土壤表层重金属污染自然修复模拟方法研究

成春芳

（山西省长治生态环境监测中心，山西长治 046000）

土壤表层所受到的重金属污染主要包括铜、锌、镉、铅、汞、铬、砷以及镍等。为有效解决土壤表层重金属污染问题，本文提出一种自然修复模拟方法，致力于实现土壤表层重金属污染自然修复[1—2]。在模拟土壤表层重金属污染自然修复过程中，必须考虑土壤表层重金属的隐蔽性、长期性、不可逆性以及表聚性，因此本文以土壤表层为前提进行重金属污染自然修复。

1 土壤表层重金属污染自然修复模拟方法研究

1.1 确定自然修复模拟测控要求

使用的土壤表层重金属污染自然修复模拟方法为微生物自然修复，由于有些微生物具有嗜重金属性，利用微生物对重金属污染介质进行净化，在土壤表层中被证明是一种很好的方法。用于土壤表层环境的处理，是一种行之有效的方法，目前已进行了积极研究。通过嗜重金属菌，有效地吸收土壤表层中的重金属，面对存在着土壤与细菌分离的难题，结合影响土壤表层重金属污染自然修复的关键指标，确定自然修复模拟测控要求。

在实际模拟土壤表层重金属污染自然修复过程中，真正能够做到可测可控的物理量只有温度以及氧气含量，其他物理量只能通过实时的数据采集获得。将采集到的物理量数据引入LabVIEW实现土壤表层重金属污染自然修复数据的图形化显示，通过客户端到服务器再到终端的图形化显示[3-5]。

1.2 自然修复数据模拟历史拟合

在确定自然修复模拟测控要求的基础上，添加还原性有机物质，通过还原性有机物质分解生成有机酸，再利用其活性基团与重金属元素以及镍等络合或螯合，影响重金属的有效性。本文用于修复土壤表层重金属污染的有机物质主要有未腐熟稻草、牧草、紫云英、泥炭、富淀粉物质、家畜粪肥以及腐殖酸等。添加还原性有机物质示意图如图1所示。

图1 添加还原性有机物质示意图

通过图1可知，在添加还原性有机物质后，将土壤表层重金属污染自然修复数据导入数值组。自然修复数据模拟历史拟合的储量取决于孔隙体积和饱和度。自然修复数据模拟历史拟合孔隙体积与重金属污染监测分区的构造和孔隙度有关，饱和度则与数据初始化相关。所以，在自然修复数据模拟历史拟合时可以根据重金属污染监测分区的实际情况对以下参数做出相应的调整，分别为：重金属污染监测分区的孔隙度、NTG、土壤表层的油水界面以及土壤表层的毛管压力。在Petrel软件模拟模型中可以找到自然修复数据模拟历史拟合计算储量包括OIP，GIP，WIP，RIP。通过对每个网格的自然修复数值模拟历史拟合储量，可以有效提高对土壤表层重金属污染自然修复综合分析的精准度，为土壤表层重金属污染自然修复分析奠定扎实的基础。

1.3 实现土壤表层重金属污染自然修复模拟

完成以上操作后，以计算机为核心，应用可编程序逻辑控制（PLC）、测控软件（LabVIEW）、数据采集与处理以及各个测量和控制设备，实现土壤表层重金属污染自然修复模拟。考虑到不同类型的重金属污染物在进行自然修复模拟时，因重金属元素类型、参考标准、技术条件、处置方式、敏感受体等影响往往需要面对不同的修复目标值。即便对于同一种重金属污染物，实际模拟修复技术工艺以及修复材料也会有明显不同。面对复杂的模拟自然修复状况，从材料设计和使用的角度出发考虑，需结合工程条件和修复后土壤表层面向的使用规划，设定并绑定多种附件条件，对实际模拟发挥效用的过程进行约束。根据得出的土壤表层重金属污染自然修复模拟结果，可分析出土壤表层重金属污染自然修复的影响因素。如此一来，可使土壤表层重金属污染自然修复的模拟设计能够以需求为导向，具备较高的实际可操作性。

2 对比实验

2.1 实验准备

本次实验选取某铜矿周边的重金属污染土壤作为实验样品，进行针对土壤表层重金属污染自然修复的实验研究。本次实验样品中重金属有效态含量的化学分析结果如表1所示。

表1 实验样品化学分析结果

结合表1信息，实验样品中主要的重金属污染元素为砷。为评定不同修复模拟方法在修复效果方面的差异性，本次实验选择AEB-DLYTPA碳酸氢铵-二乙三胺五乙酸作为土壤表层重金属有效态提取剂。在此基础上，分别使用传统修复模拟方法以及本文设计修复模拟方法进行对比实验，设置传统的修复模拟方法为实验对照组。对比实验主要内容为测试两种修复模拟方法的土壤表层重金属污染自然修复率，从而评定修复率更高的修复模拟方法。本次实验次数设定为10次，针对测得的修复率，记录实验结果，进而判断两种修复模拟方法对于土壤表层重金属污染的自然修复能力。为避免由于外界因素造成土壤表层重金属污染自然修复率结果的误差，整体实验流程均在室内进行。

2.2 实验结果分析与结论

根据上述设计的对比实验步骤，采集10组实验数据，将两种修复模拟方法下的修复率进行对比，修复率对比结果如表2所示。

通过表2可得出如下的结论：设计的修复模拟方法修复率最高可达92.14μ，实验对照组为52.04μ，设计的修复模拟方法修复率更高，可以实现对土壤表层重金属污染自然修复。通过对比实验结果证明，所设计的修复模拟方法其各项功能均可以满足设计总体要求，可以广泛应用于土壤表层重金属污染自然修复方面。

表2 修复率对比结果

3 结束语

土壤表层重金属污染具有症像隐蔽、分布不均、累积性强且长期存在等特点，中国土壤表层重金属污染更是整体类型多、超标点位多、复合污染问题严重，土壤修复行业还处于“方兴未艾”的阶段，土壤污染防治与修复工作任重道远。本文提出的自然修复模拟方法以生物修复为核心思想，通过植物以及微生物的自然修复在土壤表层重金属污染修复方面取得了显著的进展。虽然现阶段土壤表层重金属污染自然修复模拟方法仍处于不完全成熟的阶段，但是自然修复模拟方法将随着科学技术的进步而进步。