重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)應(yīng)用

1、重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)應(yīng)用羅戰(zhàn)祥 揭春生 毛旭東（江西省貴溪市環(huán)境保護(hù)局，江西 貴溪 335400） 摘要:重金屬土壤污染是國內(nèi)亟待解決的環(huán)境問題。本文在對(duì)貴冶周邊區(qū)域土壤監(jiān)測分析與重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)評(píng)述的基礎(chǔ)上，切實(shí)地、有針對(duì)性地提出該項(xiàng)目區(qū)污染土壤修復(fù)與綜合治理的技術(shù)方案。關(guān)鍵詞：環(huán)境監(jiān)測；重金屬；土壤污染；土壤修復(fù)；綜合治理；技術(shù)方案。中圖分類號(hào)：X53Heavy metals pollution of soil bioremediation technology applicationLUO Zhan-xiang JIE Chun-sheng MAO Xu-dong(Gu

2、ixi City Environmental Protection Bureau, Jiangxi province, Guixi 335400 China) Abstract: Soil contaminated by heavy metals is one of the environmental problems that should be resolved urgently. In this paper, Guixi smelter surrounding areas of monitoring and analysis of soil and heavy metal contami

3、nated soil remediation technology on the basis of comments，based on effective, targeted way to introduce the project area remediation of contaminated soils and comprehensive management of technical solutions.Key words: environmental monitoring; heavy metals; soil contaminants; soil remediation; comp

4、rehensive governance; technical program. 土壤是人類賴以生存的主要自然資源之一，也是人類生態(tài)環(huán)境的重要組成部分。重金屬土壤污染是我國亟待解決的環(huán)境問題。據(jù)國家農(nóng)業(yè)部進(jìn)行的全國污灌區(qū)調(diào)查，在約140萬公頃的污水灌區(qū)中，遭受重金屬污染的土地面積占污水灌區(qū)面積的64.8%，其中輕度污染的占46.7%，中度污染的占9.7%，嚴(yán)重污染的占8.4%。土壤重金屬污染具有污染物在土壤中移動(dòng)性差、滯留時(shí)間長、不能被微生物降解的特點(diǎn)，并可經(jīng)水、植物等介質(zhì)最終影響人類健康。因此，治理和恢復(fù)的難度大【1】。本文在項(xiàng)目區(qū)土壤重金屬污染監(jiān)測分析的基礎(chǔ)上，評(píng)述土壤重金屬污染

5、修復(fù)技術(shù)，提出土壤重金屬污修復(fù)與綜合治理技術(shù)方案，旨在對(duì)重金屬污染土壤的有效修復(fù)與綜合治理有所推動(dòng)。貴溪冶煉廠（以下簡稱貴冶）自70年代末80年代初落戶貴溪以來，為國家和貴溪的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。但其“三廢”排放給周邊環(huán)境造成了污染，主要涉及到三個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)15個(gè)自然村、1萬余人。2007年6月12日人民日?qǐng)?bào)披露江銅貴冶對(duì)周邊村莊環(huán)境污染后，引起了省政府、省環(huán)保局、鷹潭、貴溪兩級(jí)市委、市政、環(huán)保局及江銅集團(tuán)的高度重視。隨即省政府組成了由省環(huán)保局局長為組長的調(diào)查組，深入貴治周邊村莊進(jìn)行調(diào)查，并委托南京環(huán)科所對(duì)周邊村莊的土壤、水質(zhì)和農(nóng)作物進(jìn)行了抽樣監(jiān)測。監(jiān)測報(bào)告表明，該土壤銅、鎘等金屬含量100

6、%超標(biāo)，部分村的稻谷鎘超標(biāo)，涉及農(nóng)田面積1986.3畝、菜地89.3畝。部分村民在南昌廣濟(jì)醫(yī)院血檢，發(fā)現(xiàn)有血鎘超標(biāo)現(xiàn)象。上述監(jiān)測與檢驗(yàn)結(jié)果已引起當(dāng)?shù)卣唾F冶的高度重視。貴溪市環(huán)保局選擇九牛崗作為重金屬污染土地修復(fù)與綜合治理示范點(diǎn)。1九牛崗污染狀況及其成因11概況九牛崗位于貴溪冶煉廠西部，距廠區(qū)最近距離約500米，現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)存在引用工業(yè)廢水進(jìn)行灌溉現(xiàn)象，九牛崗?fù)恋卮蠖酁閽伝臓顟B(tài)12樣品的采集與測定121樣品的采集采樣人員由南京環(huán)科所、貴溪市環(huán)保局、貴冶和當(dāng)?shù)厝罕姶淼冉M成，采樣按照環(huán)境樣品采集技術(shù)規(guī)范進(jìn)行，按面積隨機(jī)布設(shè)采樣點(diǎn)。（1）土壤樣品：每個(gè)采樣點(diǎn)上均采集表層0-20cm耕層土壤樣品,

7、部分樣點(diǎn)采集了亞表層(20-40cm)土壤。采樣點(diǎn)位圖（略）。（2）水樣樣品：在土壤樣品采集的同時(shí)，在調(diào)查區(qū)內(nèi)采集了田間或田邊河溝水、井水等。（3）稻米樣品：水稻成熟時(shí)采集了1個(gè)本區(qū)稻米樣品。122監(jiān)測項(xiàng)目及測定方法（1）測定項(xiàng)目必測項(xiàng)目：Cu、 Cd、 Pb、 Zn 、As;PH選擇項(xiàng)目：氟化物、Ni、 Cr、 Hg（2）測定方法樣品測定方法分別采用國標(biāo)方法和美國環(huán)保局（EPA）推薦分析方法。13土壤環(huán)境質(zhì)量狀況131調(diào)查區(qū)土壤監(jiān)測結(jié)果該調(diào)查區(qū)土壤樣品測定結(jié)果見表1-1表1-1 九牛崗調(diào)查區(qū)農(nóng)田表層土壤監(jiān)測結(jié)果樣點(diǎn)編號(hào)采樣深度(cm)采樣地點(diǎn)ASCdCrCuNiPbZnpHD550-20九牛

8、崗260.4021.52981035264.520-40九牛崗150.4916.694614214.7D560-20九牛崗250.4428.74151239314.4D570-20九牛崗621.6929.584611104784.5D580-20九牛崗81.0125.76091373504.7D590-20九牛崗150.6729.44211057354.8D600-20九牛崗140.5323.73877585275.120-40九牛崗170.5422.1153919254.9D610-20九牛崗292.3440.95901661855.4D620-20九牛崗90.1612.6161521184

9、.3HJ332-2006土壤標(biāo)準(zhǔn)值300.3250504080200 對(duì)照食用農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)（HJ332-2006），九牛崗?fù)寥楞~元素超標(biāo)率100%，鎘元素超標(biāo)率87.5%，有一個(gè)樣品砷超標(biāo)。14九牛崗?fù)寥牢廴境梢?41 利用污水灌溉是灌區(qū)農(nóng)業(yè)的習(xí)慣做法，主要是把污水作為灌溉水源來利用。隨著污水灌溉而進(jìn)入土壤的重金屬，以不同的方式被土壤截留固定。貴冶工業(yè)廢水雖經(jīng)處理，但曾有超標(biāo)排放，達(dá)不到農(nóng)灌標(biāo)準(zhǔn)，灌區(qū)以該工業(yè)廢水灌溉是灌區(qū)土壤重金屬污染的主要成因；142 氣中的重金屬主要來源于能源、運(yùn)輸、冶金和建筑材料生產(chǎn)產(chǎn)生的氣體和粉塵。除汞以外，重金屬基本上是以氣溶膠的形態(tài)進(jìn)入大氣

10、，經(jīng)過自然沉降和降水進(jìn)人土壤。從當(dāng)?shù)貙?shí)際情形看，貴冶廢氣重金屬（包括類金屬As）沉降污染不容忽視。15調(diào)查區(qū)水體監(jiān)測結(jié)果（略）16調(diào)查區(qū)稻米樣品重金屬含量測定結(jié)果（略）2 土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)土壤重金屬污染具有隱蔽性、長期性和不可逆性的特點(diǎn)【2】。土壤中有害重金屬積累到一定程度，不僅會(huì)導(dǎo)致土壤退化，農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)下降，而且還可以通過徑流、淋洗作用污染地表水和地下水，惡化水文環(huán)境，并可能直接毒害植物或通過食物鏈途徑危害人體健康。目前，國內(nèi)外對(duì)土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)進(jìn)行廣泛的研究，取得了可喜的進(jìn)展。具體有如下幾種修復(fù)措施。2.1 工程措施主要包括客土、換土和深耕翻土等措施。通過客土、換土和深耕

11、翻土與污土混合，可以降低土壤中重金屬的含量，減少重金屬對(duì)土壤-植物系統(tǒng)產(chǎn)生的毒害，從而使農(nóng)產(chǎn)品達(dá)到食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。深耕翻土用于輕度污染的土壤，而客土和換土則是用于重污染區(qū)的常見方法。工程措施是比較經(jīng)典的土壤重金屬污染治理措施，它具有徹底、穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，但實(shí)施工程量大、投資費(fèi)用高，破壞土體結(jié)構(gòu)，引起土壤肥力下降，并且還要對(duì)換出的污土進(jìn)行堆放或處理。2.2 物理修復(fù)技術(shù)物理修復(fù)是最先發(fā)展起來的修復(fù)技術(shù)之一，包括電動(dòng)修復(fù)、熱解析法、玻璃化技術(shù)等，對(duì)于污染重、面積小的土壤修復(fù)效果明顯，是一種治本措施，且適應(yīng)性廣，但存在二次污染問題，容易導(dǎo)致土壤的結(jié)構(gòu)破壞和肥力下降，對(duì)污染面積較大的土壤需要消耗大量的人力物

12、力。2.2.1 電動(dòng)修復(fù)電動(dòng)修復(fù)是在電場作用下，通過電遷移、電滲透或電泳的方式，將土壤中的污染物帶到電極兩端，經(jīng)工程化的收集系統(tǒng)收集起來進(jìn)行集中處理。目前該技術(shù)可有效地去除土壤中的重金屬，并已進(jìn)入商業(yè)化階段。研究表明，電流能打破所有的金屬-土壤鍵，該技術(shù)對(duì)低滲透性土壤中的鉛、砷、鎘、銅等重金屬非常有效。最近研究發(fā)現(xiàn)土壤PH值是影響電動(dòng)修復(fù)的關(guān)鍵因素，因而可通過控制PH值來改善修復(fù)效果.2.2.2 電熱修復(fù)是利用高頻電壓產(chǎn)生電磁波，產(chǎn)生熱能，對(duì)土壤進(jìn)行加熱，使污染物從土壤顆粒內(nèi)解吸出來，加快一些易揮發(fā)性重金屬從土壤中分離，從而達(dá)到修復(fù)的目的。該技術(shù)可以修復(fù)被Hg和Se等重金屬污染的土壤。另外可以

13、把重金屬污染區(qū)土壤置于高溫高壓下，形成玻璃態(tài)物質(zhì)，從而達(dá)到從根本上消除土壤重金屬污染的目的。2.2.3 土壤淋洗淋洗法是用淋沅液來淋洗污染土壤，使吸附固定在土壤顆粒上的重金屬形成溶解性的離子或金屬試劑絡(luò)合物，然后收集淋洗液回收重金屬，并循環(huán)淋洗液。此法關(guān)鍵是提取劑的選擇，提取劑可以是水、化學(xué)溶劑或其他能把污染物從土壤中淋洗出來的液體，甚至是氣體。淋洗法適于輕質(zhì)土壤，對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)效果較好，但投資大，如EDTA作為最有效的螯合劑，價(jià)格十分昂貴，限制其商業(yè)化操作。淋洗液的使用也易造成地下水污染，土壤養(yǎng)分流失，土壤變性等問題。積極開發(fā)對(duì)環(huán)境污染小、易被生物降解、對(duì)重金屬具有專一性的生物表面活

14、性劑是今后的工作重點(diǎn)。2.3 化學(xué)修復(fù)化學(xué)修復(fù)是通過向土壤中加入固化劑、有機(jī)質(zhì)、化學(xué)試劑、天然礦物等，改變土壤的PH值、Eh等理化性質(zhì)，經(jīng)氧化還原、沉淀、吸附、抑制、絡(luò)合螯合和拮抗等作用來降低重金屬的生物有效性。該技術(shù)關(guān)鍵在于選擇經(jīng)濟(jì)有效的改良劑，常用的改良劑有石灰、沸石、碳酸鈣、磷酸鹽、硅酸鹽和促進(jìn)還原作用的有機(jī)物質(zhì)，不同改良劑對(duì)重金屬的作用機(jī)理不同。施用石灰或碳酸鈣主要是提高土壤 pH值，促使土壤中Cd、Cu、Hg、Zn等元素形成氫氧化物或碳酸鹽結(jié)合態(tài)鹽類沉淀。如當(dāng)土壤pH>6.5時(shí)，Hg就能形成氫氧化物或碳酸鹽沉淀。沈陽張士污灌區(qū)的試驗(yàn)表明，每公頃土壤施用15001875kg石灰，

15、籽實(shí)含鎘量下降50%。如向土壤中投放硅酸鹽鋼渣，對(duì) Cd、Ni、Zn離子具有吸附和共沉淀作用。水田土壤中的Cd以磷酸鎘的形式沉淀，磷酸汞的溶解度也很小。沸石是堿金屬或堿土金屬的水化鋁硅酸鹽晶體，含有大量的三維晶體結(jié)構(gòu)和很強(qiáng)的離子交換能力，從而能通過離子交換吸附和專性吸附降低土壤中重金屬的有效性。有機(jī)物可促使重金屬以硫化物的形式沉淀，同時(shí)有機(jī)物中的腐殖酸能與重金屬離子形成絡(luò)合或螯合物以降低其活性?；瘜W(xué)修復(fù)是在土壤原位上進(jìn)行的，簡單易行。但并不是一種永久的修復(fù)措施，因?yàn)樗桓淖兞酥亟饘僭谕寥乐写嬖诘男螒B(tài)，金屬元素仍保留在土壤中，容易再度活化危害植物。2.4 生物修復(fù)生物修復(fù)是利用生物技術(shù)治理污染土

16、壤的一種新方法。利用生物削減、凈化土壤中的重金屬或降低重金屬毒性。由于該方法效果好，易于操作，日益受到人們的重視，成為污染土壤修復(fù)研究的熱點(diǎn)。2.4.1 植物修復(fù)技術(shù)是一種利用自然生長或遺傳培育植物修復(fù)重金屬污染土壤的技術(shù)。根據(jù)其作用過程和機(jī)理，重金屬污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)可分為植物提取、植物揮發(fā)和植物穩(wěn)定三種類型。(1)植物提取 利用重金屬超積累植物從土壤中吸收重金屬污染物,并將其轉(zhuǎn)移至地上部分,通過收割地上部分集中處理,使土壤中重金屬含量降低到可以接受水平的一種方法。目前,有關(guān)植物提取的研究開展較多,工程型的試驗(yàn)也已開展。一般認(rèn)為植物提取是最有效而技術(shù)上最難實(shí)施的植物修復(fù)技術(shù)。經(jīng)過不斷的實(shí)

17、驗(yàn)室研究及野外試驗(yàn),科學(xué)家們已經(jīng)找到一些能提取不同金屬的植物種類及改進(jìn)植物提取性能的方法,并逐步向商業(yè)化發(fā)展。 (2)植物揮發(fā) 利用植物根系分泌的一些特殊物質(zhì)或微生物使土壤中的某些重金屬轉(zhuǎn)化為揮發(fā)形態(tài)，或者植物將污染物吸取到體內(nèi)后將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)釋放到大氣中。植物揮發(fā)技術(shù)也不須處理含污染物的植物，不失為一種經(jīng)濟(jì)有效且有潛力的修復(fù)技術(shù)，但這種技術(shù)將污染物轉(zhuǎn)移至大氣，對(duì)人類和生物具有一定的風(fēng)險(xiǎn)性。(3)植物穩(wěn)定 利用耐重金屬植物或超累積植物降低重金屬的活性，從而減少重金屬被淋洗到地下水或通過空氣擴(kuò)散進(jìn)一步污染環(huán)境的可能性。其機(jī)理主要是通過金屬在根部的積累、沉淀或根表吸收來加強(qiáng)土壤中重金屬的固化。

18、如，植物根系分泌物能改變土壤根際環(huán)境，可使多價(jià)態(tài)的Cr、Hg、As的價(jià)態(tài)和形態(tài)發(fā)生改變，影響其毒性效應(yīng)。植物的根毛可直接從土壤交換吸附重金屬增加根表固定。2.4.2 微生物修復(fù)技術(shù)利用土壤中某些微生物對(duì)金屬具有吸收、沉淀、氧化和還原作用，從而降低土壤中金屬毒性的技術(shù)。某些微生物具有嗜重金屬性，利用微生物對(duì)重金屬污染土壤進(jìn)行凈化，具有獨(dú)特的作用。有試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)長期受鎳脅迫土壤中，某些微生物產(chǎn)生了抗性機(jī)制以減少鎳的毒害作用，并通過吸收、沉淀、絡(luò)合作用減少土壤重金屬的遷移性和生物毒性；此外，微生物細(xì)胞內(nèi)的金屬硫蛋白是一種對(duì)Hg、 Zn、 Cd 、Cu等重金屬具有強(qiáng)烈親和性的分子細(xì)胞蛋白質(zhì)，它對(duì)重金屬具有

19、富集和抑制毒性的作用。不過，微生物修復(fù)土壤的能力有限，它只能修復(fù)小范圍的污染土壤。2.5 農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)主要包括兩個(gè)方面：一是農(nóng)藝修復(fù)措施。包括改變耕作制度，調(diào)整作物品種，種植不進(jìn)入食物鏈的植物，選擇能降低土壤重金屬污染的化肥，或增施能夠固定重金屬的有機(jī)肥等措施，來降低土壤重金屬污染。二是生態(tài)修復(fù)。通過調(diào)節(jié)諸如土壤水分、土壤養(yǎng)分、土壤pH值和土壤氧化還原狀況及氣溫、濕度等生態(tài)因子，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物所處環(huán)境介質(zhì)的調(diào)控。我國在這一方面研究較多，并取得了一定的成效。2.6 組合修復(fù)技術(shù)重金屬污染土壤的修復(fù)是一個(gè)系統(tǒng)工程。重金屬污染土壤的修復(fù)技術(shù)很多，各具有一定的改良效果，但也有局限性；單一技術(shù)

20、方法的運(yùn)用，往往效率不高，難于達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。因此，應(yīng)選擇2種或2種以上技術(shù)有機(jī)組裝與集成加以應(yīng)用，以期達(dá)到預(yù)期效果。3 污染土壤修復(fù)與綜合整治技術(shù)方案【3】針對(duì)土壤被重金屬污染的原因，以及受污染的程度與現(xiàn)狀，采取不同措施，對(duì)被重金屬污染的土壤進(jìn)行修復(fù)。31 整治修復(fù)目標(biāo) 以“消除污染，不留隱患”為出發(fā)點(diǎn)，遵循“安全性、規(guī)范性、可行性、徹底性”的總體原則，通過對(duì)貴冶周邊地區(qū)九牛崗進(jìn)行土壤修復(fù)整治工程，使場地可以納入正常的城市土地利用規(guī)劃用地，消除污染場地對(duì)人體健康的直接影響，保障環(huán)境安全。使修復(fù)后的土壤重金屬指標(biāo)Cd 、Hg、 As 、Cu、 Pb、 Cr、 Zn 和Ni達(dá)到國家土地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

21、（GB15618-1995）三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。32 斬?cái)喑梢?從重金屬超標(biāo)原因分析，村民停用貴冶外排工業(yè)廢水農(nóng)灌后，農(nóng)田土壤具有自然修復(fù)能力。因此，貴冶應(yīng)加強(qiáng)禁止村民旱季引用農(nóng)灌工業(yè)廢水的措施，當(dāng)?shù)卣畱?yīng)積極配合，做好宣傳教育工作。貴冶必須加強(qiáng)對(duì)排污水溝（渠）的管理工作，定期對(duì)排污渠溝的巡查和維護(hù)，防止因排水溝渠破損，造成廢水進(jìn)入農(nóng)田。貴冶渣場周圍農(nóng)田土壤受到重金屬污染，這與渣場建設(shè)與運(yùn)營以來，因歷史原因渣場設(shè)施遭到破壞，無法封閉而有序管理直接有關(guān)，因此，應(yīng)對(duì)渣場按照一般工業(yè)固體廢物貯存、處置污染控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改造，消防環(huán)境隱患，實(shí)施封閉管理，防止對(duì)周圍農(nóng)田進(jìn)一步污染。33            爭取與安排一定的資金，對(duì)重金屬污穢土壤修復(fù)進(jìn)行科學(xué)研究。在對(duì)項(xiàng)目區(qū)土壤重金屬污染現(xiàn)狀進(jìn)行系統(tǒng)詳查與評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，以污染土壤的無害化利用和農(nóng)藥產(chǎn)品安全生產(chǎn)為中心，全面開展重金屬污染土壤修復(fù)與綜合治理關(guān)鍵技術(shù)的引進(jìn)、研發(fā)與應(yīng)用。34            村子整體搬遷與換土 策