土壤金属污染物成因与变化趋势研究

2020-01-14杨中瑞陕西省地质调查实验中心陕西西安710000

化工管理 2020年35期

杨中瑞(陕西省地质调查实验中心，陕西西安 710000)

0 引言

重金属物质是土壤污染中的重要污染源之一，这种污染在土壤中难以分解，不会流失，在经过食物链的循环后，会对人体健康产生较大的危害。本身金属污染存在较大的隐蔽性特点，近年来工业的快速发展以及农业用地的过度使用等，都使土壤的金属污染情况加剧，要想对其进行有效的防治，需要使用合理的技术进行污染物检测，以掌握污染的实际情况，这样才能更科学的制定防治方案。

1 土壤金属污染的现实状况

为了能够更好的推动我国经济的发展，政府对于工业产业的发展给与了很大力度的支持，使工业得到了迅速的发展，而工业发展得到推动的同时，给环境带来的危害也较大，由于工业废水的大肆排放，使得环境污染问题逐渐严重。另外，社会进步发展的过程中，城市污水的排放量在逐渐增加，有关污水排放管理方面存在的问题，使得污染进一步加剧，有很多没有经过处理的污水排入到河流中，工业废水以及生活污水中很多都存在重金属物质，而受到污染的水体在被应用后，就会使土壤出现金属污染。再者，我国对能源资源的需求很大，在进行有色金属开采时，也会容易使重金属得到大量的积累，使周围土壤中的重金属物质增多，引起土壤金属污染。

2 土壤金属污染物成因

2.1 农耕用药灌溉引起污染

我国属于农业大国，由农业领域引起的土壤金属污染情况是比较严重的。关于我国耕地土壤出现污染的成因主要从两方面分析，包括污水灌溉污染和农耕用药污染。从有关数据调查中可以得知，因为污水灌溉而引起的污染累积已经达到约500万公顷，而其中含有重金属物质的土壤面积就占据总污染面积的三分之二左右。由于土壤受到金属污染，耕地中收获的农业作物大大减产，因此也带来较大的经济损失。由于污水灌溉，土壤中重金属Hg、Cd、Cr、Pb等含量逐渐增多[1]。另外，在农业生产中，农药的使用是不可避免的，但是农药的使用会对土壤产生污染。通常农药中都含有一定的重金属物质，对农作物施加农药后，土壤中会残留农药，因而对土壤产生污染。由农药引起的土壤污染分为间接和直接作用，有些农药的使用需要拌和后直接施加，这样污染物就存在于土壤中。而有些农作物是通过喷洒农药，液体药剂通过喷雾作用在农作物表面，而土壤表面会接触到农药残留，进入土壤后，就会引起污染。

2.2 工业引起污染

在进行工业生产时，过程中会出现较多的粉尘和废气，其中就含有较多的重金属成分，而经过大气的自然沉降或者是降雨，就会被带入土壤中。有数据调查，每年通过化石燃料和煤的燃烧被排放到大气中的Hg含量最高，另外还有Pb、Cd、As、Zn等。这些金属污染物对土壤的污染变化趋势主要是以工厂为核心，顺风向延伸。另外，工业中有关固体废弃物的处理也会容易引起土壤污染。在填埋、堆放时，由于外部环境的作用，重金属物质发生移动，以辐射状扩散到周围水体和土壤中。还有部分固体废弃物被用作肥料施加到土壤中，也会引起土壤金属污染。比如磷石膏属于一种化肥工业废物，具有含磷化合物，对于酸性土壤有一定的改良作用，因而被用到土壤中，但是这个过程中也增加了土壤中的Cr、Pb、Mn、As等含量[2]。

3 金属污染物检测技术

3.1 光谱检测

这种检测技术是金属污染物检测中比较常用的，突出的优点是检测的灵敏度较好。这种检测中需要使用X射线，而X射线的电离性较强，在进行检测的过程中，相关人员需要做好自身的防护，避免对人体产生伤害。同时，进行检测时，要严格的按照专业操作流程进行操作，光谱检测土壤中金属污染物含量需要先进行采样，不能实现现场检测，可以使用分光光度法进行检测。

3.2 电化学分析检测

这种检测主要是利用电化学传感器来实现对金属污染物的检测。突出的优点是能够进行自动化检测，可以在现场快速的检测金属污染物及含量。不过需要强调的是，这种检测在具体使用的过程中，由于受到有机物、大分子颗粒等污染物的影响，检测的准确性容易出现偏差。针对这种检测技术，重点是对电化学传感器的灵敏度和抗干扰性等性能进行有效的提升。

3.3 生物传感器检测

这种检测属于一种新型技术，通常是合理应用金属离子和固定于电极材料中的特异性蛋白，从而改变蛋白结构，然后利用灵敏度较高的电容传感器定量检测金属污染物，这样有关含量及其变化情况都可以得到掌握。如今，相关人员通过使用生物传感器能够对水中的含毒化合物含量进行精准的检测。不过需要注意的是，这种检测对环境要求较高，在使用时应当注意这一点。

3.4 酶抑制检测

这种检测通常是指利用酶活性因子和重金属离子之间发生化学反应，使酶活性因子的结构性质发生变化，使酶活力有一定的下降，然后通过使用仪器检测金属污染物。这种检测技术在具体使用时，工作人员需要对吸光度、电导率以及显色剂等的变化随时观察，掌握金属污染物含量和酶之间的数学关系。

4 土壤和水中污染物检测分析

以分光光度法为例，对土壤和水中污染物检测进行分析。这种检测方法的工作原理是基于分子物质对光具有选择性，利用这一特点进行分析。光区主要包含红外光区、可见光区以及紫外光区，可见光区和紫外光区的检测属于分光光度法，红外光区的检测属于红外光谱法。可见光区分光光度法主要是对土壤和水中污染物进行定量分析。不同的物质，在分子结构上也会存在差异，用不同波长的光进行照射时，就会出现选择性的吸收，然后产生吸收光谱，以此就可以进行定性分析。

4.1 分光光度计

这种检测方法中主要用到的仪器就是分光光度计，这种仪器有单光束和双光束两种。仪器的构成主要包括检测器、单色器、光源、吸收池以及信号指示装置。可见光区的光源主要是使用钨丝灯打出波长为320～2500nm的连续光谱，其中的单色器模块中的主要元件是用来分解光源发出的连续光谱，吸收池主要是使用耐腐蚀的玻璃材料制成，厚度范围为0.5～5cm不等[3]。

4.2 检测条件

在进行检测之前，需要对检测条件进行合理的确定，入射波长的选择通常是最大吸收波长，如果存在干扰，还要结合最小干扰进行选择。另外，吸光度的范围主要控制在0.2～0.8，这样在进行检测时结果可以更加精准，这一条件的实现可以通过吸收池的厚度调整或者溶液浓度控制实现。再者，仪器的零点需要使用参比溶液进行调整，这样可以避免入射光引起的检测偏差。在对参比溶液进行选择时，如果显色剂和试液都无色，蒸馏水就可以满足要求，如果显色剂无色，试液有色，参比溶液只要不加显色剂就可以，而有色的情况下，就可以选择不加试液的空白试剂[4]。

4.3 定量分析

4.3.1 单成分定量分析

如果是检测其中的某一种成分，通常使用标准曲线法或者是目视比色法。相比较而言，目视比色法较为便捷，对于试样的量较大时可以采用这种方法，但是结果的偏差相对来讲较大。

4.3.2 多成分定量分析

如果是对其中的多种成分进行检测，在吸收峰不重叠的情况下，可以对应选择合适的波长分别对其单一成分进行检测。如果其中的成分吸收峰存在重叠问题，数值为n，不分离的情况下，在n个波长处检测其混合成分的吸光度，通过建立方程，分别求出单个成分的含量。

5 土壤金属污染的防治

5.1 对农业生态环境进行科学的修复

通过污染物的检测分析，结合实际的污染情况，制定出科学的金属污染防治方案。通过对农业生态环境修复使土壤中金属污染得以改善。首先，可以进行深耕翻土、换土，对重金属污染的土壤进行深耕，将受到污染的土壤翻出，将其换掉，然后单独处理被污染的土壤。另外，合理的使用植物修复技术，通过绿色植物的根滤、吸收等作用，使受污染的土壤逐渐转化为无害土壤，土壤能够得到净化，重金属污染物含量也会大大降低。再者，通过植物的富集和提取功能转化土壤的金属污染，在含有金属污染的土壤中种植这种特殊植物，土壤中的重金属物质能够被转移到植物的地上部分，除掉土壤中的重金属物质，比如Pb、Cd、Ni、Cu、Cr等，这样土壤中的重金属污染就可以得到改善。有研究结果表明，使用新型植物修复技术对土壤的金属污染进行治理，效果较好。这种修复技术的原理是，植物在接收到重金属物质的信号后，会利用分子调控机制充分的发挥作用，植物生长的过程中，重金属物质被吸收后存储在其液泡中，土壤中的重金属含量下降，达到改善土壤质量的目的。

5.2 使用物理修复技术进行治理

使用物理修复技术一般包括土壤淋溶、电动修复等。为了使治理的环境风险降低，引入土壤淋溶技术，利用下渗水流的水解、溶解、碳酸化等，使土壤中的部分重金属物质被带走。淋溶强度的不同，需要制定出相应的淋溶方案，可以将土壤中不同的重金属物质消除。需要重点关注的是，使用淋溶技术对土壤进行处理后，土壤的酸化情况比较突出，所以，在使用这种技术进行治理时，还需要结合施肥、耕作等来改善土壤的状况。电动修复技术主要是利用电渗流和电迁移的方式除掉土壤中的重金属物质。具体方法的实施是在受到污染的土壤中设定上电极，施加一定的直流电压给电极，这样在电极的周围就会形成直流电场，而土壤中的重金属物质会移向电迁移的相反方向，使其逐渐迁移出土壤，从而实现土壤的治理。