土壤重金属污染的修复技术与实施对策探讨
随着经济和社会快速发展,对自然资源的加速开发与利用,使工业、城市规模飞速扩大,也使废弃物数量、农用化学物质种类、数量逐年增加,其中的重金属会随着粉尘、淋溶水进入土壤,并被土壤过滤、吸附而累积,导致土壤重金属污染日益严重,直接或间接地影响食品和饮用水安全。由于土壤重金属污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性,因此土壤重金属污染必威体育安卓下载也比较复杂,相对大气、水污染必威体育安卓下载的难度要大。为此,国家先后出台了《重金属污染综合防治十二五规划》、《湘江流域重金属污染必威体育安卓下载实施方案》等管控措施。2016年5月28日国务院正式印发了《土壤污染行动计划》,为我国土壤污染修复吹响了号角,明确了目标和任务。
1 土壤重金属污染途径与危害
“重金属”原义是指比重>5 的金属(一般来讲密度>4.5g/cm3 的金属),包括金、银、铜、铁、铅等,重金属在人体中累积达到一定程度,会造成急、慢性中毒。重金属不能被生物降解,而具有生物累积性或改变细胞结构,可以直接威胁高等生物包括人类健康。另外,由于砷(As)的污染特性、必威体育安卓下载方法等与重金属相似,人们通常称其为类金属,由其产生的污染也归为重金属污染。
1.1 土壤重金属污染途径
土壤遭受重金属污染的途径有很多种,如含重金属污水灌溉、大气中重金属沉降、农药化肥的使用、含重金属废弃物的堆积等。因此,在工矿企业周边、公路附近的土壤,城市污水灌溉和施用有重金属的肥料、农药的农田容易产生重金属污染。有研究表明,工业化程度越高的地区,土壤污染就越严重,市区污染高于远郊和农村,地表污染高于地下,且污染随时间越长,重金属积累相对越多、越广。
1)含重金属污水灌溉。城市污水中的重金属离子含量趋高, 而城市污水已成为近郊农业灌溉的重要组成部分, 污水灌溉导致土壤中重金属Cd、Cu、Hg、As 等含量不断累积。此外工业园区、金属矿山、有色金属冶炼、加工和再生工业发展较快,其废水排放口下游的底泥或灌溉土壤的重金属含量不断提高,污染范围明显增大。
2)大气中的重金属沉降。人类在生产、生活中所产生的废气、粉尘和烟尘中或多或少地含有重金属。这些重金属经过雨淋沉降和自然沉降进入土壤中,引发土壤重金属污染。据资料报道2007年8月,某单位对乌鲁木齐市不同类型的道路(高速公路-24、主干道-64、次干道-65、居住区道路-10、公园道路-6)采集了169个道路沙尘样品。样品经消解后,用ICP/MS 法对Cd、Cr、Cu、Ni、Pb、Mn、Be、Co、Zn、U等10种重金属污染物的含量进行测定。结果表明,除了Co和U的含量小于背景值之外, 其它元素含量都高于其土壤背景值,表明这些路面沙尘受到不同程度的重金属污染。国外也有相关监测数据表明,比利时每年从大气进入每公顷土壤的重金属量为Pb 250g、Cd 19g、As 15g、Zn 3750 g。
3)农业活动。农业生产中使用的化肥、有机肥、betway必威登录入口或垃圾堆肥等都含有一定量的重金属元素,一些氮肥中Pb 含量较高,磷肥含有微量的Cd、As等。马耀华等研究表明,施用磷肥后农田中的Cd 含量从0.13 mg/kg 上升到0.32 mg/kg。
4)含重金属废弃物的堆积。含重金属的废弃物种类很多,经长期堆积和风吹雨淋之后,其内部的重金属变的极易移动,并以漏斗状、辐射状向周围水体、土壤扩散,其中以工业和矿业固体废弃物污染最为严重。王亚平等通过对某尾矿库周围土壤重金属的研究发现,土壤中Cu、Zn、Cd、Pb 等重金属的含量均高于当地土壤背景值。
1.2 土壤重金属污染的危害
铅、汞、镉、钴、砷等会随着工业排放粉尘、烟气、废水、废渣及农药、化肥的施用进入土壤,使其组成发生变化,积累到一定程度时会引起严重的环境污染。或者通过灌溉土壤,有害重金属被表土吸附后在农作物中吸收富集,再经过动物食物链浓缩,从而造成区域性公害。
据国土资源部统计结果表明,目前我国10%以上的耕地面积已受到重金属污染,每年的粮食因重金属污染而减产10000 kt,同时受重金属污染而不能食用的粮食也达12000 kt,至少造成200亿元的经济损失。
2 必威体育安卓下载途径探讨
2.1 土壤重金属污染源头控制
对土壤重金属污染必威体育安卓下载首先需要控制源头,其次是根据地域分布分别采用原位或者异位以不同技术进行修复。污染源头控制主要从以下几个方面进行:1)控制排入大气的重金属含量,包括调整废气必威体育app下载地址工艺、设备,减少排放烟气和粉尘中重金属含量;2)通过对含重金属废水回用、零排放工程(包括厂区地面清洗水和初期雨水收集必威体育app下载地址)和高效净化、水质稳定技术应用,减少排入水体中的重金属含量;3)减少使用含重金属的肥料、农药;4)固定堆放废渣中重金属的溶出。
2.2 土壤重金属污染工程必威体育安卓下载
由于重金属对土壤的污染具有不可逆转性,已受污染的土壤利用价值受限制,只能主要通过调整种植品种来加以回避,或者采用化学清洗、置换,以及植物富集后进行集中必威体育app下载地址等方式综合必威体育安卓下载,消除重金属污染。
1)原位修复技术。原位修复适用于轻度污染的土壤必威体育安卓下载工程:(1)生物修复。利用微生物、植物和动物将土壤、地下水中的危险污染物降解、吸收或者富集的生物工程技术系统,适用于单一或特殊的污染土壤的修复。(2)重金属稳定剂。适量投加重金属稳定剂减缓重金属释放和植物吸收,将污染物固定在一定区域的土壤中,适用于难以吸收和浸出的污染
土壤的修复。(3)抽取修复。抽取受污染地下水脱出重金属后就地回灌,必要时用特定溶剂注入土壤中洗脱出重金属污染物,适用于容易浸出的污染土壤的修复。(4)电动修复。主要是通过在包含污染土壤的电解池两侧施加直流电压形成电流梯度,将土壤中的污染物质通过电荷转移、电渗流或电泳等途径带到位于电解池两级必威体育app下载地址室中并通过进一步必威体育app下载地址实现污染土壤的解毒。该方法适用于毒性大、导电性强的污染土壤的修复。
2)异位修复。(1)挖掘换土。通过机械、人工等手段,使污染土壤离开原位置(与其他低含量土拌合稀释)进行必威体育app下载地址(化学法或电动法等去除重金属)、利用(浸出回收重金属或者按标准作为生产建筑材料的原料配料)、处置(稳定化后安全填埋),同时用合格的土壤(客土)回填至原污染土的取土区域,恢复原有功能或符合规划的土壤环境质量标准要求。该方法适用于面积大、浓度略有超标、深度浅的污染土壤的修复。(2)化学淋洗。先挖出受污染土壤,用特定溶剂注入土壤中洗脱出污染物,再将包含重金属的液体抽取出来进行分离和净化必威体育app下载地址。该方法适用于水利传导系数<10-3 cm/s 的土壤,洗净后土壤与原土拌合符合规划的土壤环境标准要求后回填。(3)热必威体育app下载地址。通过加热方式,将一些具有挥发性的重金属如汞、砷等从土壤中解吸出来,或者进行热固定等。该方法适用于受挥发性重金属污染的土壤修复。(4)稳定/固化。物理上隔离污染物(如沥青包裹、防水密闭包装)或将污染物转化成化学性质不活泼态,需要在土壤中加入化学试剂或化学材料使土壤中重金属不再溶出,并且建设具有防渗防水淋溶的填埋库。该方法适用于污染较重、没有利用价值或上述必威体育app下载地址成本较高的污染土壤的修复。
2.3 调整土地使用规划和用途
在环境风险可控的条件下,因地制宜变更土地使用方式或用途,减少必威体育安卓下载工程投资和人力、物力的浪费。该方法适用于符合某些用途不致产生健康风险的污染土壤的修复。
3 土壤污染修复的主要技术措施
污染土壤修复的必威体育安卓下载工程技术主要包括必威体育安卓下载的工艺技术研究,化学药剂、生物吸附试剂研制,吸收富集植物试种等重金属污染防治技术和产品的研究与应用,同步开发对应修复工艺技术的配套装备。
3.1 轻度污染场地修复技术措施
1)施加改良剂。通过施加改良剂使重金属固定在土壤中,如添加有机质可吸附重金属量。施用重金属吸收抑制剂(改良剂),即向土壤施加改良抑制物(如石灰、磷酸盐、硅酸钙等),使它与重金属污染物作用生成难溶化合物,降低重金属在土壤及土壤植物体内的迁移能力。这种方法起到临时性的抑制作用,时间过长会引起污染物的积累,并在条件变化时
重金属又转成可溶性,因而只在污染较轻地区尚能使用。Naidu等研究表明,每公顷Cd污染的土壤施用750 kg 石灰可使土壤中有效态Cd含量降低15%左右。也可通过控制土壤水分来调节土壤Eh,以降低重金属污染。有机肥不仅可以改善土壤的理化性质、增加土壤肥力,还可以影响重金属在土壤中的存在形态以及植物对其的吸收。
2)控制土壤氧化—还原电位。控制土壤氧化—还原条件也是减轻重金属污染危害的重要措施。据研究,在水稻抽穗到成熟期,无机成分大量向穗部转移,淹水可明显地抑制水稻对镉的吸收,落干则促进水稻对镉的吸收。但砷相反,随着土壤氧化―还原电位的降低而毒性增加。重金属元素均能与土壤中的硫化氢反应生成硫化物沉淀。因此,加强水的灌溉管理可一定程度地控制重金属的危害。
3)改变耕作制度。通过土壤耕作改变土壤环境条件,可消除某些污染物的危害。如果重金属含量达标,但个别含量偏高,不适宜种植对该重金属特别具有吸附性强的作物。
4)客土深翻。挖去污染土层,换上新土的排土与客土法,以根除污染物。但如果是地区性的污染,实际采用客土法是不现实的。耕翻土层,即采用深耕,将上下土层翻动混合,使表层土壤污染物含量减低。这种方法动土量较少,但在严重污染的地区不宜采用。
5)采用农业生态(植物修复)工程措施。有轻微污染的土地可种植树木等非食用或非饲料作物等植物工程技术进行修复以减少污染物进入食物链的途径,或利用某些特定的动植物与微生物较快地吸走或降解土壤中的污染物质,从而达到净化土壤的目的。研究证明蕨类植物蜈蚣草对砷具有很强的超富集功能,其叶片含砷量高达8‰。蜈蚣草能通过根系吸收土壤中的砷,然后把它们存到叶片中。堇菜也是土壤修复的能手,它的主要作用是除铅、镉,而且这种植物非常赖活,南方北方都能生长。植物修复既能美化环境,又能清除土壤内的重金属隐患,实施后效果好,成本低,而且土壤结构未受破坏,安全可持续,是目前必威体育安卓下载土壤问题最有效的办法,适用于在土壤中重金属含量达标的或个别偏高的地区。
3.2 重度污染场地修复技术措施
近年来,把其它工业领域,特别是污水、大气污染必威体育安卓下载技术引入土壤必威体育安卓下载过程中,为土壤污染必威体育安卓下载研究开辟了新途径,利用物理(机械、膜等)、物理化学外加设施必威体育安卓下载污染土壤,主要有隔离法、清洗法、热必威体育app下载地址、电化法等,是一种稳定、治本的工程措施,对污染重、面积小的土壤重金属必威体育安卓下载具有较好的效果。但同时也产生了诸如投资大,消耗大量的人力物力,还可能破坏土壤结构,使土壤肥力下降等很多弊端。美国路易斯安那州立大学用电化法修复重金属污染的土壤,其原理是在重金属污染土壤中插入电极,然后通入低频直流电流,重金属离子就会在电场的作用下定向移动,并在电极附近聚集,以达到去除土壤中重金属的目的。此方法主要适用于水分充足的污染土壤的必威体育安卓下载,如低渗透性的粘土和淤泥土,对于传导性差、渗透性高的砂质土壤的修复效果较差。还有磁分离技术、阴阳离子膜代换法、生物反应器等技术,虽然大多数处于试验探索阶段,但只要积极吸收、转化新技术、新材料,在保证必威体育安卓下载效果的基础上降低必威体育安卓下载成本,提高工程实用性,均有着重要的实际意义。
4 土壤重金属污染必威体育安卓下载的对策建议
1)由政府国土和环境保护部门联合组织开展土壤环境质量日常普查,建立固定监测点和档案登记,各级政府对本辖区内土壤重金属状况进行年度报告。
2) 根据全国涉及重金属污染的区域开展调查、实测资料统计,可由环境保护部门组织制定污染土壤的分区(按重金属来源)、分类(按土壤类别)、分级(按污染程度)的标准,以及土壤重金属污染必威体育安卓下载规划,明确技术路线、必威体育安卓下载的范围和目标。
3)制订可操作标准、规范体系,包括根据场地用途制订污染土壤的修复标准,按照土地利用规划确定必威体育安卓下载目标;建立土壤污染管控和防治技术支撑体系,编制修复技术指南,典型必威体育安卓下载工程调查、监测、方案、设计、施工、监督、验收、后评估的技术规范;跟踪管理和责任追究等法规和执行体系。制定食物素菜果实的重金属和农药的容许残留量安全标准, 包括重金属和农药的残留容许量。
4)国家统一部署开展土壤环境监测和环境风险预测与必威体育安卓下载效果检验、效益的后评估等工作,实行中介化服务,采取资格考核认证,按照类别和技术能力认定服务范围,具体项目实行以抽签方式确定承担单位。中介服务费用按照收费标准,由省级财政审核、支付,或由造成土壤污染的企业支付。
5)建立以工业园、涉重工厂、矿山等周边和处于城镇污水灌溉区域为主的土壤重金属污染必威体育安卓下载示范区。通过示范区平台,研发土壤修复新技术、新产品和新装备,形成系列化的修复技术、药剂、材料和设备,在示范区内建立兼具典型、集成、低成本、高效的修复技术体系和操作模式。
6)以土地环境安全利用为必威体育安卓下载目标,按照规划,采取“公益必威体育安卓下载和开发必威体育安卓下载并举”,“边规划、边修复利用”、“边必威体育安卓下载、边受益”等符合我国现阶段国情的修复必威体育安卓下载模式。健全必威体育安卓下载资金投融资机制,探索政府资金和市场资本等合作融资方式。比如可在城市周边土壤修复按照“谁投资、谁受益”(PPP 模式)融资,在工矿企业周边的土壤修复按照“污染者出资、市场化垫资和政府补助(编制必威体育安卓下载规划、返还排污费、减税等)”的土壤必威体育安卓下载资金投入的市场机制。
5 结语
对于土壤污染,必须贯彻“以防为主,防治结合、综合必威体育安卓下载”的方针。土壤修复应该采取政府主导,首先要制订颁布实施土壤污染防治法规体系,根据《土壤污染防治行动计划》(“土十条”),控制与消除土壤重金属污染源头,建立动态监控体系,按照规划目标以市场驱动的模式推动修复必威体育安卓下载的开展; 并进一步完善和制订实施规则、调查摸底、防治规划,考核必威体育安卓下载目标落实情况,组织监测、验收;必威体育安卓下载工程的实施和资金投入、开发利用、安全评估宜采取资格考核许可、市场公开招标方式选择,保障土壤修复能够因地制宜、经济适用、安全可靠的持续推进。