土壤污染调查与防治技术分析

段明杰，房宁宁

（山东省淄博生态环境监测中心，山东 淄博 255000）

引言

近年来，在农业、工业飞速发展背景下，我国农村经济与城市经济得到长足的发展。然而，大量农药、化肥的使用以及工业废水的排放，导致我国土壤污染问题越发严重。对于土壤污染的治理，相关部门只有在充分掌握土壤污染实际情况后，结合实际条件与需求，应用科学且适宜的土壤污染防治技术，才能够真正实现我国土壤的修复，继而为农业种植、生态修复乃至人类生存发展奠定良好的环境基础。

1 常见土壤污染分类与机理

1.1 常见土壤污染分类

1.1.1 污水灌溉污染

工业废水、城市生活污水中含有许多植物所需要的养分，如磷、氮、钾等，故用污水合理灌溉农田，通常可起到显著的增产效果。然而，污水内除了对于植物有益的元素外同时包含大量氰化物、重金属、酚等有毒有害物质。倘若污水未经严格处理直接灌溉农田，有毒有害物质将一并进入农田，继而对土壤造成污染。例如冶炼企业、燃料企业、电镀、汞化物等各种工业废水，会导致铜、铬、汞等重金属污染。石油化工领域、肥料生产企业所排放的废水会引起土壤三氯乙醛、酚以及农药有机物的污染。

1.1.2 大气污染物污染

大气内的有害气体主要源自工业排放的废气，工业废气污染面积大，会对土壤造成严重污染，例如二氧化硫、臭氧、氟化物、氮氧化物、粉尘、氮氢化合物、烟尘以及粉尘等固体颗粒、液体粒子或是烟雾，这些物质会通过沉降或是降水进入到土壤内继而造成污染。

1.1.3 化肥污染

在诸多化肥中，氮肥、钾肥内的重金属含量较低，但磷肥内包含大量有害重金属。在使用磷肥期间，大量有害重金属会全部进入到土壤中，其在土壤内的移动性较差，且不易被淋湿，同时无法被微生物分解，随着不断施肥，大量有害重金属的积累会危害人类与生态环境。同时，部分化肥原料内携带放射性元素，长期使用将导致放射性元素在土壤内扩散，最后经过食物链被人体所摄取，对人体生命健康造成危害。

1.1.4 农药污染

造成土壤污染的农药主要有有机氯、有机磷以及有机氮农药。人们在种植区域大量、大面积使用农药，且存在农药使用不当、农药滥用的情况，基于农药的不可降解性，将对土壤造成十分严重的污染。

1.2 土壤污染机理

土壤污染多数是在污染物进入到土壤内部后，与土壤发生融合，导致土壤性质发生转变，引发植物在功能层面的失调，例如重金属污染，便是重金属超标并长期存在于土壤内，植物生长过程中吸收土壤养分的同时也会吸收有害金属，进而被人以食用的方式摄入，危害人体健康[1]。

2 我国土壤污染现状调查

站在整体角度分析，目前我国土壤污染状况十分严重，土壤治理工作十分严峻。相关数据表明，我国约48%的土壤面积存在严重污染问题，其中23%土壤被认定为无法应用的土壤，对国家经济的发展已造成严重影响。非重度污染土壤内，约有34%的土壤涉及轻微污染，工业区域则以排放辐射物质、不可降解物质为主。站在土壤结构角度，目前我国重金属污染土壤占比六分之一左右，但此类土壤具有不确定性、分散性特征，一旦遭遇阴雨天气，污染土壤内的各类重金属物质便会流入到河流之中，对其他环境造成二次污染[2]。

3 土壤污染防治技术研究

3.1 土壤污染生物修复技术

土壤污染生物修复技术，其原理是利用土壤内的生物来消除污染物质，从而在实现节约成本的同时降低土壤污染处理的能耗。应用生物修复技术进行土壤污染修复期间，可利用真菌侵染植物根系形成共生体，如此，可以有效加快植物对营养吸收的速度，帮助植物健康生长。真菌不仅可基于有机酸的分泌对重金属离子进行活化，还可实现离子的交换，以有效提升重金属的吸收效果。此外，生物修复技术还依靠微生物活动过程中的氧化、还原、酸化和邻化等反应，将土壤中的无机、有机物质转换为稳定、无害的物质，从而达到降解污染物的目的，且在引入物种相互协作背景下，各种生物在污染物去除、减少过程中还将实现相互促进，从而提高修复效果和加快修复速度。在应用实施期间，操作人员必须保证污染土壤内具有多种微生物，同时污染物要具备可降解的特点，只有满足以上条件，才可发挥生物修复技术的作用。

3.2 土壤污染电动修复技术

土壤污染电动修复技术为近年来被广泛应用的修复方式，其除了安全有效之外，还具有低成本、操作便捷的优势，目前被看作是具有良好发展前景的修复技术。土壤污染电动修复技术的原理是在污染土壤中插入电极，随后向土壤施加地质流电流，从而让土壤内的污染物可以快速向电极附近移动。该方法对重金属污染土壤尤为有效。修复过程中，阴极与阳极附近的水会分别发生氧化反应、还原反应，以电机的形式促进污染土壤内OH-、H+流动，直至土壤发生酸化，从而解析有毒金属。在应用电动修复技术修复污染土壤期间，需要保证土壤内的水分充足，同时还需要络合剂等物质来形成相对应的金属相配位。完成初步操作后，后续工作中需要将电动力加入土壤内，实现有毒物质的去除，继而让土壤满足相关标准。

3.3 土壤污染化学修复技术

目前，面对污染土壤所开展的化学修复，主要集中于两大技术，即化学改良法、化学萃取法。其中化学萃取法可基于液相操作将土壤内部的污染物转移至相对应区域之中，以达到土壤修复目的。但在化学萃取法的实施阶段，一定概率会造成二次污染，故对于该方法需要充分结合污染土壤实际情况慎重选择；化学改良法，其原理是利用改良剂对土壤本身的物质结构加以调整，例如利用石灰与硫磺粉进行土壤改良。但该方法在应用阶段，一定概率会对部分植物的生长造成抑制作用，因此目前化学改良法并未得到大面积应用。近年来，生物探测技术在科技进步背景下实现了快速发展，目前已经可以基于生物炭实现污染土壤的修复工作。生物炭作为一种突然改良剂类木炭，可帮助植物生长。不同于一般用于燃烧的木炭，生物炭是生物质在缺氧条件下，基于低温热解所形成的高含碳量物质。污染土壤治理过程中除了可以增加土壤的碳含量，且可在一定程度实现土壤物理性质、化学性质、生物性质的改变。受热解温度以及生物物质种类的影响，通常生物炭主要元素为C、H、O，多数情况下C占60%以上，其他矿物则主要集中于硝酸盐、Ca磷酸盐、KC1、SiO2、CaCO3以及Mg、A1、Mn、Zn氧化物或是氢氧化物等。在应用生物炭进行污染土壤修复期间，生物炭会提升土壤的pH值，增加土壤的盐基交换量，降低土壤的容重、密度。因生物包含大量的表面含氧官能团以及丰富的芳环结构，投加后可以为污染土壤提供大量的离子交换点位。此外，生物炭对于有机小分子具有强烈的吸附作用，污染土壤的有机质含量将显著提升，且生物炭具备的多孔结构与有机大分子，能够与土壤成团形成聚体生物毯，对于土壤的营养状况可起到有效的改善作用[3]。

3.4 土壤污染植物修复技术

对污染土壤应用植物修复技术，其原理是利用植物对污染土壤内的有害物质进行吸收，从而完成对土壤的修复。然而，当有害物质被植物吸收后，可能会转变为气态，故一定概率上会造成二次污染问题。因此，利用植物修复进行污染土壤修复需要结合实际情况谨慎选择，否则不仅消耗大量时间成本，且无法达到土壤治理预期效果。例如早期湖南地区进行砷污染土壤修复期间，利用蜈蚣草开展砷污染土壤的植物修复，随后再将蜈蚣草集中焚烧处理。然而，尽管当时实现了良好的处理效果，但3年后再次对该区域进行土壤污染检测，土壤内的砷含量仍旧高达30 mg/kg，刚刚达到三级标准临界线。此外，植物修复污染土壤还具备如下局限性：第一，一般情况下土壤污染会呈现多元素复合污染的形态，而目前人们所发现的超富集植物，其能够积累的元素十分单一；其次，超富集植物生长十分缓慢，具有较低生物量，生长周期较长，因此对于污染土壤内污染物总量的提取十分有限；第三，目前人们发现的超富集植物多数都在野生植物范畴，人们对这些野生植物的种植、病虫害防护、农艺性状掌握水平较浅，栽培与培育不仅成本较高，且可能无法达到预期的污染土壤处理效果；第四，超富集植物根系较浅，只能对浅层土壤内的污染物进行吸收，且异地引种背景下对于当地土壤的生物多样性也存在较大的威胁。

3.5 土壤污染固化/稳定化修复技术

污染土壤的固化/稳定化修复技术，可划分为原位固化/稳定化技术与异位固化/稳定化技术。其中原位固化/稳定化技术的原理为给予一定的机械力，向污染介质内添加稳定剂和固化剂，在其与土壤充分混合的基础上，使污染介质、污染物发生化学作用与物理作用，将污染土壤固封为结构完整且渗透性较低的固化体，或是将污染物转化为化学性质不活泼形态，以有效降低污染物的扩散、迁移。原位固化修复技术通常被应用于石棉污染、可处理金属类污染、腐蚀性无机物污染、农药/除草剂污染、环芳烃类/石油污染以及二噁英有机化合物污染土壤，不适用于挥发性有机化合物污染土壤。异位固化/稳定化技术，其原理是向污染土壤内添加固化剂以及稳定剂，在充分混合的基础上，让固化剂与稳定剂同土壤内的污染介质、污染物产生物理作用与化学作用，随后，土壤被固化成为低渗透系数的固化体，或是将污染物转化成为化学性质活泼状态，控制有害物质的扩散与迁移。异位固化/稳定化技术同样不适用于挥发性有机物质，并且在需要添加大量固化剂与稳定剂的背景下，对于土壤具有较大的增容效应，后期会产生较高的土壤处置费用。

3.6 异位热脱附技术与土壤洗脱技术

异位热脱附技术，其原理是通过直接或间接加热，将污染土壤加热到目标污染物的沸点之上，基于对系统温度的控制以及对物料停留时间的控制，选择性地使污染物气化、挥发，实现污染物与土壤的分离。该技术通常适用于挥发、半挥发性污染物的去除，如多氯联苯污染、石油烃污染、农药污染等，不适用于还原剂与活性氧化剂含量较高的土壤，且不适用于腐蚀性有机物含量高的土壤。异位土壤洗脱技术，其原理为采取物理分离或增效洗脱的方式，通过添加水和合理的增效剂来分离重污染土壤组分，或是让污染物在污染土壤内向液相转移，同时有效减少污染土壤的处理量。在完成洗脱后，废水去除污染物达标后可进行排放[4]。

3.7 水泥窑协同处置技术与生物堆技术

水泥窑协同处置技术，其原理是基于水泥回转窑内的高温环境、气体长时间的停留、较大的热容量以及碱性环境，在生产水泥熟料期间焚烧固化物对污染土壤进行处理。该技术可有效处理污染土壤中的有机污染物、重金属，但不适用于铅、汞、砷金属污染严重的土壤。此外，水泥生产阶段对于进料中的硫、氯等元素含量有严格的限制要求，故在基于该技术进行污染土壤处理期间，需要慎重控制添加量。生物堆技术处理污染土壤，其原理是针对污染土壤堆体采用人工强化的措施，推动土壤内具备降解特定污染物能力的外源微生物、土著微生物生长以有效降解污染物。该方法是基于生物处理技术衍生出的全新技术，适用于石油烃等易于生物降解的有机物污染，但不适用于难以降解的有机物以及重金属污染严重的土壤。此外，生物堆技术对于黏土类污染土壤的修复难以达到良好效果[5]。

4 结语

作为农业大国，党中央高度重视农业的发展，而污染土壤防治技术的合理应用，是保证农业种植良性发展的重要手段，对于环保而言更是生态修复的重要基础。因此，在土壤污染治理工作开展阶段，相关部门应结合本文研究内容，合理对各种土壤污染防治技术开展研究、应用，同时还应制定有效的土壤质量监督机制，以通过有效的防治与监督，全面改善我国土壤污染现状，为农业种植、生态修复奠定良好技术基础。