重金属污染土壤绿色可持续修复技术

王鑫彤

（大连诚泽检测有限公司，辽宁 大连 116000）

0 引言

重金属如铅、镉、汞以及砷等由于其持久性和生物富集特性，不仅严重威胁土壤生态系统的健康与稳定，而且危害到人类食品安全和公共健康。面对这一挑战，传统的土壤修复技术如物理移除、化学稳定等虽然效果显著，但往往伴随高成本和潜在的二次污染风险。因此，利用绿色可持续的土壤修复技术变得至关重要，目前主流的绿色土壤修复技术包括植物提取法、微生物修复法、土壤洗脱法、电动力技术以及固体废物修复法等，此类修复技术利用自然过程和材料的吸收、转化能力来降低重金属的活性或直接从污染环境中移除，以实现经济效益与生态效益的双赢。本文旨在探讨如何采用绿色可持续修复技术修复重金属污染土壤，并不对周边环境造成损害。

1 重金属污染土壤绿色可持续修复技术的应用优势

1.1 环境效益

重金属污染土壤的绿色可持续修复技术在环境保护和生态平衡方面具有显著的优势，此类技术通常采用自然界存在的物质和能量循环系统，如植物吸收和微生物降解，减少了化学合成物质的使用，从而大幅降低了对环境的二次污染风险。以其中的植物提取法为例，技术人员可选用特定植物能够通过其根系吸收土壤中的重金属，并通过生物积累和转化作用将其固定或者转移，最终通过收割植物来去除土壤中的重金属。而且，在微生物修复法中，技术人员通过施用有益微生物不仅可以直接降低土壤中的重金属含量，还可以改善土壤结构和营养状态，为其他生物（如昆虫、鸟类）提供更好的栖息环境。从该角度分析，绿色可持续技术可在修复过程中注意保护现存非目标生物群落与自然景观，和传统的物理化学方法相比较，不会引起大范围的地形或地貌变化，因而更适合敏感和天然环境[1]。

1.2 社会经济效益

对于重金属污染土壤而言，如果采用绿色可持续修复技术，经济成本方面更有优势，绿色可持续修复手段往往涉及较少的机器设备投入和更低的运行成本，以其中典型的植物修复为例，种植耐污染植物可能只需要普通农业耕作的投资，并且可以通过出售具有生物提取功能的植物产出实现部分成本回收，而且绿色可持续技术为当地社区创造了就业机会，促进相关产业链发展。

2 土壤重金属污染修复中绿色可持续技术的应用策略

2.1 工程概况

案例工程位于工业区毗邻的30 000 m2土地上，土壤经相关部门检测含有高浓度铬（Cr）和镍（Ni），平均浓度分别为200 mg/kg 和100 mg/kg，超过了《土壤环境质量建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》（GB 36600—2018）中规定的阈值，为对上述重金属污染进行治理，案例工程技术人员经过会议研讨，决定采取结合植物提取与固体废物稳定化的绿色可持续技术进行土壤修复。在植物提取方面，使用了具有高重金属吸收能力的植物如羽衣甘蓝（Brassica juncea）和苜蓿（Medicago sativa），同时，运用了固体废物修复法增强土壤修复效果，选用了焦化厂的粉煤灰和城市污泥作为添加剂，这些固体废物经过特殊的预处理以去除有害成分，并被施加到受污染的土壤中。案例工程采用的两种可持续绿色修复方法的集成不仅有效降低了土壤中的重金属浓度，而且利用了工业副产品，减少了固体废物处理成本，并因此受到当地政府和环保组织的支持[2]。

2.2 场地评估与污染物特性分析

采取相关技术对案例工程重金属土壤污染修复前，技术人员应对现场污染进行分析评估，技术人员采取了详实的土壤采样与测试，确保了对于污染情况的准确理解，采样过程中由专业环境评估团队在受污染区域内布点进行系统采样，并以网格形式覆盖整个区域。针对每个样本，技术人员运用原子吸收光谱法（AAS）、X 射线荧光光谱法（XRF）等精确检测技术，定量分析土壤中铬、镍含量及其物种形态，而且考虑到重金属在不同pH 值和有机质含量下的生物有效性和迁移能力，测试也包括了土壤中的有机质含量。

案例工程在污染特性分析环节，技术人员依据收集到的数据计算重金属的总负荷并预测其在环境中的行为，合理利用统计学方法如Kriging 插值为评估提供空间分布图，直观显示了重金属在土壤中的浓度梯度和热点区域，同时管理人员通过模拟铬、镍的迁移途径及其与土壤成分间相互作用，如吸附－解吸平衡、沉积与螯合反应等，预测未来若无干预可能产生的后果[3]。

2.3 选择合适植物种类并种植

案例工程面临的挑战在于选择合适的植物种类来修复含有高浓度铬（Cr）和镍（Ni）的土壤，为此技术人员查询了相关文献，并对当地普遍生长的植物进行了调查分析，以识别出在重金属污染土壤中表现良好的植物种类，技术人员在考察了多篇科学研究报告和历史案例后，选择了羽衣甘蓝（Brassica juncea）和苜蓿（Medicago sativa），此两种植物能够在含铬和镍的环境中生长，同时可以通过其根系吸收并积累这些金属。选定植物种类后，技术人员分析了土壤的物理化学特性，明确了土壤pH 值、有机质含量、土壤质地及营养状况等，并据此调整了土壤条件，以最大限度地提升植物提取效果[4]。

在上述基础上，技术人员在案例工程工业园区附近开展小规模的试验种植，评估羽衣甘蓝和苜蓿在实际污染土壤中的生长情况及其对重金属的吸附能力，在试验种植区域安装了30 个点位重金属含量检测传感器，以监测不同时间点植物体内铬与镍的积累量，确定其修复效果和修复周期。通过试验种植后，案例工程技术人员设计了一套系统的种植计划，细化了每块区域的种植密度、排列模式，确保了光照、水分等自然资源能够被有效利用，并制定了定期采集植物样本以监测重金属吸收进度和可能出现的任何生长问题。此外，案例工程技术人员还从可持续发展角度着手，在种植过程中采用无害化处理策略处理收获后富含重金属的植物体，对其进行焚烧或堆肥处理，使之转变为无害状态。最后，除了应用生物技术来修复土壤外，案例工程还采用了固体废物修复法，将粉煤灰和城市污泥预经过无害化处理后与土壤混合，既改善了土壤理化性质促进植物生长，又实现了对重金属离子的稳定化和固定化作用[5]。

2.4 加工固体废物并混合

在对土壤重金属污染进行治理的过程中，采用了固体废物修复法作为土壤稳定化措施，技术人员根据该地区土壤的特性和污染情况，制定了一系列固体废物加工与混合的步骤。首先，技术人员选择粉煤灰和城市污泥作为主要添加剂，粉煤灰和城市污泥在该城市工业园区的工业过程中大量产生，且被视为废物，但其含有能够与重金属反应形成不溶化合物的成分，如硅酸盐、铝酸盐等，因此可以通过化学反应固定重金属离子，而且案例工程净化区域处于工业园区旁，具有区位优势，节省了运输费用。

但在将这些材料应用于土壤之前，必须经过适当的预处理以降低其自身的环境风险，技术人员对相关材料进行了干燥、破碎和筛选粉煤灰以去除大块无用物质，并将城市污泥经过高温焚烧或堆肥以减少其有机物含量，并销毁其中可能存在的致病微生物或其他有毒有害物质。考虑到粉煤灰具有较高的pH 值，能有效提高酸性土壤pH，减少重金属的生物可利用性，技术人员通过实验室模拟试验确定了两种添加剂与土壤混合的最佳比例，而且还考虑到混合使用这些固体废物时可能会引入新的污染物，例如重金属或有机污染物，因此在加入土壤前，技术人员结合现场实际对这些潜在污染物进行了全面检测。另外，在实际混合过程中，技术人员采用了机械搅拌和土壤耕作机具确保固体废物与受污染土壤充分混合。为达到更好的修复效果，技术人员监测了混合后土壤中重金属的形态变化，并通过批量试验确定了最优施加量。

2.5 修复情况监测与优化

为监测上述植物提取法和固体废物法的重金属净化效果，案例工程建立了多点和多深度的土壤取样计划，以便在修复前对受污染区域进行基线数据的收集，技术人员在采样点布设时考虑到了污染物分布的异质性，规划至少每5 000 m2设置一个监测点，并且分别在地表、中层、底层（0～30 cm、30～60 cm 和60～90 cm）进行土壤取样，再由认证实验室通过标准化方法如原子吸收光谱法（AAS）或者电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）来分析铬和镍含量。在上述基础上，技术人员建立了监控日程表，在植物生长季节每月检测一次土壤中的重金属含量变化情况，定期记录天气条件、植物生长状况和固体废物施用情况，监测环境参数对修复进度的影响。最后技术人员采用统计软件进行数据分析，利用方差分析（ANOVA），以确定修复过程中时间和空间上数据的显著性差异，在植物生长周期结束后，对土壤中残存的铬和镍含量以及植物组织中累积的金属含量进行评估，明确植物提取效率并识别任何可能需要调整治理策略的区域。

2.6 修复效果评估分析

在植物提取阶段，羽衣甘蓝和苜蓿这两种植物能够有效吸收土壤中的重金属，经过两个生长季后，铬的含量降低了25%，镍的含量降低了20%。随后加工粉煤灰和城市污泥并混合到受污染的土壤中，由于粉煤灰具有高pH 值和特定的矿物质组成，它与土壤中的铬和镍发生了化学反应，进一步将铬和镍的含量分别降低至120 mg/kg 和60 mg/kg。在固体废物混合之后，相较于初始浓度，铬和镍的浓度都降低了40%。通过对比分析可以明显看出，对比分析如表1 所示。结合植物提取技术和固体废物稳定化技术在该案例工程中的应用较为成功，尽管在植物提取阶段已经有了可观的减少，但固体废物混合方法更是极大地提高了土壤中重金属去除效率，并且最终实现了整体上对Cr 和Ni 浓度40%的降低。此外，案例工程不仅关注了污染治理本身，还把环保理念融入修复流程中去，通过使用工业副产品如粉煤灰和城市污泥作为添加剂，实现了资源循环利用，并减少了新的环境压力。

表1 修复效果对比分析

3 结语

当前我国环境保护相关部门一方面要清除历史遗留下来的环境污染问题，另一方面则需要制定并坚持使用更为绿色和可持续的方法来防止未来污染的产生。基于此指导思想，本文依托于实际工程，分析了植物提取法和固体废物法的具体应用流程，发现每种方法都有其适用范围和局限性，但是共同构建起了一套多元化的解决方案体系，足以应对复杂多变的土壤重金属污染问题。未来，相关部门应聚焦于优化现有技术、发展新型材料与方法，加强跨学科合作，将环境科学与工程技术相结合，从而提高修复效率和降低成本，以此实现重金属土壤污染绿色修复技术的可持续发展。