农田土壤汞污染修复技术研究

张 菀

（广东省建筑工程集团有限公司 广州510800）

0 引言

随着科技的不断进步和经济的高速发展，农业生产过程中使用的化学物质种类越来越多样化，随之产生的土壤重金属污染问题也越来越严重，引起了国内外的广泛关注。汞污染是农田土壤中最常见的重金属污染之一，农田土壤被汞污染后，将通过种植的农作物进入人体，当浓度达到一定程度将对人体的健康造成严重危害，需要引起高度重视。

本研究在揭阳市某汞污染农田区域选择了具有代表性的60 亩地块，开展汞污染修复的中试试验，试验结果将为后续重金属汞超标治理提供技术支撑。

1 研究现状

1.1 汞污染现状

2018 年下半年对广东省内典型区域进行土壤环境质量调查工作，发现某地区部分区域农田重金属含量超过我国现行《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）：GB 15618—2018》中规定的农用地土壤污染风险筛选值。经初步取样调查结果表明，重金属含量超标以汞元素为主，个别点位呈与锌、铜、铅复合超标，污染程度以轻微污染为主。

1.2 汞污染的危害

环境中的汞污染会对人体健康造成极大危害，是全球广泛关注的环境污染物之一。20 世纪50 年代，日本的“水俣病”是首次发现的汞污染引起的环境公害事件，造成5 172 人患病，730 人死亡［1］。汞污染具有持久性、易迁移性、高度的生物富集性、强毒性等特性，并且环境中各种形态的汞均可在一定条件下转化为剧毒的甲基汞。此外，汞可以随大气长距离跨界运输，已被联合国环境规划署列为全球性污染物。有研究证明，汞可能导致多种神经性疾病，如肌萎缩性脊髓侧索硬化症、老年痴呆症和帕金森症。

土壤是环境系统的核心介质，是沟通水体和大气的纽带，承受着环境中大约90%的污染物［2］。研究表明，国内外大量地区的土壤都受到不同程度的汞污染［3］。农田土壤中汞含量超标，农作物的生长将受到抑制，影响农田生态系统，污染物也会随之迁移，一旦进入人体，将对人体健康造成严重危害。因此，农田中汞的去除迫在眉睫。

2 研究方法

2.1 采样方法

按照《农、畜、水产品污染监测技术规范：NY-T 398—2000》、《农田土壤环境质量监测技术规范：NYT 395—2012》规定进行布点和采样。每个土壤采样点的样品为5点等量的混合样。前期研究共设置16个采样点，采集不同深度（0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm）的土壤样品共80个。

2.2 检测方法

检测指标：土壤重金属汞含量及土壤pH值。

检测分析方法：按现行国家或行业颁布方法进行，如表1所示。

表1 土壤检测指标及标准方法Tab.1 Testing Index and Standard Method of Soil

2.3 修复技术试验方法

目前常用的汞污染土壤修复技术有热处理［3］、淋滤修复［4-5］、电动修复［6］、物理修复［7］、植物修复［8-9］、微生物修复等［10］。这些方法中，热处理能快速去除土壤中的汞，并进行回收。但能耗高，高温处理可能会影响土壤环境，且针对汞高浓度污染处理。淋滤修复能永久性去除土壤中重金属，用时少，但淋滤液必须进行后续处理，同时可能会破坏土壤理化性质。电动修复、植物修复、微生物修复等都可以实现原位修复，但耗时长，受土壤性质影响较大。物理修复操作性较强，不会改变土地利用类型，包括深耕翻土法、客土法和换土法。其中客土法和换土法具有彻底、稳定的优点，能快速实现治理区域污染物达标，但实施工程量大、投资费用高，换出的污土容易产生二次污染，增大工程成本和风险。深耕翻土法是将土壤上下耕作层的土层打碎、拌匀、翻动来降低土壤中重金属含量，实施工程量小，投资费用低，适用于污染程度较小、耕作层较厚的重金属污染［11］。

本研究试验根据农田土壤的使用性质，结合初步采样检测结果，污染区域类型为浅层、轻度汞污染，且耕作层厚度在20 cm以上，拟通过采取深翻混合、深翻置换、分层置换3种技术，将浅层污染土壤与深层清洁土壤原位置换或将浅层污染土壤与深层清洁土壤充分混匀，使研究区土壤汞含量符合相关要求。具体技术实施方法如下：

⑴分区1，深翻混合

试验面积20 亩，针对土壤汞含量范围为0.5～1.0 mg/kg 的区域，在深层土壤清洁的情况下，采用旋耕机将大于30 cm的深层清洁土壤与浅层污染土壤翻耕混匀。

⑵分区2，深翻置换

试验面积20 亩，针对土壤汞含量范围为1.0～2.0 mg/kg 的区域，向浅层污染土壤施加石灰并通过旋耕机翻耕混匀；随后在深层土壤清洁的情况下，挖掘机用铲斗将浅层污染土壤与深层清洁土壤一并铲出，回填时调转土方方向，实现一次性的上下置换。

⑶分区3，分层置换

试验面积20 亩，针对土壤汞含量范围为1.0～2.0 mg/kg 的区域，向浅层污染土壤施加石灰并通过旋耕机翻耕混匀；随后在深层土壤清洁的情况下，挖掘机用铲斗将浅层污染土壤与深层清洁土壤分别铲出堆置，随后先将经固化处理后的浅层污染土壤回填至深层位置夯实，再将原深层清洁土壤回填于其上，从而实现土壤分层置换。

试验结束后对3个分区进行采样检测，每个分区设置4个点位，每个点位采集土壤剖面5点混合样品5个，其中深翻混合区另设2个非混合点位，共计70个土壤样品。

2.4 评价标准

土壤重金属评价标准按照《土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准（试行）：GB 15618—2018》［12］执行，如表2所示。

表2 土壤重金属评价标准Tab.2 Evaluation Standard of Heavy Metals in Soil

3 研究结果

3.1 修复前采样检测结果

不同土壤深度pH 值均小于5.5，汞含量平均值如图1所示。

图1 不同土壤深度汞含量平均值Fig.1 Average Content of Mercury in Different Soil Depths

土壤质量调查结果表明，土壤深度0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm、60～80 cm、80～100 cm的汞平均含量分别为1.134 mg/kg、0.836 mg/kg、0.186 mg/kg、0.102 mg/kg、0.072 mg/kg。土壤重金属汞的含量超标，含量范围为0.5～0.9 mg/kg。

土壤深度0～20 cm 采样点位16 个，存在污染超标的样点15 个，占93.75%。其中轻微污染的样点6 个，轻度污染7 个，中度污染2 个。土壤深度20～40 cm 采样点位16 个，存在污染超标的样点9 个，占全部点位的56.25%。其中轻微污染的样点2个，轻度污染3个，中度污染4个。土壤深度40～60 cm采样点位20个，污染超标的样点1个，占全部样点的6.25%，属轻微污染。土壤深度60～80 cm、80～100 cm 采样点位均为20 个，均属无污染样点。

3.2 修复后采样检测结果

修复后耕作层土壤汞含量如表3所示，分区1样品编号为1-1～1-6；分区2 样品编号为2-1～2-4；分区3样品编号为3-1～3-4。

表3 修复后耕作层土壤样品检测结果Tab.3 Test Results of Cultivated Soil Samples after Restoration

土壤样品检测结果表明，深翻置换区及分层置换区耕作层（0～20 cm）土壤样品的pH值均小于5.5，汞含量均小于0.5 mg/kg，符合文献［12］规定的标准，表明该区域修复试验成功；深翻混合区6 个耕作层土壤样品中1-3、1-6汞含量分别为0.632 mg/kg、0.631 mg/kg，超出文献［12］中汞含量风险筛选值，其余4 个耕作层土壤样品汞含量均低于文献［12］中规定的风险筛选值。

4 结论与展望

深翻混合技术修复汞轻微污染区域（汞含量为0.5～1.0 mg/kg）由于本身存在技术风险，且由于土壤重金属分布的不均匀性，不能保证技术实施后的修复效果；深翻置换技术及分层置换技术在深层土壤清洁的情况下，具有明显的修复效果，可有效降低耕作层土壤中汞含量至0.5 mg/kg以下，从而实现土壤耕作层重金属汞含量低于农用地土壤污染风险筛选值的工程目标，可作为今后开展农田重金属污染修复治理工作的优选技术措施。