土壤重金屬污染現狀與修復技術研究進展

汪一潭，鄭 偉

（迪天環境技術南京股份有限公司，江蘇南京 210000）

0 引言

土壤中負載50%～90%比例的污染負載荷內容，尤其在現代礦產資源開發程度不斷極大、工業冶煉需求增大以及農業生產中農藥、化肥、飼料等方面的不合理使用，都將成為重金屬污染的產生的重要來源。而土壤中的重金屬通過地下水以及生物富集等方式也將導致農牧產品的生長質量，進而使得人體的健康在食物鏈流通下受到影響。根據土壤中重金屬污染比例，分析土壤移動存在的差異，置留原因，不會導致微生物降解的因素特性。水、植物作為介質，會導致人體健康受到不利的情況影響，在土壤治理與修復的過程中都具有較大的難度。通過本文對重金屬污染的來源及分布的探討，根據不同反應特性和修復效果，提供不同的技術修復方案，以期能夠更好地實現對土壤中重金屬的消除和分離，進而為還原生態環境良好性能奠定良好基礎。

1 我國土壤重金屬污染現狀

1.1 土壤金屬區域劃定分布特征規范

①由于我國城市眾多，不同的城市自然資源存在差異。特別是能源稟賦等特點。因此，重金屬在土壤中的分布也會發生變化。一些城市屬于中等工業城市或工業化城市這類城市，污染工廠較多，也就造成土壤中金屬含量高出許多[6]。②南方的工業水平較高，主要影響物質有銅、鉛、汞、鉻、鎘、鋅。北部重工業較多，重金屬以汞、砷為主。城市污水的來源也會影響土壤的組分特性，目前我國許多城市在雨污分流方面還缺乏，甚至出現污水混流現象。③污水處理廠處理方式的不同也會影響土壤中重金屬的分布。無雨污分流造成污水污染，導致污水處理廠需要采購微生物以加速反應，城市污水和工業污水不分流，導致大量重金屬被稀釋，提高凈化難度。

1.2 土壤重金屬的發展趨勢

土壤重金屬含量的差別大，從地域、體系、時間上，經過一百多個城市的不同季節對鎘、銅、鎳、鉛、鋅的含量進行檢測，發現同一地區的重金屬含量在不同季節有較大變化。而且除季度上有變化外，年度上也呈現出波動趨勢，從而得出污水處理廠土壤中重金屬含量不能是一成不變的。而且重金屬的區域分布特征也不固定，所以每個城市的土壤處理都要在檢測結果上進行凈化。采取相應的技術措施，可大幅度降低重金屬的含量，減少重金屬對環境、生態的污染。檢驗該地區的土壤成本之前，要充分預測當地重金屬類型，這可以由當地的工業企業來做，以確定企業生產后產生的廢料中可能含有的重金屬元素含量和種類，從而進一步提高預測準確度，降低污水處理廠的成本[2]。

2 土壤重金屬來源

土壤金屬中涵蓋的因素不同，內外反應展示差異不同。特別是土質、地形地貌、水文現象以及土地植被情況等將直接影響重金屬的污染來源，以下將對土壤重金屬來源進行分析。

2.1 大氣沉降導致的土壤重金屬

大氣沉降會導致土壤重金屬污染發展。在我國工業化以及城市化進程不斷推進的背景下，工業生產以及私家車建設和購買的頻率也在不斷提升，由此將導致大量的廢氣以及汽車尾氣導致重金屬元素增加。如今，社會對環境治理問題日益重視，而重金屬治理是當今社會最為關注的問題。重金屬在微量的基礎上卻能夠對人體造成極大的身體傷害，同時在含量過高的基礎上還將直接造成人類死亡，風向直接影響土壤重金屬的分布。土壤中的Zn、Pb、As 污染也在風力的推動下產生。由此可見，其污染來源主要是自然因素，其中自然源指的是自然界中有些植物為防御蟲害和抑制其他植物種子萌發等過程中釋放的；人為源則指在人的生產生活過程中產生的，包括燃料燃燒，溶劑使用、石油化工、日用品、輪胎制造、家具制造、機動車尾氣排放、廚房油煙等。

2.2 隨污水灌溉進入土壤中的重金屬

集中處理是城市污水處理的一項必然選擇，這樣一來可集中力量控制城市污染。隨著城市發展水平的提升，污廠水可能面臨的風險增加。同時在污水處理廠中土壤又是污水處理后的另一個階段性產物，這部分物質富含了大量的污染物質，其中在工業土壤中更是大量的重金屬富集物質。在這類土壤處理中存在著處置率低的現象，管理不善現象，如長期的暴露在空氣當中，經過陽光曝曬重金屬釋放到空氣中，經過雨水沖刷滲透地下水對環境造成二次污染情況。

2.3 工礦生產代入的重金屬量

工業化操作中，重金屬元素多，礦業企業在廢水的排放上需要做好相應的凈化工作，以此方式重金屬等污染物質滲入土壤。但不可避免的是工礦企業在采礦、工業固體排放的過程中經受日曬、雨淋、水洗等作用，將使得重金屬呈輻射狀、漏斗狀擴散至周圍土壤。同時部分工廠通過煙囪傳輸氣體的方式，也將使得空氣濃度增加，電子產品中的Cr、鉛、鎘等元素也將滲入土壤中，造成重金屬污染問題。土壤會吸收外來的物質，也會向外界供給各種物質，一般來講，土壤在沒有外界干擾的情況下，可以達到一種動態平衡。但是由于人們的生產生活中產生的各種廢物和垃圾，超出土壤的基本自凈水平，會導致土壤質量水平降低。更加可怕的是，由于物質的遷移始終沒有停止，在土壤中積累的污染還可能傳遞到動植物、水體、大氣，這種情況會導致嚴重的區域生態環境崩潰，造成十分深遠的影響。

2.4 農事活動帶入土壤中的重金屬

隨著我國社會經濟的快速發展，農業生產的需求越來越大，農藥、化肥、地膜等使用日益增多，由此將使得土壤在不合理規范使用農藥以及化肥的過程中造成土壤重金屬富集的現象。農業殺蟲劑中含有多重金屬，長期會導致金屬沉淀。隨著各類復合肥料的使用，土壤中的鉛汞量增加。農作物在生長的過程中也將導致Cd 含量增加，進而加深污染的程度[3]。

3 土壤重金屬形態以及含量

3.1 土壤重金屬含量

近年來，我國對土壤重金屬含量是越來越嚴格，其中最嚴格的屬于農用泥質，在《城鎮污水處理廠土壤處置農用泥質》中有明確的規定，再者是園林綠化的泥質，再來才是用于燒制建材的泥質。按照我國的土壤標準及其重金屬控制限制規定。該方法規定銅的含量為1500，隔的含量為20，鉛的含量為1000，砷的含量為75，鉻的含量為1000。目前我國環保意識和環保意識逐年提高，對含重金屬的檢測分析也在不斷推進。有關治理措施也逐步完善，雖然大部分地區對重金屬污染已取得一定成效，但仍有少數不達標。無法達到標準的土壤很容易被用來轉化為其他形式的物質形態，這將對環境及其周圍產生不可逆轉的負面影響。土壤中重金屬污染程度劃分如表1 所示。

表1 土壤中重金屬污染程度劃分

3.2 土壤重金屬的分布形態

重金屬元素在土壤中會呈現的形態有很多種，但是經過歸類可以大部分的確定有五種種類的重金屬形態。根據土壤重金屬的分布情況，對結合態、有機化合物、鐵錳金屬化合物，殘渣比量等進行分析，判斷穩定或不穩定的因素狀態，分析重金屬處理的影響水平。在這種情況直接影響到對重金屬的處理過程。由于重金屬在不同價格上表現出的毒性是不同的，需要根據重金屬對動植物的差異影響水平進行分析。對人體的健康影響，一些重金屬元素的含量不同可導致人體不能新陳代謝，長期積累會導致人體不能代謝，長期會直接會導致人體產生不良的影響[4]。

4 土壤重金屬污染修復技術

4.1 物理修復技術

4.1.1 活性炭吸附法

大氣中的重金屬元素，日常生活生產中也會產生一定數量的重金屬。盡管，人們在日常生活中形成的重金屬含量很低，但仍需要重視人類健康的管理。要想減少重金屬對空氣質量的影響，必須尋找有效的措施來降低大氣中重金屬的含量。根據活性炭的吸附性質，可將其吸附在空氣中的重金屬，從而減少空氣中的重金屬含量，然而，這種方法相對保守，所形成的凈化空氣效果也不顯著。

4.1.2 溶劑吸收法

溶劑吸收法雖然也是一種吸附方法，但其原理與活性炭吸附法有很大區別，它是利用液體溶液相似的相溶原理吸附重金屬中的有機物組分。與活性炭吸附相比，液相吸附法能有效地減少大氣中重金屬的濃度，對改善人們居住環境的空氣品質有重要意義。

4.1.3 電動修復技術

電動修復處理規范中，包含各類重金屬離子，在有機作用和無機作用的銜接下，調整電滲透和遷移調配水平，通過集中處理修復各類污染后，對土壤中的Pb2+、Cr3+重金屬離子進行清除處理，去除多余的金屬量比。

4.1.4 電熱修復技術

電熱修復適用于被Hg 和Se 等元素污染情況。通過高頻電壓、電磁作用，實現熱能作用，加速分解土壤中的污染物，實現土壤重金屬的分離修復。

4.2 化學修復技術

化學修復技術是對土壤中進行改良，通過還原、吸附、沉淀等方式，將重金屬元素轉化出來。化學修復技術應用的關鍵在于選擇經濟合適的改良劑，目前常用的改良劑主要有石灰、氧化鋁、碳酸鈣、硅酸鹽等。土壤pH 的增加主要是促使土壤中Cu、Hg、Zn等元素形成氫氧化或碳酸鹽結合態鹽的沉淀，從而使土壤pH 升高。在pH 大于6.5 的土壤中，Hg 可形成氧化氫或碳酸鹽沉淀。

4.3 生物修復技術

4.3.1 接種微生物

（1）土著微生物。

土壤中包含原有微生物群落，隨著土壤污染，土壤理化性質發生一定程度的改變，某些不適應的微生物將逐漸死亡。在此過程中，一些能適應環境的微生物得以生存，這些微生物能產生對重金屬污染有分解作用的酶，從而逐漸在土壤環境中占據優勢地位，這個過程有點類似于進化論，只是發生的時間較短，我們一般稱之為“馴化”，經過馴化后的微生物就具備了針對重金屬污染的分解和修復能力，進而更好地提升土壤環境的恢復效果。

（2）外來微生物。

盡管土壤具有自凈作用，某些微生物也能定向馴化，但在實際污染土壤修復工作中，馴化的微生物由于重金屬污染一般比較復雜，馴化的微生物具有一定的多樣性和特異性。在這樣的前提下，盡管被馴化，但其本身仍保持著較差的繁殖能力、分解效率低或活性不高、數量稀少等特點，不利于土壤修復工作的實現，針對這種情況，可以引入外來微生物，加速馴化過程，并增強其活性。

（3）基因工程菌。

基因工程菌顧名思義就是利用基因工程手段，人工的對微生物菌落進行培育，使其具備具有針對性、高活性、快速繁殖等特性的各種微生物種群。

4.3.2 添加營養物

有些污染土壤中的微生物已經被馴化，且作為重金屬污染的有機物本身也能提供穩定的碳源，但是因為缺少必要的營養物質，也可能導致微生物的活性降低甚至大范圍的死亡，因此，為了保證微生物的活性和繁殖能力，需要具有針對性地向土壤中加入營養物質，常見的營養物質有酵母膏、酵母廢液等[5]。

4.3.3 添加表面活性劑

微生物降解重金屬污染的原理，一般是能產生特定的酶，但大多數酶是胞內酶，也就是在微生物的生物細胞內產生，不分泌到外界，這樣的酶只會作用于微生物所接觸的重金屬污染，為提高分解效率，可在土壤中加入表面活性劑，其作用是大大增加微生物與重金屬污染之間的接觸面積，使重金屬污染能同時被更多的微生物作用，從而大大提高微生物的分解效率，從而加速污染土壤的修復。

5 土壤重金屬污染修復技術應用保障措施

5.1 實現智能化土壤重金屬污染檢測

計算機網絡技術和信息技術的快速發展改變了許多行業的工作模式，合理的利用信息技術進行輔助工作能有效的提高工作效率個工作質量。土壤重金屬污染檢測工作也需要運用信息技術和云計算來建立一個重金屬成分預警信息平臺，這不僅僅能有效的提高重金屬成分檢測的可信度和真實性，還能順應時代的發展背景，提高檢測工作的質量和速率。通過云計算使得土壤重金屬污染環境的檢測更有效率，能有效的降低檢測成本和時間，從云計算方式進行提升整體精度，以科學的計算出檢測的重金屬成分，還能對重金屬成分的變化做出合理的推測，并通過重金屬成分預警系統為人們做出預警，提醒人們出行時要注意做好防護措施以保證自身的健康安全和出行安全。云計算平臺通過對大量的檢測數據進行分析運算來為土壤重金屬污染的治理方案提供有力的依據，使得重金屬成分的檢測更具有科學性和意義。

5.2 加快推進工業企業土壤重金屬綜合治理

5.2.1 從源頭降低土壤重金屬量

推動低（無）土壤重金屬含量的原輔材料替代。對符合國家規定的低重金屬污染的原料，列入政府的“綠色采購”目錄。建立原材料檔案，記錄土壤重金屬的名稱、成分、重金屬含量、采購量、用量、庫存、回收方式、回收量等，并保留相關的材料。推進政府采購綠色采購，政府采購家具、印刷等重點采購單位采用低揮發性原料；將重金屬元素含量較低的產品納入政府采購范圍，并優先用于政府投資。

5.2.2 提升治污設施“三率”，提高治理效率

按照“應收即收、分質回收”的原則，合理設置廢氣收集體系，增加收集速率，由無組織排放轉為有組織排放，并優先使用封閉設備，封閉環境，或者采取完全封閉的收集方法。在采用局部式集氣罩時，要考慮到廢氣的排放特性，要對其進行適當的收集點。加強工廠的封閉性管理，在滿足安全、職業健康要求的情況下，使用自動卷簾門、密封良好的塑料鋼門等。按照“同啟同停”的工藝要求，提高了治理設施的使用效率。按照“適宜效率”的原則，增加處理設備的脫除率，不能降低污染物的濃度。針對目前的污染防治設施特點、土壤重金屬成分、濃度、生產條件等因素，進行新的污染治理設施建設，在對現有的治污設施進行改造時，要考慮廢氣的性質、重金屬成分、濃度、生產條件等因素，科學地選用相應的治理技術。

6 結語

土壤保護是人類生存發展的重要資源，重視土壤污染的清理，通過食物鏈的流轉影響人類的生命健康安全，因此切實做好土壤中重金屬污染防控和修復工作將成為當前社會環境治理的重要內容。我國需要加強社會經濟的穩步發展，重視礦產資源開發、工業生產排放以及農業肥料等不合理開發和使用，及時處理重金屬污染產生的各項因素。在現階段的修復技術上最為常用的便是物理、化學以及生物修復技術，通過多元化的方式手段，進一步為提升土壤污染防治的效果奠定良好基礎。