重金属污染土壤与地下水修复工程环境监测方法的思考

沈栋国

（广东省揭阳生态环境监测站，广东 揭阳 522000）

在目前工业技术高速发展的背景下，尽管其对社会经济发展水平的提高起到了良好的促进作用，但由于后续的排放处理存在差异，其在工作阶段中很可能会产生各类工业废物，对周边的生态环境产生较为严重的影响。而土壤当中的污染源相对比较多，比如化学肥料、工业废水以及农药等，这部分物质会在土壤中进行大规模扩散，导致整个生态系统失去平衡。在现阶段的发展进程中，所采用的环境监测方式主要分为两种类型，分别为原位测定和异位测定。这两种监测方式都是将相关的化学特性作为基础，根据获取到的数据信息展开深入分析，整体适用范围较广，操作过程还具备简便性特征。然而，这种方式在针对重金属污染土壤与地下水修复工程的监测工作中存在着较为显著的缺陷，无法实现对目标的连续测定，也会对修复工程的进度产生不良影响。因此，这就需要针对重金属污染土壤以及地下水修复工程环境监测方式进行完善优化，以此来为后续环境修复工程的顺利开展奠定坚实基础。

1 引发土壤与地下水重金属污染的主要原因

1.1 引发土壤重金属污染的原因

1.1.1 煤炭资源使用不当

煤炭资源的使用管理不当，其属于引发土壤重金属污染问题出现的主要原因，其中主要涉及了两方面，一方面是居民生活中煤炭资源的利用不合理，另一方面则是生产阶段中煤炭资源的利用不合理。首先，在家庭生活领域，中国的大部分地方已经制定了相应的法规，包括制定了煤炭资源的使用规范，但站在群众日常生活的角度上来看，小区内均采取了集中供热模式，并对煤气的使用率实施严格控制，把煤炭资源和新能源的利用有效整合到一起，这样就能够有效降低大气污染。但是，即使国家已经限制了一些含硫量很高的煤，但仍有部分煤炭商为了追求利益而无视规定限制，导致农村地区中产生了较为严重的有毒物质沉降问题，对后续农作物的生产造成了相当重大的经济损失；其次，在工业生产方面，煤炭资源得到了十分广泛的应用，而产生这种状况的主要因素在于我国整体煤炭资源比较丰富，而且在价格方面低于其他能源，并且还缺少可代替的资源，在这种情况下，部分工业企业会将煤炭燃烧过后所产生的含重金属物质气体排放至大气环境中，使得这部分重金属物质逐步沉降在土壤内部，引发严重的污染问题[1]。

1.1.2 废水废渣的管理不规范

污水和垃圾的处置方法缺乏合理性，其属于造成土壤重金属污染问题发生的最主要因素，而且这些污染物主要都聚集在以下产业当中，分别是矿产冶金加工业、化工业、电镀行业以及酸洗行业等（加多电镀和酸洗行业）。首先，我国国民经济高速增长，这既对资源开采业的发展起到了良好的促进作用，又为矿产冶炼加工等产业的发展提供了坚实基础，同时，矿产处理阶段中所排出的垃圾和废弃物中仍旧蕴含着各种各样的重金属物质，并且往往都是没有经过处理就直接排放至外部环境中，引发土壤重金属污染的新问题出现；其次，化工产业的发展虽然对矿山资源的需求量相对较大，但是由于其在使用各种矿产资源的过程中，经常都会生成大量的重金属污染排放，而同时在化学工业领域中又没有处置废水的意识，从而导致了这些没有经过处置的废水和垃圾排入土壤中。

1.2 引发地下水重金属污染的原因

1.2.1 金属矿山的过度开发

各大金属矿山企业所实施的过量采矿，也是导致地下水重金属污染产生的主要因素。在金属矿山企业的挖掘工作中，通常都要求开挖到比较深厚的地层区域，一旦金属矿物质和地下水资源之间进行碰撞，地下水资源就会遭受重金属污染。而一旦金属矿山企业的挖掘工作过量，将会使二者之间的接触面更加广泛，这也会增加对地下水资源的重金属污染程度。

1.2.2 污水处理体系不完善

在中国目前的经济社会发展历程中，生活污水处理体系不完善也是导致地下水环境污染事件发生的重要因素，大致上可从如下两个方面加以研究：其一是对于生活污水的处理，由于目前使用的生活污水处理体系很难确保包含过多重金属污染物的生活污水没有进入到饮用水当中，再加上由于地表水和地下水都处于同一个水资源体系内部，因此有色重金属污染物很轻易就会进入到地下水中；其次是对工业生产污水的处理，因为工业生产污水中一般都蕴含着一定量的重金属化合物，一些环境保护意识较强的工业企业严格执行工业污水排放规范，但依然有部分公司把未进行处理的工业生产污水直接排放至河流中，从而导致了严重的地下水重金属污染问题出现[2]。

2 土壤与地下水重金属污染的具体特征

2.1 污染的不可逆性

土壤和地下水的重金属污染，其主要特征在于它的不可逆，造成这种环境污染的最大根源是重金属污染物的极难降解性。在土壤的重金属污染中，重金属污染物的分解过程非常慢，而遭受重金属污染的土地要经历数百年的岁月才能够慢慢修复。而相对于土壤来说，地下水当中的有机质浓度相当低，这将导致重金属化合物的降解速率逐渐下降，并且含有重金属物质的地下水如果进入生物循环系统中，就会产生较为严重的危害，导致生物体内出现病变等问题。

2.2 污染很难根治

土壤和地下水中的重金属污染还具备很难根治的特征。对于土壤的重金属污染区域，所采取的常规处理手段大多是切除污染源，或者干脆关停所有排出大量重金属废水的化工厂，而此类处理手段“治标不治本”。通过对治理方式的持续完善优化，土壤内部的重金属污染一般会采用换土或洗地的方法加以处理，但是此类处理方法的成本耗费相当大，处理时间较长，导致土地的重金属污染很难完全根除。但是在地下水的重金属环境污染中，往往因为地下水在整个水资源的循环过程中都处于动态变化中，这也就提高了地下水重金属环境污染综合治理工作的复杂性，往往在进行了某一个水体的环境综合治理工作后，在另一个水体中又产生了新的环境污染问题，这也就更加凸显了地下水重金属环境污染不易根除的特点。

2.3 早期的污染问题很难被发现

土壤和地下水中的重金属污染还具备早期难以被发现的特征，而导致这些污染特征产生的主要因素为两方面内容，分别是重金属化合物的直观性和累积性。站在直观性的角度上来看，重金属等物质一般都是无法看见的，其与其他类型的污染问题之间存在较为显著的差异，监测人员必须通过较为复杂的采样检测研究才能够获取有关土壤或地下水中的重金属指标，这也就导致了土壤和地下水中的重金属污染问题很难在早期阶段中被发现；在累积性方面，由于重金属化合物在土壤与地下水之中都处于沉淀的状态，在污染物的早期形成过程中整体积累，因此很难被监测，直至下一个监测期才能够发现重金属化合物超标的问题，而这又会错失重金属污染物的最好处置时间[3]。

3 重金属污染土壤和地下水修复工程环境监测的具体方法

3.1 土壤重金属污染控制方法

3.1.1 生态恢复法

这个方式主要是通过使用某些特定的微生物和植物，经过新陈代谢消除并转化土壤中的重金属，进而减少重金属的毒害，在一定程度上净化土壤。

3.1.2 热处理方法

其实，土壤热修复的基本原理就是利用土壤污染物的高温挥发性以及由高频电流所产生的电磁波将土壤进一步加热，使土壤中的废物得以解吸，进而实现土壤复原的目的，该方法对重金属汞的处理效果显著。

3.1.3 排土、客土、土壤水洗技术

排土是将表面的污染物土层剥离，而客土则是用未污染物土层包裹表面污染物的土层。水洗法则是用清液浇灌，稀释并冲刷掉有害重金属离子，从而降低重金属污染物的含量。

3.1.4 化学修复技术

该技术使用土壤中一些物质和土壤中重金属反应而产生的一种聚合物，这种结合体可以和酸自由基离子反应发生沉淀。通过在土壤中加入某些改性剂，减少有色重金属在土壤中的流动性和数量，进而实现恢复和处理土地的目的。

3.2 地下水修复工程环境监测方法

3.2.1 建设单位应建立健全水环境监测制度

①注重厂房建设，同时兼顾周边环境。对厂区可能造成环境污染的设备，如危险原料罐、污水储罐、固体废物堆等在工地周围均设有环境监测点。②以下游监测为主，兼顾上游和侧面。③对地下水质实施分级监控，以易被污染的浅层水和矿泉水来源的深含水层为重点，同时考虑其他含水层。④一年必须在雨季和旱季开展二次地下水监测。重要地区和异常情况下应加大监测频次。⑤水质监控项目主要根据国家饮用水水质标准和地方地下水水质标准，并可根据区域状况合理扩大和缩减监测项目。

3.2.2 合理规划布局，改进生产工艺

根据国家的有关产业政策调整工农业产业结构，合理布局支柱产业，建立地下水饮用水源保护区，是保护地下水免遭污染的主要有效途径之一。

3.2.3 水污染防治工程措施

对地下水实施持续控制。如果出现了地下水环境污染事件，要迅速采取措施，查清主要污染源和危害途径并采取保护措施，对受污染地下水进行帷幕灌浆、封闭、抽运等措施排放或者修复，防止其进一步污染。具体措施如下：

①地下水分层开采。在多层土壤的开发中，若其各含水层质量差异较大，则必须分层开发；严禁将已被严重污染区域与未破坏含水层混杂开发；在勘查等活动中，必须采取防治跨层，防止对土壤产生不可逆的环境污染。

②防渗漏措施。建设工程防渗措施是为避免因施工而产生的工业废气、污水和城市固体废物渗滤液进入地下水中所进行的必不可少的安全措施。

③污染物清除和屏障措施。针对干燥地表排放的废水，一般采用地面施工的清除方法。针对已经流入地下水的污染物，可以采取废水回流的方法去除，而后加以处置。还可通过地下帷幕、泥浆等物理遮挡手段对地下水污染物加以屏蔽。

4 重金属污染与地下水修复工程环境监测方式的设计

4.1 建立对应的环境监测参数模型

在环境监测参数模型的构建过程中，其往往会选择关联性比较强的光谱系数，来作为对应的输入数据，根据输入的样本数量来选择相关的多项式核函数。同时，在这部分多项式核函数当中，其具备着较为显著的局部性特征，并且在重金属污染土壤以及地下水修复工程当中有着十分广泛的应用，还能够应用于不同类型的样品当中。在实际构建过程中，应当将数据集成划分为K份，并结合多项式函数自身所具备的特征进行数据信息的分类工作，确保涉及的所有数据信息能够进行循环应用。同时，还应当充分结合交叉选取的方式来选择最佳参数作为构建模型的主要参数。在将输入的数据信息与地下水修复工程当中的水环境参数浓度值展开对比后，必须针对所有数据信息进行统一处理，以此得出相关的预测值。而在实际监测模型的构建当中，中心波长以及波段宽度之间存在着较为显著的差异，而传感器具备比较强的光波段，这也有利于后续波段关系的校正处理，使得重金属污染土壤以及地下水修复工程当中涉及的所有独立验证数据应用至对应的参数模型当中。相同参数的模型与传统线性模型相比，其监测精度有所提升，样本误差的发生概率也比较低。不同的样本其所产生的误差率也不相同，在地下水环境修复工程遥感监测工作中，能够获取到的样本数量比较有限，环境监测参数模型的监测精度也会受到一定程度的限制。而将建立起的监测模型与Landsat数据信息进行结合，就可以对地下水环境的监测时序进行反演，从而获取各类环境监测数据信息[4]。

4.2 MODIS监测数据信息的预处理

根据上文中所建立起的环境监测参数模型，可以更好地获取到重金属污染土壤以及地下水修复工程环境监测工作中的各类数据信息。通过光谱仪获取监测环境内部的光谱波段，需要覆盖全光谱范围，而在地下水环境当中，波段的信号趋于饱和的状态，其在识别水体污染程度以及修复程度等方面存在着极大的困难。通过MODIS数据信息的应用可以有效解决这方面问题，并在小型水体区域当中来对浑浊度进行反演。MODIS的波段反射率与地下水环境当中的泥沙浓度之间存在着较为紧密的联系，在地下水修复工程中产生了较为显著的变化，监测数据信息当中的信噪比相对较高。针对MODIS监测数据所进行的预处理，属于整体环境监测方式当中的关键组成部分。对重金属污染土壤与地下水修复工程中的大气校正值与几何校正值展开优化处理，能够得出优化过后的数据信息，在这部分数据信息中并不包括空气中的大气分析干扰。由于土壤与地下水环境所产生的变化相对比较频繁，这就需要结合实际情况来确定好分辨率、传感参数以及中心波长。基于多项式拟合控制地面的布设点以及遥感监测当中存在的对应点变幻关系，对于土壤内部的监测值来说有着较高的纠正精度。利用MODIS匹配的操作设备可以导出对应的坐标系，结合精确度与噪声之间的要求来对获取的监测数据信息展开预处理，从而得出近红外波阈值的环境监测数据信息，并在其中提取出所需的数据值。除此之外，通过对MODIS监测数据信息进行预处理，还可以得出近红外阈值的环境监测数据信息，完成了环境监测工作的重要一步，而在环境监测中，监测空间插值也进行了适当的改进优化，为了确保插值的结果有着更高的准确性，应当选择更多的样本点，保证其能够呈现出一种更加均匀地分布状态[5]。

5 结论

综上所述，在目前的社会发展进程中，随着工业企业的高速发展，尽管其对于经济水平的提升起到了良好的促进作用，但却对周边的自然环境带来了极其严重的影响，尤其是重金属污染，其所带来的后果十分严重。因此，需要通过设计重金属污染土壤与地下水修复工程环境监测的方式，确保其能够在重金属污染土壤与地下水修复工程的环境监测工作当中更好地发挥出自身的实际作用，提升监测数据的准确性与稳定性，从而为后续环境修复工作的顺利开展提供必要的数据支持，促进整体工作质量的稳步提高。