重金屬污染土壤穩(wěn)定化修復(fù)效果評(píng)估方法分析

摘要：重金屬是工業(yè)生產(chǎn)的廢棄物，可隨著雨水滲透至低處，通過在植物體內(nèi)聚集停留于土壤，導(dǎo)致土壤退化，農(nóng)作物品質(zhì)降低。同時(shí)，還會(huì)污染地下水，惡化水文環(huán)境，威脅人類生命。本文首先分析了重金屬污染土壤的來源和現(xiàn)狀，然后分析了重金屬污染土壤的特點(diǎn)和危害，最后探討了污染土壤穩(wěn)定化修復(fù)效果的評(píng)估方法和二次污染防治，以供參考。

關(guān)鍵詞：重金屬污染;土壤;穩(wěn)定化;修復(fù)效果;評(píng)估方法

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）02-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.02.031

Abstract：Heavy metal is industrial waste， can be with the rain water penetration to the low，through the accumulation of plants in the soil， resulting in soil degradation， crop quality decreased.At the same time， it can contaminate groundwater， worsen the hydrological environment and threaten human life.This paper first analyzes the source and status quo of heavy metal contaminated soil，then analyzes the characteristics and hazards of heavy metal contaminated soil，and finally discusses the evaluation method of the effect of soil stabilization and repair and secondary pollution prevention and control for reference.

Keywords：Heavy metal pollution;Soil;Stabilization;Repair effect;Assessment method

土壤是人們賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，其安全性直接影響著人居環(huán)境的安全、農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，是國家資源環(huán)保體系中的重要組成。現(xiàn)階段，我國的土壤環(huán)境并不樂觀，部分地區(qū)土壤污染嚴(yán)重。重金屬是導(dǎo)致土壤污染的主要因素之一，穩(wěn)定化技術(shù)是常用的土壤修復(fù)技術(shù)，多通過對(duì)重金屬形態(tài)的改變，降低其生物有效性、遷移性，但是修復(fù)結(jié)束后，重金屬并未從土壤中清除，因此無法基于重金屬的含量，對(duì)污染土壤的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。故而，深入分析土壤穩(wěn)定化修復(fù)效果的評(píng)估方法，是相關(guān)專業(yè)人員的研究重點(diǎn)。

1 重金屬污染土壤的來源和現(xiàn)狀

重金屬是指密度大于5.0g/cm3的金屬元素，包括10種重金屬元素、3種類金屬元素，常見重金屬元素為汞、鉛、鋅、鎘等。若重金屬元素進(jìn)入土壤，且含量高于安全標(biāo)準(zhǔn)，就會(huì)使生態(tài)環(huán)境出現(xiàn)惡化現(xiàn)象。

1.1 重金屬污染土壤的來源

地質(zhì)作用中的地震、火山噴發(fā)等，都會(huì)影響土壤中的重金屬含量，但絕大部分土壤重金屬污染來源于這幾個(gè)方面：

（1）一般來講，化肥、農(nóng)藥中的金屬元素都超標(biāo)，且在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中大量使用，同時(shí)，地膜、農(nóng)膜的回收過程，也會(huì)引發(fā)重金屬污染[1]，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，含有重金屬固體垃圾的大量堆積和排放，都會(huì)使重金屬以放射狀擴(kuò)散至土壤和水體，造成重金屬污染;

（2）工業(yè)生產(chǎn)中的廢渣、廢水等未經(jīng)處理排放，會(huì)增加土壤的重金屬含量，報(bào)道顯示，我國有很多地區(qū)由于工業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)致的土壤重金屬含量遠(yuǎn)超安全標(biāo)準(zhǔn)，且逐年上升，將工業(yè)生產(chǎn)的廢棄物隨意放于露天場所，會(huì)使重金屬離子向周圍耕地土壤擴(kuò)散，排放的粉塵和廢氣，會(huì)通過降水、自然沉降等作用，進(jìn)入土壤引發(fā)污染，石油、煤中的重金屬，會(huì)隨著燃燒過程進(jìn)入大氣，部分會(huì)隨著降雨進(jìn)入土壤。

1.2 重金屬污染土壤的現(xiàn)狀

在全球范圍內(nèi)的土壤環(huán)境，都存在或多或少的重金屬污染。調(diào)查結(jié)果顯示，我國有10%的耕地已嚴(yán)重受到重金屬污染，特別是經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)，某經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的環(huán)保部門抽樣檢查發(fā)現(xiàn)，土壤重金屬的超標(biāo)面積占總抽調(diào)面積的12%。

2 重金屬污染土壤的特點(diǎn)和危害

2.1 特點(diǎn)

部分土壤污染重金屬后，早期多表現(xiàn)為滯后性，經(jīng)過長時(shí)間的積累，發(fā)生安全事件后方被人們察覺，因此其多具備隱蔽性;土壤自身所具備的凈化功能，無法對(duì)重金屬污染起到作用，一旦土壤受到污染，幾乎就是不可逆的;而且，土壤污染的后果是持久性的，會(huì)長久保存在土壤中。

2.2 危害

首先，重金屬污染會(huì)影響土壤微生物的存活率，減少微生物的種類和數(shù)量;其次，重金屬污染會(huì)影響植物的生理特征，比如減弱光合作用、減少養(yǎng)分和水分的利用率、降低植物體內(nèi)酶的有效率，從而影響植物生長、減少農(nóng)作物產(chǎn)量[2];另一方面，受到重金屬污染的植物，若經(jīng)由食物鏈進(jìn)入人類、牲畜體內(nèi)，就會(huì)帶來無法估量的危害。

3 重金屬污染土壤穩(wěn)定化修復(fù)效果的評(píng)估方法

3.1 化學(xué)形態(tài)提取法

3.1.1 單一提取法

化學(xué)形態(tài)單一提取法，旨在評(píng)估土壤對(duì)植物的有效含量，評(píng)價(jià)土壤穩(wěn)定化修復(fù)后，對(duì)重金屬的吸收情況。現(xiàn)階段，此方法的操作流程尚未統(tǒng)一，不同國家使用提取劑不同，比如荷蘭使用0.01mol/L的CaCl2溶液，德國使用1.0mol/L的NH4NO3。比較單一提取法和植物可給性的關(guān)系發(fā)現(xiàn)，CH3COONH4對(duì)Cd的提取率、CaCl2對(duì)Ni、Cd的提取率和植物可給性有著良好的相關(guān)性，而NH4NO3對(duì)Cd的提取率和植物可給性的相關(guān)性比較差，其它提取劑的提取率和植物可給性的相關(guān)性同樣較差。

3.1.2 連續(xù)提取法

化學(xué)形態(tài)連續(xù)提取法根據(jù)土壤表面重金屬強(qiáng)度的不同，對(duì)形態(tài)進(jìn)行合理的劃分，然后選用強(qiáng)度不同的提取劑，對(duì)其進(jìn)行持續(xù)性的提取、分離。相較于單一提取法，連續(xù)提取法的形態(tài)劃分更為精準(zhǔn)，通過對(duì)提取劑強(qiáng)度的逐層增加，提取分離土壤中的重金屬，便于提供更為完整、準(zhǔn)確的重金屬分布信息。一般來講，重金屬形態(tài)的提取方法比較多，按照提取步驟可分為3步或7步，提取出的重金屬形態(tài)為有機(jī)結(jié)合態(tài)、水溶態(tài)、硫化物結(jié)合態(tài)、可交換態(tài)等，能夠清晰、直觀的反映修復(fù)后不同形態(tài)土壤的重金屬含量。

3.2 浸出毒性評(píng)價(jià)法

3.2.1 多級(jí)提取程序

當(dāng)前，常用多級(jí)提取程序來模擬設(shè)計(jì)不科學(xué)的填埋場在經(jīng)過多次酸雨侵蝕后的污染物浸出情況，為了模擬出真實(shí)垃圾填埋場的污染物濃度，可使用重復(fù)提取程序[3]。同時(shí)，此類方法也可用于廢棄物的長時(shí)間浸出測試中。

3.2.2 模擬酸雨浸出程序

所謂的模擬酸雨浸出程序，多用于酸沉降下污染土壤對(duì)地下水、地表水影響的模擬。由于所用浸提劑能夠?qū)λ嵊晗碌慕鲂袨椋M(jìn)行科學(xué)、合理的評(píng)價(jià)，所以其將保護(hù)地下水、地表水為目標(biāo)，當(dāng)浸提液中的重金屬含量超標(biāo)后，表明污染的土壤會(huì)嚴(yán)重影響水體。我國環(huán)保部門所制定的相關(guān)方法，和模擬酸雨浸出程序相似，以硫酸/硝酸混合液為浸提劑，模擬廢棄物在不合理填埋場堆放、處理土壤時(shí)，有害成分多在酸性降雨的影響下，從廢棄物中浸出進(jìn)入環(huán)境。在國內(nèi)的土壤修復(fù)過程中，多將模擬酸雨浸出程序的分析結(jié)果和地下水標(biāo)準(zhǔn)相比較，以準(zhǔn)確評(píng)估修復(fù)土壤對(duì)地下水的影響。

3.2.3 毒性特征浸出程序

毒性特征浸出程序由美國環(huán)境保護(hù)署制定，用來模擬工業(yè)廢棄物、市政垃圾處理后的填埋場降雨后的有害物浸出情況，明確某危險(xiǎn)物是否和填埋場的處理要求相符，浸提劑為草酸溶液、醋酸鈉緩沖溶液[4]。毒性特征浸出程序的宗旨為保護(hù)地下水，當(dāng)浸提液的重金屬含量超標(biāo)時(shí)，說明廢棄物可能會(huì)影響地下水，無法滿足填埋場的相關(guān)要求。我國環(huán)保部門所制定的廢棄物毒性浸出方法，和毒性特征浸出程序的相關(guān)方法類似，浸提劑為醋酸緩沖溶液，用來模擬工業(yè)廢棄物進(jìn)入填埋場后，有害成分在滲濾液的作用下，從廢棄物浸出的整個(gè)過程。

3.3 生物學(xué)評(píng)價(jià)法

3.3.1 動(dòng)物指示法

現(xiàn)如今，動(dòng)物指示法多通過動(dòng)物活體實(shí)驗(yàn)，來反映污染土壤穩(wěn)定化修復(fù)后的土壤毒性，常用動(dòng)物為兔子、豬、老鼠等，雖然動(dòng)物毒性實(shí)驗(yàn)結(jié)果精準(zhǔn)，但是由于動(dòng)物活體實(shí)驗(yàn)周期長、費(fèi)用高、涉及倫理道德問題，因此動(dòng)物活體實(shí)驗(yàn)的發(fā)展受到一定限制。

3.3.2 植物指示法

所謂植物指示法，多基于植物對(duì)土壤重金屬的吸收情況，來評(píng)價(jià)和判斷土壤的污染情況。通過對(duì)土壤穩(wěn)定化修復(fù)前后重金屬含量的比較，評(píng)價(jià)土壤穩(wěn)定化的修復(fù)效果。選擇合適的植物表征修復(fù)效果，能夠更好的研究出重金屬在植物、土壤中的相關(guān)性。選擇對(duì)重金屬毒性敏感、有聚集重金屬能力的植物，能夠清晰、全面地反映出重金屬的變化情況。

3.3.3 體外胃腸模擬法

在國外，體外胃腸模擬實(shí)驗(yàn)已成為評(píng)估土壤重金屬含量的有效方法。當(dāng)前已有10多種模擬方法，比如生理原理提取法、體外胃腸法、德國標(biāo)準(zhǔn)研究所法等，另外，還有CaCO2細(xì)胞模型、膜室法等。當(dāng)前，國內(nèi)已有根據(jù)修復(fù)后的重金屬變化情況，結(jié)合人體健康風(fēng)險(xiǎn)來評(píng)估修復(fù)效果的實(shí)踐[5]。

4 重金屬污染土壤修復(fù)二次污染防治

上述得知，雖然穩(wěn)定化技術(shù)可消除土壤的重金屬，但是并無法徹底清除，甚至還會(huì)造成土壤二次污染，應(yīng)采用合適措施進(jìn)行防治，具體如下：

第一，水污染防治。修復(fù)劑的使用會(huì)造成水污染，為預(yù)防此類現(xiàn)象的發(fā)生，應(yīng)選用性能穩(wěn)定的藥劑，既可減少重金屬含量，又不會(huì)污染周圍的水源。選用穩(wěn)定化藥劑時(shí)，若為硫化物，就要根據(jù)當(dāng)?shù)豴H值合理控制，并做好相應(yīng)的防滲處理，特別是雨量較大的地區(qū)，可用防雨布遮蓋。

第二，噪聲污染防治。土壤修復(fù)施工期間，要科學(xué)管理現(xiàn)場設(shè)備。機(jī)械設(shè)備的使用可能產(chǎn)生噪音，應(yīng)安裝隔音設(shè)施，定期安排工作人員檢修和保養(yǎng)，預(yù)防設(shè)備老化或受損。科學(xué)安排現(xiàn)場的設(shè)備，禁止在同一地點(diǎn)大量使用動(dòng)力機(jī)械設(shè)備。結(jié)合當(dāng)?shù)厍闆r調(diào)整施工時(shí)間，不可在夜間施工。

第三，固體廢棄物污染防治。若現(xiàn)場堆積的廢棄物出現(xiàn)重金屬含量超標(biāo)的情況，就要對(duì)其進(jìn)行洗滌，待符合標(biāo)準(zhǔn)后方可處理。某些水處理的污泥、活性炭，在挖掘時(shí)有很大危險(xiǎn)的廢物或廢棄品，都要采用合適措施進(jìn)行處理[6-7]。結(jié)合垃圾的具體情況，科學(xué)分類處理，或定期存放并移交有資質(zhì)的處理單位。需注意的是，不能混合放置生活垃圾、危險(xiǎn)廢物垃圾。對(duì)于某些超累計(jì)的植物，可使用壓縮、焚燒、填埋法處理，盡最大限度減少植物對(duì)土壤的污染。

5 小結(jié)

綜上所述，我國很多土壤都出現(xiàn)了重金屬超標(biāo)的情況，嚴(yán)重危害動(dòng)植物和生態(tài)環(huán)境。本文分析總結(jié)出，目前多采用穩(wěn)定化技術(shù)修復(fù)受污染的土壤，用生物學(xué)評(píng)價(jià)法、化學(xué)形態(tài)提取法、浸出毒性評(píng)價(jià)法等來評(píng)估土壤的修復(fù)效果，為農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量、人體健康風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估提供可靠依據(jù)。盡管如此，受污染土壤穩(wěn)定化修復(fù)后仍會(huì)出現(xiàn)二次污染，技術(shù)單位或環(huán)保部門應(yīng)基于土壤的污染特點(diǎn)，科學(xué)選用修復(fù)技術(shù)和方法，提高穩(wěn)定化修復(fù)效果，提升生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

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收稿日期：2019-10-30

作者簡介：林璟瑤（1988-），女，漢族，本科學(xué)歷，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境影響評(píng)價(jià)。