冶煉廠周邊土壤中重金屬污染特征及治理方案研究

宋 勇，石 秀，陳 靖

（1.國家電投集團兩江遠達節(jié)能環(huán)保有限公司，重慶 404100；2.重慶環(huán)科源博達環(huán)?？萍加邢薰荆貞c 401147）

冶煉廠周邊土壤經(jīng)常會由于污染物的排放造成重金屬污染。重金屬污染物作為當今污染面積廣、污染程度嚴重的土壤環(huán)境問題，必須給予足夠的重視[1]。冶煉廠周邊土壤中所受到的重金屬污染物主要包括：銅、鋅、鎘、鉛、汞、鉻、砷以及鎳等，在冶煉廠周邊土壤中比重超過4 所形成的重金屬污染[2]。由于冶煉廠周邊土壤中重金屬污染中包含對人類健康危害極大的化學元素，分別為：Cd、Pb、Ni、As、Cu、Zn、Cr，這些化學元素一旦通過食物鏈進入人體，超量的情況下會引發(fā)多種疾病，常見的有我國的“大脖子病”、泰國的“黑腳病”、日本的“骨痛病”以及粵北的“癌癥村”。為有效解決冶煉廠周邊土壤中重金屬污染問題，本文提出冶煉廠周邊土壤中重金屬污染特征及治理方案研究，致力于通過分析重金屬污染特征并提出治理方案，從而實現(xiàn)重金屬污染綜合治理。

1 冶煉廠周邊土壤中重金屬污染特征研究

考慮到冶煉廠周邊土壤中重金屬污染在復雜的多孔介質(zhì)中運動的特點，本文根據(jù)達西定律進行冶煉廠周邊土壤中重金屬污染特征研究。冶煉廠周邊土壤中重金屬污染特征總述表，如表1 所示。

表1 冶煉廠周邊土壤中重金屬污染特征總述表

根據(jù)表1所示，可以根據(jù)冶煉廠周邊土壤中重金屬污染特征總述表綜合分析重金屬污染物在冶煉廠周邊土壤中的運動方向[3]。在重金屬污染特征研究中，必須充分考慮冶煉廠周邊土壤中重金屬污染的隱蔽性、長期性以及表聚性等特點。隱蔽性意味著冶煉廠周邊土壤中的重金屬分布一般不宜被發(fā)現(xiàn)，需要一定的累計量，才能發(fā)現(xiàn)其危害的嚴重性；長期性指的是重金屬污染物在復墾區(qū)域土壤的滯留時間長，因此重金屬污染物會形成垂直分布特征，這也是冶煉廠周邊土壤中重金屬污染的一個重要特性；表聚性指的是重金屬污染物主要分布在冶煉廠周邊土壤表層，隨土層深度的增加，冶煉廠周邊土壤中重金屬污染的含量整體呈下降分布特征。

圖1 土壤中主要重金屬元素含量空間分布

通過圖1土壤中主要重金屬元素含量空間分布情況可以看出，Cd含量總體污染程度不高，主要集中在0.52mg·kg-1～0.67mg·kg-1之間，呈現(xiàn)從研究區(qū)上游至下游逐漸升高的趨勢，Pb的濃度集中在上游和下游相對較高，灌區(qū)中部地區(qū)相對較低；Cu的含量呈現(xiàn)條帶狀分布，高值點主要集中在下游地區(qū)；整個灌區(qū)土壤Zn含量大部分集中在50mg·kg-1～60mg·kg-1，高濃度的點主要出現(xiàn)在下游，且呈點狀分布。

2 冶煉廠周邊土壤中的重金屬物質(zhì)污染的潛在風險分析

土壤中各重金屬元素所引起的潛在環(huán)境風險指數(shù)存在很大差距，這主要是由于該研究區(qū)域內(nèi)的土壤中各重金屬含量不同以及各重金屬元素的生物毒性效應(yīng)有較大差別。從下表數(shù)據(jù)中可以得出，土壤中各重金屬元素所引起的潛在環(huán)境風險由大到小的順序依次為Cd ＞Pb ＞Ni ＞As ＞Cu ＞Zn ＞Cr，其中環(huán)境風險系數(shù)最高的重金屬元素為Cd，其風險系數(shù)高達24997.33，屬于極高生態(tài)風險，超出極高風險閥值312.47 倍；環(huán)境風險系數(shù)最低的重金屬元素為Cr，其風險系數(shù)為5.46，屬于低生態(tài)風險。

表2 土壤中重金屬物質(zhì)的污染風險指數(shù)

3 冶煉廠周邊土壤中重金屬污染治理方案研究

本文提出的冶煉廠周邊土壤中重金屬污染治理方案遵循土壤污染分級標準，如表3 所示。

表3 土壤污染分級標準

結(jié)合表3 所示，本文針對重金屬污染提出治理方案，并分為3 步進行重點闡述。

3.1 確定重金屬污染治理難易程度

冶煉廠周邊土壤中重金屬污染治理在本質(zhì)上來講就是通過微生物的聯(lián)合修復作用，對冶煉廠周邊土壤中重金屬污染物進行治理[4]。本文根據(jù)重金屬污染治理的難易程度可以分為：可利用態(tài)、潛在可利用態(tài)以及不可利用態(tài)，在此基礎(chǔ)上，將重金屬污染的化學元素按照性質(zhì)分為必需元素以及非必需元素，必需元素指的是冶煉廠周邊土壤中維系植物生長的必要因素，但一旦濃度超標，會導致重金屬污染；而非必需元素則是影響冶煉廠周邊土壤中植物生長的有害元素，一旦出現(xiàn)，就很容易導致重金屬污染。針對不同的重金屬污染物特性，采取不同方式的治理方案。

3.2 添加還原性有機物質(zhì)

在確定重金屬污染治理難易程度的基礎(chǔ)上，可以利用添加還原性有機物質(zhì)，實現(xiàn)重金屬污染治理[5]?？梢愿鶕?jù)冶煉廠周邊土壤中實際的重金屬含量，進行添加適量的還原性有機物質(zhì)。在計算測定結(jié)果重金屬含量時，可以利用相應(yīng)的公式進行計算，如公式（1）所示。

在公式（1）中，C 指的是冶煉廠周邊土壤中重金屬的濃度，單位為ml/kg；A 指的是冶煉廠周邊土壤中重金屬的濃度值，單位為μg/L；V 指的是定容體積，單位為L；d 指的是稀釋倍數(shù)；m 指的是冶煉廠周邊土壤的重量，單位為g。結(jié)合公式（1），以1：1 的比例添加還原性有機物質(zhì)。以嗜重金屬菌為例，通過嗜重金屬菌，有效的吸收冶煉廠周邊土壤中的重金屬污染物，面對存在著土壤與細菌分離的難題，結(jié)合影響冶煉廠周邊土壤重金屬污染治風險指標，確定治理測控要求。除此之外，還原性有機物質(zhì)還具有礦化固定作用，重金屬污染物能夠在還原性有機物質(zhì)作用下將離子態(tài)重金屬污染物轉(zhuǎn)變?yōu)楣滔鄳B(tài)，降低其生物有效性。真菌細胞壁組分如幾丁質(zhì)等對重金屬污染物的鈍化固定、真菌體內(nèi)有機酸根離子或無機酸根離子與重金屬形成沉淀等作用，均可使冶煉廠周邊土壤中的重金屬污染物固化，從而有效降低重金屬污染對冶煉廠周邊土壤的毒害。

3.3 微生物治理

通過添加還原性有機物質(zhì)，實現(xiàn)針對冶煉廠周邊土壤中重金屬污染的微生物治理?？紤]到有些微生物具有嗜重金屬性，利用微生物對重金屬污染介質(zhì)進行凈化，在冶煉廠周邊土壤中被證明是一種很好的治理方案。冶煉廠周邊土壤中重金屬污染物離子的長期存在使自然界形成了一些特殊微生物，這類微生物對重金屬污染物具有一定的抗性，能夠使重金屬污染物離子發(fā)生轉(zhuǎn)化，從而改變重金屬污染物離子的存在狀態(tài)。微生物治理對微生物而言是一種解毒作用，對于重金屬污染而言也能起到一定程度上的治理作用。微生物治理用于冶煉廠周邊土壤中重金屬污染的處理，是一種行之有效的治理方案，目前已進行了積極研究[6]。

考慮到不同類型的重金屬污染物在進行治理時，因重金屬污染物元素類型、參考標準、技術(shù)條件、處置方式、敏感受體等影響往往需要面對不同的治理目標值。面對復雜的治理狀況，可以從微生物使用的角度出發(fā)考慮，并結(jié)合工程條件和修復后冶煉廠周邊土壤面向的使用規(guī)劃，綁定多種附件條件，對實際治理發(fā)揮效用的過程進行約束。如此一來，可使冶煉廠周邊土壤中重金屬污染治理能夠以需求為導向，具備較高的實際可操作性。

4 結(jié)語

通過冶煉廠周邊土壤中重金屬污染特征及治理方案研究，由于重金屬污染物向來具有癥像隱蔽、分布不均、累積性強且長期存在等特點，冶煉廠周邊土壤中重金屬污染更是整體類型多、超標點位多、復合污染問題嚴重。目前，重金屬污染治理行業(yè)還處于“方興未艾”的階段，重金屬污染治理工作任重道遠。雖然現(xiàn)階段冶煉廠周邊土壤中重金屬污染治理仍處于不完全成熟的階段，但是一旦認識到重金屬污染治理的必要性，便可以進行最佳的技術(shù)成本效益分析。因此，有必要加大對重金屬污染物生態(tài)治理的研究投入，為日后更好的開展環(huán)境治理工作提供理論依據(jù)。