土壤重金屬污染防治技術研究進展

王舒婷，吳學勇，牛學奎，周 濤，王 薇，鄧 晴

（云南省生態環境科學研究院，云南 昆明 650034）

0 引言

人類的生存發展與土壤環境息息相關，隨著社會工業化腳步不斷向前邁進，土壤污染也在不斷加劇。2014年原環境保護部和原國土資源部聯合發布的《全國土壤污染狀況調查公報》指出，我國當前部分土壤遭受的重金屬污染較為嚴重，土壤質量和作物產量嚴重下降，部分老工業區和礦業區的土壤污染情況遠遠超出標準值，隨著工業化進程的進一步發展，各地土壤污染狀況還會進一步加劇。如何防治土壤重金屬污染是當前社會發展面臨的一大問題。

1 土壤重金屬污染存在形態以及污染來源

1.1 土壤重金屬污染存在形態

土壤重金屬污染物質主要屬于過濾性元素，這些金屬物質以離子的形式存在于土壤當中，部分有機物會影響重金屬離子的構成形態以及遷移能力。重金屬化合物本身的化學性質差異較大，土壤環境內部物質的組成較為復雜，物理化學性質容易因環境的變化而發生變化。通常來說，重金屬污染元素的存在形態包括水溶態、可交換態、吸附交換態、碳酸鹽結合態以及有機結合態等。重金屬的形態與普通金屬物質相比差異較大，水溶態和可交換態重金屬可溶于其他液體，其毒性對生態環境的影響較大。

1.2 土壤重金屬污染來源

重金屬污染來源與人們提煉金屬的加工流程存在一定關聯，部分重金屬物質需要通過高溫進行加工，細小的重金屬在加熱過程中以氣溶膠的形式伴隨其他氣體和粉塵進入大氣環境，在經過自然沉降和降水等活動進入土壤和水體當中，其中10%～30%的重金屬氣溶膠會直接沉降在排放源周邊，這也是金屬礦區周邊土壤重金屬污染程度較高的原因。

部分重金屬氣溶膠進入水體后，農民在種植活動中會引入污染源周邊河流湖泊水源灌溉農作物導致水體當中的重金屬殘留在土壤當中，加劇了土壤重金屬污染。部分工礦企業為了降低污水處理的成本，經常會將未經處理的污水或重金屬含量超標的污水排放到土壤當中，導致污水排放區的土壤重金屬污染程度進一步加深。

在礦區生產過程中，許多礦石或有色金屬冶煉后的殘余廢渣會直接露天堆放，廢棄物長期暴露在自然環境當中，受雨水澆淋的影響，其內部的重金屬容易發生遷移，逐漸擴散到周邊的土壤和水體當中產生嚴重的重金屬污染。部分肥料生產廠家在生產活動中會將固體廢棄物加入肥料當中，重金屬物質混在肥料當中進入土壤，導致重金屬污染狀況加劇[1]

2 土壤重金屬污染防控措施

2.1 追本溯源，健全法律管控體系

在防治土壤重金屬污染的過程中，政府部門應發揮自身的領導作用，以預防為主，治理為輔，盡可能控制污染程度和污染范圍，避免重金屬污染程度進一步加深。在預防階段，政府部門可以借鑒日本與歐美國家控制環境污染的手段，加強環境保護立法鼓勵個人對周圍存在的環境污染問題提起訴訟，在法律上明確環境污染先治理后追責的理念，制定關于防治土壤污染的法律法規和政策制度，為基層管理工作的開展提供必要的法律保證。

我國在有關環境保護的法律制定上起步較晚各方面法律法規缺乏系統性和統一性，技術標準未能與當前時代相接軌，部分地區仍然按照舊有的技術要求開展土壤重金屬污染防治工作，污染防治活動相關配套標準未能真正完成制定。部分地區即便已經建立了較為健全的法律防治制度，但在實際執行過程中出于經濟發展的考慮，在企業排污和污染物處理方面放松監管力度，責任劃歸模糊，未能真正建立行之有效的監督管理體系，保證各項法律法規切實落實到基層生產活動當中[2]。

各地政府在制定關于土壤重金屬防治保護法規的過程中，需要強化自身的責任意識，在工作中把握經濟發展與環境保護治理的關系，根據地方實際情況制定法律法規，定期組織企業召開環境保護倡議會，增強企業的環保意識，糾正生產過程中出現的不良行為。在監管方面，結合地方實踐經驗，劃歸主體責任，落實責任監督工作，依靠責任機制和獎懲機制推動環保部門人員開展工作，保證環境安全，避免土壤重金屬污染程度進一步加深，將各項管理制度落實到位，保護自然環境。

2.2 加大投入，建立健全防控體系

土壤污染治理復雜而困難，治理過程必定是一個長期且不斷演變的過程，需要當地政府機關投入大量的資源進行治理。為達成治理目標，工作人員需要在工作中樹立科學治土理念，推動環境保護技術創新發展，在土壤環境監測和土壤環境治理上加大投入，幫助管理人員更好地了解每一階段的治理情況，為土壤重金屬污染治理工作的開展提供必要條件。

我國的土壤環境檢測技術相對歐美發達國家來說較為落后，為了進一步推動技術創新，政府部門需要發揮領導作用，制定人才培養政策來吸引優秀人才，適當提高科技人才薪資待遇以吸引外來人才涌入。為此政府需要加強與企業之間的合作，加大投資力度，必要時可以組建考察隊到國外與相關技術團隊進行技術交流，了解國外技術水平和技術發展方向，吸收國外先進的技術理念，為研制我國防治土壤污染的關鍵技術設備奠定必要的理論基礎[3]。

2.3 強化宣傳，建立監督管理機制

土壤重金屬污染難以被肉眼直接觀察到，社會各界對于土壤重金屬污染情況和防治措施缺少相應的認識，難以正確了解土壤重金屬污染對人體的危害。為此各地整治土壤重金屬污染的負責部門需要加強宣傳工作，向群眾說明土壤重金屬污染的危害，幫助群眾正確看待土壤重金屬污染帶來的影響，發動群眾的力量對當地的土壤重金屬污染情況進行監督管理，鼓勵群眾參與治理工作，攜手并進，為保護家園生態環境不懈奮斗。

以日本為例，日本的信息公開制度和公眾參與制度較為完善，在土壤污染防治政策制定后借助群眾的力量對土壤污染防治政策的執行效果進行監督，公眾可以根據自己觀察了解到的情況進行取證。政府通過設置撥打電話、電子郵箱反饋、舉報信箱等方式與群眾建立有效的溝通渠道，及時了解情況并根據實際情況做出相應反饋，政府定期將污染防治作業的效果和工作進展向社會各界進行通報，保證居民的知情權，雙方在彼此交流溝通的過程中讓土壤重金屬污染防治措施能夠被真正應用到企業生產經營流程當中，保證監管力度和監管效果。

3 土壤重金屬污染治理措施

3.1 物理修復治理土壤重金屬污染

3.1.1 電化法

電化法是美國路易斯安那州立大學提出的一種土壤重金屬污染凈化方法。通過在飽和的黏土顆粒中接通低強度直流電的方式清除土壤中的無機污染物，并借此收集土壤中的重金屬。這種清理重金屬污染的方法需要在被污染土壤的兩端插入惰性電極，施加電流后利用電流的特性讓重金屬離子跟隨電流流動方向進行遷移，到達電極位置后以重金屬離子溶液的形式將其導入，完成對重金屬污染土壤的修復工作。這種污染處理方式的效率較高，不會在清理過程中產生二次污染，對土壤環境的影響較小，能夠在保持土壤肥力的情況下有效降低土壤中的重金屬含量。目前該技術在室內環境的試驗效果較為出色，但在室外環境的適用性較差；對于土質的要求較高，在黏土等低滲透性的土壤重金屬污染中清理效果較好，但在砂性土壤中的應用效果較為有限；此外，該技術不夠成熟，目前無法做到大規模應用推廣。

3.1.2 熱解吸法

熱解吸法又被稱為熱脫附技術，屬于熱處理技術的一種。這種技術通過加熱升高土壤溫度的方式讓土壤中的部分揮發性較強的重金屬元素以蒸氣的形式揮發出來，并使用收集裝置收集蒸發后的氣體，完成重金屬的提取、收集、再利用，提高污染凈化活動中的經濟效益。這種技術在凈化揮發性較強的重金屬中清理效果較好，并能有效實現重金屬資源的循環利用。目前在美國已經有公司通過熱解吸法對被汞污染的土壤進行治理工作，使該項技術成功商業化。該項技術的劣勢在于修復過程中的能源消耗量較高，設備運行的成本較高，且土壤加熱這一過程容易對土壤結構造成破壞，影響植物的正常生長。此外，這種土壤重金屬污染治理技術需要通過收集蒸發氣體的方式完成重金屬回收工作，而氣體收集容器需要高度密封，實驗室內收集蒸發氣體與戶外環境收集蒸發氣體的情況截然不同，在室外環境中容器的密封性容易受到自然因素和人為因素影響，氣體回收過程中如果操作不當容易造成重金屬污染大氣。

3.1.3 玻璃化技術

玻璃化技術是通過將電機放到受重金屬污染的土壤當中，將土壤熔成形態較為穩定的玻璃態物質，借助這一方式將玻璃態物質中的重金屬元素提取出來，完成污染治理工作。研究人員在應用此項技術進行污染治理工作時需要先在土壤中埋入金屬或石墨制成的電極，在通電過程中將土壤內部熔化，土壤熔化后電極能夠自動進入土壤更深處開展重金屬污染治理工作，穩定推進污染治理過程。玻璃化技術在實際應用過程中熔化進度難以做到統一控制，地下水的滲透作用也會在一定程度上影響熔化效果，依靠這種技術得到的玻璃態產物的形態非常穩定，金屬物質提取再利用較為困難，難以對金屬物質進行循環利用。此外，這種熔化處理的方式需要消耗較多的電能，成本較高，因而該種技術難以做到大規模推廣。

3.2 化學修復治理土壤重金屬污染

3.2.1 投放土壤改良劑

部分重金屬物質容易發生化學反應，在形態上發生改變，為此科研技術研究人員可以嘗試通過在土體內部投放化學物質的方式影響重金屬離子的存在狀態，使重金屬污染物能夠通過其他方式被清理出來，完成土壤重金屬污染治理目標。以受到Cd、Pb、Cu、Zn、As復合重金屬污染的土壤為例，通過在土體當中添加石灰粉和鈣鎂磷肥等土壤改良劑的方式，使重金屬離子與土壤改良劑發生化學反應生成沉淀，降低重金屬對土壤的不良影響。在對比試驗中可以發現，在投放土壤改良劑的土地上種植水稻和小麥，其重金屬含量明顯低于未投放土壤改良劑土地上種植的水稻和小麥。

投放土壤改良劑處理重金屬污染的方式能夠有效降低重金屬對土壤的不良影響，治理具備一定效果，治理費用較少，滿足規模化應用需求，但這種治理形式的效果目前來看并不徹底，需要當地政府部門加強管理，避免土壤污染程度進一步提高，防止重金屬再度活化。

3.2.2 淋洗法

淋洗法又被稱為淋濾技術或萃取技術，借助水流壓力將可以溶解污染物的清洗溶液注入土壤當中，在與土壤充分混合后將污染物轉移到溶液中，從溶液中提取淋洗液進行深度處理，完成土壤修復過程。這種方法在實驗室環境下的效果較為理想，而針對室外條件下的大面積土壤污染，如果土壤本身的滲透性較強，淋洗液很可能會滲透到周邊環境或地下水當中，造成污染轉移。目前國內由于場地條件的限制，主要使用異位化學淋洗技術。淋洗劑和金屬濃度、土壤特性等因素都會影響最終的土壤淋洗效果，淋洗劑處理過程較為復雜，容易產生二次污染，且淋洗劑的價格較為昂貴，難以大面積推廣。

3.2.3 泵出處理法

為了解決深層土壤和土壤蓄水層處的污染，科研人員結合環境特點研發了泵出處理法。這種技術將處理劑從土壤低凹處注入土壤深處，依靠處理劑吸附土壤顆粒上的污染物，在處理液跟隨土體移動的過程中通過抽水裝置將污染物處理液抽取上來，完成土壤治理過程。

泵出處理法的關鍵技術難點在于如何根據土壤污染情況配置處理劑以及如何及時將含有污染物的處理液準確地抽取上來。在處理劑的配置過程中，需要考慮土壤污染類型有時包含重金屬與有機物的雙重污染，現有的處理劑難以同時處理這兩種類型的污染物。為了保證處理效果，泵出處理法在應用過程中需要消耗大量的水資源，對于一些缺水地區來說，這種處理方式難以實現。另外，處理劑在向周圍土壤滲透的過程中如何保證污染物與處理劑充分接觸發生反應也是技術難點之一。

4 結語

綜上所述，重金屬土壤污染治理技術目前取得了一定進展，但許多技術在大規模推廣之前仍然需要進行大量的試驗研究。基于此種情況，在重金屬污染防治的過程中需要將預防與修復結合在一起，在控制污染物隨意排放的前提下創新污染防治技術，復合使用多種方式治理土壤重金屬污染，保證治理效果穩定持久，切實改善環境問題，促進經濟發展。