工业土壤重金属污染修复技术适用性探究

　　下面文章主要针对目前我国工业土壤重金属污染修复技术的研究和应用案例，对固化/稳定化、土壤淋洗、植物修复、电动修复和微生物修复等5种技术进行阐述和适用性评估。结果表明，固化/稳定化是工业土壤重金属污染最适宜的修复技术，其他4种技术存在局限性。其中淋洗技术成本高，电动技术对土质要求高，植物修复适合低浓度单一重金属污染土壤，微生物修复在实验室研究阶段。

　　关键词：工业土壤,重金属,修复技术,适用性评估

　　工业土壤是指用于工业生产活动用地的土壤。工业土壤的重金属污染主要来源于城市建设期间工厂搬迁、金属冶炼企业的不规范生产等。与农田和矿区土壤不同，工业土壤重金属污染大多数为累积性污染。其污染特点包括：(1)长期累积性污染;(2)污染情况复杂：其污染浓度高，污染复合性，污染深度大，毒性大(多为汞、镉、铅、铬和砷等五毒元素);(3)污染物老化程度高：与突发性污染相比，可移动性相对较低。工业土壤中的重金属污染物可通过与密集的城市人群接触而危害人体健康，又可通过影响大气和水体而直接影响城市生态环境，进而影响生命安全。因此，工业土壤重金属污染修复是势在必行。

　　根据相关资料统计，从2001-2008年，国内关停并转迁的企业数量由6611迅速增加到22488个[1]。工业土壤中重金属污染场地以As、Pb、Cd、Cr污染最为典型，如武汉某厂废址土壤中Pb、Cr、Cd、Hg的含量分别达到11300、1210、9900、501mg/kg[2]，上南船厂表层土壤中Pb、Cu、Zn的含量分别高达752、883和7952mg/kg[3]。

　　国内目前对工业重金属污染土壤进行治理技术主要包括固化/稳定化、淋洗、植物修复、电动修复和微生物修复技术等。固化/稳定化技术成熟，操作简单，安全，费用低廉，可在原位固化多种复合重金属污染土壤;土壤淋洗方法操作简便，成本低，对重金属的重度污染效果较好，并且处理量大，但是投资较大;植物修复技术对修复场地和环境的扰动很小，具有绿化作用，成本低，但是不能处理重污染和复合污染土壤，并且周期长，普遍适用性低;电动修复具有处理方便，二次污染少，不会破坏土壤结构，修复效率高，但是该技术受土壤理化性质等影响很大，难于规模化应用;微生物修复技术可以永久清除污染物，二次污染风险小，处理形式多样，但是目前处于实验室研究阶段，在实际工程中应用较少。

　　本文基于国内土壤修复现状，从修复的技术工艺，修复材料和工程装备等方面评估工业土壤重金属污染修复技术的适用性，为工业土壤重金属污染的修复技术选用提供参考依据。

　　1工业土壤重金属污染修复技术及应用特征

　　1.1工业土壤重金属污染修复应用技术特点

　　工业土壤重金属主要修复技术包括：固化/稳定化修复技术、土壤淋洗技术、植物修复技术以及电动修复技术和微生物修复技术等。

　　1.1.1固化/稳定化处理技术固化/稳定化技术

　　是指通过使用固化/稳定化修复材料与土壤中的重金属污染物发生吸附、氧化还原、络合、沉淀等物理化学反应，使其转变为低溶解性、低移动性和低毒性的物质[4]，从而降低重金属在土壤中的迁移性和生物可利用性的一种修复技术。固化/稳定化处理技术包括异位固化/稳定化和原位固化/稳定化。异位固化/稳定化是目前国内使用最多的一种固化/稳定化处理工艺，其基本工艺流程为：先挖掘污染土壤，将其进行破碎、筛分等预处理，然后加入固化/稳定化处理材料，充分搅拌混合，最后进行养护。

　　土壤固化/稳定化处理技术比较成熟，被公认为是针对工业土壤重金属最为有效的修复技术，特别适用于老化的累积性污染的粘性土壤，对土壤质地、类型、污染物的迁移性和生物有效性等要素可接受程度高，并且成本低、易操作、修复时间短，但是其对固化/稳定化修复材料(药剂)要求高，对处理长期效果要进行追踪。

　　1.1.2土壤淋洗技术

　　土壤淋洗是利用化学溶剂或者清水通过离子交换、吸附、沉淀和螯合等作用，将土壤中的重金属转移至液相中，使其从土壤(主要指轻质土或砂质土)中淋洗出来，然后再将含重金属的淋洗液处理，回收重金属并循环淋洗液[5]。其技术工艺是先挖掘污染土壤，将污染土壤破碎、筛分等预处理，然后加入淋洗液进行淋洗，之后用旋流器分离固液，将淋洗液和固体分别收集。

　　土壤淋洗修复技术适用于土壤污染面积小且污染较重的工业土壤治理修复，对水溶性重金属的去除效率很高，可快速修复污染土壤，技术成熟，处理效果好，污染物去除彻底，无二次污染。其适合修复突发性、污染时间较短的工业污染场地，对砂质土壤及重金属迁移性和生物有效性较好的污染场地修复效果更好。但是其对土壤质地选择性高，修复成本较高，易造成土壤营养元素的淋失和沉淀，需对淋洗后的液相进行处理，防止产生二次污染。

　　1.1.3植物修复技术

　　植物修复主要是利用植物尤其是超累积植物的生长过程来富集和吸收土壤中的重金属，然后对植物进行处理从而达到降低土壤重金属含量的目的[6]。其中技术工艺路线是针对重金属污染种类，筛选超富集修复植物，种植重金属超积累植物，种植季结束，收割植物地上部分，集中处理，完成修复。植物修复技术特别适用于闲置的农田土壤和矿山土壤，不适用于急于开发利用的工业场地土壤。

　　植物修复修复成本低，技术成熟，实施简单。但是植物修复周期太长，一般需要几年甚至十几年才能达到修复要求，而且超富集植物对重金属具有较强的特异性和拮抗性，不适合重金属复合污染修复，此外对收割后的植物后期处理成本高。对急需开发利用、修复周期较短的工业场地，植物修复技术的适用性较差。

　　1.1.4电动修复技术

　　电动修复是将电极插入受重金属污染土壤中，通过施加电流形成电场，利用电场产生的电渗析、电迁移和电泳等效应，使土壤中的重金属迁移富集至电极区进行处理或分离，从而修复重金属污染的土壤[7]。

　　电动修复技术适合修复面积小、重度污染的工业重金属污染场地。其技术成熟，可富集重金属，便于集中处理或回收利用;适用于粒径较小的土壤，如粘土等低渗透性的场地，可弥补土壤淋洗技术不适用对粘性土壤修复的缺点;成本低，效率高，后期处理方便，二次污染少。但该技术用于不同类型土壤时要进行优化研究，仅适用于小面积的污染区土壤修复。

　　1.1.5微生物修复技术

　　微生物修复是利用土壤中的具有特异性的微生物，对一种或多种重金属进行沉淀、吸收、氧化和还原等作用，降低土壤重金属的毒性[8]。或者利用微生物的活动对重金属离子进行氧化、还原、甲基化和脱甲基化作用，改变重金属离子的氧化还原状态，降低土壤环境中重金属离子的生物有效性。微生物修复技术不仅可以单独用作重金属污染土壤修复，还可以与植物修复结合，促进植物对土壤重金属的吸收效果。但是，微生物修复专一性强，其活性与环境因素，如温度、水分、氧气、pH值等条件紧密相关，难以修复重金属复合污染土壤。

　　1.2工业土壤重金属污染修复主要材料应用

　　根据工业土壤重金属污染修复技术的不同，其相应的修复材料也有所区别，具体见表2。总体上，固化/稳定化修复技术现已经很成熟，主要修复材料比较易得、价廉，但针对不同工业土壤，需要优化药剂配方，并且固化/稳定化处理效果的长期稳定性是研究和关注的重点[9]。

　　土壤淋洗修复技术比较成熟，但酸碱淋洗剂会极大影响土壤，严重地破坏土壤的理化性质，螯合剂EDTA、NTA和阴阳离子表面活性剂由于残留土壤中难降解而易造成二次污染，应进一步探讨研究使用天然有机酸、生物表面活性剂等对环境影响小的淋洗剂的应用。

　　植物修复技术的修复材料主要是超富集类植物，但此类植物具有较强的选择性和拮抗性，不适合工业重金属复合污染土壤的修复，应培养能够适应复合污染的超富集植物，同时研究植物修复与其他修复技术的联合修复技术。电动修复技术主要修复材料是电极，但是土壤中的添加剂、电极膜材料都可以提高修复效果，增加修复能力，因此对强化电动修复材料的研究和应用是电动修复技术推广和发展的一个重要研究方向。针对工业重金属污染土壤的微生物修复技术，主要是以微生物为主要修复材料，培养适合工业污染土壤的嗜重金属微生物、氧化还原微生物以及可甲基化微生物是应用和推广该技术的关键。

　　2工业土壤重金属污染修复技术适用性评估

　　2.1工业土壤重金属污染修复技术适用性评估

　　工业土壤重金属污染修复技术适用性，可以从技术成熟性、经济成本、土壤适用性、修复时间等方面进行评估。技术成熟性主要是从各种修复技术应用现状和发展角度考虑，固化/稳定化修复技术、土壤淋洗技术、植物修复技术等较为成熟。综上，固化/稳定化修复技术的经济成本适中，对污染土壤类型的适应性较强且修复时间较短，为工业土壤重金属污染最佳修复技术。

　　2.2工业土壤重金属污染修复技术推广应用可行性评估

　　本研究调研了我国及国外现有的土壤重金属修复案例，并从技术先进性，与国际水平差距和推广应用可行性等方面，对现有的修复技术经济性进行了分析。固化/稳定化修复技术其技术指标易满足、修复成本低、适用范围较广，修复设备较多且使用成熟，国内外已有大量的工程修复案例，市场需求量大，推广潜力大，可推广应用。

　　土壤淋洗修复技术的技术指标重点是淋洗时间和淋洗剂，由于其工程修复所使用设备耗能较大以及对淋洗液进行二次处理，导致其修复成本高，并且对土壤质地有一定要求，其市场需求量一般，推广潜力低，不适合推广应用;植物修复技术的技术指标超富集植物，其修复成本低，但时间长且不稳定，对收割植被需进行二次处理，不适合急待开发场地的工业土壤重金属污染修复，矿山以及农田修复案例较多，工业场地修复案例较少，不适合推广应用;原位电动修复技术技术指标为电极材料和电源，对土壤质地要求高，修复设备较少，国外虽有一些修复案例，但由于其不适合大面积工业土壤重金属污染修复，不适合推广使用;微生物及菌根修复技术尚处于实验室研究阶段，相关修复案例较少，不适合推广使用。

　　3结语

　　针对工业土壤重金属污染修复的土壤淋洗、固化/稳定化、植物修复、电动修复以及微生物及菌根修复等5种修复技术中，从技术工艺、修复药剂、设备应用以及和评估方法等方面，固化/稳定化修复技术在国内外的应用比较成熟，是一种针对工业土壤重金属污染很有效的修复技术，并且从设备、材料、能耗等方面考虑成本低、易操作，因此固化/稳定化技术是工业土壤重金属污染最适宜的修复技术。其他4种修复技术在成本、时间、技术成熟度各方面均存在一定的局限性，可以为工业土壤重金属污染场地修复提供技术研究和参考。

　　参考文献：

　　[1]廖晓勇，崇忠义，阎秀兰，等.城市工业污染场地：中国环境修复领域的新课题[J].环境科学，2011，32(3)：784-794.

　　[2]周旻，侯浩波，孙琪，等.场地重金属复合污染土壤修复治理工程实例研究[C].武汉：第二届重金属污染防治及风险评价研讨会，2012：163-167.

　　[3]龚惠红，邓泓，邓丹等.城市工业遗留地土壤重金属污染及修复研究[J].城市环境与城市生态，2008，21(2)：30-33.

　　[4]王鹏，唐朝生，孙凯强，等.污泥处理的固化/稳定化技术研究进展[J].工程地质学报，2016(4)：649-660.

　　[5]李玉双，胡晓钧，孙铁珩，等.污染土壤淋洗修复技术研究进展[J].生态学杂志，2011，30(3)：596-602.

　　推荐期刊：工程地质学报(双月刊)是我国工程地质学科综合性的高级学术期刊。1993年批准创刊发行16开本，每期96页，国内外公开发行。