湖南土壤重金屬污染現(xiàn)狀及治理修復(fù)技術(shù)分析

(成都理工大學(xué) 四川 成都 610059)

一、引言

土壤是能提供植物生長必須營養(yǎng)成分的疏松表層，是維系人類社會正?；顒颖夭豢缮俚奈镔|(zhì)基礎(chǔ)，也是自然界大循環(huán)中不可缺少的部分。但是隨著人類工業(yè)化進(jìn)程的加快以及土地使用程度的進(jìn)一步加深，導(dǎo)致土壤化學(xué)污染現(xiàn)象十分嚴(yán)重，從而致使土地營養(yǎng)成分的流失、土壤酸堿化嚴(yán)重等現(xiàn)象出現(xiàn)的頻率越加頻繁。隨著大量化學(xué)污染物融入土壤之中，土壤重金屬污染已經(jīng)成為當(dāng)前嚴(yán)重的社會問題，對被污染的土壤進(jìn)行治理修復(fù)迫在眉睫。

二、湖南土壤重污染概況

湖南是全國知名的糧食種植基地和有色金屬開采基地。2017年全省糧食產(chǎn)量3073.6萬噸，排名全國第九，金屬資源極其豐富，錳、釩、鉛、鋅等資源的含量均居于全國前列?！逗鲜「邩?biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)規(guī)劃》表明，在湖南全境所有耕地中，被重金屬污染者達(dá)到了四分之一。同時得益于豐富的金屬礦藏，全省有色金屬產(chǎn)業(yè)鏈完備且發(fā)達(dá)，擁有華菱鋼鐵集團(tuán)、株洲化工集團(tuán)等知名工礦企業(yè)。但是金屬礦藏的開采也不可避免的帶來了土壤重金屬污染的威脅。在《全國重金屬防治重點區(qū)域競爭性評審》中表明，湖南省有11個全國重金屬重點防治區(qū)域，占全國所有區(qū)域的三分之一。因此解決由重金屬污染導(dǎo)致的土壤污染，已經(jīng)成為湖南省所必須面對的問題。

三、湖南土壤重金屬污染的主要來源及危害

(一)內(nèi)部因素

內(nèi)部因素是指土壤本自身的金屬含量，不同的成土母質(zhì)、不同的成土環(huán)境都會導(dǎo)致土壤自身金屬值的高低。湖南金屬含量豐富，土壤中Hg、Pb、As等等對生物有較大毒性的金屬在土壤中原有含量就非常高，因此相對于其他地區(qū)更容易產(chǎn)生耕地重金屬污染。

(二)外部因素

外部因素主要與人類活動相關(guān)。特別是隨著工業(yè)的發(fā)展和金屬的大量使用，導(dǎo)致土壤中的重金屬含量進(jìn)一步加深。外部因素主要分為以下三類：

1.工礦企業(yè)排放廢棄物及不當(dāng)開采

工礦企業(yè)導(dǎo)致土壤重金屬污染的原因有如下幾類：①由于生產(chǎn)技術(shù)的原因，現(xiàn)有的工礦企業(yè)其實對礦產(chǎn)資源的利用率并不高，對廢棄礦物的處理流程也不完善。特別是主要采礦區(qū)周邊，廢棄礦堆、礦渣等隨處可見。事實上這些廢棄礦物中依然有為數(shù)不少的金屬含量可供開采，隨意丟棄不僅導(dǎo)致資源浪費，還會使廢棄物中的有毒產(chǎn)物和金屬就地堆積，造成堆積地土壤重金屬的嚴(yán)重污染。②開采后的原礦、半成品礦物，因為運輸原因?qū)е卵赝镜袈洌苯游廴玖诉\輸線路及線路附近的農(nóng)田耕地。③礦物企業(yè)排放的廢水所致的土壤重金屬污染。因為礦物開采及提純過程中需要大量水的參與。因此工礦企業(yè)產(chǎn)生的廢水中重金屬含量相當(dāng)高。這些嚴(yán)重污染的廢水未經(jīng)處理直接排放，造成了河流和重金屬的污染。而農(nóng)田耕地采用這些被污染的水源進(jìn)行澆灌，進(jìn)一步加劇了土壤被重金屬污染的情況。更為嚴(yán)重的是，此類耕地上生長的動植物，其體內(nèi)重金屬含量高出其他區(qū)域動植物數(shù)倍，給人類的身體健康和自然界生態(tài)系統(tǒng)造成了非常嚴(yán)重的威脅。

2.農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及開發(fā)過程中產(chǎn)生的有毒有害物質(zhì)

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的有害物質(zhì)主要來源于化肥和農(nóng)藥，為了達(dá)到殺滅蟲害的目的，農(nóng)藥中往往添加大量的有毒重金屬及苯系物，如Pb、Hg等等。這些重金屬難以生物降解，一般都會殘留于土壤和植物體內(nèi)?；手写嬖诖罅康乃岣x子，這些酸根離子通過雨水的淋濾作用進(jìn)入土壤，導(dǎo)致土壤酸化。同時由于化肥的過量使用，會導(dǎo)致土壤中As、Cu、Zn等元素的含量超標(biāo)，造成土壤重金屬污染。

3.空氣中的重金屬

空氣中的重金屬污染主要來源于汽車尾氣、工礦企業(yè)排放的工業(yè)廢氣以及由于其他原因漂浮于空氣中的金屬粉塵。這些粉塵多分布于工礦企業(yè)上空亦或運輸?shù)缆费鼐€，并通過自然沉降和雨水淋溶作用進(jìn)入土壤。這些粉塵與雨水結(jié)合，導(dǎo)致雨水酸化，不僅造成沉降其上的耕地被重金屬污染，還會導(dǎo)致土壤酸化板結(jié)，微生物無法生存，從而失去土壤育肥能力。

(三)湖南土壤重金屬污染的主要特點

湖南耕地被重金屬污染的現(xiàn)象如此嚴(yán)峻，主要還是與礦產(chǎn)冶煉及全行業(yè)鏈發(fā)展技術(shù)不完善有關(guān)。全省雖然金屬礦藏豐富，但由于開采技術(shù)的限制，原礦使用率不及二分之一，伴生礦藏甚至不足四分之一。冶煉開采技術(shù)的不足，必然導(dǎo)致大量礦產(chǎn)的浪費，同時對礦業(yè)污水的處理亦不完善，相關(guān)礦區(qū)和河流地下水受到污染的事件時有發(fā)生。耕地進(jìn)行農(nóng)業(yè)化生產(chǎn)時使用這些被污染的水體，進(jìn)一步加劇了土壤被重金屬污染的情況。

四、當(dāng)前湖南省修復(fù)土壤污染的主要措施

當(dāng)前湖南省面對土壤污染困局，采用的主要修復(fù)方法有三類，分別為物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)及生物修復(fù)。

(一)物理修復(fù)

物理修復(fù)主要指在施工過程對被重金屬污染的土壤現(xiàn)直接進(jìn)行改善。如換土、去表土和翻土等等。如若土壤污染并不嚴(yán)重，尚可進(jìn)行生物類降解，就采用翻土的方法，將表土下未被污染的土壤翻覆至被污染的表土上，讓被污染的土壤覆于地下自行降解；如果表層土壤污染比較嚴(yán)重，但并未涉及所有區(qū)域，就采用去表土的方法，將上覆的被污染表土去除；如果整塊區(qū)域已被嚴(yán)重污染，就采用換土的方式，將被污染的土壤整塊搬運至其他區(qū)域，再將未被污染的全新土壤搬運而來。由于重金屬污染有影響深，范圍大的特點，所以在實際工程治理中，換土的效果是最好的，但是這種方法操作復(fù)雜，同時已經(jīng)被污染的土壤搬遷至別處也會造成二次污染，因此不適合進(jìn)行大面積的修復(fù)。

(二)化學(xué)修復(fù)

化學(xué)修復(fù)是指在被污染的土體中注入化學(xué)溶劑，將指定的重金屬溶解或生成無毒沉淀固體后再抽離出來的技術(shù)，以達(dá)到將重金屬和土壤進(jìn)行分離的目的。

對于可溶性重金屬污染離子，用于治理的化學(xué)溶劑多是一些水、酸、堿、鹽的無機溶劑，根據(jù)不同的污染物來側(cè)重選擇不同類型的藥液。將溶劑噴灑于受污染的土體之上，使溶劑中的中性離子與可溶于水的金屬離子交換，將重金屬離子分離開來，同時中和由于金屬污染而導(dǎo)致的土壤PH值偏離。這種方法見效很快，但是專用的化學(xué)溶劑往往造價昂貴，而且化學(xué)元素往往會對當(dāng)?shù)貏又参镌斐善渌绊?，一旦使用不?dāng)，損失將難以估計。因此這類通過溶液離子交換來排除重金屬污染的方法還有很大的進(jìn)步和發(fā)展空間。

對于不可溶性污染金屬離子，就采用添加溶劑生成無毒固體的形式，將土壤中的重金屬進(jìn)行集聚，并降低其可遷移性。這類方法更為簡單有效，但是無法將金屬離子徹底去除，能以其他的形態(tài)存在，無法達(dá)到一勞永逸的效果。

(三)生物修復(fù)

生物修復(fù)是目前應(yīng)用較廣的方法，主要包括植物修復(fù)、動物修復(fù)及微生物修復(fù)。

植物修復(fù)是指在被污染的土壤上種植特定的植物，這些植物將吸附土壤中的重金屬元素，使離子富集與植物體內(nèi)，從而減少土壤中的重金屬含量。這些植物不同于普通植物，對特定金屬具有極強的吸附能力，如加拿大楊吸附金屬汞、向日葵吸附金屬鎘，紫花苜蓿吸附金屬銅等等，由于既能治理土壤中的金屬污染，又能美化環(huán)境，加之這些植物本身也具有一定的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，因此采用植物修復(fù)是目前最為常用的方法。

動物修復(fù)原理與植物修復(fù)類似，也是通過特定的，具有金屬耐受性動物對被污染的土體進(jìn)行重金屬富集。目前發(fā)現(xiàn)可吸收重金屬的動物有蚯蚓、腐生波豆蟲和梅氏扁豆蟲等等。微生物修復(fù)是指利用一些微生物的特性來對植物進(jìn)行改造，使原本不能分解、轉(zhuǎn)化重金屬離子的植物具有這種能力，從而降低土壤的重金屬污染。目前發(fā)現(xiàn)有修復(fù)作用的真菌和細(xì)菌有黑曲霉菌、假單胞桿菌等。

五、結(jié)語

湖南金屬儲量豐富，但由于開采及施工技術(shù)的原因?qū)е轮亟饘傥廴粳F(xiàn)象十分嚴(yán)重，加之污水處理方面的不足，導(dǎo)致被重金屬污染的土壤區(qū)域進(jìn)一步擴(kuò)大。目前污染區(qū)主要分布于有色金屬礦區(qū)、湘江流域及洞庭湖沿岸。由于洞庭湖區(qū)域是湖南主要的糧食產(chǎn)區(qū)，因此進(jìn)行土壤重金屬的修復(fù)治理勢在必行，否則影響不可估量。目前的重金屬修復(fù)技術(shù)主要分為物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)以及生物修復(fù)三類，隨著金屬開采技術(shù)的進(jìn)步，有三類方法疊加修復(fù)的趨勢，因為單一的修復(fù)方法難以達(dá)到完全修復(fù)土壤的目標(biāo)。同時考慮到實用性、經(jīng)濟(jì)性及環(huán)保性，生物修復(fù)的應(yīng)用最為廣泛。隨著生物技術(shù)的不斷發(fā)展，相信在不久的將來，運用這種技術(shù)對被重金屬污染的土壤的進(jìn)行治理，并與物理修復(fù)和化學(xué)修復(fù)相結(jié)合，將成為未來土壤修復(fù)技術(shù)的主流。