城市道路土壤重金屬污染及其防治技術(shù)

摘要：隨著人類活動的日益頻繁，工業(yè)、城市污染的加劇，城市道路土壤重金屬污染問題日益嚴重。因此，針對城市道路土壤重金屬污染的成因、監(jiān)測及防治技術(shù)展開研究具有重要的現(xiàn)實意義。為有效控制城市道路土壤重金屬污染，可采用污染源控制技術(shù)、土壤修復技術(shù)等，有效減緩重金屬在土壤中的積累與擴散。為提高重金屬污染治理效果和效率，應完善土壤重金屬污染防治標準，采取環(huán)境友好型城市道路規(guī)劃設計策略等。

關(guān)鍵詞：城市道路；土壤重金屬污染；防治技術(shù)

中圖分類號：X53 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）11-0146-03

Heavy Metal Pollution in Urban Road Soils and Its Prevention and Control Techniques

LUO Dihan

（Ganzhou Teachers College， Ganzhou 341000， China）

Abstract： With the increasing frequency of human activities and the intensification of industrial and urban pollution， the heavy metal pollution of urban road soil is becoming more and more serious. Therefore， it is of great practical significance to study the causes， monitoring and control technologies of heavy metal pollution in urban road soil. In order to effectively control heavy metal pollution in urban road soil， pollution source control technology and soil remediation technology can be used to effectively slow down the accumulation and diffusion of heavy metals in soil. In order to improve the effect and efficiency of heavy metal pollution control， it is necessary to improve the soil heavy metal pollution control standards and adopt environment-friendly urban road planning and design strategies.

Keywords： urban roads; soil heavy metal pollution; prevention and control techniques

隨著城市化進程的加快和交通運輸業(yè)的迅猛發(fā)展，城市道路土壤重金屬污染問題日益嚴重。重金屬難以降解、生物累積性強及毒性高，對生態(tài)環(huán)境及人類健康構(gòu)成了長期且潛在的威脅，因此加強城市道路土壤重金屬污染防治已成為城市環(huán)境管理中的重要議題。鑒于此，針對城市道路土壤重金屬污染的成因、監(jiān)測及防治技術(shù)展開研究具有重要的現(xiàn)實意義。

1 城市道路土壤重金屬污染的成因

1.1 工業(yè)排放對土壤的影響

工業(yè)排放是城市道路土壤重金屬污染的重要來源，其影響土壤環(huán)境的途徑主要包括大氣沉降、排水系統(tǒng)滲透等。工業(yè)企業(yè)在生產(chǎn)過程中排放的廢氣含有大量的重金屬元素，如鉛、汞、鎘等，這些重金屬元素通過大氣擴散和沉降最終進入土壤。工業(yè)廢氣排放嚴重加劇了城市道路土壤的重金屬污染問題，尤其是在重工業(yè)密集區(qū)。工業(yè)廢水通過城市排水系統(tǒng)排入河道，經(jīng)過土壤滲透，造成地下水和土壤二次污染，其中含有的重金屬元素易與土壤中的有機物和礦物質(zhì)發(fā)生化學反應，進一步增加土壤的污染負荷[1]。

1.2 路面磨損與建筑揚塵的影響

路面磨損是城市道路土壤重金屬污染的另一主要來源，特別是在車輛頻繁通行的區(qū)域。輪胎、路面材料及剎車片等的長期摩擦，導致重金屬顆粒釋放。這些重金屬顆粒在沉積過程中與土壤中的其他物質(zhì)結(jié)合，逐漸累積并影響土壤質(zhì)量。建筑施工揚塵在風力作用下，攜帶著大量的重金屬微粒擴散到道路兩旁的土壤中，造成局部區(qū)域土壤重金屬污染加劇。可以用數(shù)學公式描述重金屬微粒的擴散機制。顆粒的擴散機制可表示為

（1）

式中：C為重金屬顆粒的濃度；t為時間，表示擴散過程隨時間的變化；D為擴散系數(shù)；為拉普拉斯算子，用于描述標量場（濃度等）的擴散過程；v為風速，可以用于模擬在不同風速和建筑揚塵釋放量條件下，重金屬顆粒在道路兩旁土壤中的沉積過程；x為空間坐標，用來描述擴散過程中沿某一特定方向的變化。揚塵的釋放量越大、風速越高，重金屬在土壤中的擴散速度越快、范圍越廣。利用該擴散模型可評估建筑施工對周邊土壤環(huán)境的具體影響，并為污染措施的制訂提供理論依據(jù)。

2 城市道路土壤重金屬污染的檢測、評估與分析

2.1 重金屬污染物的檢測技術(shù)

采用原子吸收光譜法（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）、電感耦合等離子體質(zhì)譜法（Inductively Coupled"Plasma Mass Spectrometry，ICP-MS）以及X射線熒光光譜法（X-ray Fluorescence Spectrometry，XRF）等，能夠?qū)崿F(xiàn)對城市道路土壤中重金屬元素的精確檢測。其中，原子吸收光譜法具有靈敏度高、檢測限低等優(yōu)勢，適用于測定土壤中的鉛、鎘、銅等重金屬元素。電感耦合等離子體質(zhì)譜法是將樣品激發(fā)成離子狀態(tài)，利用質(zhì)譜儀對離子進行分析，具有檢測范圍廣、分辨率高等特點，是目前應用最廣泛的重金屬檢測手段之一。X射線熒光光譜法則利用重金屬元素在X射線激發(fā)下產(chǎn)生的熒光來確定其含量，具有無損、快速等優(yōu)點，適用于大面積土壤的快速篩查。

2.2 重金屬污染的評估標準及其適用性

城市道路土壤重金屬污染的評估主要參考《土壤環(huán)境質(zhì)量標準》（GB 15618—2018）。該標準對土壤中的主要重金屬元素，如鉛、汞、鎘、銅等，設定了不同土地利用類型下的限值。對于一般城市綠地，土壤中鉛的限值為120 mg/kg，鎘的限值為0.3 mg/kg；對于農(nóng)用地，這些限值則更為嚴格，鉛為90 mg/kg，鎘為0.2 mg/kg。不同地區(qū)的土壤背景值和土壤性質(zhì)差異較大，在具體評估過程中需要根據(jù)當?shù)氐牡刭|(zhì)條件、土地利用類型及歷史污染狀況調(diào)整標準的適用性。

2.3 污染數(shù)據(jù)的分析方法

污染數(shù)據(jù)分析是城市道路土壤重金屬污染評估中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，常用的分析方法包括多元統(tǒng)計分析、統(tǒng)計學分析等。多元統(tǒng)計分析可以揭示不同重金屬元素之間的相關(guān)性以及它們的主要污染來源。借助主成分分析（Principal Component Analysis，PCA）和因子分析（Factor Analysis，F(xiàn)A）等方法，可以對多個重金屬元素的數(shù)據(jù)進行降維處理，找出影響污染分布的主導因子。降維處理公式為

Z=W TX（2）

式中：Z為降維后的主成分向量；W為權(quán)重矩陣；T為矩陣的轉(zhuǎn)置；X為觀測數(shù)據(jù)矩陣，能夠有效提取土壤中各類重金屬元素的主成分，便于進一步進行污染分析。統(tǒng)計學分析則利用克里金插值法（Kriging）等預測土壤中重金屬污染的空間分布，建立重金屬元素濃度與其空間位置之間的變異函數(shù)模型來預測未知區(qū)域的污染濃度，公式為

（3）

式中：Z（x0）為位置x0處的重金屬濃度預測值；λi為權(quán)重；Z（xi）為位置xi處的觀測值，可以對城市道路土壤中重金屬的空間分布進行精確預測；i為不同采樣點的索引；n為采樣點總數(shù)，即總共在空間中采集了多少個數(shù)據(jù)點。污染負荷指數(shù)（PL）也常用于衡量土壤中多種重金屬的綜合污染程度，其計算公式為

PL=（CF1×CF2×…×CFm）1/m（4）

式中：CFm為第m種重金屬的富集系數(shù)；m為重金屬種類數(shù)。污染負荷指數(shù)可以直觀反映一個區(qū)域內(nèi)土壤重金屬污染的總體情況，有助于綜合評價污染水平。

3 城市道路土壤重金屬污染防治技術(shù)

3.1 污染源控制技術(shù)

污染源控制是防治城市道路土壤重金屬污染的第一步，主要借助減少機動車尾氣排放、控制工業(yè)廢氣及廢水排放等手段來減少污染物。在減少機動車尾氣排放方面，可采取提高汽車尾氣排放標準、推廣新能源汽車等方式。車輛尾氣中重金屬生成量的計算公式為

Q=EF×V（5）

式中：Q為重金屬排放量；EF為尾氣排放因子，mg/km；V為車輛的總行駛里程，km。提高汽車尾氣排放標準，降低尾氣排放因子，可以顯著減輕城市道路沿線土壤的重金屬污染情況[2]。

3.2 土壤修復技術(shù)

目前，應用較為廣泛的土壤修復技術(shù)包括物理修復、化學修復和生物修復。物理修復技術(shù)主要利用換土或表層剝離來去除土壤中的重金屬污染，但成本較高，且只能處理局部污染較為嚴重的區(qū)域。化學修復技術(shù)則通過添加化學藥劑來改變土壤中重金屬的形態(tài)，使其固定或沉淀，從而降低其遷移性和生物有效性。常用的化學修復藥劑包括鈣基和硅基材料，它們能夠與重金屬離子發(fā)生絡合作用或沉淀反應，形成穩(wěn)定的化合物。石灰穩(wěn)定法是一種有效的化學修復方法，是指向土壤中添加石灰，使土壤中的重金屬離子（鉛、鎘等）形成不溶性氫氧化物或碳酸鹽。其反應過程可以表示為

pb2++OH-→pb（OH）2↓

Cd2++CO32-→CdCO3↓

生物修復技術(shù)則利用微生物降解或植物吸收重金屬，逐步減少土壤中的污染濃度。微生物修復主要通過菌群與重金屬的代謝反應，使重金屬轉(zhuǎn)化為無毒或低毒形態(tài)[3]；而植物修復則是通過種植能夠富集重金屬的植物，從而逐步降低土壤中的重金屬濃度。

4 加強城市道路土壤重金屬污染防治的建議

4.1 完善相關(guān)標準

現(xiàn)行的有關(guān)土壤重金屬污染防治標準在一定程度上存在滯后性和局限性，難以全面覆蓋城市道路土壤重金屬污染的情景。對此，應針對不同污染源和土壤特征制定土壤重金屬污染防治標準，特別是在道路交通密集區(qū)、工業(yè)聚集區(qū)等高污染區(qū)域，需要制定更嚴格的土壤重金屬含量限值。

4.2 采取環(huán)境友好型城市道路規(guī)劃設計策略

采取環(huán)境友好型城市道路規(guī)劃設計策略對于減少土壤重金屬污染的生成和擴散具有重要作用。合理設計道路，能夠減少重金屬顆粒的積累和擴散，保護土壤環(huán)境[4]。優(yōu)化道路排水系統(tǒng)，能夠減少雨水沖刷導致的重金屬遷移。在設計排水系統(tǒng)時，需要控制排水量和重金屬排放總量。重金屬排放總量的計算公式為

（6）

式中：F為污染物排放總量；Q（t）為排水量；C（t）為污染物濃度；T為時間。

另外，道路兩側(cè)種植植被，借助植被對重金屬的吸附和滯留作用控制其進入土壤；應用透水性道路材料，也可以減少路面徑流中的污染物擴散[5]。

5 結(jié)論

重金屬污染具有污染范圍廣、持續(xù)時間長、污染隱蔽性、無法被生物降解，并可能通過食物鏈不斷地在生物體內(nèi)富集等特點。為有效控制城市道路土壤重金屬污染，可采用污染源控制技術(shù)、土壤修復技術(shù)等，有效減緩重金屬在土壤中的積累與擴散。同時，完善土壤重金屬污染防治標準，采取環(huán)境友好型城市道路規(guī)劃設計策略等，顯著提高重金屬污染治理效果和效率，為城市可持續(xù)發(fā)展奠定堅實的基礎。

參考文獻

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