我国工业污染场地土壤与地下水重金属修复技术综述

2020-12-09高连东

世界有色金属 2020年23期

顾维，高连东

（苏州市宏宇环境科技股份有限公司，江苏苏州 215010）

工业作为国民经济的重要组成部分，为国民经济创造了巨大的产值，但由于工业生产的特殊性，造成了严重的污染，比如，大气污染、土壤污染和水污染。工业污染场地的重金属含量非常高，而重金属对地下水和土壤所产生的危害非常大，在重金属逐步渗透到地下水以后，地下水水源将可能受到严重污染，导致水质安全难以保障，一些利用地下水的饮水工程将会面临着地下水水质不达标的问题。此外，重金属对土壤的危害也非常大，土壤中的重金属可能会通过各种暴露途径与人体直接接触从而对人体健康产生严重危害，而且，土壤中的重金属将会使得农作物、植物生长受到影响，使食物链面临着巨大的威胁，因此，加强对工业污染场地的重金属污染修复非常重要。

1 土壤与地下水重金属污染的原因

1.1 废水、废渣的不合理处理

工业生产必然伴随着废水、废渣的产生与排放，而这些排放物如果得不到妥善的处置，将成为土壤和地下水污染的直接原因。一般情况下，矿产冶炼加工和化工行业的废水、废渣排放量是最大的。在当前市场经济快速发展的过程中，我国的工业化发展进程加快，各个工业企业的生产规模日渐扩大，虽然满足了现实生活中工业产品的需求，但是，生产规模的扩大也引起了严重的工业污染。工业生产中的废水和废渣中重金属含量偏高，重金属对于土壤和地下水的危害是非常大的，如果在工业生产中这些废水、废渣没有经由专业化处理，直接排放将会导致严重的污染后果，使得工业污染场地的生物多样性难以得到有效保持，从而导致生态恢复极为困难[1]。

1.2 矿物资源使用不当

工业生产中原材料多以矿物资源为主，尤其是矿物燃料在燃烧的过程中会伴随产生大量废气，造成严重的大气污染，最终，废气中夹杂的污染物将通过大气沉降吸附到土壤和河流中，导致土壤和地下水的污染。而且，矿物资源的使用过程中，也会产生大量的废弃物，这些废弃物中的重金属严重超标，同样会引起严重的污染问题。比如，在一些工业生产领域，煤炭资源的使用较多，如果煤炭资源的利用得不到有效的管控，也将导致土壤和地下水污染。比如，在前几年，我国北方地区的集中供暖中，为满足环保要求，国家明令禁止再使用高含硫煤炭，同时推广新能源的使用，此举虽然有效降低了单纯煤炭资源供暖下的大气污染，使得重金属污染物的产生也有所降低，但是，在很多的农村地区，并未实现完全的新能源利用，而且依旧存在高含硫煤炭资源的使用情况，土壤和地下水重金属污染的现状长期难以改变。

1.3 垃圾的处理不当

工业垃圾同样是土壤与地下水重金属的污染源之一，例如不锈钢酸洗行业产生的酸洗污泥，含有大量的铬、镍等重金属。在工业生产领域，一些企业的发展水平有限，在长期的发展过程中并没有充分认识到环保工作的重要性，在工业生产时，所产生的工业垃圾直接排放到附近的空旷地段或者水池周边，导致区域内的土壤和地下水污染非常严重。近年来，国家在积极推进工业垃圾的集中处理，但是，工业垃圾随意堆放的现象并未完全消除，部分小型的工业生产企业在生产的过程中，依旧随意将垃圾随意排放，导致垃圾中的重金属直接渗透到土壤和地下水中。

2 工业污染场地重金属污染原位修复技术

2.1 重金属污染土壤原位修复技术

2.1.1 土壤固化/稳定化技术

土壤重金属修复处理中，固化/稳定化技术非常有效，这一技术在应用时，利用的是物理法或者化学法，使得土壤内的污染物可以被固化或者转化成为化学性质不活泼的状态，通过状态的转变，使得土壤内的污染物扩散速度减慢或者不迁移、不扩散，最大程度上降低污染物的危害。重金属固化/稳定化技术应用的关键就是要根据实际的处理需求，来有效选择相应的固化/稳定化材料，比如，水泥、石灰等无机粘结物质、沥青等有机粘结剂以及热硬化有机聚合物等，都是十分常用的材料，可以适用于土壤重金属的治理，最大程度上减小重金属的危害[2]。以水泥固化重金属技术的应用为例，由于水泥性质的特殊性，在水化过程中会对重金属加以吸附、钝化和离子交换处理，使得重金属可以最终以氢氧化物沉淀物或者络合物的形态停留在水化硅酸盐胶体表面，从而达到消除重金属危害的效果。

土壤重金属修复中，除了可以采用固定材料的污染物固化处理方式，还可以采用玻璃化技术，这一技术在应用时，需将重金属污染土壤直接放在高温高压的环境状态下，此时，固态污染物将会被熔化为玻璃状或者玻璃-陶瓷状的物质，由于玻璃体为致密的结晶结构，可以保持固化体的长期稳定性。

在土壤重金属修复技术中，虽然固化技术可以使得重金属与食物链相互脱离开来，但是，固化的重金属还是存在活化的风险，在某些特定的条件下可能会重新释放到环境中，因此必须加强固化物的监测和管控。

2.1.2 土壤淋洗技术

土壤淋洗技术，主要是利用淋洗剂对污染土壤加以淋洗，使土壤固相上的重金属逐步转移到土壤液相上。这一技术应用的关键是要根据实际的处理需求，进行淋洗剂的选择，最理想的淋洗剂不仅要符合不同形态重金属提取的需求，还要能避免对土壤结构的破坏。淋洗剂的种类非常多，有柠檬酸、硫酸、盐酸等酸类，磷酸二氢钾等碱类以及络合剂和还原剂等。土壤中的重金属类型不同，所采用的淋洗剂也存在着较大的差异，对于铅和铬等重金属，清水、柠檬酸、酒石酸等更为适用；对于砷和汞等重金属，虽然EDTA 是有一定效果的，但是并不是最优的选择，砷在土壤中主要以含氧官能团的形式存在，因此，根据其性质，选用柠檬酸等更为适用[3]。

在轻质土壤中，土壤淋洗技术的应用效果更为理想，而如果是粘粒较重的土壤，其修复效果将非常不理想。而且在实际的土壤淋洗技术应用时，淋洗剂的成本相对较高，应用时还会出现一定的二次污染，因此该技术仍存在一定的局限性。

2.1.3 电动修复技术

电动修复技术主要是在重金属污染土壤中插入电极对，通过施加电流的方式，使得土壤中的污染物可以在电场作用下发生电迁移、渗流等多个过程，这些污染物在电极富集以后，就可以实现集中处理。比如，对铅污染土壤而言，在经由一段时间的修复处理以后，其去除率可以达到70%以上[4]。而对于砷污染的土壤，在电动处理的过程中，除了富集重金属外，还会发生氧化还原反应，使得电解过程中产生的亚铁离子，形成水合铁氧化物，与砷产生共同沉淀，最终去除砷污染物。

2.2 重金属污染地下水原位修复技术

2.2.1 原位化学还原技术

在地下水重金属的处理过程中，原位化学还原技术是一种十分有效的技术，该技术主要利用化学修复药剂的化学特性来实现，比如，一些化学修复药剂具备非常强的还原性，经由还原、吸附、沉淀和隔离以后，地下水中的重金属污染物就会被还原，有效降低地下水中重金属的污染程度。在铬、砷等类型的重金属处理中，化学还原技术的应用效果非常突出，不仅可以保持高效的去除效率，且整体的投入成本相对较低，对于含水层基本上不会产生较大的影响[5]。原位化学还原技术应用的关键是要做好前期的水文地质调查、污染源追踪，当然，还需要结合污染情况，来选择恰当的还原药剂。

2.2.2 原位化学氧化技术

原位化学氧化技术应用时，需要在被重金属污染的地下水中注入一定量的化学氧化剂，通过化学氧化剂与地下水中的重金属发生氧化反应，使这些重金属污染物转化为低毒性、低移动性的物质。比如，含有As3+的地下水中，通过添加氧化剂H2O2或高锰酸钾，使得As3+转化为As5+，毒性更小[6]。原位化学氧化技术在实际的应用过程中，修复的周期相对较短，成本投入少，在含重金属地下水的修复过程中，不仅可以单独利用，还可以与其他修复技术结合使用。现阶段，在我国原位化学氧化技术的发展中，所使用的氧化剂以高锰酸盐、过氧化氢、过硫酸盐和臭氧为主。即使原位化学氧化技术的应用效果非常突出，但在实际的应用过程中同样会存在着一定的技术局限，比如，一些情况下可能存在二次污染。

2.2.3 原位生物修复技术

原位生物修复技术同样是一种十分有效的修复技术，在地下水重金属修复中非常有效，该技术是通过特定功能微生物群的应用，来发挥微生物代谢活动对重金属的作用。这些微生物群可以是野生的，也可以是人工培养的，微生物代谢作用下，地下水中重金属元素的迁移能力将大大降低，甚至在一些时候可以有效改变其原有形态，该技术在很多地下水重金属修复中取得了良好的应用效果。工业污染场地中，地下水重金属治理中可使用的微生物类型非常多，如产碱菌属、芽孢杆菌属、棒杆菌属等，在实际应用过程中都非常有效。但是，在利用微生物群进行重金属地下水的修复过程中，想要有效发挥原位生物修复技术的优势，必须采用有效的方式，为微生物创造相对良好的生长环境，比如，可以通过在地下水中注射糖浆、醋酸盐等方式，来增强场地内微生物的活性等。