关于建设用地土壤重金属污染修复的探讨

2022-11-23陈丽红

皮革制作与环保科技 2022年13期

陈丽红

（深圳市环境工程科学技术中心有限公司，广东深圳 518000）

在土壤污染中，重金属污染一直是难点问题，主要是因为土壤中的重金属含量过高，容易破坏环境。而建设用地中如果存在大量的重金属污染，其中存在的重金属元素很容易与土地中的其他元素发生化学反应，从而形成有害物质。由此，建设用地土壤重金属污染既会对居民的身体健康产生直接影响，还会通过水体、大气间接地影响生态环境质量。目前，建设用地土壤重金属污染的问题已引起人们的高度重视，所以，必须要对建设用地中的重金属污染进行修复，以保证人们的身体健康和生态环境安全。

1 常见的土壤重金属污染修复方法

随着科学技术的发展，土壤重金属污染的修复方法越来越多。通常情况下，在对重金属污染土壤进行处理时，需要结合实际状况，并采用科学、合理的方法进行修复。一般常见的修复方法有物理、化学、生物等方法，或多种方法联合修复的方法，但在具体操作中，不同的修复方法会存在一定差别[1]。即便如此，各种修复方法最基本的目的都是为了降低土壤中重金属的含量或迁移性。

1.1 物理法

1.1.1 水泥窑协同处理技术

该技术是指利用水泥回转窑内的高温对污染土壤进行处理。水泥窑协同处理技术具有热容量大、热稳定性好、无废渣排放等特点，特别是对一些重金属污染的土壤进行处理具有良好的效果。而且，在生产水泥熟料的同时，也可以对焚烧后固化污染的土壤进行处理，即土壤中的重金属在高温作用下，会被高温烧结在水泥熟料中。当前，采用水泥窑协同处置技术处理建设用地重金属污染土壤已有了大量的成熟经验，并得到了广泛应用。但在实际处理过程中，因水泥成品对重金属砷、铅等元素的吸收有极限值的要求，所以，在对土壤中的重金属进行处理时，需在水泥生产原料中添加其他比例的原料，这样才能更好地对重金属元素进行处理。

水泥窑协同处理污染土壤的过程为：（1）将重金属污染的土壤运输到密闭的仓库暂存；（2）对污染土壤进行采样检测，分析土壤中的重金属含量，确定在处理时需添加的原料比例；（3）将污染土壤内运到生产的喂料斗，利用提升机送进窑尾烟气室；（4）在水泥窑内利用高温将污染土壤烧结成水泥产品。采用水泥窑协同处理技术对污染土壤中的重金属元素进行处理，具有良好的处理效果，而且修复速度快、效率高。在实际应用中，这种方法一般用于处理小面积土壤污染比较严重的建设用地等，特别适合用于一些南方厂区处理含砷污染比较严重的土壤。

1.1.2 电动修复技术

该技术的原理是在两端的土壤中插入电极，并在电极处施加一定的直流电，使重金属在电流的作用，向电极的两个方向移动，然后通过溶液在电极附件导出，从而达到修复土壤的目的，这种方法比较清洁、高效。已有研究表明，在阳极pH值为7，阴极pH值为5、电压梯度为1 V/cm的环境下，对于土壤中镍元素的去除率可达到99.9%以上，而采用石墨电极时可以有效对土壤中的铅元素进行修复，有效率达到77%；采用不锈钢电极与钛电极对铅元素的修复率达到了68%和52%。在电动修复中，还可以采用弱酸对重金属污染进行修复，例如，在对镉元素污染进行修复时，可添加酒石酸进行修复，其有效率达到了69.6%左右；如果使用醋酸作为清洗剂，在1.1 V低电压的情况下，对铜的去除率可达到69%～93%之间。因此，采用电动修复技术对污染土壤进行处理的时间较短、修复也比较彻底，而且处理方法也较简单，是一种比较清洁的修复技术，但修复成本较高，能耗较大，一般情况下只适用于低渗透的土壤修复。

1.1.3 热解吸修复技术

该技术是指在土壤中通入载气技术，采用直接或者间接的方法实施热交换，从而有效保证土壤中的重金属污染物能挥发与分离出来，然后对分离的介质进行处理，以此达到修复土壤的目标[2]。通过研究发现，在土壤中添加三氯化铁，可降低热解吸所需的温度和时间，同时还提高了污染土壤中汞元素的去除效率。因此，采用热解吸修复技术的工艺技术比较简单，能高效地对土壤中的重金属污染进行处理，但这种技术一般只能修复一些易挥发的重金属，且处理条件比较苛刻，费用高昂，还只能处理一些面积较小的污染土壤，容易对环境造成一定的影响。

1.2 化学法

1.2.1 土壤淋洗修复技术

该技术主要是采用液体或其他流体对污染土壤进行淋洗，要先将淋洗液与污染土壤相物结合，然后再采用解吸、析出等方法来溶解污染物，最后达到土壤修复的目标。例如，可利用鼠李糖脂作为污染土壤的淋洗剂，且在pH值为2时对土壤的淋洗效果最好，能有效对土壤中的重金属锌、镉、砷等元素进行洗涤。而且，在采用土壤淋洗技术时，采用复合淋洗技术的效果比单一的淋洗效果要好，例如，采用NaOH和EDTA（乙二胺四乙酸）的复合淋洗剂对污染土壤中的砷元素进行去除，其去除率可达到92%左右[3]。采用土壤淋洗修复技术的优势是，可有效缩短重金属污染土壤的修复时间，且修复效果稳定，操作比较简单，因此，主要适用于污染比较严重、高浓度、易渗透的建设用地中的污染土壤，同时对于大面积的污染区域进行处理也比较有效。但淋洗修复技术对土壤的质地要求较严格，若土壤的渗透能力较弱，淋洗修复的效果就较差，且污染土壤采用淋洗后的二次废水、洗脱废液需进行有效处理，否则会对土壤造成二次污染。此外，在实际应用中，如何合理利用淋洗剂对污染土壤进行处理，还需要根据土壤的污染情况而定。

1.2.2 稳定固化技术

该技术是将重金属污染土壤与特定的固化药剂结合，促使土壤中的重金属污染物固化、惰化，并使土壤中的重金属长期处于稳定状态，从而有效减少对建设用地的污染。稳定固化技术一般包括稳定化处理与固化处理两种技术。其中，稳定化技术是依据污染物的性能出发，将其形态转化为不易溶解、迁移能力弱，或将其转化为毒性较小的污染物，以降低重金属对生态系统的危害。而固化技术是指通过物理作用，将土壤中的重金属包裹固定在不透水或透性较低的惰性固体材料中，以减少土壤中的重金属污染物与其他物体的接触面积，降低土壤生态系统的危险。常见的稳定化技术所需的材料主要有生石灰、水泥基、黏土等材料，需要注意的是，采用不同的稳固材料需要具有一个最佳的稳固条件。例如，采用生石灰材料比较适合处理铜、镉、砷等重金属污染的酸性土壤。如在南方地区，由于一些企业产生的废水中含有大量的砷元素，所以对土壤污染比较严重，而生石灰对铜、砷等元素污染的处理十分有效；水泥基材料比较适合处理一些污染程度较重的工业生产场地，主要是可以对重金属进行固化处理，防止重金属的迁移；而黏土一般用于重金属污染程度较轻的土壤，可采用含磷固化材料有效修复铅元素污染的土壤，还可以采用碳固化材料高效吸附重金属污染的铬元素，而且对土壤结构还有良好的改进作用。因此，在采用稳定化修复技术时，需结合土壤重金属污染的情况，还要分析污染的主要元素、土壤污染的程度、土壤的性质等，再采取有针对性地修复材料，从而可有效提高土壤的修复效率。

1.2.3 化学还原技术

该技术常用于修复铬污染的建设场地，一般采用铁系物、亚硫酸钠等还原性物质对重金属铬污染物进行处理，并利用还原性药剂将毒害性强的污染物进行还原，降低易被人体吸收的Cr（VI）的有害性，并将其转为低危害、稳定性强的三价Cr化合物，同时也降低其在土壤中的迁移性。例如，可采用化学还原技术对电镀、制革和化工等行业排放的废液、废渣中含有的六价铬土壤进行还原，使其形成稳定的铬化物，降低其毒害性。此外，在实际应用中，可将还原法与固化法结合在一起使用，可有效提高对重金属铬污染土壤的处理效果[4]。

1.3 生物修复技术

1.3.1 植物修复技术

该技术是采用绿色植物对污染土壤中的重金属进行处理，并对污染物进行无害化处理。植物修复技术的优势在于，修复土壤的成本较低，不会造成新的污染，因此，被广泛地应用于重金属污染土壤的修复中。常见的植物修复方法有：植物提取、植物稳定、植物挥发等。在实际土壤修复过程中，主要是采用植物提取技术，而超富集植物是实现该技术的关键，也是处理重金属污染土壤的核心。经研究发现，在利用超富集植物对重金属土壤进行处理时，其忍冬的耐性系数和富集系数均超过其他植物的标准，尤其是处理镉元素污染具有良好的效果。在实际应用中，植物修复技术具有环境友好、技术简单、成本低廉、适用于大面积重金属土壤污染的修复等优点；但也有较为明显的缺点，如影响土壤污染的治理效率，短时间内可能达不到安全生产要求；还有在修复后，如何有效地对植物进行处理，还需进一步研究，但如果采用简单的焚烧、压缩、掩埋等方法进行处理，容易造成二次污染。

1.3.2 微生物修复技术

该技术主要是采用微生物吸附或氧化还原反应等对污染土壤中的重金属进行固化处理，从而有效降低重金属的毒性、移动性，以此达到对重金属污染的修复目标。例如，可利用Pb真菌、耐Hg、As细菌对污染土壤中的重金属进行转换；还可以利用草酸青霉、微紫青霉菌等对重金属铅进行转化处理，其转化效果可达到90%以上，同时，还降低了土壤中铅的污染；而镰刀菌、小翅孢壳可以提高对汞的转化效果，应用十分广泛。在实际应用中，采用微生物修复技术可以不扰动土壤，且修复过程也不会造成其他污染，生态效果良好，但应用该技术要求较高，且对于选择相应的菌株、微生物十分重要。

1.4 联合修复技术

随着土壤污染的情况日趋严重，采用单一的土壤修复技术已不能快速对污染土壤进行修复，这时就需要采用多种修复技术。因此，在重金属污染土壤的修复中，经常会应用物理化学联合修复技术、生物联合修复技术，从多个角度来修复土壤。在采用联合修复技术，可以对土壤中的Cd、Cu、Pb、As等元素进行修复，可有效降低土壤中各个重金属的含量。例如，采用化学淋洗联合修复技术对土壤中的重金属进行修复，发现采用柠檬酸与氯化钙联合技术，可以对土壤中的砷元素进行处理，特别是对南方地区由于废水排放而造成砷污染的土壤进行修复，比单独运用植物处理技术的效率提高了37%以上，因此，该技术在南方建设用地砷污染土壤修复中得到了广泛应用。由此可以看出，采用联合修复技术，可以弥补单一修复技术的不足之处，且修复效果也得到了明显提升。

2 各种修复技术对比分析

采用物理修复技术可以对重度污染的土壤进行修复，可降低重金属在土壤中的转移，产生的效果也比较明显，如采用水泥窑协同处理技术、固化法操作比较简单，比化学还原技术、淋洗技术还要便捷，成本也较低，但其施工的工程量比较大，因此，主要适用于小面积的土壤污染。而热解吸法主要是运用重金属热挥发来处理污染土壤，且对于挥发性较强的重金属修复效果较好，但这种修复方法功耗较大，容易产生二次污染，还会对外界环境造成一定影响。电动修复法修复迅速，修复效果也较为明显，但需要运用大量能耗对重金属进行电解、分离，非常不适用于大面积污染的土壤。采用化学方法修复技术，操作方法简便，效果较好，修复的材料成本也较低，但对修复的土壤有一定要求，而且淋洗对于黏土修复效果不好，对土壤粒径、塑性大小都有要求，但对重金属处理的效果较好。由于稳固技术处理的材料来源比较广泛，所以可对不同的重金属元素进行处理，但需要根据不同的土壤来选择不同的方法，而且处理后的土壤环境变化也比较复杂，后期还需要对处理后的土壤进行管控。生物修复方法成本较为低廉，环境友好，但修复过程较长，而且在修复过程中往往会受到外界环境的影响，其中，微生物修复方法效果显著，但对土壤环境也提出了更高要求。总之，在对污染土壤进行修复的过程中，物理方法修复较好，但化学修复技术容易对环境造成一定影响。因此，在具体处理建设用地土壤污染时，需针对具体的情况，来采用各种方法、联合修复技术等融合在一起进行修复。