我國工業污染場地土壤與地下水重金屬修復技術綜述

顧 維，高連東

（蘇州市宏宇環境科技股份有限公司，江蘇 蘇州 215010）

工業作為國民經濟的重要組成部分，為國民經濟創造了巨大的產值，但由于工業生產的特殊性，造成了嚴重的污染，比如，大氣污染、土壤污染和水污染。工業污染場地的重金屬含量非常高，而重金屬對地下水和土壤所產生的危害非常大，在重金屬逐步滲透到地下水以后，地下水水源將可能受到嚴重污染，導致水質安全難以保障，一些利用地下水的飲水工程將會面臨著地下水水質不達標的問題。此外，重金屬對土壤的危害也非常大，土壤中的重金屬可能會通過各種暴露途徑與人體直接接觸從而對人體健康產生嚴重危害，而且，土壤中的重金屬將會使得農作物、植物生長受到影響，使食物鏈面臨著巨大的威脅，因此，加強對工業污染場地的重金屬污染修復非常重要。

1 土壤與地下水重金屬污染的原因

1.1 廢水、廢渣的不合理處理

工業生產必然伴隨著廢水、廢渣的產生與排放，而這些排放物如果得不到妥善的處置，將成為土壤和地下水污染的直接原因。一般情況下，礦產冶煉加工和化工行業的廢水、廢渣排放量是最大的。在當前市場經濟快速發展的過程中，我國的工業化發展進程加快，各個工業企業的生產規模日漸擴大，雖然滿足了現實生活中工業產品的需求，但是，生產規模的擴大也引起了嚴重的工業污染。工業生產中的廢水和廢渣中重金屬含量偏高，重金屬對于土壤和地下水的危害是非常大的，如果在工業生產中這些廢水、廢渣沒有經由專業化處理，直接排放將會導致嚴重的污染后果，使得工業污染場地的生物多樣性難以得到有效保持，從而導致生態恢復極為困難[1]。

1.2 礦物資源使用不當

工業生產中原材料多以礦物資源為主，尤其是礦物燃料在燃燒的過程中會伴隨產生大量廢氣，造成嚴重的大氣污染，最終，廢氣中夾雜的污染物將通過大氣沉降吸附到土壤和河流中，導致土壤和地下水的污染。而且，礦物資源的使用過程中，也會產生大量的廢棄物，這些廢棄物中的重金屬嚴重超標，同樣會引起嚴重的污染問題。比如，在一些工業生產領域，煤炭資源的使用較多，如果煤炭資源的利用得不到有效的管控，也將導致土壤和地下水污染。比如，在前幾年，我國北方地區的集中供暖中，為滿足環保要求，國家明令禁止再使用高含硫煤炭，同時推廣新能源的使用，此舉雖然有效降低了單純煤炭資源供暖下的大氣污染，使得重金屬污染物的產生也有所降低，但是，在很多的農村地區，并未實現完全的新能源利用，而且依舊存在高含硫煤炭資源的使用情況，土壤和地下水重金屬污染的現狀長期難以改變。

1.3 垃圾的處理不當

工業垃圾同樣是土壤與地下水重金屬的污染源之一，例如不銹鋼酸洗行業產生的酸洗污泥，含有大量的鉻、鎳等重金屬。在工業生產領域，一些企業的發展水平有限，在長期的發展過程中并沒有充分認識到環保工作的重要性，在工業生產時，所產生的工業垃圾直接排放到附近的空曠地段或者水池周邊，導致區域內的土壤和地下水污染非常嚴重。近年來，國家在積極推進工業垃圾的集中處理，但是，工業垃圾隨意堆放的現象并未完全消除，部分小型的工業生產企業在生產的過程中，依舊隨意將垃圾隨意排放，導致垃圾中的重金屬直接滲透到土壤和地下水中。

2 工業污染場地重金屬污染原位修復技術

2.1 重金屬污染土壤原位修復技術

2.1.1 土壤固化/穩定化技術

土壤重金屬修復處理中，固化/穩定化技術非常有效，這一技術在應用時，利用的是物理法或者化學法，使得土壤內的污染物可以被固化或者轉化成為化學性質不活潑的狀態，通過狀態的轉變，使得土壤內的污染物擴散速度減慢或者不遷移、不擴散，最大程度上降低污染物的危害。重金屬固化/穩定化技術應用的關鍵就是要根據實際的處理需求，來有效選擇相應的固化/穩定化材料，比如，水泥、石灰等無機粘結物質、瀝青等有機粘結劑以及熱硬化有機聚合物等，都是十分常用的材料，可以適用于土壤重金屬的治理，最大程度上減小重金屬的危害[2]。以水泥固化重金屬技術的應用為例，由于水泥性質的特殊性，在水化過程中會對重金屬加以吸附、鈍化和離子交換處理，使得重金屬可以最終以氫氧化物沉淀物或者絡合物的形態停留在水化硅酸鹽膠體表面，從而達到消除重金屬危害的效果。

土壤重金屬修復中，除了可以采用固定材料的污染物固化處理方式，還可以采用玻璃化技術，這一技術在應用時，需將重金屬污染土壤直接放在高溫高壓的環境狀態下，此時，固態污染物將會被熔化為玻璃狀或者玻璃-陶瓷狀的物質，由于玻璃體為致密的結晶結構，可以保持固化體的長期穩定性。

在土壤重金屬修復技術中，雖然固化技術可以使得重金屬與食物鏈相互脫離開來，但是，固化的重金屬還是存在活化的風險，在某些特定的條件下可能會重新釋放到環境中，因此必須加強固化物的監測和管控。

2.1.2 土壤淋洗技術

土壤淋洗技術，主要是利用淋洗劑對污染土壤加以淋洗，使土壤固相上的重金屬逐步轉移到土壤液相上。這一技術應用的關鍵是要根據實際的處理需求，進行淋洗劑的選擇，最理想的淋洗劑不僅要符合不同形態重金屬提取的需求，還要能避免對土壤結構的破壞。淋洗劑的種類非常多，有檸檬酸、硫酸、鹽酸等酸類，磷酸二氫鉀等堿類以及絡合劑和還原劑等。土壤中的重金屬類型不同，所采用的淋洗劑也存在著較大的差異，對于鉛和鉻等重金屬，清水、檸檬酸、酒石酸等更為適用；對于砷和汞等重金屬，雖然EDTA 是有一定效果的，但是并不是最優的選擇，砷在土壤中主要以含氧官能團的形式存在，因此，根據其性質，選用檸檬酸等更為適用[3]。

在輕質土壤中，土壤淋洗技術的應用效果更為理想，而如果是粘粒較重的土壤，其修復效果將非常不理想。而且在實際的土壤淋洗技術應用時，淋洗劑的成本相對較高，應用時還會出現一定的二次污染，因此該技術仍存在一定的局限性。

2.1.3 電動修復技術

電動修復技術主要是在重金屬污染土壤中插入電極對，通過施加電流的方式，使得土壤中的污染物可以在電場作用下發生電遷移、滲流等多個過程，這些污染物在電極富集以后，就可以實現集中處理。比如，對鉛污染土壤而言，在經由一段時間的修復處理以后，其去除率可以達到70%以上[4]。而對于砷污染的土壤，在電動處理的過程中，除了富集重金屬外，還會發生氧化還原反應，使得電解過程中產生的亞鐵離子，形成水合鐵氧化物，與砷產生共同沉淀，最終去除砷污染物。

2.2 重金屬污染地下水原位修復技術

2.2.1 原位化學還原技術

在地下水重金屬的處理過程中，原位化學還原技術是一種十分有效的技術，該技術主要利用化學修復藥劑的化學特性來實現，比如，一些化學修復藥劑具備非常強的還原性，經由還原、吸附、沉淀和隔離以后，地下水中的重金屬污染物就會被還原，有效降低地下水中重金屬的污染程度。在鉻、砷等類型的重金屬處理中，化學還原技術的應用效果非常突出，不僅可以保持高效的去除效率，且整體的投入成本相對較低，對于含水層基本上不會產生較大的影響[5]。原位化學還原技術應用的關鍵是要做好前期的水文地質調查、污染源追蹤，當然，還需要結合污染情況，來選擇恰當的還原藥劑。

2.2.2 原位化學氧化技術

原位化學氧化技術應用時，需要在被重金屬污染的地下水中注入一定量的化學氧化劑，通過化學氧化劑與地下水中的重金屬發生氧化反應，使這些重金屬污染物轉化為低毒性、低移動性的物質。比如，含有As3+的地下水中，通過添加氧化劑H2O2或高錳酸鉀，使得As3+轉化為As5+，毒性更小[6]。原位化學氧化技術在實際的應用過程中，修復的周期相對較短，成本投入少，在含重金屬地下水的修復過程中，不僅可以單獨利用，還可以與其他修復技術結合使用。現階段，在我國原位化學氧化技術的發展中，所使用的氧化劑以高錳酸鹽、過氧化氫、過硫酸鹽和臭氧為主。即使原位化學氧化技術的應用效果非常突出，但在實際的應用過程中同樣會存在著一定的技術局限，比如，一些情況下可能存在二次污染。

2.2.3 原位生物修復技術

原位生物修復技術同樣是一種十分有效的修復技術，在地下水重金屬修復中非常有效，該技術是通過特定功能微生物群的應用，來發揮微生物代謝活動對重金屬的作用。這些微生物群可以是野生的，也可以是人工培養的，微生物代謝作用下，地下水中重金屬元素的遷移能力將大大降低，甚至在一些時候可以有效改變其原有形態，該技術在很多地下水重金屬修復中取得了良好的應用效果。工業污染場地中，地下水重金屬治理中可使用的微生物類型非常多，如產堿菌屬、芽孢桿菌屬、棒桿菌屬等，在實際應用過程中都非常有效。但是，在利用微生物群進行重金屬地下水的修復過程中，想要有效發揮原位生物修復技術的優勢，必須采用有效的方式，為微生物創造相對良好的生長環境，比如，可以通過在地下水中注射糖漿、醋酸鹽等方式，來增強場地內微生物的活性等。

3 結語

工業污染場地內的土壤和地下水重金屬污染問題非常突出，為了避免重金屬對區域內生物、生態所造成的不利影響，必須對其進行妥善處理，同時，需要根據地下水和土壤的重金屬污染類型和程度，選取合適有效的修復技術，達到減輕污染、恢復生態的目的。