宋曉曦

（湖南省分析測試中心有限公司，湖南 長沙 410004）

現(xiàn)階段，我國工業(yè)技術(shù)在快速進(jìn)步，隨之使得水土環(huán)境污染問題日益嚴(yán)重，尤其是尾礦庫周邊土壤重金屬污染，對人們的身心健康帶來了極大的危害。所以，土壤重金屬污染問題需應(yīng)用先進(jìn)的檢測方式及技術(shù)進(jìn)行治理和優(yōu)化，統(tǒng)計分析土壤重金屬元素的占比及成分，針對性的借助具體修復(fù)技術(shù)進(jìn)行檢測質(zhì)量控制，就當(dāng)下的水土環(huán)境污染現(xiàn)狀而言，對尾礦庫周邊的土壤重金屬元素的檢測質(zhì)量控制勢在必行。

1 尾礦庫周邊土壤重金屬元素含量檢測能力分析

土壤重金屬污染元素中鎘、鉻在檢測能力項(xiàng)目中屬于常規(guī)的樣品，同時，我國當(dāng)前進(jìn)行土壤重金屬元素檢測能力分析研究中鎘、鉻元素是主要的評價指標(biāo)，所以，由客觀角度而言，尾礦庫周邊土壤重金屬元素含量檢測能力研究可從鎘、鉻元素入手開展相關(guān)試驗(yàn)，以此來驗(yàn)證土壤重金屬元素含量的檢測能力及技術(shù)水平，在實(shí)驗(yàn)中可進(jìn)行多種檢驗(yàn)方法進(jìn)行分析和研究，如X射線熒光光譜檢測方法、極譜分析法、原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、電熱修復(fù)法、電動修復(fù)法等等，檢測能力越強(qiáng)，檢測質(zhì)量的控制效果就越好，對于對比和了解早期以及新型的檢測方法具有重要意義[1]。

2 尾礦庫周邊土壤重金屬污染的簡述及危害

（1）重金屬污染土壤簡述。尾礦庫周邊的土壤重金屬污染通常由于礦區(qū)開采所產(chǎn)生的重金屬劇毒元素，促使土壤內(nèi)部的結(jié)構(gòu)及原始成分污染或被損壞，隨之，重金屬污染濃度較高，嚴(yán)重危害到周邊水體及土壤的正常使用，進(jìn)而破壞大自然的生態(tài)平衡。目前，土壤中重金屬污染元素種類繁多，然而其具有相同的特征，土壤中最為常見的重金屬污染元素有Zn、Cu、Fe等。此外，重金屬污染土壤所帶來的危害不僅僅是一種方式，很多時候受重金屬的濃度及成分含量所決定，并且不同種類的重金屬元素其自身的形態(tài)及內(nèi)部結(jié)構(gòu)也有所差異，一般而言，如果污染土壤的重金屬元素其內(nèi)部結(jié)構(gòu)形態(tài)是水溶或是交換，那么對土壤的污染及破壞較強(qiáng)，容易被土壤中的種植物吸收進(jìn)而產(chǎn)生一系列的連鎖化學(xué)反應(yīng)。

（2）尾礦庫周邊重金屬污染的危害。重金屬污染元素在土壤中占比如果超標(biāo)，將會危及周邊的水土環(huán)境、生態(tài)平衡以及人們的身心健康安全。首先，會對地表植物的頁面及根系等生態(tài)特征造成嚴(yán)重的損害，植物吸取土壤中污染的重金屬元素成分及含量，進(jìn)而會產(chǎn)生具有毒素的有害物質(zhì)，使得植物所需的營養(yǎng)物質(zhì)大量流失，逐步降低植物對Mg、Ca等所需礦物質(zhì)元素的吸收力度；對于各種生物、動物及微生物的主要活動場所就是土壤，如果重金屬元素含量及濃度超標(biāo)，會影響各種生物急凍植物的繁衍生存。土壤中自身所帶有的各種生物能夠自動調(diào)節(jié)土壤內(nèi)的營養(yǎng)物質(zhì)、密度以及活性成分，并且大多數(shù)生物均屬于微群體，具有多樣化的特性，如果土壤內(nèi)重金屬元素污染嚴(yán)重，勢必會影響微生物的群體多樣性以及各項(xiàng)環(huán)境指標(biāo)，使得土壤肥力逐步弱化；而土壤中具有一種生物催化劑，叫作酶，由此可以看出土壤內(nèi)部結(jié)構(gòu)、活性情況以及肥力強(qiáng)弱，土壤酶自身的活性由土壤的化學(xué)、物理及生物活性所決定，如果土壤環(huán)境遭受重金屬污染元素的損壞，那么土壤酶的活性會驟然降低，如Hg作為重金屬元素的一種，其自身特性較為敏感，可以質(zhì)土壤中的脲酶活性，所以，如果重金屬元素Hg對土壤污染濃度超標(biāo)，那么，土壤中的脲酶活性會降低；最后，土壤重金屬污染會危及人類的身心健康安全，特別是土壤地表所含有的重金屬元素，很可能附著在地表農(nóng)作物上，伴隨食物鏈損害人們的生命安全，如重金屬元素Cd如果被人體大量吸入，會對人體造成嚴(yán)重的損害；如果重金屬元素Pb在人體內(nèi)含量超標(biāo)，將會影響人們的生殖功能，破壞人自身的免疫力；而人體長期吸入重金屬元素Ni則會引發(fā)嚴(yán)重的肺癌和鼻癌；可見，土壤中重金屬污染對人類的身心健康影響極大。

（3）尾礦庫周邊土壤重金屬污染的主要來源。土壤是各種動物及微生物棲息的主要場所，可以為各種植物生長提供肥沃的營養(yǎng)物質(zhì)，然而尾礦庫周邊土壤重金屬污染極其嚴(yán)重，其主要來源有礦區(qū)廢水排放、農(nóng)藥使用、污水灌溉等等；在尾礦庫周邊地區(qū)，各種礦區(qū)開采及冶煉的工廠較多，煙氣排放及礦區(qū)開采會產(chǎn)生大量的有毒氣體和粉塵，其中會涉及大量的重金屬污染元素，如Pb、Cd、Hg、As等，之后污染大氣環(huán)境直接自然降塵，使得重金屬污染元素伴隨著雨水天氣直接流入土壤地表以及深處，而大氣自然沉降的范圍較廣，重金屬污染元素甚至隨著大氣層的流動飄落在各個地方的土壤之中，從而引發(fā)嚴(yán)重的土壤重金屬污染，具體如下圖所示：

圖1 引發(fā)嚴(yán)重的土壤重金屬污染示意圖

加之在礦區(qū)周邊許多農(nóng)業(yè)耕地，由于過度追求農(nóng)業(yè)的高效生產(chǎn)，大量施加各種化肥農(nóng)藥，此間也會有大量的重金屬元素，如Hg、Pb、Cd、As等，隨之使得地壤表層的農(nóng)藥殘留導(dǎo)致各種污染重金屬元素大量聚集，嚴(yán)重破壞農(nóng)業(yè)耕地的生態(tài)平衡以及土壤肥力，經(jīng)研究表明，許多殺蟲劑、除草劑、殺菌劑內(nèi)等各種農(nóng)藥中會含有大量的重金屬污染元素砷，與此同時，人們在農(nóng)業(yè)薄膜中使用的熱穩(wěn)定劑，其中也還有Pb、Cd等重金屬污染元素，嚴(yán)重危及周邊的水土環(huán)境；此外，各個礦區(qū)及工廠不按要求及標(biāo)準(zhǔn)私自排放各種廢水，流進(jìn)灌溉農(nóng)田，其中廢水中含有大量的重金屬污染元素，如As、Cd、Pb等嚴(yán)重危害土壤中的有機(jī)物質(zhì)、礦物膠體等自然吸附，使得各種微生物在土壤中的分解難度加大，隨之不斷堆積進(jìn)行遷移，致使灌溉土壤中的重金屬污染元素濃度較高，破壞土壤的良性正常發(fā)展?，F(xiàn)階段有許多污染灌溉區(qū)中的重金屬污染元素濃度已經(jīng)嚴(yán)重超標(biāo)，不僅危急各種微生物的活性，還會阻礙土壤的自然呼吸，破壞各種農(nóng)作物的正常生長，嚴(yán)重危及人類的健康安全。

3 尾礦庫周邊土壤中金屬元素含量檢測質(zhì)量控制策略

3.1 物理檢測質(zhì)量控制策略

現(xiàn)階段，土壤重金屬污染檢測質(zhì)量控制的物理技術(shù)通常有電熱修復(fù)法、土壤淋洗法、電動修復(fù)法[2]。

（1）電熱修復(fù)檢測質(zhì)量控制技術(shù)。此方式一般借助高頻次的電壓進(jìn)而滋生高強(qiáng)度的電磁波加熱重金屬污染的土壤，借助高溫激發(fā)特定的金屬污染物質(zhì)，使其特性能夠從土壤中分離之后揮發(fā)、稀釋，進(jìn)而達(dá)到治理修復(fù)土壤的作用，此修復(fù)技術(shù)經(jīng)常用在As以及Hg等重金屬元素污染的土壤之中，然而此方式在治理修復(fù)土壤的過程中，過度高溫也會損壞土壤自身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和成分含量，所以，可結(jié)合實(shí)際被重金屬污染的土壤的應(yīng)用需要采用此技術(shù)[3]。

（2）土壤淋洗檢測質(zhì)量控制策略。此質(zhì)量檢測的核心原理在于借助林洗液將土壤中的重金屬遷移到淋洗液中，進(jìn)而收集吸收重金屬物質(zhì)到廢水進(jìn)行處理或廢棄，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)土壤修復(fù)及質(zhì)量控制的目的。在質(zhì)量檢測的過程中需要最大限度確保土壤的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及成分不被損壞，同時還能快速提取不同形態(tài)重金屬物質(zhì)的廢棄液，當(dāng)前應(yīng)用最多的淋洗液有無機(jī)酸、有機(jī)酸、鹽、堿、熬合劑，經(jīng)研究顯示，EDTA可將土壤對Cu的細(xì)節(jié)率和吸收率有效降低，而EDTA劑量的對數(shù)和土壤與Cu的細(xì)節(jié)率與吸收率呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，此方式當(dāng)前在土壤中金屬污染檢測質(zhì)量控制中的應(yīng)用較為廣泛，且效果良好[4]。

（3）電動修復(fù)檢測質(zhì)量控制策略。此方式一般是借助電流產(chǎn)生強(qiáng)烈的磁場之后讓污染土壤的重金屬元素如Cd、Cr等或者無機(jī)離子，以電滲透的模式集中匯集到工作電極，進(jìn)而處理并解決被污染的土壤。此方式無需攪拌土層，自動修復(fù)率較高。強(qiáng)大的電流能夠沖破各種金屬以及土壤物質(zhì)。在特定的強(qiáng)電壓下，去除率以及電壓的額定時間呈正相關(guān)，當(dāng)額定時間通電越長，那么土壤中重金屬的污染元素去除越快，效率越高，經(jīng)濟(jì)可行性較高。然而借助此方式控制土壤中重金屬污染的檢測質(zhì)量，若是在滲透度較強(qiáng)、電遷移薄弱的土壤中應(yīng)用時，其去除率會稍微降低，經(jīng)研究顯示，許多重金屬的污染元素以及土壤的pH值、成分等一定程度上都會對此技術(shù)的應(yīng)用有所干擾，所以，對于土壤的特定環(huán)境要求較高，比較適用于小范圍的規(guī)模使用[5]。

3.2 工程治理的控制策略

此技術(shù)通常采用物理機(jī)械的原理優(yōu)化治理土壤中的重金屬污染，當(dāng)下輔助于應(yīng)用的工程治理控制方法有深耕翻土法、換土法等。通常換土法是把被重金屬所污染的土壤遷移到其他地方進(jìn)行處理，之后采用無污染的干凈土壤進(jìn)行替換；客土法是指在被重金屬污染的土壤中增添新的土壤，降低土壤金屬的污染濃度或是將被重金屬所污染土壤與外界隔絕；深耕翻土法是借助工程機(jī)械將被重金屬所污染的土壤進(jìn)行深耕翻出，把上面重金屬所污染的土壤重新翻到地底下，進(jìn)而降低地表土壤重金屬的污染濃度，在此過程中，施工人員可結(jié)合土壤被重金屬污染的程度綜合選擇最佳的治理策略，客土法與換土法通常適用于污染較為嚴(yán)重的土壤；而深耕翻土法通常適用于污染較輕的土壤。切記在應(yīng)用換土法的過程中，需要妥善安置挖掘出來的重金屬污染土壤，以免二次污染周邊的水土環(huán)境[6]。

3.3 化學(xué)治理的控制策略

顧名思義，此方式借助化學(xué)試劑對重金屬污染的土壤進(jìn)行吸附、抑制或者沉淀，進(jìn)而改變土壤中重金屬元素的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及形態(tài)，達(dá)到檢測質(zhì)量控制土壤重金屬元素對土壤污染控制目的?，F(xiàn)階段，經(jīng)常借助的化學(xué)治理方式有化學(xué)抑制法、改良法、有機(jī)質(zhì)改良法等等?；瘜W(xué)改良法通常是在含有重金屬元素污染的土壤中撒上化學(xué)改良劑，以此轉(zhuǎn)變土壤中重金屬元素的結(jié)構(gòu)及形態(tài)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對污染土壤的進(jìn)一步溶解和遷移，使得植物對重金屬元素的利用率大幅度降低，最為常見的化學(xué)改良劑有碳酸鈣、磷酸鹽、石灰石等等，若是調(diào)節(jié)土壤pH值可采用碳酸鈣和石灰石，進(jìn)而將土壤中重金屬污染元素轉(zhuǎn)變?yōu)殡y溶物質(zhì)，對于土壤中還有的重金屬元素如Zn、Cu等起到進(jìn)一步優(yōu)化改良的作用，進(jìn)而降低此類重金屬元素在土壤中的污染濃度，在具體的實(shí)際應(yīng)用中，可結(jié)合土壤的實(shí)際情況，采用科學(xué)合理的方式進(jìn)行改良和調(diào)節(jié)。而有機(jī)質(zhì)改良法通常是在被重金屬污染的土壤中增添有機(jī)物質(zhì)，進(jìn)而取代各種陽離子，以此來優(yōu)化轉(zhuǎn)變被重金屬污染的土壤的pH值以及導(dǎo)電性能[7]。

3.4 生物治理的控制策略

（1）微生物控制策略。此方式依據(jù)優(yōu)化植物跟C的周邊環(huán)境，以此加大各種微生物植物對土壤中重金屬污染物質(zhì)的沉淀、吸附、積累、吸收等的力度，進(jìn)而可以優(yōu)化、稀釋土壤中重金屬污染的濃度，對于一些微生物菌類根系可以和重金屬污染物質(zhì)直接接觸，進(jìn)而吸附重金屬污染物質(zhì)中的毒素，產(chǎn)生螯合反應(yīng)，如硫酸還原菌、一些藻類、藍(lán)細(xì)菌、膠菌能夠分泌胞外聚合物進(jìn)而與重金屬離子產(chǎn)生一定的反應(yīng)，組合而成新的絡(luò)合物。經(jīng)研究表明，一些特定的微生物質(zhì)能夠揮發(fā)毒性很強(qiáng)的重金屬污染元素，如甲基汞等以及毒性微小的Hg單質(zhì)重金屬元素[8]。

（2）植物修復(fù)控制策略。此方式借助人工方式或者自然界現(xiàn)有的各種自然植物修復(fù)控制被重金屬污染的土壤，其中涵蓋植物穩(wěn)定、揮發(fā)、提取，植物提取的方式通常是借助植物吸附土壤中的污染重金屬，之后遷移到表部分，之后進(jìn)行處理收割植物，以此來改善土壤中重金屬污染的濃度?，F(xiàn)階段，已經(jīng)有高達(dá)700多種的重金屬超富集植物，如野生莧、紫葉花苕、稻草等，加大對重金屬超富集植物的種植時間及持續(xù)度，能夠大幅度降低被重金屬污染的土壤濃度，改善土壤質(zhì)量及內(nèi)部結(jié)構(gòu)，如下圖所示：

圖2 土壤重金屬污染的植物修復(fù)原理

通常采用植物提取的方式時，需要確保植物元素富集占比達(dá)到0.1%～1.0%，在此區(qū)間內(nèi)，可進(jìn)行植物地上組織的收割和處理，進(jìn)而將植物應(yīng)用的經(jīng)濟(jì)價值發(fā)揮最大化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)治理土壤的根本目的。同時，植物揮發(fā)是依照其根系在土壤內(nèi)部吸收重金屬離子，之后形成氣態(tài)進(jìn)而揮發(fā)到大氣之中，此方式通常是針對性的治理As以及Hg的土壤重金屬元素，然而一定程度上會引發(fā)二次污染大氣的問題。此外，植物穩(wěn)定通常是經(jīng)過植物的長期堆積以及對重金屬抗耐性較強(qiáng)的根系進(jìn)行吸附和沉淀，之后將有毒的重金屬污染元素堆積并固定在植物根系內(nèi)，進(jìn)而有效防止因雨水沖刷將堆積的重金屬污染物遷移至別處造成二次污染，若是地表植被遭受大面積損壞，植被穩(wěn)定的方式很難發(fā)揮作用，正常情況下，植物提取的方式用于治理土被重金屬污染的土壤效果顯著。

3.5 農(nóng)業(yè)修復(fù)控制策略

在此控制方式中，有兩種最為常用，分別是生態(tài)控制以及農(nóng)藝控制。生態(tài)控制通過對重金屬污染的土壤進(jìn)行水分調(diào)節(jié)、肥力優(yōu)化、酸堿性中和、氧化還原性能、pH值以及有機(jī)質(zhì)含量采取方式進(jìn)行優(yōu)化調(diào)節(jié)，改善土壤環(huán)境中空氣濕度以及氣溫等多種綜合因素的干擾，實(shí)時調(diào)控重金屬污染源在土壤中的各種活性，進(jìn)而將重金屬污染從土壤中進(jìn)行修復(fù)遷移，盡可能將對周邊水土環(huán)境的影響及污染降到最低。而農(nóng)藝控制策略是借助農(nóng)業(yè)耕作的相關(guān)管理機(jī)制，大量種植不與食物鏈相關(guān)的各種植物，加大有機(jī)肥的使用力度，以此來固定重金屬污染的范圍，借助一些化肥降低重金屬污染元素對土壤的破壞，從而有效達(dá)到降低重金屬對土壤污染的濃度，整體而言，生態(tài)控制策略的修復(fù)力度較小，需要特定的周期才能有顯著效果。

除此之外，還可借助穩(wěn)定固化法優(yōu)化土壤的物理特性，以此來降低土壤中重金屬的濃度及含量，可分別采用固化和穩(wěn)定的方式來優(yōu)化，固化的方式在于將固化劑和土壤依照一定比例進(jìn)行混合，從而增強(qiáng)土壤的穩(wěn)定性能，借助低滲透且不易流動的緊密固體將重金屬污染元素包裹在內(nèi)，使其無法向外擴(kuò)散；而穩(wěn)定的方式則是在土壤中增添一定量的穩(wěn)定劑，借助穩(wěn)定劑還原重金屬污染元素的化學(xué)沉淀、有害物質(zhì)，以此來減輕對土壤的進(jìn)一步遷移和深度損害，降低重金屬污染元素在土壤中的有效性和遷移性，將重金屬污染元素穩(wěn)定在土壤之中使其無法被土壤中的生物、植物根系以及各種微生物所吸收。

4 結(jié)語

總的來說，土壤中重金屬的檢測能力及檢測質(zhì)量控制策略至關(guān)重要，關(guān)乎著人們賴以生存的環(huán)境和人身健康安全。當(dāng)前，土壤重金屬污染是全球均面臨的環(huán)境問題，治理污染逐步成為環(huán)境科學(xué)研究的點(diǎn)。隨著當(dāng)下科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，檢測質(zhì)量及水平也越來越高，土壤重金屬元素污染的檢測質(zhì)量控制技術(shù)也越來越多，具體需要結(jié)合土壤污染的現(xiàn)狀及實(shí)際情況，優(yōu)選最佳的重金屬污染策略加以控制，進(jìn)而能夠有效緩解水土環(huán)境的壓力，為生態(tài)環(huán)境的治理提供更大的緩沖空間，最大限度確保水土環(huán)境能夠良性穩(wěn)定發(fā)展。