王鑫彤

（大連誠澤檢測(cè)有限公司，遼寧 大連 116000）

0 引言

重金屬如鉛、鎘、汞以及砷等由于其持久性和生物富集特性，不僅嚴(yán)重威脅土壤生態(tài)系統(tǒng)的健康與穩(wěn)定，而且危害到人類食品安全和公共健康。面對(duì)這一挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的土壤修復(fù)技術(shù)如物理移除、化學(xué)穩(wěn)定等雖然效果顯著，但往往伴隨高成本和潛在的二次污染風(fēng)險(xiǎn)。因此，利用綠色可持續(xù)的土壤修復(fù)技術(shù)變得至關(guān)重要，目前主流的綠色土壤修復(fù)技術(shù)包括植物提取法、微生物修復(fù)法、土壤洗脫法、電動(dòng)力技術(shù)以及固體廢物修復(fù)法等，此類修復(fù)技術(shù)利用自然過程和材料的吸收、轉(zhuǎn)化能力來降低重金屬的活性或直接從污染環(huán)境中移除，以實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益的雙贏。本文旨在探討如何采用綠色可持續(xù)修復(fù)技術(shù)修復(fù)重金屬污染土壤，并不對(duì)周邊環(huán)境造成損害。

1 重金屬污染土壤綠色可持續(xù)修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

1.1 環(huán)境效益

重金屬污染土壤的綠色可持續(xù)修復(fù)技術(shù)在環(huán)境保護(hù)和生態(tài)平衡方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)，此類技術(shù)通常采用自然界存在的物質(zhì)和能量循環(huán)系統(tǒng)，如植物吸收和微生物降解，減少了化學(xué)合成物質(zhì)的使用，從而大幅降低了對(duì)環(huán)境的二次污染風(fēng)險(xiǎn)。以其中的植物提取法為例，技術(shù)人員可選用特定植物能夠通過其根系吸收土壤中的重金屬，并通過生物積累和轉(zhuǎn)化作用將其固定或者轉(zhuǎn)移，最終通過收割植物來去除土壤中的重金屬。而且，在微生物修復(fù)法中，技術(shù)人員通過施用有益微生物不僅可以直接降低土壤中的重金屬含量，還可以改善土壤結(jié)構(gòu)和營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，為其他生物（如昆蟲、鳥類）提供更好的棲息環(huán)境。從該角度分析，綠色可持續(xù)技術(shù)可在修復(fù)過程中注意保護(hù)現(xiàn)存非目標(biāo)生物群落與自然景觀，和傳統(tǒng)的物理化學(xué)方法相比較，不會(huì)引起大范圍的地形或地貌變化，因而更適合敏感和天然環(huán)境[1]。

1.2 社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益

對(duì)于重金屬污染土壤而言，如果采用綠色可持續(xù)修復(fù)技術(shù)，經(jīng)濟(jì)成本方面更有優(yōu)勢(shì)，綠色可持續(xù)修復(fù)手段往往涉及較少的機(jī)器設(shè)備投入和更低的運(yùn)行成本，以其中典型的植物修復(fù)為例，種植耐污染植物可能只需要普通農(nóng)業(yè)耕作的投資，并且可以通過出售具有生物提取功能的植物產(chǎn)出實(shí)現(xiàn)部分成本回收，而且綠色可持續(xù)技術(shù)為當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)創(chuàng)造了就業(yè)機(jī)會(huì)，促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展。

2 土壤重金屬污染修復(fù)中綠色可持續(xù)技術(shù)的應(yīng)用策略

2.1 工程概況

案例工程位于工業(yè)區(qū)毗鄰的30 000 m2土地上，土壤經(jīng)相關(guān)部門檢測(cè)含有高濃度鉻（Cr）和鎳（Ni），平均濃度分別為200 mg/kg 和100 mg/kg，超過了《土壤環(huán)境質(zhì)量建設(shè)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)管控標(biāo)準(zhǔn)（試行）》（GB 36600—2018）中規(guī)定的閾值，為對(duì)上述重金屬污染進(jìn)行治理，案例工程技術(shù)人員經(jīng)過會(huì)議研討，決定采取結(jié)合植物提取與固體廢物穩(wěn)定化的綠色可持續(xù)技術(shù)進(jìn)行土壤修復(fù)。在植物提取方面，使用了具有高重金屬吸收能力的植物如羽衣甘藍(lán)（Brassica juncea）和苜蓿（Medicago sativa），同時(shí)，運(yùn)用了固體廢物修復(fù)法增強(qiáng)土壤修復(fù)效果，選用了焦化廠的粉煤灰和城市污泥作為添加劑，這些固體廢物經(jīng)過特殊的預(yù)處理以去除有害成分，并被施加到受污染的土壤中。案例工程采用的兩種可持續(xù)綠色修復(fù)方法的集成不僅有效降低了土壤中的重金屬濃度，而且利用了工業(yè)副產(chǎn)品，減少了固體廢物處理成本，并因此受到當(dāng)?shù)卣铜h(huán)保組織的支持[2]。

2.2 場(chǎng)地評(píng)估與污染物特性分析

采取相關(guān)技術(shù)對(duì)案例工程重金屬土壤污染修復(fù)前，技術(shù)人員應(yīng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)污染進(jìn)行分析評(píng)估，技術(shù)人員采取了詳實(shí)的土壤采樣與測(cè)試，確保了對(duì)于污染情況的準(zhǔn)確理解，采樣過程中由專業(yè)環(huán)境評(píng)估團(tuán)隊(duì)在受污染區(qū)域內(nèi)布點(diǎn)進(jìn)行系統(tǒng)采樣，并以網(wǎng)格形式覆蓋整個(gè)區(qū)域。針對(duì)每個(gè)樣本，技術(shù)人員運(yùn)用原子吸收光譜法（AAS）、X 射線熒光光譜法（XRF）等精確檢測(cè)技術(shù)，定量分析土壤中鉻、鎳含量及其物種形態(tài)，而且考慮到重金屬在不同pH 值和有機(jī)質(zhì)含量下的生物有效性和遷移能力，測(cè)試也包括了土壤中的有機(jī)質(zhì)含量。

案例工程在污染特性分析環(huán)節(jié)，技術(shù)人員依據(jù)收集到的數(shù)據(jù)計(jì)算重金屬的總負(fù)荷并預(yù)測(cè)其在環(huán)境中的行為，合理利用統(tǒng)計(jì)學(xué)方法如Kriging 插值為評(píng)估提供空間分布圖，直觀顯示了重金屬在土壤中的濃度梯度和熱點(diǎn)區(qū)域，同時(shí)管理人員通過模擬鉻、鎳的遷移途徑及其與土壤成分間相互作用，如吸附－解吸平衡、沉積與螯合反應(yīng)等，預(yù)測(cè)未來若無干預(yù)可能產(chǎn)生的后果[3]。

2.3 選擇合適植物種類并種植

案例工程面臨的挑戰(zhàn)在于選擇合適的植物種類來修復(fù)含有高濃度鉻（Cr）和鎳（Ni）的土壤，為此技術(shù)人員查詢了相關(guān)文獻(xiàn)，并對(duì)當(dāng)?shù)仄毡樯L(zhǎng)的植物進(jìn)行了調(diào)查分析，以識(shí)別出在重金屬污染土壤中表現(xiàn)良好的植物種類，技術(shù)人員在考察了多篇科學(xué)研究報(bào)告和歷史案例后，選擇了羽衣甘藍(lán)（Brassica juncea）和苜蓿（Medicago sativa），此兩種植物能夠在含鉻和鎳的環(huán)境中生長(zhǎng)，同時(shí)可以通過其根系吸收并積累這些金屬。選定植物種類后，技術(shù)人員分析了土壤的物理化學(xué)特性，明確了土壤pH 值、有機(jī)質(zhì)含量、土壤質(zhì)地及營(yíng)養(yǎng)狀況等，并據(jù)此調(diào)整了土壤條件，以最大限度地提升植物提取效果[4]。

在上述基礎(chǔ)上，技術(shù)人員在案例工程工業(yè)園區(qū)附近開展小規(guī)模的試驗(yàn)種植，評(píng)估羽衣甘藍(lán)和苜蓿在實(shí)際污染土壤中的生長(zhǎng)情況及其對(duì)重金屬的吸附能力，在試驗(yàn)種植區(qū)域安裝了30 個(gè)點(diǎn)位重金屬含量檢測(cè)傳感器，以監(jiān)測(cè)不同時(shí)間點(diǎn)植物體內(nèi)鉻與鎳的積累量，確定其修復(fù)效果和修復(fù)周期。通過試驗(yàn)種植后，案例工程技術(shù)人員設(shè)計(jì)了一套系統(tǒng)的種植計(jì)劃，細(xì)化了每塊區(qū)域的種植密度、排列模式，確保了光照、水分等自然資源能夠被有效利用，并制定了定期采集植物樣本以監(jiān)測(cè)重金屬吸收進(jìn)度和可能出現(xiàn)的任何生長(zhǎng)問題。此外，案例工程技術(shù)人員還從可持續(xù)發(fā)展角度著手，在種植過程中采用無害化處理策略處理收獲后富含重金屬的植物體，對(duì)其進(jìn)行焚燒或堆肥處理，使之轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害狀態(tài)。最后，除了應(yīng)用生物技術(shù)來修復(fù)土壤外，案例工程還采用了固體廢物修復(fù)法，將粉煤灰和城市污泥預(yù)經(jīng)過無害化處理后與土壤混合，既改善了土壤理化性質(zhì)促進(jìn)植物生長(zhǎng)，又實(shí)現(xiàn)了對(duì)重金屬離子的穩(wěn)定化和固定化作用[5]。

2.4 加工固體廢物并混合

在對(duì)土壤重金屬污染進(jìn)行治理的過程中，采用了固體廢物修復(fù)法作為土壤穩(wěn)定化措施，技術(shù)人員根據(jù)該地區(qū)土壤的特性和污染情況，制定了一系列固體廢物加工與混合的步驟。首先，技術(shù)人員選擇粉煤灰和城市污泥作為主要添加劑，粉煤灰和城市污泥在該城市工業(yè)園區(qū)的工業(yè)過程中大量產(chǎn)生，且被視為廢物，但其含有能夠與重金屬反應(yīng)形成不溶化合物的成分，如硅酸鹽、鋁酸鹽等，因此可以通過化學(xué)反應(yīng)固定重金屬離子，而且案例工程凈化區(qū)域處于工業(yè)園區(qū)旁，具有區(qū)位優(yōu)勢(shì)，節(jié)省了運(yùn)輸費(fèi)用。

但在將這些材料應(yīng)用于土壤之前，必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)念A(yù)處理以降低其自身的環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，技術(shù)人員對(duì)相關(guān)材料進(jìn)行了干燥、破碎和篩選粉煤灰以去除大塊無用物質(zhì)，并將城市污泥經(jīng)過高溫焚燒或堆肥以減少其有機(jī)物含量，并銷毀其中可能存在的致病微生物或其他有毒有害物質(zhì)?？紤]到粉煤灰具有較高的pH 值，能有效提高酸性土壤pH，減少重金屬的生物可利用性，技術(shù)人員通過實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)確定了兩種添加劑與土壤混合的最佳比例，而且還考慮到混合使用這些固體廢物時(shí)可能會(huì)引入新的污染物，例如重金屬或有機(jī)污染物，因此在加入土壤前，技術(shù)人員結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際對(duì)這些潛在污染物進(jìn)行了全面檢測(cè)。另外，在實(shí)際混合過程中，技術(shù)人員采用了機(jī)械攪拌和土壤耕作機(jī)具確保固體廢物與受污染土壤充分混合。為達(dá)到更好的修復(fù)效果，技術(shù)人員監(jiān)測(cè)了混合后土壤中重金屬的形態(tài)變化，并通過批量試驗(yàn)確定了最優(yōu)施加量。

2.5 修復(fù)情況監(jiān)測(cè)與優(yōu)化

為監(jiān)測(cè)上述植物提取法和固體廢物法的重金屬凈化效果，案例工程建立了多點(diǎn)和多深度的土壤取樣計(jì)劃，以便在修復(fù)前對(duì)受污染區(qū)域進(jìn)行基線數(shù)據(jù)的收集，技術(shù)人員在采樣點(diǎn)布設(shè)時(shí)考慮到了污染物分布的異質(zhì)性，規(guī)劃至少每5 000 m2設(shè)置一個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，并且分別在地表、中層、底層（0～30 cm、30～60 cm 和60～90 cm）進(jìn)行土壤取樣，再由認(rèn)證實(shí)驗(yàn)室通過標(biāo)準(zhǔn)化方法如原子吸收光譜法（AAS）或者電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）來分析鉻和鎳含量。在上述基礎(chǔ)上，技術(shù)人員建立了監(jiān)控日程表，在植物生長(zhǎng)季節(jié)每月檢測(cè)一次土壤中的重金屬含量變化情況，定期記錄天氣條件、植物生長(zhǎng)狀況和固體廢物施用情況，監(jiān)測(cè)環(huán)境參數(shù)對(duì)修復(fù)進(jìn)度的影響。最后技術(shù)人員采用統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，利用方差分析（ANOVA），以確定修復(fù)過程中時(shí)間和空間上數(shù)據(jù)的顯著性差異，在植物生長(zhǎng)周期結(jié)束后，對(duì)土壤中殘存的鉻和鎳含量以及植物組織中累積的金屬含量進(jìn)行評(píng)估，明確植物提取效率并識(shí)別任何可能需要調(diào)整治理策略的區(qū)域。

2.6 修復(fù)效果評(píng)估分析

在植物提取階段，羽衣甘藍(lán)和苜蓿這兩種植物能夠有效吸收土壤中的重金屬，經(jīng)過兩個(gè)生長(zhǎng)季后，鉻的含量降低了25%，鎳的含量降低了20%。隨后加工粉煤灰和城市污泥并混合到受污染的土壤中，由于粉煤灰具有高pH 值和特定的礦物質(zhì)組成，它與土壤中的鉻和鎳發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)一步將鉻和鎳的含量分別降低至120 mg/kg 和60 mg/kg。在固體廢物混合之后，相較于初始濃度，鉻和鎳的濃度都降低了40%。通過對(duì)比分析可以明顯看出，對(duì)比分析如表1 所示。結(jié)合植物提取技術(shù)和固體廢物穩(wěn)定化技術(shù)在該案例工程中的應(yīng)用較為成功，盡管在植物提取階段已經(jīng)有了可觀的減少，但固體廢物混合方法更是極大地提高了土壤中重金屬去除效率，并且最終實(shí)現(xiàn)了整體上對(duì)Cr 和Ni 濃度40%的降低。此外，案例工程不僅關(guān)注了污染治理本身，還把環(huán)保理念融入修復(fù)流程中去，通過使用工業(yè)副產(chǎn)品如粉煤灰和城市污泥作為添加劑，實(shí)現(xiàn)了資源循環(huán)利用，并減少了新的環(huán)境壓力。

表1 修復(fù)效果對(duì)比分析

3 結(jié)語

當(dāng)前我國(guó)環(huán)境保護(hù)相關(guān)部門一方面要清除歷史遺留下來的環(huán)境污染問題，另一方面則需要制定并堅(jiān)持使用更為綠色和可持續(xù)的方法來防止未來污染的產(chǎn)生?；诖酥笇?dǎo)思想，本文依托于實(shí)際工程，分析了植物提取法和固體廢物法的具體應(yīng)用流程，發(fā)現(xiàn)每種方法都有其適用范圍和局限性，但是共同構(gòu)建起了一套多元化的解決方案體系，足以應(yīng)對(duì)復(fù)雜多變的土壤重金屬污染問題。未來，相關(guān)部門應(yīng)聚焦于優(yōu)化現(xiàn)有技術(shù)、發(fā)展新型材料與方法，加強(qiáng)跨學(xué)科合作，將環(huán)境科學(xué)與工程技術(shù)相結(jié)合，從而提高修復(fù)效率和降低成本，以此實(shí)現(xiàn)重金屬土壤污染綠色修復(fù)技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。