土壤污染问题与生态环境保护措施研究

2023-01-18赵文艳

皮革制作与环保科技 2022年22期

李祥，赵文艳，甘晓

（三益（山东）测试科技有限公司，山东枣庄 277800）

土壤是覆盖地球岩石表面的有机和无机材料的薄层，其中，有机部分包括植物和动物腐烂的遗骸；无机部分则由岩石碎片组成。土壤也可以定义为由于岩石材料的原位风化或水、风、冰等运输的矿物质积累而覆盖陆地表面的细土[1]。土壤是土地的主要组成部分，作为一种资源，它具有不可再生的性质，人类的生存依赖于健康的土壤，因此对土壤的保护非常重要。尽管土壤发挥着重要作用，但由于迅速增长的人口压力和治理不力等因素，加剧了土壤资源的退化，土壤污染问题日益严重。在此背景下，针对常见土壤污染问题进行治理，并对相关保护措施和技术的前景、应用及推广进行深度研究迫在眉睫。

1 常见土壤污染问题与生态环境保护措施

1.1 常见土壤污染问题

造成土壤污染的污染物主要包括各种化学污染物、物理污染物、生物污染物和放射性污染物[2]。按照不同污染物的性质和表现形式，常见土壤污染问题如表1所示。

表1 常见土壤污染问题

1.2 常见土壤治理措施

土壤治理涉及有关土壤利用的决策过程中采用的一系列政策、措施等，这是一个跨领域的问题，需要考虑到所有人类活动以及它们对土壤的影响及管理，良好的土壤治理有助于实现可持续发展。在土壤治理中，常见的土壤治理技术措施如表2所示。

2 土壤污染治理及生态环境保护措施的技术前景

2.1 土壤治理技术发展现状

对土壤的错误利用造成了土壤质量在几个世纪以来不断下降，据估计，世界上三分之一的耕地已经受到土地退化的影响，而由于不可持续的管理做法，每年有10到1 200万公顷的肥沃土壤流失[3]。在此背景下，土壤治理必须使用恰当的技术。为了确保环境治理工作不会造成不必要的环境破坏，而是与全球努力保持一致，以实现更可持续的未来，我们必须研发更加全面的土壤污染治理技术和措施。

现阶段，我国土壤修复技术的发展速度较快，已形成很多不同种类的技术方法。自2010年以来，我国土壤修复相关专利年公开量整体呈不断上升的趋势，2010年，我国土壤修复专利公开量为47件，2021年升至1 764件[4]。此外，我国不断出台土壤修复方面的政策并提高相关的财政支出，以2021年为例，我国在土壤修复方面的财政支出超过50亿元。由此可见，我国土壤治理技术取得了令人瞩目的进步，由此催生的土壤修复行业也取得了较为可观的社会和经济效益。

2.2 土壤治理技术发展前景

历经数十年的发展，污染土壤修复技术已经发生了翻天覆地的变化，而更高的修复标准也对其发展指明了方向。未来，土壤修复技术必然会更加强调绿色环保与生态保护。土壤修复的目的在于保持土壤的良好条件，进而维持基于土壤的生态平衡与生态和谐。在生态环境保护理念不断优化的背景下，土壤修复技术不但要能修复土壤，还要更加绿色、环保，并能充分实现生态修复的目标，土壤修复技术必然会向更加综合的方向发展，比如近年来，纳米技术为土壤修复提供了非常有效且具有成本效益的工具。

土壤很容易受到重金属和不同类型化合物的污染，这些化合物主要来自农业生产中使用的不同类型的肥料和杀虫剂等。被重金属污染的土壤是世界范围内与环境相关的重大问题，重金属污染土壤净化技术，例如生物、物理和化学方法等，大部分效率较低且成本较高。近年来，纳米技术因为其灵活、有效，在污染土壤净化和环境修复方面的潜力备受关注，因为其具有巨大的比表面积和大量吸收重金属的能力，可将有害成分转化为无毒物质，可用于减少或沉淀、升级致命金属，例如将Cr(VI)转化为稳定的Cr(III)。

3 土壤污染治理及生态环境保护措施的技术应用

3.1 常见土壤修复技术的优缺点

尽管大多数土壤污染治理技术切实改善和修复了土壤污染，但是，传统的土壤修复技术会对环境产生一些负面影响，包括土壤条件的变化、有毒副产品的产生、加速土壤侵蚀等，可以说这些技术或多或少存在一定的问题。例如，使用热力修复技术进行土壤治理时，将受污染的土壤加热到高温是一项能源密集型技术，且土壤矿物质和有机物有可能在高温下被完全破坏，进而限制了土壤和生态系统恢复原始状态的能力。虽然热修复技术可以有效去除污染，但高温对生态系统（即植物生长和土壤生物）和重新绿化工作的影响尚未得到破解。

另一方面，植物修复作为污染土壤修复的环保方法已被公众广泛接受。与传统的物理及化学修复方法相比，植物修复可节省约60%～80%的成本。在实际应用中，植物修复能够在不干扰自然土壤功能的情况下，减少大部分土壤污染物。该技术不仅可以去除土壤中的污染物，还可以减少微量元素的浸出，从而减少水在土壤剖面中的渗透作用。此外，植物修复还带来了额外的好处，例如碳封存、土壤侵蚀控制、薪材生产、生物多样性保护以及景观的美学价值，非常适合修复大面积及中等污染的土壤。

尽管植物修复在减少污染物方面具有许多优点，但从环境健康的角度来看，它们通过食物链运输并在生物组织中累积的风险不能忽视。例如，电子废物污染场地的土壤通常含有高浓度的微量金属，其通过食物链进行生物累积的风险很高，特别是在使用具有可食用果实的植物物种的情况下，可能会对人类健康造成威胁。尤其是微量金属不能被生物途径破坏，而是在植物体内发生不同氧化状态或络合状态之间的转化。因此，该技术需要为来自污染场地的“富含污染物的植物”找到合适的处置方法。

3.2 优化常见的土壤修复技术

以热解吸修复技术为例，该技术涉及对被污染的土壤施加热量，目的是使碳氢化合物挥发/解吸，然后通过吹扫气体或真空将碳氢化合物带走，并最终通过焚烧或碳吸附对其进行破坏。其中，热脱附可分为低温热脱附（LTTD，100～300 ℃）和高温热脱附（HTTD，300～550 ℃）。理论上，热解吸仅由烃类脱附组成，但实际上，热解吸系统通常通过多种机制实现烃类脱除，包括氧化、焚烧和热解反应（热裂解等）。在热解吸修复中，如果土壤湿度低且碳氢化合物含量高，则可以进行燃料和热量回收，然后必须重新润湿处理过的土壤以控制灰尘。在使用带有转鼓和直接加热的干燥机（或窑炉）的热解吸工艺中，被污染的土壤通常需要通过过量氧气的明火燃烧器进行加热。

在逆流操作中，加热器位于固体离开热解吸单元的一端，燃烧气体逆着固体的方向流动；进入转鼓的土壤首先在缺氧区加热，发生污染物碳氢化合物的解吸；然而，当固体接近出口时，土壤会进入富氧区，在那里剩余的碳氢化合物和热解过程中产生的任何焦炭都被燃烧和破坏。这些机制的优势取决于温度和氧气分布：含氧量低的区域中的重质烃可以在相应的温度下进行热解（热裂解等），而高温含氧区域中的烃可能会被焚烧。在这些过程中，土壤在热解吸装置中被挖掘和加热，解吸的碳氢化合物通过吹扫气体从主反应器室被带走并焚烧或吸附到活性炭上，以进行最终处置和空气污染控制。

由于热解吸修复技术往往侧重于热处理对污染物的影响以及该技术满足处理目标的能力，通常不考虑热处理对土壤的影响。通常热解吸修复后的土壤用于建筑、回填等应用，而不是用于农业用途或重新绿化。因此，对热解吸修复技术进行优化，需要考虑环境兼容性和可持续性。具体来说，可将传统的加热升温方式改为阴燃，阴燃是一种无焰燃烧过程，如果燃料和氧气需求得到满足，就会传播一种自我维持的放热燃烧波，将土壤污染物转化为热量、二氧化碳和水，从而无需额外的燃料来完成土壤的修复工作。与现有技术相比，尽管阴燃产生的温度在空间和时间上有所不同，但平均温度依然能够达到600～1 100 ℃ 。由于阴燃前沿的自我维持性质，随着处理土壤体积的增加，其燃烧过程将变得更加节能。在实际中，为维持阴燃反应，理想的TPH范围估计为原油31.2～104 g·kg-1、煤焦油28.4～142 g·kg-1。

4 土壤污染治理及生态环境保护措施的技术推广

要构成“土壤污染”，有毒物质或污染物的浓度必须高到足以对植物生长、动物健康和人类生命造成不利影响。在这方面，《中华人民共和国土壤污染防治法》对“土壤污染”有明确的立法说明，将“土壤污染”定义为“对土壤的任何物理或化学变化，导致其使用者发生变化并使其无法在未经处理的情况下进行有益利用。”因此，土壤治理必须在土地开发的利益和由此产生的对土壤的不利影响之间取得平衡。在土壤污染治理及生态环境保护措施的技术推广方面，需要政府、企业和民间组织共同努力，由政府提供政策指导、企业提供技术支持、民间组织进行宣传，三管齐下，让土壤修复技术得到最大化的推广和普及。