随着工农业的快速发展,我国面临着严峻的土壤重金属污染。重金属污染土壤修复已经成为当今生态环境领域面临的重要课题,受到广泛关注壤重金属污染是指由于工农业生产活动或人类活动导致的土壤中重金属含量高于背景值,导致潜在的土壤质量下降,影响生态环境。我国土壤的重金属污染主要包括铬、汞、镉、铅、铜、镍等污染。我国约有20%的农业耕地受到重金属污染,并且每年损失粮食达到1000多万t。我国珠三角地区有近50%的城市、长三江地区近万亩连片农业用地受到铬、汞或铅等的污染。
为了切实加强全国土壤污染防治工作,逐步改善污染土壤的环境质量,国务院于2016年5月印发实施了《土壤污染防治行动计划》。2018年8月31日,第十三届全国人大五次会议通过了《中华人民共和国土壤污染防治法》。目前,重金属污染土壤的修复方法按修复机理主要分为以下几种:(1)通过钝化改变重金属元素的存在形态,大幅降低重金属在土壤中的迁移性和生物可利用性;(2)通过物理、化学和生物等方法,大幅去除土壤中的重金属,从而使其在土壤中含量接近背景值。传统的土壤修复技术主要是客土、淋洗、化学固定、钝化等物理化学方法和以植物、动物和微生物为修复主体的生物修复方法,而性价比高、环境友好的新型土壤修复技术急需开发。
土壤重金属污染来源主要有工业源、农业源和生活源。工业源主要是指矿产开采、矿产冶炼、电镀、机械加工、化工、燃煤发电、皮革制造等工业生产过程中排放的废水和废渣直接或间接地进入土壤,以及露天堆放的废矿、尾矿被雨水淋溶,导致土壤中重金属含量超标。农业源主要是指农业生产中使用含有重金属的污水浇灌作物,或使用含有重金属的化肥、农药、大棚薄膜,从而使土壤中的重金属含量累积超标。生活源主要是指废弃的电池、温度计、灯管、血压计处置不当,导致水体和土壤的重金属含量超标。一般来说,当前国内外主流土壤修复技术有:
一、物理修复技术
1.客土法和换土法
对于污染不严重、取土方便的污染土壤,可以将适量清洁土壤添加到污染土壤中,从而降低污染土壤的重金属污染物的浓度。客土时,尽量选择与污染土壤理化性质相近的清洁土壤,从而让植物能够较快地适应生长。而换土法是将污染土壤刨去,更换新鲜的清洁土壤。换土法速度快,但成本较高。该方法适用于重金属污染严重的农业和工业场地土壤的修复,如沈阳张士灌区土壤表层的镉含量高达56.13%,在去除表层15-30cm土壤后,种植的水稻稻米中镉含量下降50%。
2.深耕翻土法和隔离包埋法
深耕翻土法是指对土层较深且污染较轻的土壤,通过深耕将上下层的土壤混合,从而使表层土壤污染物浓度降低,但下层土壤的营养元素和有机质较少,需要在耕种时补充一定量的有机肥。隔离包埋法是指对污染较重的土壤,在污染区域的四周和底部修建混凝土钢筋水泥隔离墙,防止污染土壤的有毒滤液渗透到周围土壤和地下水造成污染,但所用隔离墙的渗漏系数必须极小。
3热力恢复法
热力恢复法主要是针对熔点较低或挥发性较强的重金属(如汞)污染土壤。该技术通过高频电压作用于污染土壤,通过高频电的加热作用,使土壤温度升高进而导致重金属挥发,再回收利用,从而达到修复土壤的目的。
二、化学修复技术
化学修复技术是指利用化学手段,如氧化还原、沉淀聚合、络合吸附等反应改变土壤中重金属的迁移态和生物活性,降低植物对重金属的吸收。主要包括化学改良修复法、化学淋洗修复法、化学栅修复法等。
1.化学改良修复法
化学改良修复法是指在土壤中加入低毒或无毒的化学物质,通过化学反应改变土壤的物理化学性质,降低土壤中可迁移态重金属含量。目前常用的化学改良剂主要有沸石、磷酸盐、石灰、赤泥、草木灰、钙镁磷肥、生物堆肥、泥炭、畜禽粪便、纯碱、草酸等。
2.化学淋洗修复法
化学淋洗修复法是指往土壤中注入淋洗液,当其流经受污染的土壤层时溶解和解析污染物,然后对含有污染物的淋洗液进行处理回用。常用淋洗液一般为水、无机酸、无机盐、螯合剂和表面活性剂,淋洗液的注入可以改变土壤与污染物的吸附脱附特性、界面张力、溶解沉淀状态、酸碱特性等,从而增大污染物的溶解度,使其呈乳液或可迁移状态,便于从土壤中去除。
三、生物修复技术
生物修复技术是指利用植物、动物和微生物吸收、降解和转化土壤中污染物,使污染物浓度降低到国家标准限值。生物修复技术分为植物修复、动物修复、微生物修复等3类。生物 修复技术与物 理、化学修复技术相比,具有成本低、二次污染少、绿色环保等特点,已成为当今重金属污染土壤修复领域的研究热点,并已应用于一些污染场地的实地修复。
未来,要充分吸收国内外各种先进的重金属污染土壤修复技术,加强技术集成和联用。发挥各自优势,注重设备的联合集成。物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术都有各自适用领域和优势特征,工程实践中应该发挥每种方法的优势,联合使用。