工業(yè)場地重金屬污染土壤環(huán)境生態(tài)修復(fù)治理技術(shù)研究

文章編號：1674-6139（2025）08-0157-05

中圖分類號：X53文獻標(biāo)志碼：B

Ecological Remediation Technology for Heavy Metal ContaminatedSoil EnvironmentinIndustrial Sites

Wang Yuan

（Ecological Environment Monitoring Center of Jilin Province，Changchun 13Oooo，China）

Abstract：Whentheheavymetalcontentinthesoilexceedsthestandard，itwillaveacertainimpactonthgrowthndualityf crops，seriouslyreatengeope'spcalaltreforeoicalstoratidteamenttoiesforayaltio inindustrialiteshavebeenproposdByanalyzingteeavetalcontentofsoilsamplescollectedinidustrialsites，theNmroom prehensiveindexandpotentialeologicalrisindexareusedtoanalyzethdegeeofheavymetalpolutionandpotentialcologicalrisks inindustrialsitesnally，thestudyombinedplantrmediationthnologndanimalemediationtechologtoaryutological mediationofheavymetalcontaminatedsoil.Theexperimentalresultsshowtattheproposedmetodcanefectivelyeducetheeavymet alcontentinteodyofmalsndplantsndimprovetheremovalatefeavymetalsisectivelyemostratesthefectiess of theproposed ecological remediation technology for heavy metal polluted soil environment in industrial sites.

Keywords：avymetalpolution；Nemerocompositeindex；potentialeologicaliskindex；soilremediation；animalandplantes toration

前言

重金屬元素如鉛、鎘、汞在工業(yè)中占據(jù)重要位置，但卻難以自然降解，易在土壤中累積，對人類健康和生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成嚴重威脅。當(dāng)土壤中重金屬含量超標(biāo)時，會破壞生態(tài)平衡，損害植物生長，降低土壤質(zhì)量，并通過滲透污染水資源，加劇環(huán)境問題。因此，亟需開發(fā)和應(yīng)用有效的生態(tài)修復(fù)治理技術(shù)。

劉映晗[1]等采用桑稈生物炭進行土壤生態(tài)修復(fù)治理，通過“水-火聯(lián)動”原位制碳技術(shù)制備桑稈生物炭，利用桑稈生物炭吸附土壤中的重金屬元素，實現(xiàn)生態(tài)修復(fù)。但在實際應(yīng)用中，可能需要針對不同的情況進行定制化的處理。李婉怡[2]等分析了土壤中有機物與重金屬的污染情況，結(jié)合生物修復(fù)和物化修復(fù)方法實現(xiàn)土壤修復(fù)，在土壤環(huán)境中，重金屬可能會與有機物產(chǎn)生交互作用，使修復(fù)過程更復(fù)雜。熊鴻斌3等引入MonteCarlo模擬技術(shù)模擬重金屬分布，評估致癌與非致癌風(fēng)險，但評估結(jié)果存在主觀性。馬強[4]等在土壤修復(fù)過程中采用了電動技術(shù)與化學(xué)淋洗方法，分析了不同比例淋洗劑的修復(fù)效果，其次采用垂直電動修復(fù)技術(shù)對淋洗后的土壤展開修復(fù)，但可能導(dǎo)致土壤肥力下降。綜合上述研究結(jié)果，文章利用植物修復(fù)技術(shù)與動物修復(fù)技術(shù)進行工業(yè)場地重金屬污染土壤環(huán)境生態(tài)修復(fù)治理，實現(xiàn)環(huán)境修復(fù)與經(jīng)濟效益的雙贏。

1樣品采集與處理

1. 1 樣品采集

選取吉林省某工業(yè)場地作為研究區(qū)域，根據(jù)區(qū)域環(huán)境與結(jié)構(gòu)特點設(shè)置土壤采樣點。采樣之前需要去除土壤表面的粗土或 1cm～2cm 的草皮。每個采樣點根據(jù)《污染場地環(huán)境監(jiān)測技術(shù)導(dǎo)則》在土壤的 0cm～20cm，20cm～60cm 土層取表層土樣和亞表層土樣，為了避免土壤樣品出現(xiàn)交叉污染，在采樣之前需要清洗采樣工具，同時在采樣過程中確保土壤樣品保持在 1kg 以上。

1.2 樣品處理

在 105°C～110°C 下對采集的土壤樣品展開脫水處理，并剔除樣品中的石塊與根莖葉，在硬質(zhì)板上采用玻璃棒將平鋪的樣本壓碎，并利用孔徑為0.074mm 目篩細篩樣品，在 30ml 聚四氟乙烯坩蝸內(nèi)加入 _0.5g 樣品，利用離子水將樣品潤濕，之后向其中加入 5ml 體積比為 1：1 的高氯酸與硝酸，同時加入 10ml 氟化氫，加蓋，放置在電熱板上進行低溫消解，將電熱板的時間設(shè)置為1小時，去蓋、升溫，繼續(xù)消解，當(dāng)坩蝸內(nèi)產(chǎn)生大量白煙時向其中再次將入 5ml 體積比為 1：1 的高氯酸與硝酸，加蓋，當(dāng)坩蝸內(nèi)不存在黑色有機物時，開蓋去除白煙，向其中加入 5ml 硝酸，獲得干裂狀內(nèi)容物，取出，加人 5ml 氯化氫，在高溫環(huán)境下溶解殘差，并將其冷卻，之后倒入比色管中定容，獲得待測樣品。

2 工業(yè)場地土壤污染分析

2.1 重金屬含量

在研究區(qū)域內(nèi)確定18個采樣點，其中前十個采樣點位于 0cm～20cm 土層，屬于表層土壤，后八個采樣點位于 20cm～60cm 土層，屬于淺表層土壤，研究區(qū)域內(nèi)18個采樣點處的重金屬含量以及pH值見圖1。

（d）銅含量

圖1重金屬含量與 pH 值

由圖1（a）可知，研究區(qū)域的表層土壤呈偏堿性，土壤中按照從小到大的順序?qū)χ亟饘俸颗判颍烘k lt; 鉻 lt; 銅 lt; 鎳 lt; 鋅 lt; 鉛，其中鋅、鎳和鉛元素的含量波動較大，鋅、鎘、鎳和鉛元素的含量超過國家二級標(biāo)準(zhǔn)的限定值。分析淺表層采樣點的重金屬含量可知，重金屬變化情況與表層土壤相似，但變化幅度相對較小。對比兩個土層內(nèi)的重金屬含量發(fā)現(xiàn)，淺表層內(nèi)的鋅、鎳和鉛元素的含量遠低于表層土壤[5]，由此可知，研究區(qū)域內(nèi)這三種元素的污染主要是外界環(huán)境造成。

2.2重金屬污染程度

設(shè)置重金屬的評價標(biāo)準(zhǔn) C_nⁱ ，工業(yè)場地重金屬污染土壤環(huán)境生態(tài)修復(fù)治理技術(shù)采用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法對工業(yè)場地土壤的重金屬污染程度展開評價，設(shè) P 代表的是內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)，表達式如式（1）：

式（1）中， P_i 表示重金屬對應(yīng)的單因子污染指數(shù)； C_sⁱ 表示重金屬元素在研究區(qū)域土壤內(nèi)的實際含量； P_imax 表示 P_i 的最大值； n 表示重金屬種類數(shù)量。

工業(yè)場地土壤重金屬污染的評價標(biāo)準(zhǔn)如下：

安全： P?0.7 ：警戒線： 輕度污染： 1.03.0 。

工業(yè)場地重金屬污染土壤環(huán)境生態(tài)修復(fù)治理技術(shù)采用潛在風(fēng)險評價法[7-8]對工業(yè)場地重金屬污染的潛在風(fēng)險展開評價，用 RI 表示生態(tài)風(fēng)險指數(shù)，可通過式（2）計算得到：

式（2）中， E_rⁱ 表示單個重金屬元素對應(yīng)的風(fēng)險系數(shù)； C_fⁱ 表示重金屬的實際污染指數(shù)； c_bⁱ?c_nⁱ 分別表示污染物對應(yīng)的實際值與背景值； T_rⁱ 表示單個污染物對應(yīng)的毒性參數(shù)，其中各重金屬污染物的毒性系數(shù)分別為：鎘：30；鉛、銅、鎳、鉻：5；鋅：1。

潛在風(fēng)險分級標(biāo)準(zhǔn)如下：

輕度：， E_rⁱlt;40，RIlt;110

中度： .40rⁱlt;80，110rⁱlt;160，220rⁱlt;320，RI?440 ;

極強： E_rⁱ?320 。

圖2重金屬元素評價結(jié)果

如圖2（a）所示，銅、鎳和鋅在工業(yè)場地內(nèi)的污染程度較高，工業(yè)場地內(nèi)存在著各種類型的企業(yè)，這些企業(yè)在生產(chǎn)過程中會用到大量的重金屬，由于管理制度不完善和生產(chǎn)環(huán)節(jié)復(fù)雜等問題，導(dǎo)致企業(yè)在生產(chǎn)過程中嚴重污染了周圍的環(huán)境，

如圖2（b）所示，上述重金屬元素基本處于輕度風(fēng)險，其中鎘元素的潛在風(fēng)險生態(tài)指數(shù)最高。該工業(yè)場地的潛在風(fēng)險指數(shù)RI高達385.7，屬于較強的潛在生態(tài)風(fēng)險。

3生態(tài)修復(fù)治理及效果

3.1 生態(tài)修復(fù)治理技術(shù)

工業(yè)場地重金屬污染土壤環(huán)境生態(tài)修復(fù)治理技術(shù)采用動植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)展開治理。

第一階段（一個半月）：動物修復(fù)。投放檸檬渣作為食物，每平方米約0.5公斤，同時每平方米投放

1公斤蚯蚓改善土壤結(jié)構(gòu)，促進重金屬分解。一個半月后回收并處理蚯蚓，保留土壤。

第二階段（四個半月）：植物與動物修復(fù)。引入白三葉進行植物修復(fù)，每平方米播種約10克，并利用蚯蚓促進重金屬吸收。期間定期澆水、除草，監(jiān)測土壤變化。

第三階段（一個半月）：動物修復(fù)。增加蚯蚓投放密度至每平方米1.5公斤，加速土壤重金屬凈化。定期翻動土壤，記錄蚯蚓生長情況。

第四階段（四個半月）：植物與動物修復(fù)。改用黑麥草作為修復(fù)植物，每平方米播種約15克。定期收割黑麥草并施肥，繼續(xù)利用蚯蚓修復(fù)作用。加強監(jiān)測。

第五階段（一個半月）：動物修復(fù)。進一步增加蚯蚓投放密度至每平方米2公斤，深度凈化土壤。投放微生物制劑如菌肥，提高修復(fù)效率。注重土壤翻動與監(jiān)測。

第六階段（四個半月）：植物與動物修復(fù)。結(jié)合前期效果，選擇適合植物種植，如花壇、綠籬等，提升生態(tài)系統(tǒng)觀賞性和實用性。維持蚯蚓投放密度，構(gòu)建美麗且功能完善的生態(tài)系統(tǒng)。

（1）動物修復(fù)：蚯蚓在修復(fù)過程中會排出含有重金屬的排泄物。如果這些排泄物沒有得到妥善處理，它們可能會成為新的污染源，對周圍環(huán)境造成二次污染。因此，在修復(fù)期間內(nèi)，設(shè)置蚯蚓回收間隔為一個半月，將野外蚯蚓收集法作為回收依據(jù)，完成回收后，原土回圃，再次投放蚯蚓進行第二階段的生態(tài)修復(fù)，完成修復(fù)后根據(jù)自然光照法回收土壤中的蚯蚓。

（2）植物修復(fù)：通過間隔條植的方式將白三葉種子種入土壤中，經(jīng)過一個半月的生長后，首次收割并施肥，三個月后進行第二次收割，并再次向土壤內(nèi)施肥，第四階段選取黑麥草作為修復(fù)植物，收割過程中確保其高度保持在 6cm～8cm ，完成修復(fù)后，整體移除植物，并通過焚燒的方式處理植物殘體。

3.2生態(tài)修復(fù)效果分析

以鎘、銅、鉛元素為例，分析經(jīng)過動植物修復(fù)后，重金屬在動物和植物體內(nèi)的含量如下：

修復(fù)時間延長，這些重金屬的含量也可能不會有顯著的下降。

如圖3（b）所示，植物體內(nèi)的重金屬含量在動植物聯(lián)合修復(fù)階段的變化呈先減小后上升的趨勢，在相同修復(fù)階段中第二次收割的植物中含有的重金屬含量相對較低，主要是由于第一次收割的植物已經(jīng)吸收了土壤中大部分的重金屬，因此隨著修復(fù)時間的增長，植物體內(nèi)的重金屬含量降低。

圖3動植物體內(nèi)重金屬含量

通過上述測試可知，植物和動物都可有效的吸收土壤中的重金屬，驗證了所提方法提出的生態(tài)修復(fù)治理技術(shù)是有效的。

在相同區(qū)域內(nèi)采用所提方法、文獻[1]方法和文獻[2]方法對重金屬污染土壤展開修復(fù)，通過重金屬去除率測試上述方法的修復(fù)效果。（見圖4）

圖4重金屬去除率

如圖3（a）所示，蚯蚓體內(nèi)的重金屬含量在修復(fù)過程中逐漸減少，但蚯蚓體內(nèi)的重金屬含量隨著修復(fù)時間的增長下降幅度逐漸變緩。這是因為在修復(fù)初期，蚯蚓體內(nèi)的重金屬主要來源于之前所攝入的受污染土壤或食物。隨著修復(fù)的進行，這些重金屬逐漸被排出或轉(zhuǎn)化，但當(dāng)體內(nèi)重金屬含量降低到一定程度時，排出速率可能會減緩，因為此時蚯蚓體內(nèi)的重金屬已經(jīng)接近或達到了一個新的平衡狀態(tài)。此外，鉛、鎘在生物體內(nèi)是難以降解的，它們可能會以穩(wěn)定的形式存在于蚯蚓的體內(nèi)組織中。因此，即使

通過上述測試可知，采用所提方法治理后，土壤中各重金屬的去除率遠高于文獻［1]方法和文獻[2]方法，直觀證明了所提方法的整體有效性。

4結(jié)束語

在全球發(fā)展過程中，重金屬污染逐漸成為各國關(guān)注的首要問題，重金屬污染會降低土壤質(zhì)量。因此，開展工業(yè)場地重金屬污染土壤環(huán)境的生態(tài)修復(fù)治理研究，對于恢復(fù)土壤的健康狀態(tài)、提高生態(tài)系統(tǒng)平衡性具有重要意義。針對目前生態(tài)修復(fù)治理方法存在的問題，提出工業(yè)場地重金屬污染土壤環(huán)境生態(tài)修復(fù)治理技術(shù)，該方法結(jié)合植物修復(fù)技術(shù)與動物修復(fù)技術(shù)對工業(yè)場地重金屬污染土壤展開治理，測試結(jié)果表明，植物修復(fù)技術(shù)通過植物對重金屬的吸收、轉(zhuǎn)化和積累，降低土壤中重金屬的濃度；動物修復(fù)技術(shù)利用某些動物對重金屬的耐受性和積累能力，進一步促進重金屬從土壤中的去除。這兩種技術(shù)的結(jié)合，能夠充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，實現(xiàn)更高效、更全面的重金屬污染土壤修復(fù)。

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