隨著工農業的快速發展,我國面臨著嚴峻的土壤重金屬污染。重金屬污染土壤修復已經成為當今生態環境領域面臨的重要課題,受到廣泛關注壤重金屬污染是指由于工農業生產活動或人類活動導致的土壤中重金屬含量高于背景值,導致潛在的土壤質量下降,影響生態環境。我國土壤的重金屬污染主要包括鉻、汞、鎘、鉛、銅、鎳等污染。我國約有20%的農業耕地受到重金屬污染,并且每年損失糧食達到1000多萬t。我國珠三角地區有近50%的城市、長三江地區近萬畝連片農業用地受到鉻、汞或鉛等的污染。
為了切實加強全國土壤污染防治工作,逐步改善污染土壤的環境質量,國務院于2016年5月印發實施了《土壤污染防治行動計劃》。2018年8月31日,第十三屆全國人大五次會議通過了《中華人民共和國土壤污染防治法》。目前,重金屬污染土壤的修復方法按修復機理主要分為以下幾種:(1)通過鈍化改變重金屬元素的存在形態,大幅降低重金屬在土壤中的遷移性和生物可利用性;(2)通過物理、化學和生物等方法,大幅去除土壤中的重金屬,從而使其在土壤中含量接近背景值。傳統的土壤修復技術主要是客土、淋洗、化學固定、鈍化等物理化學方法和以植物、動物和微生物為修復主體的生物修復方法,而性價比高、環境友好的新型土壤修復技術急需開發。
土壤重金屬污染來源主要有工業源、農業源和生活源。工業源主要是指礦產開采、礦產冶煉、電鍍、機械加工、化工、燃煤發電、皮革制造等工業生產過程中排放的廢水和廢渣直接或間接地進入土壤,以及露天堆放的廢礦、尾礦被雨水淋溶,導致土壤中重金屬含量超標。農業源主要是指農業生產中使用含有重金屬的污水澆灌作物,或使用含有重金屬的化肥、農藥、大棚薄膜,從而使土壤中的重金屬含量累積超標。生活源主要是指廢棄的電池、溫度計、燈管、血壓計處置不當,導致水體和土壤的重金屬含量超標。一般來說,當前國內外主流土壤修復技術有:
一、物理修復技術
1.客土法和換土法
對于污染不嚴重、取土方便的污染土壤,可以將適量清潔土壤添加到污染土壤中,從而降低污染土壤的重金屬污染物的濃度。客土時,盡量選擇與污染土壤理化性質相近的清潔土壤,從而讓植物能夠較快地適應生長。而換土法是將污染土壤刨去,更換新鮮的清潔土壤。換土法速度快,但成本較高。該方法適用于重金屬污染嚴重的農業和工業場地土壤的修復,如沈陽張士灌區土壤表層的鎘含量高達56.13%,在去除表層15-30cm土壤后,種植的水稻稻米中鎘含量下降50%。
2.深耕翻土法和隔離包埋法
深耕翻土法是指對土層較深且污染較輕的土壤,通過深耕將上下層的土壤混合,從而使表層土壤污染物濃度降低,但下層土壤的營養元素和有機質較少,需要在耕種時補充一定量的有機肥。隔離包埋法是指對污染較重的土壤,在污染區域的四周和底部修建混凝土鋼筋水泥隔離墻,防止污染土壤的有毒濾液滲透到周圍土壤和地下水造成污染,但所用隔離墻的滲漏系數必須極小。
3熱力恢復法
熱力恢復法主要是針對熔點較低或揮發性較強的重金屬(如汞)污染土壤。該技術通過高頻電壓作用于污染土壤,通過高頻電的加熱作用,使土壤溫度升高進而導致重金屬揮發,再回收利用,從而達到修復土壤的目的。
二、化學修復技術
化學修復技術是指利用化學手段,如氧化還原、沉淀聚合、絡合吸附等反應改變土壤中重金屬的遷移態和生物活性,降低植物對重金屬的吸收。主要包括化學改良修復法、化學淋洗修復法、化學柵修復法等。
1.化學改良修復法
化學改良修復法是指在土壤中加入低毒或無毒的化學物質,通過化學反應改變土壤的物理化學性質,降低土壤中可遷移態重金屬含量。目前常用的化學改良劑主要有沸石、磷酸鹽、石灰、赤泥、草木灰、鈣鎂磷肥、生物堆肥、泥炭、畜禽糞便、純堿、草酸等。
2.化學淋洗修復法
化學淋洗修復法是指往土壤中注入淋洗液,當其流經受污染的土壤層時溶解和解析污染物,然后對含有污染物的淋洗液進行處理回用。常用淋洗液一般為水、無機酸、無機鹽、螯合劑和表面活性劑,淋洗液的注入可以改變土壤與污染物的吸附脫附特性、界面張力、溶解沉淀狀態、酸堿特性等,從而增大污染物的溶解度,使其呈乳液或可遷移狀態,便于從土壤中去除。
三、生物修復技術
生物修復技術是指利用植物、動物和微生物吸收、降解和轉化土壤中污染物,使污染物濃度降低到國家標準限值。生物修復技術分為植物修復、動物修復、微生物修復等3類。生物 修復技術與物 理、化學修復技術相比,具有成本低、二次污染少、綠色環保等特點,已成為當今重金屬污染土壤修復領域的研究熱點,并已應用于一些污染場地的實地修復。
未來,要充分吸收國內外各種先進的重金屬污染土壤修復技術,加強技術集成和聯用。發揮各自優勢,注重設備的聯合集成。物理修復技術、化學修復技術和生物修復技術都有各自適用領域和優勢特征,工程實踐中應該發揮每種方法的優勢,聯合使用。