河北省重金屬污染土壤修復技術及其修復實踐

齊劭乾，安 迪

（河北省地質環境監測院，河北 石家莊 050023）

土壤質量對我國農業發展的影響力較大，土壤質量問題一直是我國農業研究中的重點之一。倘若土壤受到重金屬嚴重污染，很容易引起植物基因變異，進而抑制其正常的成長與發育。我國土壤污染以農田、建設用地為主。因為污染源存在較大差異，需采取不同的技術或劃分風險控制區來完成對土壤的針對性修復。

1 案例分析

在河北省唐山市古冶區范各莊鎮，某焦化企業常年在廠區外及張莊戶村漁場岸邊非法傾倒、填埋大量固體廢物，甚至包括該公司產生的危險廢物和未經處理的生活垃圾等等，已覆蓋區域高達數百畝，嚴重污染土壤和周邊環境。工業垃圾中的污染物嚴重破壞了當地的土壤質量，使周邊居民的生物畜牧和種植產業受到了極大的傷害。在對該地塊場地調查研究基礎上，分別擴展闡述不同類型技術方法及效果來為土壤修復提供策略。

2 重金屬土壤污染分析

全面論述重金屬土壤污染的災害性及目前尚有的治理策略，對技術人員掌握重金屬土壤污染的治理基礎情況有所幫助，從中吸取教訓，為其下一步修復技術的相關運用給予方向[1]。土壤重金屬污染的危害程度：依據有關的學術科研機構公布的具體數據來看，我國耕地中鉛、汞等重金屬污染面積約2000 萬m2，大致占據耕地總面積的1/5；且重金屬對人體危害極大，易誘發引起人體多種惡性疾病，這些情況迫使我國及時采取行之有效的污染治理工作，切實提升土壤質量。

3 我國重金屬污染土壤現狀與問題分析

3.1 土壤重金屬污染的形勢

一般來說，土壤中的重金屬污染源種類繁多，包括鎘、鉻、鉛、汞等。據市場調查以及有關數據顯示，我國沿海及中西部多個省份均被列為重點治理對象。其中汞污染最為普遍，每年影響近3 萬公頃土地，直接導致水稻減產5 萬噸，使產量大幅下降。由此可見，土壤重金屬污染對我國糧食工業的發展和人民生活有很大程度的影響[2]。另外，重金屬會與人體內的蛋白質和酶發生強烈的相互作用，導致其失活，危害人體的某些器官。一旦超過人體耐受限度，就會引發亞急性或者慢性中毒。如，日本的水俁病由汞污染導致的、骨痛是鎘污染造成的，還有其他一些由重金屬污染而引起的。

3.2 土壤重金屬污染問題分析

焦化廠工序復雜，污染節點眾多，如備煤和裝煤在運輸裝卸、篩分過程中產生煤塵和焦塵，原煤洗選過程中產生的廢水、矸石都會產生重金屬污染；煉鋼、煉鐵環節均會產生含大量有害重金屬元素的廢氣廢水。這些污染物通過揮發沉降、滲透淋濾等形式進入土壤和地下水。近年來，由于城市布局戰略的實施，部分煉焦企業陸續搬遷。然而，這些殘留場所的土壤中含有大量致癌、致畸和致突變的污染物，對人體健康造成很嚴重的影響，因此，焦化場地的土壤污染調查和特征分析已逐漸引起社會各界的關注[3]。

長期以來，理論界和實踐界對污染物的研究主要集中在水和大氣上，而對土壤污染物的積累和遷移相對較晚。在選煤過程中，工廠會產生大量工業廢水與煙氣，這二者都會造成嚴重的污染。通過對北部鋼鐵廠土壤中的重金屬污染進行實地調查，發現原來的煉焦廠和苯廠的土壤污染最嚴重，主要污染物是錳、銅、砷、汞、鎘、鉛等。

3.3 重金屬污染土壤的修復

重金屬污染土壤修復指的是借助特定的化學、物理或生物方法去除土壤中的重金屬，或采用某種技術手段限制其向外界或其他部位擴散，從而達到土壤修復的預期目的。

4 重金屬污染土壤修復技術的應用措施

4.1 化學修復技術在重金屬土壤污染中的應用

化學修復技術是我國重要的污染治理技術之一，其中使用的化學試劑能夠有效通過化學反應處理突然中的污染物質，起到緩解和解決污染問題的效果。

重金屬污染土壤的化學修復方法是在土壤上噴灑一些具有化學性質的化學物質，以完成土壤的播種改良。化學修復的主要方式是依靠試劑與重金屬的氧化還原反應，將污染物質有效轉換為對土壤沒有危害性的其他化合物。

4.2 化學固化法

土壤中重金屬的形態結構決定了重金屬的遷移。土壤的理化性質會影響重金屬的形態，更改參數可以在一定程度上控制重金屬在土壤中的遷移。化學固化法的基本工作原理便是通過固化劑吸附住重金屬污染物，阻斷其在土壤中的繼續擴散。重金屬化學固化的目的是借助添加固化劑改變土壤的理化性質，依靠吸附或沉淀降低土壤的流動性。重金屬在土壤中的固定不單單能夠降低深層土壤及地下水污染，并且能夠重建土壤植被。

對焦化公司周圍地區的土壤進行了分析，發現從地表到地面的土壤污染深度為2.3m，因此，在0m 至4m 的深度處收集樣本。測試結果確定錳，銅和砷，汞，鎘，鉛和其他重金屬超過了標準并確定了修復值。此外，對該植物地土壤質量的分析表明，從地表到地表以下23m 的土層能分為6 種類型。通過化學固化法可有效解決該地的土壤污染問題，通過固化劑對重金屬的吸附作用降低上述重金屬對土壤的傷害。所用的固化穩定劑與生石灰，硫化鈉，磷酸二氫鉀，氧化鋁，水泥，鐵粉等混合，其中石灰用于調節土壤的pH 值。磷酸鹽，氯氧化物，硫化物等。與重金屬和水泥結合作為固化基礎材料。固化穩定過程包括土壤預處理和穩定過程。其中，前者需要對試驗地的土壤進行破碎、篩選與控水處理。后者則需要添加穩定劑、攪拌、水土保持。后續的攪拌階段需要確認土壤和穩定劑之間的融合程度，確保土壤的溫度處于15℃與25℃之間，整個過程需要持續4 至5 周的時間。

4.3 土壤淋洗法

土壤淋溶是由逆轉重金屬在土壤中的離子吸附和沉淀，將重金屬從土壤中轉移到土壤淋溶液中。土壤提取物將清除殘余物并分散挖出的土壤。經過上述操作后，它將與提取物充分結合。此時，重金屬會轉移到土壤提取物中，殘留的提取物可以通過浸水去除。處理過的土壤達到常規水平，便能重復使用，應用的關鍵是提取物，它需要提取其中所含的重金屬而不破壞土壤的原始結構。

4.4 動電修復法

電動修復是將低直流電極插入污染土壤之中。電流通過后產生的磁場會將重金屬離子吸附到電極上，從而實現重金屬物質的回收工作。重金屬借助電滲和電遷移作用遷移到電極上，能夠很好的控制其污染物的流動。

4.5 礦物修復技術在重金屬土壤污染中的應用

重金屬一般存在于巖石層以及土壤之中，對于土壤沒有直接性的影響。因為工業企業在其生產、采選礦、冶金等操作下，巖石和土壤之中的重金屬被完全的揮發。重金屬成分繼而被土壤所吸收，導致土壤中所含比例超標。土壤中的礦物質能夠起到化解重金屬問題的作用，這是一種利用自然分解效應的方法。一般來說，用于礦物修復的天然礦物主要來自礦山，凹凸棒土、膨潤土等粘土礦物對重金屬具有吸附作用。

4.6 生物修復技術在重金屬土壤污染中的應用

生物修復技術主要涵蓋植物修復與微生物修復。

（1）植物修復，是指自然生長或運用基因栽培法培育的植物，具有修復重金屬污染的土壤的作用，依據作用原理及過程的不同，可將其劃分為植物的揮發、提取和穩定等不同種類。例如，在蕨類植物修復技術領域，采用自然生長或栽培的方法，減少土壤中的其他污染物，使土壤得到充分恢復。蕨類植物主要適合工業污染土壤。它們可以處理各種重金屬以及特殊有機顆粒物，如鉛、鋅、汞、五氯酚油、多環芳烴等。

（2）微生物修復，可以利用帶電細胞和自身代謝對土壤中的重金屬離子進行生物吸附與溶解；另外，微生物還可憑借其氧化還原反應有效減少重金屬的毒性，從而降低重金屬對土壤污染的程度。

4.7 物理化學修復技術在重金屬土壤污染中的應用

物理分離修復技術具有設備簡單，成本低廉，連續高產的優點。但是，在特定的分離操作中，物理技術的應用可行性受到諸多外部因素的深刻影響。污染物的濃度與存在介質的物理特性都會對該方法的處理效果產生較大的影響作用。采用物理技術修復重金屬污染土壤時，還應注意揚塵控制。

（1）換土法。輕度污染采用深耕法；重污染區處理時，多采用外來土的方法。土壤置換對土壤重金屬污染具有良好的修復效果。其優點在于方法成熟，綜合整治。其主要劣勢是工程量大，投資稍高，易造成土壤肥力降低。

（2）分離修復法。分離修復法是一種以顆粒篩分處理、水力分離處理、脫水分離處理為主要處理方式的污染修復方法。該方法在小規模的土壤污染問題處理中能發揮出較為出色的效果。利用二次分離法可以有效地將重金屬從沉積物、土壤和廢渣中分離出來，并在很大程度上恢復土壤的常規功能。

（3）隔離法。土壤隔離法指的是使用不透水的隔離材料對重金屬污染區域進行隔離和分區。隔離法適用于重金屬污染土壤。土壤中的重金屬污染物會隨著地下水的流動而流動，最終導致地下水污染。

（4）熱力修復法。熱修復技術涉及利用熱傳導或輻射來完成土壤修復，包括高溫原位加熱修復技術、低溫原位加熱修復技術和電磁波原位加熱技術，主要用于汞污染。

5 結語

綜上所述，如果土壤中重金屬污染得不到有效控制，從長遠來看，將會降低農作物的質量和產量，甚至會帶來地下水污染問題。面對土壤重金屬污染，修復與治理工作迫在眉睫。因此，要重視分析土壤重金屬污染的成因，正視其危害性，綜合運用多種修復技術，有效提高修復效率和質量，達到優化土壤質量的目的。另外，需加強污染源控制，以便在最短的時間內獲得最大的修復效果，加快生態系統良性循環。