土壤表層重金屬污染自然修復模擬方法研究

成春芳

（山西省長治生態環境監測中心，山西長治 046000）

土壤表層所受到的重金屬污染主要包括銅、鋅、鎘、鉛、汞、鉻、砷以及鎳等。為有效解決土壤表層重金屬污染問題，本文提出一種自然修復模擬方法，致力于實現土壤表層重金屬污染自然修復[1—2]。在模擬土壤表層重金屬污染自然修復過程中，必須考慮土壤表層重金屬的隱蔽性、長期性、不可逆性以及表聚性，因此本文以土壤表層為前提進行重金屬污染自然修復。

1 土壤表層重金屬污染自然修復模擬方法研究

1.1 確定自然修復模擬測控要求

使用的土壤表層重金屬污染自然修復模擬方法為微生物自然修復，由于有些微生物具有嗜重金屬性，利用微生物對重金屬污染介質進行凈化，在土壤表層中被證明是一種很好的方法。用于土壤表層環境的處理，是一種行之有效的方法，目前已進行了積極研究。通過嗜重金屬菌，有效地吸收土壤表層中的重金屬，面對存在著土壤與細菌分離的難題，結合影響土壤表層重金屬污染自然修復的關鍵指標，確定自然修復模擬測控要求。

在實際模擬土壤表層重金屬污染自然修復過程中，真正能夠做到可測可控的物理量只有溫度以及氧氣含量，其他物理量只能通過實時的數據采集獲得。將采集到的物理量數據引入LabVIEW實現土壤表層重金屬污染自然修復數據的圖形化顯示，通過客戶端到服務器再到終端的圖形化顯示[3-5]。

1.2 自然修復數據模擬歷史擬合

在確定自然修復模擬測控要求的基礎上，添加還原性有機物質，通過還原性有機物質分解生成有機酸，再利用其活性基團與重金屬元素以及鎳等絡合或螯合，影響重金屬的有效性。本文用于修復土壤表層重金屬污染的有機物質主要有未腐熟稻草、牧草、紫云英、泥炭、富淀粉物質、家畜糞肥以及腐殖酸等。添加還原性有機物質示意圖如圖1所示。

圖1 添加還原性有機物質示意圖

通過圖1可知，在添加還原性有機物質后，將土壤表層重金屬污染自然修復數據導入數值組。自然修復數據模擬歷史擬合的儲量取決于孔隙體積和飽和度。自然修復數據模擬歷史擬合孔隙體積與重金屬污染監測分區的構造和孔隙度有關，飽和度則與數據初始化相關。所以，在自然修復數據模擬歷史擬合時可以根據重金屬污染監測分區的實際情況對以下參數做出相應的調整，分別為：重金屬污染監測分區的孔隙度、NTG、土壤表層的油水界面以及土壤表層的毛管壓力。在Petrel軟件模擬模型中可以找到自然修復數據模擬歷史擬合計算儲量包括OIP，GIP，WIP，RIP。通過對每個網格的自然修復數值模擬歷史擬合儲量，可以有效提高對土壤表層重金屬污染自然修復綜合分析的精準度，為土壤表層重金屬污染自然修復分析奠定扎實的基礎。

1.3 實現土壤表層重金屬污染自然修復模擬

完成以上操作后，以計算機為核心，應用可編程序邏輯控制（PLC）、測控軟件（LabVIEW）、數據采集與處理以及各個測量和控制設備，實現土壤表層重金屬污染自然修復模擬。考慮到不同類型的重金屬污染物在進行自然修復模擬時，因重金屬元素類型、參考標準、技術條件、處置方式、敏感受體等影響往往需要面對不同的修復目標值。即便對于同一種重金屬污染物，實際模擬修復技術工藝以及修復材料也會有明顯不同。面對復雜的模擬自然修復狀況，從材料設計和使用的角度出發考慮，需結合工程條件和修復后土壤表層面向的使用規劃，設定并綁定多種附件條件，對實際模擬發揮效用的過程進行約束。根據得出的土壤表層重金屬污染自然修復模擬結果，可分析出土壤表層重金屬污染自然修復的影響因素。如此一來，可使土壤表層重金屬污染自然修復的模擬設計能夠以需求為導向，具備較高的實際可操作性。

2 對比實驗

2.1 實驗準備

本次實驗選取某銅礦周邊的重金屬污染土壤作為實驗樣品，進行針對土壤表層重金屬污染自然修復的實驗研究。本次實驗樣品中重金屬有效態含量的化學分析結果如表1所示。

表1 實驗樣品化學分析結果

結合表1信息，實驗樣品中主要的重金屬污染元素為砷。為評定不同修復模擬方法在修復效果方面的差異性，本次實驗選擇AEB-DLYTPA碳酸氫銨-二乙三胺五乙酸作為土壤表層重金屬有效態提取劑。在此基礎上，分別使用傳統修復模擬方法以及本文設計修復模擬方法進行對比實驗，設置傳統的修復模擬方法為實驗對照組。對比實驗主要內容為測試兩種修復模擬方法的土壤表層重金屬污染自然修復率，從而評定修復率更高的修復模擬方法。本次實驗次數設定為10次，針對測得的修復率，記錄實驗結果，進而判斷兩種修復模擬方法對于土壤表層重金屬污染的自然修復能力。為避免由于外界因素造成土壤表層重金屬污染自然修復率結果的誤差，整體實驗流程均在室內進行。

2.2 實驗結果分析與結論

根據上述設計的對比實驗步驟，采集10組實驗數據，將兩種修復模擬方法下的修復率進行對比，修復率對比結果如表2所示。

通過表2可得出如下的結論：設計的修復模擬方法修復率最高可達92.14μ，實驗對照組為52.04μ，設計的修復模擬方法修復率更高，可以實現對土壤表層重金屬污染自然修復。通過對比實驗結果證明，所設計的修復模擬方法其各項功能均可以滿足設計總體要求，可以廣泛應用于土壤表層重金屬污染自然修復方面。

表2 修復率對比結果

3 結束語

土壤表層重金屬污染具有癥像隱蔽、分布不均、累積性強且長期存在等特點，中國土壤表層重金屬污染更是整體類型多、超標點位多、復合污染問題嚴重，土壤修復行業還處于“方興未艾”的階段，土壤污染防治與修復工作任重道遠。本文提出的自然修復模擬方法以生物修復為核心思想，通過植物以及微生物的自然修復在土壤表層重金屬污染修復方面取得了顯著的進展。雖然現階段土壤表層重金屬污染自然修復模擬方法仍處于不完全成熟的階段，但是自然修復模擬方法將隨著科學技術的進步而進步。