土壤重金属污染防治技术研究进展

王舒婷，吴学勇，牛学奎，周 涛，王 薇，邓 晴

（云南省生态环境科学研究院，云南 昆明 650034）

0 引言

人类的生存发展与土壤环境息息相关，随着社会工业化脚步不断向前迈进，土壤污染也在不断加剧。2014年原环境保护部和原国土资源部联合发布的《全国土壤污染状况调查公报》指出，我国当前部分土壤遭受的重金属污染较为严重，土壤质量和作物产量严重下降，部分老工业区和矿业区的土壤污染情况远远超出标准值，随着工业化进程的进一步发展，各地土壤污染状况还会进一步加剧。如何防治土壤重金属污染是当前社会发展面临的一大问题。

1 土壤重金属污染存在形态以及污染来源

1.1 土壤重金属污染存在形态

土壤重金属污染物质主要属于过滤性元素，这些金属物质以离子的形式存在于土壤当中，部分有机物会影响重金属离子的构成形态以及迁移能力。重金属化合物本身的化学性质差异较大，土壤环境内部物质的组成较为复杂，物理化学性质容易因环境的变化而发生变化。通常来说，重金属污染元素的存在形态包括水溶态、可交换态、吸附交换态、碳酸盐结合态以及有机结合态等。重金属的形态与普通金属物质相比差异较大，水溶态和可交换态重金属可溶于其他液体，其毒性对生态环境的影响较大。

1.2 土壤重金属污染来源

重金属污染来源与人们提炼金属的加工流程存在一定关联，部分重金属物质需要通过高温进行加工，细小的重金属在加热过程中以气溶胶的形式伴随其他气体和粉尘进入大气环境，在经过自然沉降和降水等活动进入土壤和水体当中，其中10%～30%的重金属气溶胶会直接沉降在排放源周边，这也是金属矿区周边土壤重金属污染程度较高的原因。

部分重金属气溶胶进入水体后，农民在种植活动中会引入污染源周边河流湖泊水源灌溉农作物导致水体当中的重金属残留在土壤当中，加剧了土壤重金属污染。部分工矿企业为了降低污水处理的成本，经常会将未经处理的污水或重金属含量超标的污水排放到土壤当中，导致污水排放区的土壤重金属污染程度进一步加深。

在矿区生产过程中，许多矿石或有色金属冶炼后的残余废渣会直接露天堆放，废弃物长期暴露在自然环境当中，受雨水浇淋的影响，其内部的重金属容易发生迁移，逐渐扩散到周边的土壤和水体当中产生严重的重金属污染。部分肥料生产厂家在生产活动中会将固体废弃物加入肥料当中，重金属物质混在肥料当中进入土壤，导致重金属污染状况加剧[1]

2 土壤重金属污染防控措施

2.1 追本溯源，健全法律管控体系

在防治土壤重金属污染的过程中，政府部门应发挥自身的领导作用，以预防为主，治理为辅，尽可能控制污染程度和污染范围，避免重金属污染程度进一步加深。在预防阶段，政府部门可以借鉴日本与欧美国家控制环境污染的手段，加强环境保护立法鼓励个人对周围存在的环境污染问题提起诉讼，在法律上明确环境污染先治理后追责的理念，制定关于防治土壤污染的法律法规和政策制度，为基层管理工作的开展提供必要的法律保证。

我国在有关环境保护的法律制定上起步较晚各方面法律法规缺乏系统性和统一性，技术标准未能与当前时代相接轨，部分地区仍然按照旧有的技术要求开展土壤重金属污染防治工作，污染防治活动相关配套标准未能真正完成制定。部分地区即便已经建立了较为健全的法律防治制度，但在实际执行过程中出于经济发展的考虑，在企业排污和污染物处理方面放松监管力度，责任划归模糊，未能真正建立行之有效的监督管理体系，保证各项法律法规切实落实到基层生产活动当中[2]。

各地政府在制定关于土壤重金属防治保护法规的过程中，需要强化自身的责任意识，在工作中把握经济发展与环境保护治理的关系，根据地方实际情况制定法律法规，定期组织企业召开环境保护倡议会，增强企业的环保意识，纠正生产过程中出现的不良行为。在监管方面，结合地方实践经验，划归主体责任，落实责任监督工作，依靠责任机制和奖惩机制推动环保部门人员开展工作，保证环境安全，避免土壤重金属污染程度进一步加深，将各项管理制度落实到位，保护自然环境。

2.2 加大投入，建立健全防控体系

土壤污染治理复杂而困难，治理过程必定是一个长期且不断演变的过程，需要当地政府机关投入大量的资源进行治理。为达成治理目标，工作人员需要在工作中树立科学治土理念，推动环境保护技术创新发展，在土壤环境监测和土壤环境治理上加大投入，帮助管理人员更好地了解每一阶段的治理情况，为土壤重金属污染治理工作的开展提供必要条件。

我国的土壤环境检测技术相对欧美发达国家来说较为落后，为了进一步推动技术创新，政府部门需要发挥领导作用，制定人才培养政策来吸引优秀人才，适当提高科技人才薪资待遇以吸引外来人才涌入。为此政府需要加强与企业之间的合作，加大投资力度，必要时可以组建考察队到国外与相关技术团队进行技术交流，了解国外技术水平和技术发展方向，吸收国外先进的技术理念，为研制我国防治土壤污染的关键技术设备奠定必要的理论基础[3]。

2.3 强化宣传，建立监督管理机制

土壤重金属污染难以被肉眼直接观察到，社会各界对于土壤重金属污染情况和防治措施缺少相应的认识，难以正确了解土壤重金属污染对人体的危害。为此各地整治土壤重金属污染的负责部门需要加强宣传工作，向群众说明土壤重金属污染的危害，帮助群众正确看待土壤重金属污染带来的影响，发动群众的力量对当地的土壤重金属污染情况进行监督管理，鼓励群众参与治理工作，携手并进，为保护家园生态环境不懈奋斗。

以日本为例，日本的信息公开制度和公众参与制度较为完善，在土壤污染防治政策制定后借助群众的力量对土壤污染防治政策的执行效果进行监督，公众可以根据自己观察了解到的情况进行取证。政府通过设置拨打电话、电子邮箱反馈、举报信箱等方式与群众建立有效的沟通渠道，及时了解情况并根据实际情况做出相应反馈，政府定期将污染防治作业的效果和工作进展向社会各界进行通报，保证居民的知情权，双方在彼此交流沟通的过程中让土壤重金属污染防治措施能够被真正应用到企业生产经营流程当中，保证监管力度和监管效果。

3 土壤重金属污染治理措施

3.1 物理修复治理土壤重金属污染

3.1.1 电化法

电化法是美国路易斯安那州立大学提出的一种土壤重金属污染净化方法。通过在饱和的黏土颗粒中接通低强度直流电的方式清除土壤中的无机污染物，并借此收集土壤中的重金属。这种清理重金属污染的方法需要在被污染土壤的两端插入惰性电极，施加电流后利用电流的特性让重金属离子跟随电流流动方向进行迁移，到达电极位置后以重金属离子溶液的形式将其导入，完成对重金属污染土壤的修复工作。这种污染处理方式的效率较高，不会在清理过程中产生二次污染，对土壤环境的影响较小，能够在保持土壤肥力的情况下有效降低土壤中的重金属含量。目前该技术在室内环境的试验效果较为出色，但在室外环境的适用性较差；对于土质的要求较高，在黏土等低渗透性的土壤重金属污染中清理效果较好，但在砂性土壤中的应用效果较为有限；此外，该技术不够成熟，目前无法做到大规模应用推广。

3.1.2 热解吸法

热解吸法又被称为热脱附技术，属于热处理技术的一种。这种技术通过加热升高土壤温度的方式让土壤中的部分挥发性较强的重金属元素以蒸气的形式挥发出来，并使用收集装置收集蒸发后的气体，完成重金属的提取、收集、再利用，提高污染净化活动中的经济效益。这种技术在净化挥发性较强的重金属中清理效果较好，并能有效实现重金属资源的循环利用。目前在美国已经有公司通过热解吸法对被汞污染的土壤进行治理工作，使该项技术成功商业化。该项技术的劣势在于修复过程中的能源消耗量较高，设备运行的成本较高，且土壤加热这一过程容易对土壤结构造成破坏，影响植物的正常生长。此外，这种土壤重金属污染治理技术需要通过收集蒸发气体的方式完成重金属回收工作，而气体收集容器需要高度密封，实验室内收集蒸发气体与户外环境收集蒸发气体的情况截然不同，在室外环境中容器的密封性容易受到自然因素和人为因素影响，气体回收过程中如果操作不当容易造成重金属污染大气。

3.1.3 玻璃化技术

玻璃化技术是通过将电机放到受重金属污染的土壤当中，将土壤熔成形态较为稳定的玻璃态物质，借助这一方式将玻璃态物质中的重金属元素提取出来，完成污染治理工作。研究人员在应用此项技术进行污染治理工作时需要先在土壤中埋入金属或石墨制成的电极，在通电过程中将土壤内部熔化，土壤熔化后电极能够自动进入土壤更深处开展重金属污染治理工作，稳定推进污染治理过程。玻璃化技术在实际应用过程中熔化进度难以做到统一控制，地下水的渗透作用也会在一定程度上影响熔化效果，依靠这种技术得到的玻璃态产物的形态非常稳定，金属物质提取再利用较为困难，难以对金属物质进行循环利用。此外，这种熔化处理的方式需要消耗较多的电能，成本较高，因而该种技术难以做到大规模推广。

3.2 化学修复治理土壤重金属污染

3.2.1 投放土壤改良剂

部分重金属物质容易发生化学反应，在形态上发生改变，为此科研技术研究人员可以尝试通过在土体内部投放化学物质的方式影响重金属离子的存在状态，使重金属污染物能够通过其他方式被清理出来，完成土壤重金属污染治理目标。以受到Cd、Pb、Cu、Zn、As复合重金属污染的土壤为例，通过在土体当中添加石灰粉和钙镁磷肥等土壤改良剂的方式，使重金属离子与土壤改良剂发生化学反应生成沉淀，降低重金属对土壤的不良影响。在对比试验中可以发现，在投放土壤改良剂的土地上种植水稻和小麦，其重金属含量明显低于未投放土壤改良剂土地上种植的水稻和小麦。

投放土壤改良剂处理重金属污染的方式能够有效降低重金属对土壤的不良影响，治理具备一定效果，治理费用较少，满足规模化应用需求，但这种治理形式的效果目前来看并不彻底，需要当地政府部门加强管理，避免土壤污染程度进一步提高，防止重金属再度活化。

3.2.2 淋洗法

淋洗法又被称为淋滤技术或萃取技术，借助水流压力将可以溶解污染物的清洗溶液注入土壤当中，在与土壤充分混合后将污染物转移到溶液中，从溶液中提取淋洗液进行深度处理，完成土壤修复过程。这种方法在实验室环境下的效果较为理想，而针对室外条件下的大面积土壤污染，如果土壤本身的渗透性较强，淋洗液很可能会渗透到周边环境或地下水当中，造成污染转移。目前国内由于场地条件的限制，主要使用异位化学淋洗技术。淋洗剂和金属浓度、土壤特性等因素都会影响最终的土壤淋洗效果，淋洗剂处理过程较为复杂，容易产生二次污染，且淋洗剂的价格较为昂贵，难以大面积推广。

3.2.3 泵出处理法

为了解决深层土壤和土壤蓄水层处的污染，科研人员结合环境特点研发了泵出处理法。这种技术将处理剂从土壤低凹处注入土壤深处，依靠处理剂吸附土壤颗粒上的污染物，在处理液跟随土体移动的过程中通过抽水装置将污染物处理液抽取上来，完成土壤治理过程。

泵出处理法的关键技术难点在于如何根据土壤污染情况配置处理剂以及如何及时将含有污染物的处理液准确地抽取上来。在处理剂的配置过程中，需要考虑土壤污染类型有时包含重金属与有机物的双重污染，现有的处理剂难以同时处理这两种类型的污染物。为了保证处理效果，泵出处理法在应用过程中需要消耗大量的水资源，对于一些缺水地区来说，这种处理方式难以实现。另外，处理剂在向周围土壤渗透的过程中如何保证污染物与处理剂充分接触发生反应也是技术难点之一。

4 结语

综上所述，重金属土壤污染治理技术目前取得了一定进展，但许多技术在大规模推广之前仍然需要进行大量的试验研究。基于此种情况，在重金属污染防治的过程中需要将预防与修复结合在一起，在控制污染物随意排放的前提下创新污染防治技术，复合使用多种方式治理土壤重金属污染，保证治理效果稳定持久，切实改善环境问题，促进经济发展。