重金属污染土壤修复技术及其修复实践

2021-11-30冯海燕

中国金属通报 2021年19期

冯海燕

（中国铝业股份有限公司广西分公司，广西平果 531499）

改革开放以来，我国的工业发展离不开化工厂和金属冶炼工厂，而无论是化学生产还是金属冶炼，都和重金属紧密相关，重金属作为现代工业技术和尖端物理技术的核心内容之一，在世界工业史上发挥着重要的作用。但是重金属使用之后，富含重金属物质的污染物处理是我国经济发展过程中的一个严重问题，在过去较长的一段时间内，国内的部分厂家为了节约污染处理的成本，增加企业利润，选择将含有重金属的污染物简单处理后就随意排放到土壤、河流中，造成过不可逆转的环境污染。进入新世纪以来，党和国家充分认识到先发展后治理的道路不再符合我国的发展国情，保护生态环境是经济发展的前提条件。因此，国家出台了众多的政策进行环境污染治理，其中重金属土壤修复治理就是非常关键的部分。

1 重金属污染土壤概述

土壤是陆地国家赖以生存的最基本自然条件，尤其是对我国这样一个几千年都坚持农业的大国，土壤更是国家的根基，是民族的魂之所在，也正因为如此。改革开放以来，国家的经济发展也离不开土壤，在中国广袤的大地上兴建起许多的化工厂、冶炼工厂，这些工厂是我国工业化道路的基本保障。但是由于土壤支撑着工业发展，工业生产所产生的废弃污染物也成为了破坏土壤的主要来源。

在我国的土壤无机物污染中，重金属污染是最主要的形式。重金属污染物不能被分解，虽然部分能够被植物吸收，但是更多的重金属会残留在土壤和植物表面很长时间，进而威胁到周边地区动物和人的生命健康安全。土壤重金属污染物主要有汞、镉、铅、铜、铬、砷、镍、铁、锰、锌等，此外，砷从化学元素的角度并不属于重金属，但是对土壤具有与重金属类似的毒害作用，所以砷也会作为土壤重金属污染的检测和治理内容。重金属污染物对于土壤的破坏性非常强，主要在于破坏了土壤的元素构成，使土壤中重金属离子超标，进而污染周边的动植物，并且很多重金属具有毒性，甚至产生放射性。以汞为例，汞在自然状态下，不会被土壤中的微生物分解消化，也无法大量挥发，只能够积累在土壤中，而汞的毒性会使土壤中种植的植物无法生存，中毒死亡。并且由于汞会污染水源，所以对周边的动植物都会产生严重的危害，人类如果食用了带有汞的植物，或者饮用汞含量超标的水，也会出现汞中毒的情况，导致血液疾病，严重的甚至死亡。所以重金属污染土壤对周边的生态圈而言是毁灭性的，无论是动植物还是人类，在重金属污染土壤地区都很难生存，即便存活也会有很大概率出现变异。对于农业发展，重金属污染土壤一部分根本无法种植农作物，农作物无法成活，另一部分即便能够养成农作物，但是产出的农作物也会重金属超标严重，无法食用，处理也不便，给种植户带来严重的经济损失。

重金属污染土壤的主要成因是有色重金属矿床的开发冶炼，而通过“三废”向环境中排放重金属的工矿企业，如：采矿、选矿、冶金、电镀、电工、染料、纺织、炼油等也是重金属污染土壤的重要来源，此外，农业种植所使用的化肥也是土壤重金属的来源，由于化肥中的主要成分来自于矿石，而且化肥的生产工艺中也涉及到大量重金属溶液的参与，所以化肥中也含有很多的重金属，而重金属在土壤中无法被微生物分解，除了少部分被流动带走以外，多数会累积在土壤中，长此以往，土壤中的重金属含量就越来越多，重金属污染也就越来越严重。

2 重金属污染土壤治理方法

重金属污染土壤的治理方法主要包括去除和固化两种方式，去除就是将重金属从土壤中去除掉，固化是将处于活态的重金属通过措施转变为稳定态，从而减少对土壤的污染。

去除通常采用的方法是化学反应和物理溶解等技术将重金属从土壤中彻底清除掉，这种方法适用于土壤重金属污染初期，一方面，初期的土壤重金属污染比较集中，只需要对特定地区的土壤进行处理就能够有效保障该地区较大范围内的重金属污染得到控制。否则，等到土壤重金属污染演化到中后期，土壤中的重金属被动植物或者被空气流动以及分子热运动带到各地，附着沉积在大范围的土壤内，单位面积的浓度较低，就无法使用去除法，既无法有效去除土壤中的重金属，实际操作的成本也非常高。另一方面，在土壤中重金属污染物还没有形成规模化累积的时候，通过去除法将土壤中的重金属彻底去除，能够避免重金属对周边生态环境，动植物造成危害，在初期就解决好重金属污染是土壤重金属污染防治的最佳措施。

固化指的是利用惰性基材或者低渗透性的材料将重金属凝结在一起，阻止其迁移流动，即通过惰性材料和低渗透性的材料将重金属包裹固定起来，在最大程度上降低重金属与土壤中其他物质的接触，从而避免重金属对土壤动植物和微生物的毒害作用。固化是处理大范围土壤重金属污染的有效措施，虽然固化之后重金属仍旧存在于土壤中，但是固化后的重金属毒害能力大大减弱，对周边生态环境降到了可以接受的程度，从而实现对周边生态环境的保护。相比起去除，固化所能够发挥的作用是比较有限的，因为随着固化时间越久，土壤经过风吹日晒，在自然环境的作用下，有可能会使得基材脱落，固定效果减弱，而重金属本身的毒害作用随着时间变长不会有特别明显的减弱，所以固定效果减弱就就会导致重金属重新产生毒害效果，因此固化主要是应对大范围严重的重金属污染土壤，让其在短时间内减弱毒性，不会对周边的动植物产生生命威胁。

与固化类似的还有一种重金属污染土壤处理方法，就是稳化重金属，重金属在土壤中之所以会产生毒害作用，并且会随着自然环境改变而迁移，但是自然界原本的重金属又不会造成土壤污染，主要的原因就是工业产生的重金属废弃物化学活性较高，更多是以金属阳离子的形式存在于化学废液中，而自然界原本的重金属大多是以单质纯物质的形式存在。金属阳离子具有较强的还原性，能够与土壤和自然界中的许多阴离子结合形成重金属盐，而重金属盐就具有毒害作用，会对周边地区动植物的生长发育产生较为严重的影响。所以要治理重金属污染土壤，会选择通过化学方法将重金属离子转变为单质金属，从而在化学性质上具有稳定性，单质金属在没有催化剂的情况下，轻易不会发生化学反应，所以能够减弱重金属的毒害性，稳化方法既适用于大范围的重金属污染土壤治理，也能应用于重金属去除，缺点在于需要较多的化学反应试剂，并且可能发生其他的化学反应，导致其他污染。

3 重金属污染土壤修复技术

重金属污染土壤修复技术主要包括物理化学修复技术、生物修复技术和农业种植修复技术。

3.1 物理、化学修复技术

物理、化学修复技术是重金属污染土壤治理的常用措施，主要的目的是去除、固化和稳化土壤中的重金属。对于污染面积小的土壤，可以采用土壤置换、除土和深耕的方法，土壤置换就是将原本被重金属污染的土壤置换为干净的土壤，而污染土壤另外进行处理加工，去除重金属。除土则是将原本的被污染土壤直接挖走去除，从而减少土壤中的重金属。深耕则是将土壤深层重金属含量少的土壤置换到表层，将表层重金属污染严重的土壤深埋底层，从而降低重金属对周边动植物的危害，降低重金属的迁移能力。物理化学修复技术在治理重金属污染的同时，可能会对土壤造成其他的污染和破坏，尤其是化学恢复技术，使用的置换液本身也可能对土壤及周边的动植物产生危害。使用物理、化学修复技术虽然能够较快地去除土壤中的重金属，但是土壤肥力和生态环境的恢复需要很多时间，需要结合生物恢复技术和农业种植恢复技术。

3.2 生物修复技术

生物修复技术主要依靠植物和微生物去除土壤中的重金属污染。经过实践验证，部分植物的根茎分泌能够有效去除土壤中的重金属污染物，比如使用芥末能够去除土壤中的Se，通过种植烟草从土壤中去除Hg。微生物虽然不能够分解重金属，但是对处于游离态的金属离子，细菌等微生物产生的氧化性物质能够与之结合，形成较为稳定的化合物，降低重金属的毒害性，尤其是菌根真菌，其用于修复重金属土壤污染，大大降低了重金属的毒性。

3.3 农业种植修复技术

农业种植修复重金属污染土壤主要是通过控制农业种植的水分、农药和化肥的使用来控制土壤中的重金属累积，避免大量重金属累积在土壤中形成较为严重的污染，并且农作物本身也属于植物，其根茎的分泌物能够在一定程度上去除重金属污染，并且农作物种植的水分控制，对于重金属污染的防治和修复也具有作用。

4 重金属污染土壤修复技术应用实践

广西国盛招标有限公司受河池市环境保护局的委托，就“环江县古宾选矿厂尾矿库及周边污染土壤修复工程实施”项目，对1#尾矿库被堵塞200m截洪沟进行清理，在截洪沟外侧修建浆砌石护坡454m防止再次堵塞，对1#尾矿库进行生态绿化封场12400平方米；新建2#尾砂堆场挡土墙和浆砌石护坡各30m，排水管10m，满足场地风险管控管理需求；对2#尾砂堆场内8200平方米尾矿砂堆放进行场地平整、覆土阻隔以及生态恢复；建设2#尾矿砂堆放场截排水系统426m和1个规模为36立方配有物理沉淀过滤处理系统的渗滤液收集池；对尾矿砂无序堆置场所底部75立方米受污染土壤和尾矿库下游冲沟150立方米受污染底泥采用化学稳定化处理后送至2#尾矿堆放场进行固化填埋；对周边1750平方米安全利用类农田开展客土修复，修复深度约0.3m，方量约530立方，客土来源于前期调查对照点附近的山体表层粘土，客土量530立方，运距约0.5公里。通过项目实施，全面消除古宾选矿厂尾矿库对周边环境产生的污染隐患。