湖南土壤重金屬污染現狀及治理修復技術分析

(成都理工大學 四川 成都 610059)

一、引言

土壤是能提供植物生長必須營養成分的疏松表層，是維系人類社會正常活動必不可少的物質基礎，也是自然界大循環中不可缺少的部分。但是隨著人類工業化進程的加快以及土地使用程度的進一步加深，導致土壤化學污染現象十分嚴重，從而致使土地營養成分的流失、土壤酸堿化嚴重等現象出現的頻率越加頻繁。隨著大量化學污染物融入土壤之中，土壤重金屬污染已經成為當前嚴重的社會問題，對被污染的土壤進行治理修復迫在眉睫。

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。《湖南省高標準農田建設規劃》表明，在湖南全境所有耕地中，被重金屬污染者達到了四分之一。同時得益于豐富的金屬礦藏，全省有色金屬產業鏈完備且發達，擁有華菱鋼鐵集團、株洲化工集團等知名工礦企業。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域，占全國所有區域的三分之一。因此解決由重金屬污染導致的土壤污染，已經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)內部因素

內部因素是指土壤本自身的金屬含量，不同的成土母質、不同的成土環境都會導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更容易產生耕地重金屬污染。

(二)外部因素

外部因素主要與人類活動相關。特別是隨著工業的發展和金屬的大量使用，導致土壤中的重金屬含量進一步加深。外部因素主要分為以下三類：

1.工礦企業排放廢棄物及不當開采

工礦企業導致土壤重金屬污染的原因有如下幾類：①由于生產技術的原因，現有的工礦企業其實對礦產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不少的金屬含量可供開采，隨意丟棄不僅導致資源浪費，還會使廢棄物中的有毒產物和金屬就地堆積，造成堆積地土壤重金屬的嚴重污染。②開采后的原礦、半成品礦物，因為運輸原因導致沿途掉落，直接污染了運輸線路及線路附近的農田耕地。③礦物企業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。因此工礦企業產生的廢水中重金屬含量相當高。這些嚴重污染的廢水未經處理直接排放，造成了河流和重金屬的污染。而農田耕地采用這些被污染的水源進行澆灌，進一步加劇了土壤被重金屬污染的情況。更為嚴重的是，此類耕地上生長的動植物，其體內重金屬含量高出其他區域動植物數倍，給人類的身體健康和自然界生態系統造成了非常嚴重的威脅。

2.農業生產及開發過程中產生的有毒有害物質

農業生產中的有害物質主要來源于化肥和農藥，為了達到殺滅蟲害的目的，農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。化肥中存在大量的酸根離子，這些酸根離子通過雨水的淋濾作用進入土壤，導致土壤酸化。同時由于化肥的過量使用，會導致土壤中As、Cu、Zn等元素的含量超標，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、工礦企業排放的工業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上空亦或運輸道路沿線，并通過自然沉降和雨水淋溶作用進入土壤。這些粉塵與雨水結合，導致雨水酸化，不僅造成沉降其上的耕地被重金屬污染，還會導致土壤酸化板結，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象如此嚴峻，主要還是與礦產冶煉及全行業鏈發展技術不完善有關。全省雖然金屬礦藏豐富，但由于開采技術的限制，原礦使用率不及二分之一，伴生礦藏甚至不足四分之一。冶煉開采技術的不足，必然導致大量礦產的浪費，同時對礦業污水的處理亦不完善，相關礦區和河流地下水受到污染的事件時有發生。耕地進行農業化生產時使用這些被污染的水體，進一步加劇了土壤被重金屬污染的情況。

四、當前湖南省修復土壤污染的主要措施

當前湖南省面對土壤污染困局，采用的主要修復方法有三類，分別為物理修復、化學修復及生物修復。

(一)物理修復

物理修復主要指在施工過程對被重金屬污染的土壤現直接進行改善。如換土、去表土和翻土等等。如若土壤污染并不嚴重，尚可進行生物類降解，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重，但并未涉及所有區域，就采用去表土的方法，將上覆的被污染表土去除；如果整塊區域已被嚴重污染，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雜，同時已經被污染的土壤搬遷至別處也會造成二次污染，因此不適合進行大面積的修復。

(二)化學修復

化學修復是指在被污染的土體中注入化學溶劑，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，以達到將重金屬和土壤進行分離的目的。

對于可溶性重金屬污染離子，用于治理的化學溶劑多是一些水、酸、堿、鹽的無機溶劑，根據不同的污染物來側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致的土壤PH值偏離。這種方法見效很快，但是專用的化學溶劑往往造價昂貴，而且化學元素往往會對當地動植物造成其他影響，一旦使用不當，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步和發展空間。

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，能以其他的形態存在，無法達到一勞永逸的效果。

(三)生物修復

生物修復是目前應用較廣的方法，主要包括植物修復、動物修復及微生物修復。

植物修復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，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，又能美化環境，加之這些植物本身也具有一定的經濟效應，因此采用植物修復是目前最為常用的方法。

動物修復原理與植物修復類似，也是通過特定的，具有金屬耐受性動物對被污染的土體進行重金屬富集。目前發現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。微生物修復是指利用一些微生物的特性來對植物進行改造，使原本不能分解、轉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。目前發現有修復作用的真菌和細菌有黑曲霉菌、假單胞桿菌等。

五、結語

湖南金屬儲量豐富，但由于開采及施工技術的原因導致重金屬污染現象十分嚴重，加之污水處理方面的不足，導致被重金屬污染的土壤區域進一步擴大。目前污染區主要分布于有色金屬礦區、湘江流域及洞庭湖沿岸。由于洞庭湖區域是湖南主要的糧食產區，因此進行土壤重金屬的修復治理勢在必行，否則影響不可估量。目前的重金屬修復技術主要分為物理修復、化學修復以及生物修復三類，隨著金屬開采技術的進步，有三類方法疊加修復的趨勢，因為單一的修復方法難以達到完全修復土壤的目標。同時考慮到實用性、經濟性及環保性，生物修復的應用最為廣泛。隨著生物技術的不斷發展，相信在不久的將來，運用這種技術對被重金屬污染的土壤的進行治理，并與物理修復和化學修復相結合，將成為未來土壤修復技術的主流。