年-2008年之間，由于燃煤量的增加使得汞的排放量不斷增加，年排放量維持在76.8-173.6噸之間，呈現(xiàn)逐年遞增趨勢(shì)[3]。雖然近些年因?yàn)槲劭丶夹g(shù)的不斷提升，汞的排放量有所減少，但過(guò)去排放的重金屬已經(jīng)沉降到土壤中，對(duì)人體健康存在長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)。

再者，隨著城市化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，交通工具的數(shù)量逐年攀升，汽車尾氣排放量越來(lái)越大，尾氣排放的廢氣中含有重金屬鉛[4]，這些重金屬也會(huì)隨沉降進(jìn)入土壤，因此，尾氣排放也是土壤重金屬污染的來(lái)源之一。

2、常見(jiàn)土壤中重金屬污染物修復(fù)技術(shù)

2.1 挖掘-外運(yùn)-填埋

“挖掘-外運(yùn)-填埋”是指將場(chǎng)地污染土壤挖掘后外運(yùn)，經(jīng)過(guò)預(yù)處理后進(jìn)入填埋場(chǎng)。此方法的局限性在于：（1）土壤填埋后并沒(méi)有消除污染，存在長(zhǎng)期的潛在危害；（2）由于長(zhǎng)期潛在風(fēng)險(xiǎn)，污染土壤填埋封場(chǎng)后，須配套進(jìn)行嚴(yán)格的環(huán)境管理，如對(duì)滲濾液、周邊土壤及地下水進(jìn)行長(zhǎng)期跟蹤監(jiān)測(cè)；（3）受相關(guān)法律法規(guī)限制，如果污染土壤經(jīng)鑒別后為危險(xiǎn)廢物，將按危險(xiǎn)廢物相關(guān)管理要求進(jìn)行處置，不僅增加管理難度，同時(shí)處置成本也會(huì)大幅上升；（4）土壤是寶貴的資源，填埋處置屬于相對(duì)消極的處置方式，不利于長(zhǎng)期可持續(xù)發(fā)展需要。

2.2 土壤淋洗技術(shù)

“土壤淋洗技術(shù)”是指通過(guò)淋洗液去除土壤中重金屬污染物的過(guò)程，利用水力學(xué)方式機(jī)械地懸浮或攪動(dòng)土壤顆粒，使污染物與土壤顆粒分離的技術(shù)[5]。具體可分為原位淋洗和異位淋洗兩種技術(shù)。“原位土壤淋洗”是指通過(guò)注入井等向土壤加入淋洗劑，通過(guò)滲透作用與污染物發(fā)生相互作用，從而將污染物從土壤中析出，并與淋洗劑結(jié)合，通過(guò)解吸、溶解或絡(luò)合反應(yīng)，最終形成可遷移態(tài)化合物。“異位土壤淋洗”是指把污染土壤清挖后，存放在固定場(chǎng)所，再通過(guò)篩分技術(shù)，將污染土壤按粒徑分離，在細(xì)顆粒土壤中添加淋洗劑，使污染物從土壤中析出，處理后的潔凈土壤可用于回填、路基使用或進(jìn)入填埋場(chǎng)。處理后含污染物的淋洗液需達(dá)標(biāo)處置[6]。

此方法的優(yōu)勢(shì)在于，適用于大規(guī)模重金屬污染場(chǎng)地及含有多種污染因子的土壤。其局限性在于（1）對(duì)于原位淋洗技術(shù)還因考慮場(chǎng)地的水文地質(zhì)情況，多用于水力傳導(dǎo)系數(shù)≥10-3cm/s、空隙多、滲透性好的土壤，如沙土、砂礫、沖積土、濱海土等[7]；（2）原位淋洗存在淋洗液向地下水遷移的風(fēng)險(xiǎn)，需要考慮修復(fù)過(guò)程中是否對(duì)地下水造成二次污染；（3）異位土壤淋洗技術(shù)，包括破碎、篩分、混合攪拌、脫水、水處理等步驟，需一整套設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，固定投資和運(yùn)營(yíng)成本均較高。（4）對(duì)于異位淋洗技術(shù)，土壤的粒徑大小、滲透性能等物理性質(zhì)直接影響處理效果及成本，根據(jù)國(guó)外類似工程經(jīng)驗(yàn)，此方法不適用于黏粒含量大于25%的土壤；（4）無(wú)論異位還是原位淋洗技術(shù)，在施工過(guò)程中使用大量的水和藥劑，后續(xù)的廢水處理也會(huì)增加處理的成本和復(fù)雜性。

2.3 植物修復(fù)技術(shù)

“植物修復(fù)技術(shù)”是指利用植物對(duì)重金屬的吸收、富集和轉(zhuǎn)化作用將土壤中的重金屬去除或降低毒性的及時(shí)。植物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于，植物修復(fù)處理成本相對(duì)較低，同時(shí)有利于土壤生態(tài)系統(tǒng)的保持和環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。其局限性在于：（1）植物修復(fù)技術(shù)限制了場(chǎng)地的再開發(fā)利用；（2）植物對(duì)重金屬的吸收、富集和轉(zhuǎn)化過(guò)程是一個(gè)相當(dāng)緩慢的過(guò)程，非常耗時(shí)；（3）超累積植物是在重金屬脅迫條件下的一種適應(yīng)性突變體，往往生長(zhǎng)緩慢，生物量低，氣候環(huán)境適應(yīng)性差，具有很強(qiáng)的富集專一性[8]，因此，污染物濃度、土壤結(jié)構(gòu)、鹽堿度、pH值等因素都可能限制超積累植物植被的正常生長(zhǎng)；（4）被富集的污染物可能通過(guò)落葉再次回到土壤中去；（5）人類或動(dòng)物誤食超積累植物可能帶來(lái)食物鏈被污染的風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 重金屬固化/穩(wěn)定化技術(shù)

重金屬固化/穩(wěn)定化技術(shù)通常包括穩(wěn)定化和固化兩種類型，其中，穩(wěn)定化技術(shù)，是指通過(guò)轉(zhuǎn)換污染物的形態(tài)，使其轉(zhuǎn)化為不易溶解、遷移能力或毒性小的形態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)害化處置，以降低其對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的危害風(fēng)險(xiǎn)[9]。自80年代起，該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在美國(guó)、歐洲、澳大利亞等地廣泛應(yīng)用，也是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用較廣泛的重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)。而固化技術(shù)，是指通過(guò)物理作用將污染物包裹在不透水或者滲透性很低的固態(tài)材料中，降低污染物與溶液的接觸面積或接觸量，從而限制污染物的遷移，降低對(duì)環(huán)境的危害。

固化/穩(wěn)定化技術(shù)可以原位實(shí)施，也可以異位實(shí)施，常用的工藝是將固化/穩(wěn)定化藥劑與污染介質(zhì)（土壤）充分混合與養(yǎng)護(hù)，通過(guò)一系列物理化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，最終將污染介質(zhì)中易析出的重金屬處理為長(zhǎng)期穩(wěn)定低溶出的形態(tài)。通常會(huì)根據(jù)修復(fù)場(chǎng)地的操作場(chǎng)地的布局及空間、污染物的污染深度及固化/穩(wěn)定化使用的藥劑類型，來(lái)實(shí)際選擇采用原位還是異位技術(shù)。

固化/穩(wěn)定化技術(shù)優(yōu)勢(shì)在于處理時(shí)間短、使用范圍廣、工程實(shí)施便捷、費(fèi)用相對(duì)低廉。其技術(shù)局限性在于：穩(wěn)定化技術(shù)由于未從土壤中去除污染物，因此修復(fù)后土壤的最終處置方式受到一定的限制。穩(wěn)定化修復(fù)后土壤理想狀態(tài)可用于回填，一般可作為路基材料、防護(hù)綠化帶或填埋場(chǎng)中層覆土等使用。

3、土壤中重金屬污染修復(fù)技術(shù)篩選原則

修復(fù)技術(shù)的選擇需要考慮場(chǎng)地現(xiàn)狀、開發(fā)計(jì)劃、處置成本等客觀因素，在修復(fù)結(jié)果達(dá)標(biāo)的首要前提下，修復(fù)技術(shù)的比選需遵循以下原則：

（1） 根據(jù)目標(biāo)污染物的物理化學(xué)特性及生物可降解性來(lái)選擇修復(fù)技術(shù)，確保修復(fù)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)原理與目標(biāo)污染物的特性相匹配。

（2） 根據(jù)場(chǎng)地水文地質(zhì)條件、污染范圍和濃度分布、利用現(xiàn)狀，以及場(chǎng)地未來(lái)用地規(guī)劃等因素選擇適宜的修復(fù)技術(shù)，能夠達(dá)到修復(fù)目標(biāo)值及國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，并能夠去除或控制場(chǎng)地污染源及其遷移暴露途徑，以修復(fù)或控制場(chǎng)地周邊及人群污染風(fēng)險(xiǎn)。

（3） 選取相對(duì)成熟可靠的修復(fù)技術(shù)，同時(shí)考慮施工的便捷性及可獲取的資源，如設(shè)備、人員、水電供應(yīng)等，以確保修復(fù)工程能順利執(zhí)行。

（4） 合理安排修復(fù)周期，在滿足開發(fā)規(guī)劃要求的同時(shí)，盡量選擇修復(fù)時(shí)間短的修復(fù)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)土地開發(fā)利用價(jià)值的最大化。

（5） 考慮場(chǎng)地污染種類和污染程度的差異性，結(jié)合不同修復(fù)技術(shù)的適用類型及其優(yōu)勢(shì)點(diǎn)，在保證修復(fù)效果的前提下盡可能減少修復(fù)費(fèi)用。

4、結(jié)語(yǔ)和展望

目前，土壤中重金屬污染修復(fù)技術(shù)各有利弊，在實(shí)際選擇過(guò)程中，需要根據(jù)污染物的范圍及濃度分布，結(jié)合修復(fù)目標(biāo)、場(chǎng)地的水文地質(zhì)情況、項(xiàng)目的工期、修復(fù)資金、施工的便捷性等因素綜合考慮，選取最適合場(chǎng)地實(shí)際情況且經(jīng)濟(jì)可行的修復(fù)技術(shù)。

其次，隨著科技發(fā)展日新月異，土壤中重金屬污染的來(lái)源與種類也越來(lái)越多樣化、復(fù)雜化，對(duì)人體健康存在長(zhǎng)期風(fēng)險(xiǎn)。目前通用的修復(fù)技術(shù)尚未完全成熟，不能徹底有效消除土壤中重金屬污染，因此我們面臨重金屬污染形勢(shì)依舊嚴(yán)峻。研究及發(fā)展復(fù)合式修復(fù)治理方式，例如螯合劑-植物技術(shù)[10]、電壓-植物技術(shù)[11]等，是未來(lái)土壤中重金屬污染修復(fù)治理的發(fā)展趨勢(shì)及重要手段。

[參考文獻(xiàn)]：

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5. 張瑋 土壤淋洗試驗(yàn)機(jī)總體及淋洗系統(tǒng)設(shè)計(jì) 機(jī)電信息 2015年第15期

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7. 李玉雙、胡曉鈞、孫鐵珩、侯永俠、宋雪英、楊繼松、陳紅亮 污染土壤淋洗修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展 生態(tài)學(xué)雜志 2011，30（3）

8. 崔德杰、張玉龍 土壤重金屬污染現(xiàn)狀于修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展 土壤通報(bào) 2004，35（3）

9. 林志堅(jiān)、畢薇 重金屬污染土壤固化/穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)及設(shè)備研進(jìn)展 廣東化工 2016年第14期

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11. Virkutyte J， Silanpaa M， Latostenmaa P Electrokinetic soil remediation –critical overview [J] Science of the Total Environment 2002，289（1-3）