冶炼厂周边土壤中重金属污染特征及治理方案研究

宋 勇，石 秀，陈 靖

（1.国家电投集团两江远达节能环保有限公司，重庆 404100；2.重庆环科源博达环保科技有限公司，重庆 401147）

冶炼厂周边土壤经常会由于污染物的排放造成重金属污染。重金属污染物作为当今污染面积广、污染程度严重的土壤环境问题，必须给予足够的重视[1]。冶炼厂周边土壤中所受到的重金属污染物主要包括：铜、锌、镉、铅、汞、铬、砷以及镍等，在冶炼厂周边土壤中比重超过4 所形成的重金属污染[2]。由于冶炼厂周边土壤中重金属污染中包含对人类健康危害极大的化学元素，分别为：Cd、Pb、Ni、As、Cu、Zn、Cr，这些化学元素一旦通过食物链进入人体，超量的情况下会引发多种疾病，常见的有我国的“大脖子病”、泰国的“黑脚病”、日本的“骨痛病”以及粤北的“癌症村”。为有效解决冶炼厂周边土壤中重金属污染问题，本文提出冶炼厂周边土壤中重金属污染特征及治理方案研究，致力于通过分析重金属污染特征并提出治理方案，从而实现重金属污染综合治理。

1 冶炼厂周边土壤中重金属污染特征研究

考虑到冶炼厂周边土壤中重金属污染在复杂的多孔介质中运动的特点，本文根据达西定律进行冶炼厂周边土壤中重金属污染特征研究。冶炼厂周边土壤中重金属污染特征总述表，如表1 所示。

表1 冶炼厂周边土壤中重金属污染特征总述表

根据表1所示，可以根据冶炼厂周边土壤中重金属污染特征总述表综合分析重金属污染物在冶炼厂周边土壤中的运动方向[3]。在重金属污染特征研究中，必须充分考虑冶炼厂周边土壤中重金属污染的隐蔽性、长期性以及表聚性等特点。隐蔽性意味着冶炼厂周边土壤中的重金属分布一般不宜被发现，需要一定的累计量，才能发现其危害的严重性；长期性指的是重金属污染物在复垦区域土壤的滞留时间长，因此重金属污染物会形成垂直分布特征，这也是冶炼厂周边土壤中重金属污染的一个重要特性；表聚性指的是重金属污染物主要分布在冶炼厂周边土壤表层，随土层深度的增加，冶炼厂周边土壤中重金属污染的含量整体呈下降分布特征。

图1 土壤中主要重金属元素含量空间分布

通过图1土壤中主要重金属元素含量空间分布情况可以看出，Cd含量总体污染程度不高，主要集中在0.52mg·kg-1～0.67mg·kg-1之间，呈现从研究区上游至下游逐渐升高的趋势，Pb的浓度集中在上游和下游相对较高，灌区中部地区相对较低；Cu的含量呈现条带状分布，高值点主要集中在下游地区；整个灌区土壤Zn含量大部分集中在50mg·kg-1～60mg·kg-1，高浓度的点主要出现在下游，且呈点状分布。

2 冶炼厂周边土壤中的重金属物质污染的潜在风险分析

土壤中各重金属元素所引起的潜在环境风险指数存在很大差距，这主要是由于该研究区域内的土壤中各重金属含量不同以及各重金属元素的生物毒性效应有较大差别。从下表数据中可以得出，土壤中各重金属元素所引起的潜在环境风险由大到小的顺序依次为Cd ＞Pb ＞Ni ＞As ＞Cu ＞Zn ＞Cr，其中环境风险系数最高的重金属元素为Cd，其风险系数高达24997.33，属于极高生态风险，超出极高风险阀值312.47 倍；环境风险系数最低的重金属元素为Cr，其风险系数为5.46，属于低生态风险。

表2 土壤中重金属物质的污染风险指数

3 冶炼厂周边土壤中重金属污染治理方案研究

本文提出的冶炼厂周边土壤中重金属污染治理方案遵循土壤污染分级标准，如表3 所示。

表3 土壤污染分级标准

结合表3 所示，本文针对重金属污染提出治理方案，并分为3 步进行重点阐述。

3.1 确定重金属污染治理难易程度

冶炼厂周边土壤中重金属污染治理在本质上来讲就是通过微生物的联合修复作用，对冶炼厂周边土壤中重金属污染物进行治理[4]。本文根据重金属污染治理的难易程度可以分为：可利用态、潜在可利用态以及不可利用态，在此基础上，将重金属污染的化学元素按照性质分为必需元素以及非必需元素，必需元素指的是冶炼厂周边土壤中维系植物生长的必要因素，但一旦浓度超标，会导致重金属污染；而非必需元素则是影响冶炼厂周边土壤中植物生长的有害元素，一旦出现，就很容易导致重金属污染。针对不同的重金属污染物特性，采取不同方式的治理方案。

3.2 添加还原性有机物质

在确定重金属污染治理难易程度的基础上，可以利用添加还原性有机物质，实现重金属污染治理[5]。可以根据冶炼厂周边土壤中实际的重金属含量，进行添加适量的还原性有机物质。在计算测定结果重金属含量时，可以利用相应的公式进行计算，如公式（1）所示。

在公式（1）中，C 指的是冶炼厂周边土壤中重金属的浓度，单位为ml/kg；A 指的是冶炼厂周边土壤中重金属的浓度值，单位为μg/L；V 指的是定容体积，单位为L；d 指的是稀释倍数；m 指的是冶炼厂周边土壤的重量，单位为g。结合公式（1），以1：1 的比例添加还原性有机物质。以嗜重金属菌为例，通过嗜重金属菌，有效的吸收冶炼厂周边土壤中的重金属污染物，面对存在着土壤与细菌分离的难题，结合影响冶炼厂周边土壤重金属污染治风险指标，确定治理测控要求。除此之外，还原性有机物质还具有矿化固定作用，重金属污染物能够在还原性有机物质作用下将离子态重金属污染物转变为固相态，降低其生物有效性。真菌细胞壁组分如几丁质等对重金属污染物的钝化固定、真菌体内有机酸根离子或无机酸根离子与重金属形成沉淀等作用，均可使冶炼厂周边土壤中的重金属污染物固化，从而有效降低重金属污染对冶炼厂周边土壤的毒害。

3.3 微生物治理

通过添加还原性有机物质，实现针对冶炼厂周边土壤中重金属污染的微生物治理。考虑到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，在冶炼厂周边土壤中被证明是一种很好的治理方案。冶炼厂周边土壤中重金属污染物离子的长期存在使自然界形成了一些特殊微生物，这类微生物对重金属污染物具有一定的抗性，能够使重金属污染物离子发生转化，从而改变重金属污染物离子的存在状态。微生物治理对微生物而言是一种解毒作用，对于重金属污染而言也能起到一定程度上的治理作用。微生物治理用于冶炼厂周边土壤中重金属污染的处理，是一种行之有效的治理方案，目前已进行了积极研究[6]。

考虑到不同类型的重金属污染物在进行治理时，因重金属污染物元素类型、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治理目标值。面对复杂的治理状况，可以从微生物使用的角度出发考虑，并结合工程条件和修复后冶炼厂周边土壤面向的使用规划，绑定多种附件条件，对实际治理发挥效用的过程进行约束。如此一来，可使冶炼厂周边土壤中重金属污染治理能够以需求为导向，具备较高的实际可操作性。

4 结语

通过冶炼厂周边土壤中重金属污染特征及治理方案研究，由于重金属污染物向来具有症像隐蔽、分布不均、累积性强且长期存在等特点，冶炼厂周边土壤中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。目前，重金属污染治理行业还处于“方兴未艾”的阶段，重金属污染治理工作任重道远。虽然现阶段冶炼厂周边土壤中重金属污染治理仍处于不完全成熟的阶段，但是一旦认识到重金属污染治理的必要性，便可以进行最佳的技术成本效益分析。因此，有必要加大对重金属污染物生态治理的研究投入，为日后更好的开展环境治理工作提供理论依据。