土壤環境監測與修復技術研究

吳衛海，王旭東，劉合建

（山東省棗莊生態環境監測中心，山東 棗莊 277000）

1 土壤污染及其特性

1.1 土壤污染物的種類概述

在山東棗莊地區，最常見的土壤污染物有無機物、有機農藥、有機廢棄物、化學肥料和放射性物質等。以上污染物在經過試驗測試后，發現其成分不一但卻有共通性。如果這些污染物沒有經過科學、合理的處理，就直接排放到土壤中，將會對環境造成嚴重危害，而且，其中的部分化學成分會嚴重危害人們的身體健康以及財產安全。

（1）無機物主要包括重金屬，酸、鹽、堿等。當這些物質直接排放到土壤環境中，很難被土地自然降解，且當土壤中的含量超過5 mg/m3后，會散發出有害氣體。

（2）有機農藥主要包括殺蟲劑、除銹劑等，這些物質多為酸性或堿性液體，當少量排放到土地中時，危害性不高；但如果大劑量地排放到土壤中，就會嚴重威脅人身安全。

（3）有機污染物主要分為兩種不同的類型，分別是土壤自身可降解的廢棄物和難以降解的廢棄物。當前，有機廢棄物的概念比較廣泛，也是最常見的污染物種類。

（4）化學肥料主要包括污泥、礦渣、粉煤灰等，這些物質主要來源于項目施工現場殘留的或在設備運輸過程中遺落的。如果少量排放到土壤中，不會帶來極其嚴重的環境污染問題；但如果大劑量地排放或長時間覆蓋在土地表面，就難以降解，而其成分中的汞、鎳等會使周圍土壤受到影響，從而會轉化為酸性或堿性土地。

（5）放射性物質則是上述污染物中最少見的一種，但危害性卻最高。經有關專業人士定義后認為，當前社會上常見的放射性物質有钚、鈾、黏土、花崗巖、建筑石材等，這些物質本身具有極強的擴散性，除了對土地會造成污染外，更會對接近的人體產生不可逆轉的危害。近些年，雖然放射性物質大面積感染的現象十分少見，但每次出現都會帶來極其嚴重的負面影響，并且縱觀我國的發展歷史，在交通線路，重工業廠區，周圍土地都會不同程度地出現污染現象。其中，部分未經審核的非法工廠，更會導致周圍土地出現嚴重的重金屬污染問題。同時，隨著我國居民區住宅面積的不斷擴大，很多廠區周圍也開始興建宿舍或居民區等，但隨著土地問題的不斷惡化，將會嚴重影響居民的人身安全。

1.2 土壤污染特性

（1）土壤污染具有隱蔽性和滯后性。其中，隱蔽性是指當土壤內部出現重金屬污染物或病毒時，短期內不會呈現出明顯的外在癥狀，而污染物則會長期隱藏于土地中，并不斷擴散，這時土壤內部的微生物也難以將其降解，且隨著時間的不斷推移會導致土壤環境嚴重惡化。而滯后性則是因為環境本身就具有一定的修復能力，當重金屬等污染物排放到土壤環境中時，短期內會被其自身的凈化能力進行處理，不會出現明顯的隱患，但隨著時間的不斷推移，環境自身的凈化能力有限，就會逐漸出現很多的環境問題。另外，土壤污染還具有區域性，由于每個地區的地勢結構都存在一定差異性，所以其周邊的產業結構也各有不同，例如，部分地區會興建重工業，但少部分地區卻只有種植業和輕手工業。因此，出現的土壤污染問題也會存在一定差異，如重工業工廠較多的地區，其周邊會頻繁出現重金屬污染等問題，而種植業較多的區域周邊則會頻繁出現化肥或生物污染等問題。

（2）經實驗表明，通常情況下重金屬等工業污染會具有3～6個月的潛伏期，但當重金屬的含量超出10 mg/m3之后，土壤會逐漸向酸性轉化，若長期得不到治理，就會導致微生物滅絕，而土壤釋放出的刺激性氣味，也會使地下水源受到污染，甚至還會危及群眾安全。而化肥等污染則具有更強的潛伏期，通常情況下會在1年以上。一般情況下，化肥等產品的內部主要是無機物，但當積存的數量達到固定標準后，其本身存在的P和N等元素也會對環境造成嚴重污染。

2 環境監測的內涵

環境監測是環境執法的主要依據，也是工作人員對周圍環境進行評定的主要手段。自上世紀初以來，我國的土壤污染事故頻繁發生，因此，政府機關和社會各界都開始明確放射性物質的危害性，并逐漸了解其對周圍環境和人體健康的影響。當前，越來越多的人開始認識到環境監測的重要性，國家也開始加大力度對放射性、污染性物質進行重點監測，主要是為了實現環境健康無污染的可持續發展。

但隨著我國社會經濟的不斷發展，能源的需求量越來越大，導致重工業的產業數量激增，而隨之土壤環境污染問題日益加劇。因此，環境監測的重要性得到了良好體現。在實際的環境監測工作中，如果沒有根據實際情況進行妥善的環境污染監測和質量評估，就會導致周邊環境持續惡化，最終會影響人們日常的生產生活。所以，工作人員必須要積極投入環境監測工作，同時，還要明確具體的工作目標和工作流程，做好各部門聯動，實現環保目標。

具體來說，環境監測工作主要分為以下幾個流程，分別是現場勘察、監測點位布防、樣品數據收集、樣品數據監測和最終的信息評估，以上步驟都具有較強的嚴謹性，這就要求工作人員應事先查找準確的參考數值，然后再進行后續工作。具體的工作流程是，首先，工作人員要明確依據環境監測現場地形特點制定的調查方案；然后，再對污染物的來源，設備性能，污染物的排放情況以及特定成分污染物的濃度進行詳細勘察，同時，也需要借助儀器設備對現場的水體環境，地理環境和氣象條件進行綜合測評，最后；在確定開展后續工藝時所需要注意的事項，但要結合多方資料。另外，采樣和信息收集點位的位置和布置的數量，需根據實際情況進行詳細測算后再指定，同時，工作人員還要對樣品進行合理的采集和保存，要在第一時間將樣品進行整理，并根據相關工藝進行綜合評價，最后結合具體的數據制作出監測報告。

3 土壤環境監測中面臨的問題

現階段，科學技術飛速發展，新型科學技術層出不窮，不僅給各行各業的生產效率帶來了助力，也給土壤環境監測工作提供了一定幫助，這對于建立環境友好型的社會具有十分深遠的現實意義。當前，雖然隨著技術的更新和實踐經驗的不斷增加，土壤環境監測工作已取得了一定成就，但在社會飛快發展的背景下，現有的工作體系已經出現了一定局限性，所以，工作人員必須要在實踐過程中不斷收集經驗，從而有效解決現存的實際問題。

3.1 監測制度不完善

土壤監測工作是一項必須要依托數據，且需要工作人員具有較高的工作效率，但截至目前，我國在土壤環境監測評價體系和氣相的有關規章制度方面仍然存在較大的缺陷，同時，又由于我國相關的土壤監測工作起步較晚，致使很多環境監測環節的效率始終無法達到預期，且部分工藝也無法快速落實，這主要是沒有完善的監測制度作為依托。

首先，沒有制定完善的前期考核體系。在實際的環境監測工作中，因土壤監測工作本身的技術含量較高，所以，在實施相關工藝之前，必須要有針對性地進行現場勘察，明確已知的各項信息是否準確，且現場的地形地貌和氣象條件是否會隨時發生變化。工作人員只有掌握這些具體特點，才能快速地調整設備，才能避免不必要的成本損失，從而確保工作效率和信息的準確性。但事實上，由于監測制度的不完善，導致工作人員只是簡單地對幾項標準化數據進行監測后，便開始相關工藝，致使很多現實問題并未得到有效解決。

3.2 缺乏專業技術人才

土壤監測工作也是一項技術難度較高的系統工程，很多工藝的執行都需要借助精密儀器，這就要求工作人員有較高的技術水平，但現在很多工作人員的技術水平還停留在應用傳統工藝的水平，由此可以看出專業人才的重要性。而在實際的土壤環境監測工作中，由于缺少專業性人才，導致該行業的前景并不樂觀。主要表體現在以下兩點：

（1）相關部門沒有妥善完成技術人員的培養工作。通常情況下，對于土壤監測的工作人員要進行多方培訓，要引導他們建立以實際監測數據作為衡量土壤的污染程度。但在實際工作過程中，由于土壤監測工作每一項工藝的實施，都需要提前測量大量的數據，導致很多工作人員會通過刪減部分自認為不重要的步驟來減少工作量，而且還認為部分數據不會影響整體分析的準確性，但事實上任何數據監測不到位，都有可能會給后續的土壤治理工作帶來一定隱患。同時，如果后續土壤治理工作開展的基礎薄弱，不僅是返工問題，還會帶來較高的成本損失。（2）人才流失較為嚴重，以山東棗莊生態環境局為例，其主要職責是，在幫助當地居民穩定經濟收入的同時，還要緩解生態壓力，治理環境隱患問題。但在實際工作中，很多技術人員認為難以獲取較高的利益收入，進而選擇其他高收益的工作，致使人員流失嚴重，后備人力資源較少。

3.3 新技術應用程度不足

（1）當前，隨著社會的不斷發展，科學技術不斷創新。因此，現有的土壤環境監測工作已能應對復雜的土壤污染情況，而借助大數據技術，還能將污染土壤的監測數據進行有效收集和輸送。并且，部分工作者甚至可以利用三維立體成像技術，還原以往的土壤結構，進而為后續制定治理策略提供理論支撐。但由于我國土壤環境問題具有存在時間極長，隱患較多且呈現出多樣化等特點，很難在短期內完成技術更新。

（2）環境監測工作因其特殊性，所以，工作量較大，施工流程極為繁瑣，并且大部分工作內容都無法依靠人力完成，需要借助儀器設備才能完成。但市面上常見的土壤監測設備通常造價極高，甚至部分高難度的工藝需要借助很多的先進儀器設備才能完成，導致設備成本成為制約相關工藝技術發展的主要因素。此外，一旦在實際應用過程中出現設備損壞或停止運轉等問題，既需要耗費大量的人力物力對設備進行檢驗維修，甚至還需要花費龐大的成本進行設備更換，大型企業可能還可以應對這種情況，但部分中小型監測單位可能會因為設備損害等問題導致無法開展正常的監測工作。

（3）在土壤環境監測工作中，涉及的相關工作都需要進行數據收集、數據分析和數據傳輸。其中，數據收集需要工作人員提前準備傳感器和信號接收器，并通過提前架設監測點位來獲取各項數據的波動情況，最后繪制成圖表，從而為后續工作提供完整的理論支撐。而數據分析和信息交流以及信息傳遞都需要建立穩定的局域網絡系統或者借助先進的計算機網絡技術，但這些技術手段也需要提前構建信息交互平臺，這就意味著除硬件設備維護以外，還要對網站的穩定性，信息傳遞安全性等進行綜合考量，這也會為相關單位帶來更高昂的成本損耗[1]，因此，部分單位、企業不會投入過多的成本構建相應的技術平臺。

4 土壤修復技術研究

土壤監測工作主要是為了明確資源狀態，從而為后續的修復工作提供理論支撐，同時，優化土壤結構，變廢為寶。在此理念的驅動下，我國開始積極主動地進行土壤修復體系的優化工作，發展至今，土壤修復已成為環保科學的一個重要領域，其技術手段較為成熟，修復技術也相對完善。

4.1 生物修復技術

生物修復技術是指利用微生物或特定的生物種類來完成有機污染物的降解和催化，從而消除環境中的污染因素，以達到環境治理的目的。

4.1.1 動物修復技術

在動物修復技術中，主要是利用蚯蚓等生物對重金屬進行吸收，從而使土壤中的重金屬含量得到一定程度地減少。該技術手段是利用生態系統的循環能力來達到環境治理的目的，雖然可以很好的降解環境中的有機污染物，但蚯蚓等生物本身在吸收重金屬離子后，也具有污染性，如果進行沒有合理的回收處置，極易出現二次污染的問題。另外，有科學家經研究后表明，將蚯蚓放在牛糞等生活垃圾中飼養，可快速提升其對錫元素和銅元素的富集能力，進而也可以減少環境污染問題，在實現了生態系統穩定的同時，也滿足了消費者的需求[2]。

4.1.2 植物揮發修復技術

植物揮發修復技術主要是利用植物本身根系的分泌物對重金屬元素進行結構轉化，使其成分轉化為可揮發狀態，從而快速從土壤中降解或揮發。同時，還可以將其他污染物吸收到體內，轉化為氣態物質，并釋放到大氣中緩解空氣污染，提升氧氣含量，從而達到凈化土壤和治理環境的雙贏狀態。經科學家實驗發現，植物揮發修復技術可將被轉化后的鉛結合成難溶解的磷酸鉛，并通過成分中和來降低鉛元素本身的毒性，同時，也可以因其轉變為固化狀態導致毒素難以擴散，從而達到環境治理的目的。此外，還有部分植物能將As，Se，Hg等成分從甲基化轉為可揮發分子，甚至可以將部分無機汞鹽轉化為氣態單質汞。

4.1.3 微生物修復技術

微生物修復技術相對好理解，是通過土壤本身的降解能力，再利用土著菌或外來真菌以及經過人工培養的工程菌，對土壤中的有機污染物進行轉化、降解。經實驗表明，要想使微生物達到預期的降解和凈化能力，就需要為其提供足夠營養物質來強化本身的降解能力。當前，市面上最常見的微生物修復技術有強化自然遞減、生物堆修復法，堆肥修復法和氧化還原修復法等，這些技術的優勢在于成本較低，操作難度較低，不會形成二次污染，因此，微生物修復技術也一度成為污染土壤修復中最常見的修復技術[3]。

4.2 熱脫附技術

熱脫附技術是物理修復方法中的一種，其主要的工作原理是將土壤加熱后，再利用本身的熱交換來完成熱能傳遞，從而使污染物在蒸發過程中被攜帶遠離土壤，同時，溫度的變化也會使部分不穩定污染離子出現化學反應，并與大氣中的氧氣，二氧化碳等物質相結合，從而形成無污染的固化或氣態物質。但該方法在諸多國家進行使用后，發現其本身造價較高，修復時間較長，雖然有較明顯的環境治理能力，但在應用過程中會浪費大量的人力物力，所以，當前還沒有作為首要的土壤環境治理手段。但該方法具有較大的發展潛力，由于其設備可以隨著現場移動，并且修復后的土壤可以達到無污染狀態，因此，使得熱脫附技術成為治理面積較小，但治理質量要求較高的地區的主要技術手段。同時，隨著工作經驗的不斷普及，相關人員也開始研究熱脫附技術的自動化轉變，以此來減少人力物力的損耗，解決其短板問題[4]。

4.3 固化穩定技術

該技術手段是化學修復技術中最常用的一種，經實驗表明，其主要的工作原理是借助化學反應對土壤內部的重金屬元素進行快速的控制和剔除。例如，在我國冶煉行業經常會出現鉻、汞等金屬污染物，若利用常規的方法很難去除，并且，其本身也具有難以發生反應的強穩定性，而應用加熱等多種技術手段也很難達到預期效果，由此，固化穩定技術應運而生。在實際的應用過程中，可把石灰、瀝青和硅酸鹽水泥當作固化劑，以此來處理多種金屬的復合型污染問題，甚至美國等國家都針對固化穩定技術建立了專項基金，用于發展相關的技術手段，由此可見該技術的強大發展潛力。此外，經實驗研究后發現，固化穩定技術借助化學反應除了可以對常規的鉻汞等元素進行治理外，還可以對有機污染物進行高效處理，并憑借本身的降解能力，還能將重金屬離子氧化成固態，或利用特定成分將原有穩定性較強的分子結構破壞，然后再通過加熱等方式將污染物離子揮發，并利用大氣的清潔能力將其轉化為二氧化碳等常規氣體，最后輸送到生態系統中完成生態循環。

5 結語

綜上所述，土壤環境監測結果水平的提高，可以為土壤環境治理提供更強有力的數據支撐，并且，相關人員在實際工作時也能借助完善的工作體系進行各項工藝的調整和優化。基于此，本文通過總結環境治理的內涵和土壤污染物的特性，明確了各項監測技術的不足之處，并探討了具體的修復技術，旨在為環境污染治理和環境科技創新的可持續發展保駕護航。