鉛污染地下水土壤狀況及具修復(fù)技術(shù)的探討

羅 陽

（天津泰達環(huán)境科技有限公司，天津 300350）

地下水和土壤資源容易受到工業(yè)污染，其中對人身體傷害較大的污染物質(zhì)是鉛。鉛物質(zhì)含量過高會影響人智力發(fā)育，需要對相關(guān)污染問題提高重視力度，并且采取一定管理與技術(shù)措施，對鉛污染問題進行處理。使用較為廣泛的處理修復(fù)技術(shù)為化學(xué)法、物理法和生物法，需要了解相關(guān)方法的實踐應(yīng)用途徑。

1 鉛污染簡述

鉛是一種重金屬物質(zhì)，物理特征表現(xiàn)為青灰色外觀，化學(xué)屬性為有毒重金屬。在特定環(huán)境下會形成煙塵，造成對空氣的嚴重污染。例如，將鉛加熱至400～500℃。空氣環(huán)境中，當鉛金屬煙塵達到一定濃度或比例時，會對人體造成一定傷害。現(xiàn)階段，鉛作為主要工業(yè)原料被應(yīng)用在生產(chǎn)領(lǐng)域，使得鉛金屬以廢氣、廢水和廢渣等形式出現(xiàn)在周邊環(huán)境中，對人類身體健康構(gòu)成一定威脅。

鉛在地下水和土壤中的存在形態(tài)主要受環(huán)境決定，常見的形態(tài)主要有碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、殘渣態(tài)和交換態(tài)等等。鉛金屬污染較為嚴重，需要對相關(guān)修復(fù)技術(shù)進行研究，并且采取控制措施，使得相關(guān)污染得到有效遏制。為提升實際治理效果和修復(fù)技術(shù)應(yīng)用環(huán)境，需要對鉛存在因素進行分析。實踐中，鉛類重金屬主要來自蓄電池、電纜護套等領(lǐng)域。我國每年用鉛量達到60萬噸，對鉛污染進行科學(xué)有效治理顯得尤為重要，相關(guān)領(lǐng)域研究人員需要加強對地下水及土壤中鉛污染的修復(fù)技術(shù)應(yīng)用，改善局部生態(tài)自然環(huán)境［1］。

2 土壤中鉛污染現(xiàn)狀問題

土壤中鉛污染問題一直存在，嚴重影響土壤活性，不利于土壤中營養(yǎng)成分富集，相關(guān)問題若得不到調(diào)整會導(dǎo)致鉛中毒問題。現(xiàn)階段，鉛污染主要在大氣、水體和土壤結(jié)構(gòu)中存在，其中，土壤中的鉛污染較為嚴重。對全國土壤統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行分析可知，我國土壤中鉛含量最高標準達到1245μg／g，最低含量也達到0.77μg／g，平均值達到 27μg／g。

對某城市中主要街道、居民區(qū)和火電廠周圍的土壤進行鉛污染測量，采取同位素方法進行標記。結(jié)果表明，電廠和鍋爐附近土壤中的鉛含量最高，造成這一現(xiàn)象的主要原因是工業(yè)生產(chǎn)污染，影響范圍達到50m；對交通密集區(qū)土壤中的鉛含量進行分析，研究鉛物質(zhì)的化學(xué)形態(tài)和可溶性，得到汽車尾氣影響是造成污染的主要元兇。對某一城市土壤中的鉛含量進行分析可知，所含數(shù)值從大到小依次為工業(yè)區(qū)、居民區(qū)、農(nóng)業(yè)區(qū)。

目前我國土壤污染較為嚴重，對其進行治理具有重要意義，可保護土地資源，為人們提供良好的生存與發(fā)展環(huán)境。研究地下水和土壤中的鉛污染問題，需要根據(jù)不同城市、不同地點進行測量與方法應(yīng)用，堅持因地制宜原則，選擇高效合理的地下水和土壤修復(fù)技術(shù)，并且分析鉛污染的分布特征和主要規(guī)律。

3 修復(fù)技術(shù)分類應(yīng)用

根據(jù)上文對鉛污染地下水和土壤修復(fù)技術(shù)現(xiàn)狀進行分析，可知鉛污染具有明顯的危害性，影響人們生活質(zhì)量和身體健康。同時地下水和土壤受到污染后，表現(xiàn)出長期性、隱蔽性和不可逆特征，因此對其進行科學(xué)有效治理是目前工作重點和關(guān)鍵內(nèi)容。對鉛污染高效治理技術(shù)應(yīng)用，一直以來都是行業(yè)研究的重點。目前隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展與進步，經(jīng)常用到的修復(fù)技術(shù)主要有化學(xué)修復(fù)法、生物修復(fù)法和物理治理措施，以下對相關(guān)技術(shù)與方法進行詳細說明。

3.1 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

地下水通常情況下呈現(xiàn)羽狀分布，造成傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用具有一定難度，此時應(yīng)用化學(xué)藥劑等方法進行修復(fù)具有一定的應(yīng)用優(yōu)勢，通過化學(xué)藥劑與地下水和土壤中的鉛物質(zhì)進行氧化、還原和中和反應(yīng)，達到對鉛污染的有效治理。目前鑒于技術(shù)應(yīng)用條件限制，一般情況下，采用原位螯合劑對相關(guān)污染情況進行修復(fù)，提升化學(xué)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用價值。例如，某地區(qū)的鉛污染土壤和地下水治理中，應(yīng)用了原位螯合劑，對鉛污染物進行稀釋，形成可溶解的螯合物，該種類型螯合物具有足夠穩(wěn)定性，可實現(xiàn)貴金屬污染物從固體形態(tài)轉(zhuǎn)移到液體形態(tài)。鉛金屬修復(fù)中，經(jīng)常用到的原位螯合劑主要有EDTA、檸檬酸和DTPA等。

土壤修復(fù)過程中，可開展相關(guān)原位螯合劑修復(fù)實驗，利用EDTA、檸檬酸和DTPA原位處理鉛污染土壤，經(jīng)過不斷淋洗，使得土壤中的Cn、Zn和Pb的去除率達到98%、97%和96%，達到預(yù)期修復(fù)效果。化學(xué)修復(fù)技術(shù)應(yīng)用，使得地下水與土壤修復(fù)技術(shù)應(yīng)用效果更加明顯，發(fā)揮了先進技術(shù)應(yīng)用價值。值得注意的是，螯合劑的應(yīng)用成本較高，同時DTPA不可生物降解，可能產(chǎn)生二次污染。相關(guān)人員在技術(shù)應(yīng)用中，應(yīng)考慮經(jīng)濟性與生態(tài)效益。

目前也應(yīng)用原位穩(wěn)定化方式，對鉛污染土壤進行治理，其主要應(yīng)用途徑是向土壤中，投入藥劑，通過相關(guān)藥劑的吸附與沉降作用，使得土壤中的重金屬達到穩(wěn)定化狀態(tài)。該技術(shù)應(yīng)用具有一定優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在藥物制劑的生物危害效應(yīng)較小，可降低生物有效性與毒性，原位穩(wěn)定化方式也是目前在土壤污染治理中應(yīng)用的先進修復(fù)技術(shù)。根據(jù)Xenidis學(xué)者研究，發(fā)現(xiàn)使用Ca（H2PO4）2和FeSO4混合物可實現(xiàn)對土壤中Pb和As的有效識別，其作用方式主要是通過降低溶解度。通過添加單一成分的磷酸鹽可減低溢出效應(yīng)。為驗證這一結(jié)論，曾憲坤研究了RM赤泥原料和PR改性赤泥對鉛污染土壤的修復(fù)能力。

結(jié)果表明，通過施加赤泥原料一天后，土壤中處于離子交換態(tài)的鉛物質(zhì)減少了70%，說明應(yīng)用效果顯著。在鉛污染土壤中，對重金屬污染物進行治理是技術(shù)應(yīng)用關(guān)鍵，利用原位穩(wěn)定方法相對簡單，具有使用成本較低、土壤保護能力較強的技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢，相關(guān)技術(shù)得到行業(yè)人員的廣泛關(guān)注。然而，有關(guān)原位穩(wěn)定方法應(yīng)用也存在一定爭議，將其應(yīng)用在實際污染區(qū)域，需要對應(yīng)用效果做出進一步分析，也是鉛污染土壤治理行業(yè)研究方向。

3.2 生物修復(fù)法

生物處理法具體指利用植物與微生物對重金屬污染的土地和水資源進行處理，達到一定修復(fù)效果。生物修復(fù)技術(shù)最早出現(xiàn)在20世紀70年代，用于修復(fù)疏浚材料的泥漿和貴金屬污染土壤等等。利用生物修復(fù)技術(shù)對地下水和土壤中的鉛類物質(zhì)進行處理時，主要利用相關(guān)植物的吸附、氧化還原反應(yīng)等原理。具體應(yīng)用環(huán)節(jié)，可將生物修復(fù)技術(shù)細分為微生物修復(fù)技術(shù)和植物修復(fù)技術(shù)。

微生物處理技術(shù)主要通過微生物生化反應(yīng)，處理相關(guān)物質(zhì)。由于處理目標不同，應(yīng)選擇不同植物菌種，并且對待處理重金屬物質(zhì)元素和機理進行分析。例如，對某鉛鋅礦廠周圍土壤樣品進行采樣分析，發(fā)現(xiàn)將其中的陰性菌株接入到鉛污染物培養(yǎng)液中，發(fā)現(xiàn)革蘭氏陰性菌株具有較強的耐鉛性，并且對其中的鉛物質(zhì)具有一定的分解與凈化作用。

經(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)革蘭氏陰性菌可處理重金屬離子的主要原理在于，菌株細胞壁的主要成分為脂質(zhì)和蛋白質(zhì)，同時，細菌表面存在較多官能團，可通過靜電吸附作用，對重金屬物質(zhì)進行有效分離處理。此外，部分微生物可在實驗過程中，產(chǎn)生特殊酶，與金屬離子發(fā)生生物反應(yīng)。例如，Citrobacter產(chǎn)生的酶可促使U、Pb、Cd形成磷酸鹽物質(zhì)。革蘭氏陰性菌可吸收Cd、Ni、Pb和Cu等金屬物質(zhì)，實現(xiàn)對地下水和土壤污染的有效治理［3］。

此外，在鉛污染地下水和土壤治理中也經(jīng)常用到植物修復(fù)技術(shù)，利用植物根系中的物質(zhì)對相關(guān)污染進行有效治理。1983年，美國化學(xué)家Chaney，提出利用超富集植物可清理土壤中重金屬的理論。目前應(yīng)用的主要修復(fù)植物有玉米、油菜與雜草等等。植物技術(shù)修復(fù)時間較長，通常情況下實現(xiàn)對某一特定區(qū)域進行修復(fù)，需要5年以上時間，然而其修復(fù)能力強，并且具有成本低廉優(yōu)勢。

實踐中，經(jīng)常看到在鉛金屬污染地區(qū)人工種植雜草現(xiàn)象。富集植物的有機質(zhì)含量較高，具有較強的吸附作用，可實現(xiàn)對鉛污染物質(zhì)的吸附與復(fù)合，促使其形成容易溶解的磷酸鹽和碳酸鹽物質(zhì)，使得土壤中的生物有效性降低，極大限制了土壤對鉛物質(zhì)吸收能力。植物技術(shù)應(yīng)用具有經(jīng)濟效益良好、操作便利和造成二次污染幾率低等優(yōu)勢特點。然而，其修復(fù)時間較長，適合大面積污染的土壤和地下水環(huán)境中，因此，需要關(guān)注植物修復(fù)技術(shù)實踐應(yīng)用。

3.3 物理修復(fù)方法

可滲透反應(yīng)格柵即PRB可對污染物質(zhì)的繼續(xù)擴散問題進行治理。需要對相關(guān)技術(shù)的實踐應(yīng)用方式進行分析。可滲透反應(yīng)格柵技術(shù)在地下水原位修復(fù)中的應(yīng)用較為廣泛，相關(guān)物理設(shè)備通常被安裝在地下水面0.6m處，并需要嵌入弱透水層0.3m，防止泄露事故發(fā)生。此外，在可滲透反應(yīng)格柵技術(shù)應(yīng)用中，應(yīng)保證相關(guān)介質(zhì)滲透性高于含水層，確保地下水流正常運行，保證技術(shù)使用過程的科學(xué)性與規(guī)范性，為物理修復(fù)技術(shù)的高水平應(yīng)用提供重要保障。

在可滲透反應(yīng)格柵的介質(zhì)選擇上，可使用的物質(zhì)有堆肥零價鐵、苛性鎂和赤泥等等。以零價鐵和堆肥方式的應(yīng)用為例，在反應(yīng)格柵PRB處理實驗中，對鉛污染嚴重的地下水具有較強的修復(fù)能力，表明相關(guān)技術(shù)應(yīng)用具有現(xiàn)實可行性，需要對物理修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用成果做出進一步研究，使得修復(fù)能力得到完善。

實踐應(yīng)用環(huán)節(jié)，基于可滲透反應(yīng)格柵技術(shù)PRB在鉛污染嚴重土壤的治理中，具有明顯的應(yīng)用價值，并且技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢也相對顯著。PRB技術(shù)應(yīng)用無需施加任何性質(zhì)的外力，可節(jié)約地面空間，使得技術(shù)應(yīng)用更加具有實踐意義。同時，可滲透反應(yīng)格柵也是應(yīng)用較為廣泛的地下水原位修復(fù)技術(shù)，在實際治理修復(fù)工作中，具有良好的使用效果［4］。

然而技術(shù)應(yīng)用也存在一定不足。例如，PRB相關(guān)介質(zhì)在發(fā)生反應(yīng)一段時間后，會逐漸趨向飽和并且發(fā)生失活現(xiàn)象，相關(guān)問題出現(xiàn)降低了工作效率，不能完全實現(xiàn)對鉛污染物質(zhì)的完全去除。因此，在可滲透反應(yīng)格柵物理技術(shù)的應(yīng)用過程中，應(yīng)不斷加強技術(shù)創(chuàng)新、致力于提高反應(yīng)介質(zhì)的使用壽命，延長飽和時間、避免出現(xiàn)失活問題。

物理修復(fù)技術(shù)也可使用客土深耕方式對土壤中的鉛污染進行治理。方法應(yīng)用過程中，主要是移除鉛污染土壤，以新鮮的土壤進行換填，通過深耕換填減少土壤中的鉛濃度，降低鉛污染程度。該種方法已經(jīng)在國外得的應(yīng)用，并且取得了顯著成果，然而修復(fù)技術(shù)應(yīng)用中，也存在一些弊端。例如，消耗大量人力資源、物料和資金，并且表層土若管理和維護不當，容易造成二次污染的問題，并且經(jīng)過客土深耕方法進行的土壤修復(fù)，在本質(zhì)上未能形成對污染物的徹底清理，需要研究更為先進合理的技術(shù)，推動修復(fù)技術(shù)升級［2］。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展進步，將電動修復(fù)技術(shù)應(yīng)用在土壤和地下水鉛污染治理中成為可能。技術(shù)應(yīng)用過程中，可利用土壤中的電極構(gòu)建低壓直流電場。在電場與電流技術(shù)影響下，重金屬污染物可發(fā)生定向移動，使其得到集中處理與分離，屬于鉛污染地下水與土壤物理修復(fù)技術(shù)的一種。

4 結(jié)語

綜上所述，在鉛污染土壤和地下水修復(fù)中，應(yīng)用了化學(xué)修復(fù)方法、生物修復(fù)技術(shù)和物理防御方法，使得地下水和土壤結(jié)構(gòu)中的鉛污染得到有效治理。同時，在修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用中，應(yīng)考慮到實際污染類型，根據(jù)鉛污染現(xiàn)場實際情況，選擇合適的技術(shù)方法，促使鉛污染地下水與土壤得到合理控制。