重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)的發(fā)展研究

張騰云

（河南元光工程設(shè)計(jì)有限公司，河南鄭州 450000）

重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)的發(fā)展研究

張騰云

（河南元光工程設(shè)計(jì)有限公司，河南鄭州 450000）

重金屬場(chǎng)地土壤是長(zhǎng)期工業(yè)化的產(chǎn)物，對(duì)人類(lèi)的健康和環(huán)境造成嚴(yán)重的威脅，重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)正逐步成為污染治理研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。基于此，分析我國(guó)重金屬污染土壤現(xiàn)狀，總結(jié)近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步分析重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)的研究方向及應(yīng)用前景。

重金屬；污染土壤；土壤修復(fù)技術(shù)

1 我國(guó)重金屬污染場(chǎng)地現(xiàn)狀

目前，我國(guó)重金屬污染場(chǎng)地面積較多，污染范圍較廣，對(duì)周邊環(huán)境影響較大。根據(jù)我國(guó)土壤污染現(xiàn)狀，國(guó)家環(huán)保部出臺(tái)了《土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》（簡(jiǎn)稱(chēng)“土十條”），2016年中央下放重金屬專(zhuān)項(xiàng)資金36億元，支持37個(gè)重金屬土壤污染治理與修復(fù)示范工程，修復(fù)治理任務(wù)較重，時(shí)間緊迫，形勢(shì)較為嚴(yán)峻。

2 重金屬污染場(chǎng)地修復(fù)技術(shù)

與國(guó)外相比，我國(guó)的污染場(chǎng)地修復(fù)起步較晚。但是近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)治理土壤污染的修復(fù)技術(shù)研究越來(lái)越多，土壤修復(fù)技術(shù)也日益成熟。土壤修復(fù)技術(shù)的種類(lèi)較多，原理較為復(fù)雜，有些技術(shù)的應(yīng)用是多種反應(yīng)原理聯(lián)合作用的結(jié)果。目前應(yīng)用的修復(fù)技術(shù)主要有焚燒、穩(wěn)定/固化、挖掘-填埋等［1］。以下介紹目前發(fā)展較為成熟的或已在國(guó)內(nèi)外有所應(yīng)用的技術(shù)方法。

2.1 固化/穩(wěn)定化技術(shù)

固化/穩(wěn)定化技術(shù)是指將污染土壤與黏結(jié)劑混合形成凝固體而達(dá)到物理封鎖或發(fā)生化學(xué)反應(yīng)形成固體沉淀物，從而達(dá)到降低污染物遷移性和活性的目的［2］。

在固化/穩(wěn)定化過(guò)程中，許多物質(zhì)都可以作為黏結(jié)劑，如硅酸鹽水泥、火山灰、瀝青及各種多聚物等。硅酸鹽水泥及相關(guān)的鋁硅酸鹽（如高爐溶渣、飛灰和火山灰等）是最常用的黏結(jié)劑，其處理效果受土壤pH、水分含量、養(yǎng)護(hù)條件等影響。

固化/穩(wěn)定化技術(shù)的投入成本和運(yùn)行費(fèi)用較低，且適用性較強(qiáng)，原位異位均可使用。該技術(shù)主要應(yīng)用于處理無(wú)機(jī)物污染的土壤，不適合含揮發(fā)性污染物土壤的處理。對(duì)于半揮發(fā)性有機(jī)物和農(nóng)藥殺蟲(chóng)劑等污染物的處理效果有限。

2.2 填埋技術(shù)

填埋技術(shù)是將污染土壤進(jìn)行掩埋覆蓋，采用防滲、封頂?shù)扰涮自O(shè)施防止污染物擴(kuò)散的處理方法。填埋法雖不能降低土壤中重金屬污染物本身的毒性和體積，但可以降低其在地表的暴露及其遷移性。

填埋法是土壤修復(fù)技術(shù)中最常用的技術(shù)之一。在填埋的污染土壤的上方需布設(shè)阻隔層和排水層。阻隔層應(yīng)是低滲透性的粘土層或者土工合成粘土層，排水層的設(shè)置可以避免地表降水入滲造成污染物的進(jìn)一步擴(kuò)散。

該技術(shù)通常適用于地下水位之上的污染土壤。由于填埋的頂蓋只能阻擋垂向水流入滲，因此需要建設(shè)垂向阻隔墻以避免水平流動(dòng)導(dǎo)致的污染擴(kuò)散。填埋場(chǎng)需要定期進(jìn)行檢查和維護(hù)，確保頂蓋不被破壞。

2.3 氧化還原技術(shù)

氧化還原技術(shù)是通過(guò)氧化/還原化學(xué)反應(yīng)將重金屬污染物轉(zhuǎn)化為活性較低或惰性的無(wú)害或毒性較低的化合物。其效果受腐殖酸含量、還原性金屬含量、土壤滲透性、pH值變化影響較大。

氧化還原修復(fù)技術(shù)所需的工程周期根據(jù)待處理污染區(qū)域的面積、氧化還原劑的輸送速率、修復(fù)目標(biāo)值及地下含水層的特性等因素而定。

該技術(shù)對(duì)PCBs、農(nóng)藥類(lèi)、多環(huán)芳烴（PAH）等有較好的處理效果，而且不同的氧化/還原方法對(duì)重金屬污染土壤修復(fù)效果差異較大。其中，化學(xué)還原法可處理重金屬類(lèi)（如六價(jià)鉻）和氯代烴有機(jī)物等，但異位化學(xué)氧化技術(shù)不適用于重金屬污染土壤的修復(fù)。在實(shí)際應(yīng)用中，可根據(jù)具體重金屬污染元素選擇適當(dāng)?shù)倪€原或氧化方法。

2.4 電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)

電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)利用插入土壤中的2個(gè)電極在污染土壤兩端加上低壓直流電場(chǎng)，在電化學(xué)和電動(dòng)力學(xué)的復(fù)合作用下，水溶的或吸附在土壤顆粒表層的重金屬污染物根據(jù)所帶電荷的不同向正負(fù)電極移動(dòng)，使污染物在電極附近富集或被回收利用，從而達(dá)到清潔土壤的目的。

污染物的去除過(guò)程主要涉及4種電動(dòng)力學(xué)現(xiàn)象，電滲析、電遷移、電泳和酸性遷移帶。電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)對(duì)現(xiàn)有景觀和建筑的影響較小，污染土壤本身的結(jié)構(gòu)不會(huì)遭到破壞。土壤含水量、污染物的溶解性和脫附能力對(duì)處理效果有較大影響，因此使用過(guò)程中需要電導(dǎo)性的孔隙流體來(lái)活化污染物。

該技術(shù)可高效處理重金屬污染（包括鉻、汞、鎘、鉛、鋅、錳、銅和鎳等）及有機(jī)物污染（苯酚、六氯苯、三氯乙烯及一些石油類(lèi)污染物），去除率可達(dá)90%。目標(biāo)污染物與背景值相差較大時(shí)，處理效率較高。

2.5 微生物降解技術(shù)

微生物降解是利用微生物來(lái)減輕或消除土壤中的重金屬污染。微生物對(duì)土壤中重金屬活性的影響主要體現(xiàn)在4個(gè)方面：溶解和沉淀作用、生物吸附和富集作用、氧化還原作用以及菌根真菌對(duì)土壤重金屬的生物有效性影響。

微生物降解技術(shù)一般不破壞植物生長(zhǎng)所需要的土壤環(huán)境，具有操作簡(jiǎn)便、費(fèi)用低、效果好、易于就地處理等優(yōu)點(diǎn)。但微生物修復(fù)的修復(fù)效率受污染物性質(zhì)、土壤微生物生態(tài)結(jié)構(gòu)、土壤性質(zhì)等多種因素的影響，且對(duì)土壤中的溫度、pH值、營(yíng)養(yǎng)等條件要求較高。生物降解在低溫下進(jìn)程緩慢，修復(fù)時(shí)間長(zhǎng)，通常需要幾年。

微生物降解技術(shù)對(duì)能量的消耗較低，可以修復(fù)面積較大的污染場(chǎng)地。但高濃度重金屬、高氯化有機(jī)物、長(zhǎng)鏈碳?xì)浠衔铮赡軐?duì)微生物有毒，可能不適用。

2.6 植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)主要是利用特定植物對(duì)土壤中重金屬污染物的吸收轉(zhuǎn)化、清除或降解，從而實(shí)現(xiàn)土壤凈化、生態(tài)效應(yīng)恢復(fù)的治理技術(shù)。該技術(shù)主要通過(guò)3種方式進(jìn)行污染土壤的修復(fù)，包括植物對(duì)污染物的直接吸收以及對(duì)污染物的超累積作用；植物根部分泌的酶來(lái)降解有機(jī)污染物；根際與微生物的聯(lián)合代謝作用，從而吸收、轉(zhuǎn)化和降解污染物。

該與其他技術(shù)相比具有成本低、效率高、無(wú)二次污染，不破壞植物生長(zhǎng)所需的土壤環(huán)境等優(yōu)勢(shì)。但該技術(shù)的修復(fù)植物對(duì)環(huán)境的選擇性強(qiáng)，需要較大的表面區(qū)域，其修復(fù)效果與修復(fù)期易受氣候或季節(jié)條件的影響。因此，植物修復(fù)技術(shù)多用于低污染水平的區(qū)域。而且在應(yīng)用過(guò)程中需考慮重金屬可能會(huì)通過(guò)植物進(jìn)入食物鏈，控制修復(fù)后植物的利用。

植物修復(fù)對(duì)于特定重金屬具有較好的效果和應(yīng)用。但目前植物修復(fù)技術(shù)存在缺乏理想的修復(fù)植物；修復(fù)對(duì)象單一，大多只能針對(duì)一兩種重金屬進(jìn)行累積，對(duì)于多種重金屬的復(fù)合污染的修復(fù)效果一般；對(duì)污染物、土壤類(lèi)型要求苛刻；僅對(duì)淺層污染土壤修復(fù)效果較好等缺點(diǎn)。因此，該技術(shù)仍處于研究探索階段。

3 展望

雖然重金屬污染土壤有物理、化學(xué)、生物等幾類(lèi)修復(fù)方法，但是隨著這些修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用，各種技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)也相應(yīng)呈現(xiàn)出來(lái)，從目前來(lái)看，生物修復(fù)技術(shù)包括微生物及植物等修復(fù)技術(shù)，與物理、化學(xué)修復(fù)污染土壤技術(shù)相比，具有成本低、不破壞土壤環(huán)境、無(wú)二次污染、處理效果好等優(yōu)勢(shì)，是最具有發(fā)展和應(yīng)用前景的重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)。但是，受生物特性、生存條件的限制，還存在一定的局限性，大規(guī)模應(yīng)用于實(shí)踐的較少。我國(guó)重金屬污染土壤面積較大，范圍較廣，研發(fā)出一種高效、低費(fèi)、短期的修復(fù)技術(shù)是十分必要的。其中，組合修復(fù)技術(shù)如植物+微生物、物化方法+微生物等將是未來(lái)研究的重點(diǎn)。

［1］陳志良，仇榮亮，張景書(shū)，等.重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)［J］.環(huán)境保護(hù)，2002（6）：21-23.

［2］Mulligan CN，Yong RN，Gibbs BF.Remediation technolo?gies formetal-contaminated soils and groundwater：An evaluation［J］.Engineering Geology，2001（1-4）：193-207.

Development of Remediation Techniques for Heavy Metal Contaminated Soil

Zhang Tengyun
（Henan Yuanguang Engineering Design Co.Ltd.，Zhengzhou Henan 450000）

Heavy metal soil is a long-term industrial product,which poses a serious threat to human health and the envi?ronment.Heavy metal contaminated soil remediation technology is gradually becoming an important area of pollution control research.Based on this,the status of heavy metal contaminated soils in China was analyzed,and the remediation techniquesofheavymetalcontaminatedsoilsdevelopedinrecentyearsweresummarized.Onthisbasis,theresearchdi?rectionandapplicationprospectofheavymetalcontaminatedsoilremediationtechnologywerefurtheranalyzed.

heavy metals；contaminated soil；soil remediation technology

X53

：A

：1003-5168（2017）01-0156-02

2016-12-09

張騰云（1988-），女，本科，助理工程師，研究方向：污水處理及土壤修復(fù)。