重金屬污染土壤修復技術研究

張振

關鍵詞：重金屬;土壤修復;修復模式;修復技術

隨著我們國家的工業化的加速，經濟的發展水平的不斷提高，同時也伴隨著出現了較為嚴重的土壤污染問題。其中重金屬污染狀況尤為嚴重，給人們的身體健康帶來了嚴重的威脅。這就要求我們要高度重視重金屬污染土壤的治理與修復。在治理重金屬污染土壤選擇修復技術時，首先需要確保修復效果能夠滿足未來土地利用方式的要求。同時還需要考慮在技術的可行性、工期的要求、經濟的適宜性，應選擇相對成熟、能夠降低或減少污染物毒性、遷移性的修復技術，在修復工程實施過程中避免對環境造成二次污染。

一、我國重金屬污染現狀分析

隨著我們國家的工業化進程加快，目前我國重金屬污染土壤情況可以說是非常嚴重。在2005年4月與2013年12月這段時間，我國進行了初次全國土壤污染狀況調查，調查的范圍包括中國所有的耕地，還有一部分林地、草地、未利用地與建設用地。此次調查面積總計約為630萬平方公里。整體上來分析此次調查結果，從調查數據上可以發現我們國家的土壤環境問題非常嚴重，其中尤為重要的是工礦業廢棄地土壤的環境問題。根據公布的調查結果，全國的土壤超標率達到了16.1%。依照污染狀況的輕重程度劃分，重度污染點位所占的比例為1.1%、中度污染點位所占的比例為1.5%、輕度污染點位所占比例為2.3%、輕微污染點位所占比例比例最高達到了11.2%。按照污染狀況的類型來劃分，土壤的污染類型主要以無機為主，其次為有機類型次之，復合類型的污染所占比例最小。污染物超標類型占比最大的是無機類型污染物，超標點位數量占總數量82.8%。檢出無機類型污染物中的污染因子鎘（cd）、汞（Hg）、砷（As）、銅（cu）、鉛（Pb）、鉻（Cr）、鋅（zn）、鎳（Ni）8種污染物點位超標率分另0為7.0%、1.6%、2.7%、2.1%、1.5%、1.1%、0.9%、4.8%。在空間分布上，我國南方的土壤污染狀況要比北方土壤污染狀況要嚴重。東北老工業基地、珠江三角洲、長江三角洲等局部區域土壤的污染狀況尤為突出。在我國中南地區和西南地區土壤重金屬污染范圍是較大的。到目前為止，我國受到重金屬鉛、鎘、砷等重金屬污染的農用地已經超過了2000多萬公頃，污染面積占到了我國總農用地面積的20%以上;同時工業污染造成的污染范圍也達到了千萬公頃級別。

二、修復模式

重金屬污染土壤修復工程目前主要的修復模式包括：原地異位處理、原位處理和異地處理/處置這三種模式。

原地異位處理指的是污染土壤挖掘后在原場地進行處置，處置過程均在原場地范圍內。這種處置模式的優點是無須客土回填，避免了資源的浪費。能夠快速清理污染源，并且切斷暴露途徑，可以避免土壤轉運出廠引起的二次污染。

原位處理指的是不對地塊內的污染土壤進行挖掘，在原污染污染區域直接進行土壤修復作業。這種修復模式避免了土壤開挖轉運造成的二次污染，同時也避免了因清理污染土壤造成的環境風險。

異地處理/處置指的是將污染的土壤轉運至其他場地或者修復工廠進行處置。與其他兩種修復模式相比，這種模式能夠快速清理污染源，縮短修復周期。但是同時因為污染土壤的轉運，也容易造成二次污染。此種修復模式在實施過程中要對修復過程進行嚴格的監督和管理。

在修復工程實施的策略的選擇上，首先要對前期污染土壤的污染狀況調查與風險評估等資料進行分析研究，然后再根據地塊特征條件、地塊的特征污染物、地塊的修復目標、地塊的修復范圍、地塊的清理時間、地塊的清理風險、對客土的需求、運輸的成本、運輸過程中的風險、污染土壤堆置成本、污染土壤堆置過程中的風險、土壤修復的成本、土壤修復的時間、工程實施的風險、工程成本、工程實施時間這些方面進行綜合比選之后確定修復模式。

三、修復技術

在確定了污染土壤的修復模式之后，再進行適宜的修復技術的比選。針對重金屬污染土壤，現有多種可選修復技術，包括固化/穩定化、異位土壤淋洗、危廢處置、水泥窯協同處置、植物修復等。

（一）固化/穩定化技術

固化穩定化技術是向污染土壤中添加固化穩定化藥劑，通過一系列的物理、化學作用將污染物固定在固化體中，目前常用的固化劑為水泥。固化/穩定化技術可以在原位進行也可在異位進行。經過幾十年的研究，是一種比較成熟的土壤修復技術，已有大量的工程應用。美國環保局曾將穩定化技術稱為處理重金屬污染土壤的最佳技術之一。迄今為止，美國已有200多個超級基金項目涉及污染土壤的穩定化處理，同時因其成本較低、施工難度低、應用范圍廣泛等優點固化/穩定化技術在我國也得到了廣泛的應用。

技術特點：與其他污染土壤的修復技術比較，固化穩定化修復成本低。并且該工藝在應用過程占地面積小，處理時間相對較短。固化/穩定化技術相對較為成熟，在我國已廣泛應用。

技術局限性：由于固化/穩定化技術不能將重金屬污染物去除，不能做到減量化，不能夠降低污染物的總量，所以不適用于以總量為驗收標準的情形。并且修復后土壤的利用或者處理方式會受到限制。固化/穩定化修復后土壤常見的利用方式主要為當作路基的材料進行利用或者是進行填埋覆蓋。固化/穩定化后的土壤修復效果受硫酸鹽、油等抑制物質影響。其效果難以預測長期表現，需要長期監測或維護。修復后的土壤體積可能增加并且修復后的土壤不能放置在地下水位之下，通常情況下固化/穩定化修復技術需要與阻隔填埋修復技術聯用。土壤是一種重要的資源，如果固化/穩定化處理后的污染土壤進入垃圾填埋場，則勢必會造成資源的浪費。

（二）土壤淋洗

土壤的淋洗是指通過將污染物的土壤中剝離，污染物進入淋洗液，然后再對淋洗液進行后續處置。該技術根據實施地點的不同可分為原位和異位土壤淋洗。原位土壤浸出的過程通常是指注射或浸出溶液滲透到土壤污染區沖洗污染的土壤，然后提取浸提液或提取含有污染物的地下水，并進行異位處理地上去除污染物。異位土壤淋洗技術是指先將受污染的土壤挖掘、堆放在場地內，用水或浸出液沖洗去除污染物，再對浸出廢水或含污染物的廢液進行處理。經處理合格的土壤可以回填或運輸到其他場地回用。

技術特點：土壤淋洗技術對于重金屬和半揮發性有機物污染土壤較為適用，一般需添加洗滌劑。淋洗過程能夠去除大部分重金屬，做到污染物減量化。與固化/穩定化技術比較，因為能夠去除重金屬，處理后的土壤去向不受限制。同時應用淋洗技術，污染物去除徹底，時間快。

技術局限性：應用土壤淋洗技術土壤需具有高滲透能力。根據工程經驗，淋洗修復技術在黏土修復中應用難度較大。淋洗修復實施過程中會消耗大量的水，通常水土比會大于1：3，同時因為淋洗劑的添加也需要配套水處理設施。該技術適用于中高濃度污染的污染土壤，淋洗后的土壤一般需要其他修復技術進行聯合處理。淋洗設備復雜，市場上現有的單套設備處理能力均較小，適用于小體量的污染土壤修復。

（三）危險廢棄物處置

對于部分特殊地塊，若普通的修復施工產生的經濟成本和環境風險明顯大于將污染土壤作為危險廢棄物處置的情形下，可以考慮污染土壤作為危險廢棄物處置。

技術特點：危險廢棄物處置技術適用于多種污染土壤，開挖出污染土壤可以直接委托第三方單位處置，操作簡單、施工快速，處置過程中不會對周邊的環境造成二次污染風險。

技術局限性：危險廢棄物處置技術單價過高，不適用大批量污染土壤處置，從經濟適用性來說，成本較為昂貴。

（四）水泥窯協同處置

水泥窯協同處置技術是在生產水泥的同時，對污染土壤進行焚燒固化。

技術特點：水泥窯協同處置技術成熟，適用范圍廣，可用于重金屬污染土壤和揮發性較差的有機物污染土壤修復，其優點是處置量較大，成本較低。

技術局限性：需協調水泥廠進行處置，含水量高熱值低的土壤需要消耗較多的能量。另外根據部長信箱的回復，污染土壤外運進行水泥窯協同處置需要進行危廢鑒定，流程較為復雜。如果污染物的含量比較高，根據相關的導則，污染土壤在水泥窯協同處置過程中的摻加比例則可能會較低，整個處置周期相對較長。

（五）植物修復

植物修復主要是利用特定植物的吸收、轉化來去除或降解土壤中的污染物，從而實現土壤凈化、生態效應恢復的治理技術。植物對污染土壤的修復主要通過三種途徑進行，即植物在生長過程中直接吸收污染物;植物根系分泌的酶降解有機物;根際與微生物聯合吸收、降解和轉化污染物。

技術特點：與目前常用的物理和化學的修復技術相比較，植物修復技術具有成本低、效率高、無污染、不破壞土壤環境的特點。植物修復技術很容易就地處理污染物，而且易于操作。

技術局限性：在植物修復應用過程中，修復植物的選擇需要有針對性，修復植物對環境具有選擇性，只有在特定的環境下特定的植物才能夠生長。修復植物修復過程容易受到外界條件的影響，不利的氣候條件將會對植物的生長產生不利的影響從而造成修復效果較差，修復周期較長。植物修復的修復深度取決于修復植物的根系深度，通常情況下修復深度一般小于1m，所以只能夠修復表面的污染。如果污染深度過深則不能夠利用植物來修復。同時修復植物的生長過程容易受到有害物質的影響，如果污染物濃度過高則可能會抑制修復植物的生長，所以通常情況下只能夠修復低濃度污染土壤。

四、修復技術篩選

土壤修復技術的篩選過程必須要考慮多種要素，包括污染物的特性、濃度、分布及遷移轉化等特征、場地地質水文條件、技術可獲得性及可行性、修復費用、修復目標、時間周期及修復過程對環境的影響等。在確定修復模式后，在選擇適用的土壤修復技術。在選擇具體的修復技術時，首先要保證修復修復效果能夠滿足土地未來的開發利用方式，其次修復技術還必須具有可行性，能夠滿足工期、成本的要求，在此基礎上我們選擇可以減少污染物的毒性、遷移性的成熟技術。修復技術的篩選可以從以下九方面進行考慮：

（一）修復目的性

修復技術的篩選以實現保障人體健康、將地塊土壤中污染物的環境風險降低到可以接受的水平為最終目標。

（二）污染物針對性

對不同風險和不同污染情況的土壤分別對待;同種污染物在不同濃度下的適用修復技術可能不同，比如同樣是重金屬污染物，高濃度污染土壤可能不適宜應用固化/穩定化技術，而低濃度的污染土壤可能適宜應用。因此需要結合污染物濃度選擇合適的修復技術。

（三）地塊及地質水文條件針對性

在不同的地塊情況及地質水文條件下，不同的修復技術的效果和效率可能有所不同;需要根據地塊特殊的情況及地質水文條件，選擇最為有效的修復技術。

（四）技術可獲得性

修復技術應選擇可以達到修復目標的最簡化的途徑或方法，方案選擇、設計采用成熟可靠的修復技術，而不單純追求技術的先進性，以確保修復的順利完成。

（五）經濟合理性

選擇修復技術不能夠僅僅考慮當前的修復成本，而是要根據地塊的未來規劃，考慮該區域的未來經濟發展，考慮其長期的經濟合理性。

（六）實施可行性

在選擇修復技術時要充分考慮到我們國家修復行業的現狀，同時還要考慮配套設施的處置能力，比如廢水處置與廢氣處置設施的配套水平。

（七）修復時間合理性

為盡快完成污染土壤修復工作，降低修復過程中的潛在環境風險，適應地塊開發再利用的需求，在選擇修復技術時，同等條件下選擇修復時間短的技術。

（八）周邊環境影響

在修復施工過程中，控制二次污染，減少污染土壤的轉移，減少廢氣、廢水、揚塵、噪聲等排放，盡量減小對周邊居民、環境所造成的影響。

（九）公眾接受

公眾參與是修復施工中重要的一環，在修復過程中要避免對周邊群眾的生產生活產生影響，避免發生群體性事件。

在技術篩選階段，污染物針對性、場地及地質水文條件針對性由于其在技術可行性研究中的重要性，通常在修復與風險管控技術篩選過程中起到相對更為重要的作用。

五、結語

綜上所述，目前我們國家正在面臨非常嚴重的土壤污染問題，其中重金屬污染尤為突出。重金屬修復技術目前主要應用較多的包括固化/穩定化、異位土壤淋洗、危廢處置、水泥窯協同處置、植物修復等。在選擇修復技術是要分析多種要素，包括污染物的特性、濃度、分布及遷移轉化等特征、場地地質水文條件、技術可獲得性及可行性、修復費用、修復目標、時間周期及修復過程對環境的影響等。在土壤修復過程中，需要根據污染土壤的具體特征，針對性地選擇適宜的修復技術，以保證修復效果。