1、重金屬污染土壤修復技術的現 狀和展望-環境生態論文作者:日期:重金屬污染土壤修復技術的現狀和展望-環境生態論文重金屬污染土壤修復技術的現狀和展望文、的周靜一、項目由來江西銅業集團貴溪冶煉廠（以下簡稱江銅貴冶）于上世紀80年代初期落戶貴溪，由于早期沒有合理控制冶煉過程中所產生的廢渣、廢水和廢氣的排放， 經過30多年的累積，已經給周邊環境造成了不同程度的污染，嚴重影響到周邊 群眾的正常生產和生活。其主要污染物是重金屬銅（Cu）和鎘（Cd）。2007年 6月12日人民日報報道了江銅集團貴溪冶煉廠對周邊村莊造成的環境污染 后，當地政府及江銅集團貴溪冶煉廠高度重視，立即采取措施積極處置企業周邊 區域的土

2、壤重金屬污染。2008年，環保部南京環境科學研究所在江銅貴冶周邊 區域對部分農地的地表水、土壤、水稻等進行采樣分析，結果表明，對照食用 農產品地環境質量評價標準（HJ332-2006 ）中的土壤環境質量評價指標限值， 調查區域內農田土壤中的 Cu的超標率為100% , Cd超標率為87%-100% 。2010年，貴溪市政府將江銅貴冶周邊區域九牛崗土壤修復示范項目分別 納入國家重金屬污染綜合防治“十二五”規劃 和江西省重金屬污染綜合防 治“十二五”規劃的歷史遺留解決試點項目，得到了環保部“國家重金屬污染 防治專項資金”以及科技部、中科院、當地政府、江銅集團等相關項目資助。2012 年初，開始對江

3、銅貴冶周邊區域重金屬污染土地實施規模化修復治理工程，2014年底項目通過驗收。二、修復方案（一）修復思路當前，重金屬污染土壤的修復技術主要有客 /換土法、土壤淋洗法、穩定 化法、電動修復和植物修復等。每種修復技術都有其各自的適用范圍和優缺點， 修復技術的選擇不僅要全面考慮技術的特點，同時還應充分考慮修復成本、修復目標、未來土地的利用方式、污染物種類、污染程度和修復周期等一系列因素。因此，從修復技術本身的特點，并結合修復區當地的經濟發展水平和大面積治理 的現實，客土、土壤淋洗、電動修復、固定化和熱脫附等技術對于這樣一個大面 積的污染農田不具有修復的經濟性與生態環境可行性。其主要原因是工程量大、

4、成本高、土壤理化性質惡化，修復后不利于農田的利用和作物的生長。鑒于此， 該工程提出的修復技術總體思路為“調理-消減-恢復-增效”，具體如下：(1)調理：用物理調節+化學改良，調理被污染土壤中重金屬的介質環 境；(2)消減：用物理化學-植物/生物聯合的方法，降低污染土壤重金屬總 量或有效態含量；(3)恢復：在調理污染土壤介質環境、降低土壤重金屬毒性基礎上，聯 合植物及農藝管理技術，建立植被，逐次恢復污染土壤生態功能；(4)增效：增加污染修復區土地的生態效益、經濟效益和社會效益。(二)修復目標鑒于我國目前尚無重金屬污染土壤治理的相關評價標準，因此，依據具體可以實現的情況來分級選擇確定治理技術目標。

5、本案例中，要在連片集中、面積大(2000多畝)且污染程度不同、資金有限的前提下，使得治理后的土壤特別 是重度污染土壤既能達到國家土地環境質量標準(GB15618-1995 )三級標準，又不影響土壤的農業可利用性的修復目標。 相比而言，依據不同地塊污染程度，分類選擇技術，或降低土壤重金屬活性(主要是有效態含量)，或降低其向其他介質遷移的環境風險，使污染土壤改良后能夠安全利用，更具可行性和實際 意義。鑒于此，最終確定的修復目標為：(1)重度污染土壤修復后，重金屬銅/鎘的有效態降低50% ;植被逐步恢復，覆蓋率不低于85% ;區域景觀得到顯著改善，生態效益顯著；(2)中度污染土壤修復后，能夠生長纖維

6、、能源、觀賞或經濟林木等植物，具有一定的經濟效益(500元/畝7年)；(3)輕度污染土壤修復后能夠選種水稻等糧食作物或纖維、能源等經濟作物，且糧食作物可食用部分達到食用標準，經濟效益顯著(400kg稻谷/畝/季)。(三)主要工作內容(1)應用重金屬Cu和Cd復合污染土壤分類分級治理的土壤調理(鈍化和絡合誘導)技術，集成土壤重金屬污染的物理 /化學-生物聯合修復技術，建 立具有針對性的化學改良劑-植物-農藝管理的綜合修復技術體系。(2)根據土壤污染程度，篩選合適的修復技術和土地利用方式，探索重金屬污染土壤修復治理與景觀美化、生態建設與經濟效益有機結合的治理新模 式。(3)建立我國中南地區土壤重金

7、屬 Cu和Cd復合污染修復治理示范基 地。三、修復效果(一)環境效益有效降低了污染土壤中重金屬的活性。 試驗結果表明，所有修復后的土壤樣點經0.1mol/LCaCl2 浸提，有效態Cu和Cd的下降幅度均在50%以上，實現了修復目標。修復材料可將重金屬有效固定在土壤本體中，降低重金屬污染物向污染主體外的遷移能力，進而減弱重金屬通過地表徑流和淋溶作用對地表水體 和地下水的污染，達到了降低重金屬污染物向其他介質遷移的環境風險的目的。污染土壤中重金屬有效態的降低，為植物生長創造了條件。植物的生長為 裸露的地表提供了植被覆蓋，這樣可以固持水土、減少重金屬徑流和地下水入滲， 同時改善和美化了景觀。大面積污

8、染農田在施用改良材料后， 種植的巨菌草等植 物能夠生長，農田植被恢復，有利于昆蟲和鳥類的棲息和繁殖以及污染土壤生態 系統的恢復，治理區生態效益顯著提升。種植巨菌草的土壤每畝每年可以吸收轉移Cu454.3g、Cd9.5g。通過連續多年的吸收轉移，最終實現減少土壤中重金屬總量的目的。同時，為考察巨菌草作為生物質材料在焚燒過程中可能產生的環境問題，項目對燃燒后巨菌草的灰燼進行重金屬總量測定和毒性浸出實驗。燃燒后巨菌草灰燼重金屬Cu含量為1822.3mg/kg , Cd含量為10.2mg/kg 。采用中華人民共和國環境保護行業標 準（HJ-T299 ）對燃燒后的巨菌草灰燼進行毒性浸出實驗，浸出液中 C

9、u和Cd 含量均低于中華人民共和國危險廢物鑒別標準浸出毒性鑒別（GB 5085.3-2007 ）»規定的標準。另外，有研究表明，高 Cu含量植物燃燒后，底 灰中重金屬含量占總體的98% ,空氣揮發和飛灰中僅有2%?？梢?，巨菌草在生 物焚燒中環境風險較低。（二）經濟效益采用的物理/化學-植物-農藝聯合技術修復重度污染的土壤，與其他修復 技術相比成本較低。如固定化方法治理重金屬污染土壤，每噸土壤需要90200美元，土壤淋洗法需要250 500美元，土壤填埋需要100400美元，本案例中治理每噸土壤（按土壤表層計算）費用為 1020美元。案例中，用改良材 料與巨菌草聯合治理，巨菌草具有較高

10、的熱值和其他多種用途， 每畝每年鮮草產 量在10 30噸之間，如表1所示。由于生物量大、碳含量高，作為生物質電廠 發電的原料，每畝巨菌草生物量相當于 2-3噸標煤的發電量。對于輕度污染的農田區采用單一和復合改良材料鈍化土壤重金屬活性。 如 表2所示，修復后水稻每畝產量比對照組分別提高了 32.8%和49.4% ,且稻米 中的Cu和Cd含量均低于食品中銅、鎘國家限量標準（Cu : 10 mg/kg , Cd : 0.2 mg/kg ）。（三）社會效益項目初步建立了大型重金屬相關冶煉企業周邊土壤污染治理示范工程，取得較好的修復效果，受到國家領導，省、市和縣政府的重視和推介，尤其得到當 地群眾的高度

11、認可，他們認為重度污染的不毛之地在治理過程中能生長有經濟價 值的植物，在改善環境的同時還給他們帶來了收益。另外，在工程實施中，引導 和培訓了農民運用重金屬污染防治技術和技能， 培養項目區當地的環保技術與管 理隊伍，培育了污染治理的企業和產業。四、工程實施中的難點我國土壤重金屬污染修復治理尚以理論探索為主，規模化治理重金屬污染土壤技術與工程尚處于起步階段，成熟的技術工程規模示范很少；修復目標、修 復標準、技術路線、成本效益等難以確定和估算，工程實施和管理中存在一些重 點和難點需要解決。（一）規?；卫砑夹g思路與修復目標選擇與場地污染土壤治理不同，規模化治理重金屬污染土壤目標的選擇首先要 注重土地

12、的利用。修復治理是手段，安全利用才是最終目標，這是由我國國情決 定的。盡管當前我們已經具有應用土壤淋洗和客土等技術來降低土壤中重金屬總 量，使之達到土壤環境質量標準（GB15618-1995 ）標準，但要修復成千上 萬畝的土壤，使得某種重金屬總量降低到一定量值， 通過淋洗類似的技術需要巨 大資金的支持，而且此類技術處理后的土壤，已無土壤的生態與耕種功能（土壤 無生物活性、無可耕性）。針對大面積的污染土地，只有治理后能被安全利用， 治理技術才有活力，才會為農戶所接受和認可。本案例，我們在技術研發和社會 調研基礎上，選擇了低成本的農田原位鈍化聯合植物修復治理技術，將“消減存量”以減存土壤中重金屬總

13、量為唯一目標的思路， 轉變為“降活減存”以降低土 壤重金屬活性，植物能夠生長，恢復土壤生態功能，再通過植物吸收消減總量， 以時間換成本，達到利用大面積修復后的耕地， 產生效益為主的治理目標。工程 案例證明，這一目標現實可行，有技術依據。（二）技術路線和工程實施方案的確定本案例中，由于污染區域面積大、污染程度差異大、土地利用方式不同， 因此單一的修復模式和路線并不可行。結合當地的實際情況和前期技術孵化過 程，我們將本案例工程的技術路線概括為以下四步。（1）分區：根據地理位置和 空間單元將要治理的2000多畝污染區按地理、地形和耕地利用方式分為若干片 區，采用“一區一策”，將治理技術個性化，使治理

14、效果與治理成本理性平衡；（2）分類：按照土壤中主要重金屬污染物類型進行劃分進而采取不同的 治理技術措施；（3）分級：按照土壤中主要重金屬污染的程度（輕度、中度和重度）劃分，采用不同的治理目標和技術方案；（4）分段：工程實施中，按照先易后難，先選用改良材料配方等關鍵技 術，后采用農藝措施等一般性技術，形成土壤污染治理的“物理 +化學-生物/農 藝一體化集合技術”。最后將土壤污染修復和耕地綜合利用有效結合起來，治理 產生效果，耕地產生效益，并將主要技術形成規范，轉化為可落地、可復制、可 借鑒的治理工程經驗。（三）污染土壤改良材料與植物的篩選規?；卫硗寥乐亟饘傥廴竟こ虒嵤┲惺紫却_定改良材料的種類、

15、配方和用量，即工程化相關參數，其直接關系到工程的主要費用和治理目標的實現效果。 該工程實施前，室內培養和溫室盆栽實驗已發現蒙脫石、 凹凸棒石、微納米羥基 磷灰石、磷灰石、木炭、和生物質灰等 10多種材料，按照土壤質量的一定比例 添加，對土壤中重金屬鈍化具有一定的效果；按正交實驗設計經過田間試驗驗證， 淘汰了蒙脫石、凹凸棒石、鐵粉等材料；在考慮到材料成本、來源和施用后的二 次污染風險，最終將微納米羥基磷灰石、磷灰石和生物質灰等按照最佳優化配比， 制成一系列配方產品，在田間治理工程施工中直接施用。 重金屬污染土壤修復植 物種類多樣，理想的植物應具有大生物量、可富集重金屬、安全利用等特點。綜 合污染

16、區重金屬污染的類型、程度和氣候特點，經多次對比試驗，最終篩選確定 以巨菌草、海州香皆、伴礦景大、香根草、香樟、冬青和紅葉石楠等為主體的修 復植物。（四）治理工程施工、推廣和管理難題與普通建筑工程施工不同，規模化治理土壤重金屬污染工程涉及面積千畝 或萬畝甚至更大范圍，最重要的是涉及廣大農民的切身利益。引導農民將自家污染的耕地進行治理，需要滿足農戶利益訴求，合理合情合法確定污染耕地治理過 程及治理后權屬利益，征求村干部同意，做到技術監管與培訓到位，以及落地的 技術、細化的施工方案和正確的工序，同時需要考慮材料和機械進場的天氣許可， 工程勞務組織以優先使用當地群眾勞力， 增加污染區群眾治污增收能力等

17、，還要 控制工程施工和管理成本。本案例中遇到的這些施工和管理類的困難帶有普遍 性。案例中采取政府推動、村組動員、技術引導、示范引領、成效教育、利益保 障等多種帶有政策性、情感性、利益保障性的工作辦法，解決了治理工程施工、 推廣和管理中的難題。五、思考與展望（一）思考1 .規?；亟饘傥廴就寥佬迯同F狀目前， 我國大規模治理土壤重金屬污染 在總體形勢處于守勢，對局部典型地區發生的污染事件被動應對或者應急多，相 對缺乏大規模大區域性的“攻堅”和打“殲滅戰”治理的準備；在工程治理與修復市場方面逐步興起，但缺少技術和行業規范；技術治理或修復公司不少，但真 正有技術有責任有能力的不多；治理工程項目設置前期

18、調研不足，影響項目質量； 治理目標不明確，實施內容與治理目標關聯性差；項目實施周期普遍過短；技術 路線模糊，示范或推廣性、可復制性差。治理工程的實效與時效關注度不夠，后 評估少。2 .技術力量組織規模化治理土壤重金屬污染技術力量組織應考慮 3個方面：進行多學科 的綜合。包括技術方向，如物理/化學-生物農藝生態綜合性系統技術，學科如材 料學、化學、物理學、土壤學、環境工程、生態學、農學、生物學、植物營養學、農田水利等；多維度組合。不同重金屬污染（類型、程度）影響不平衡，同一 類型重金屬污染土壤治理的修復材料、施用時間、田間工程等需要多維度的應用 技術驗證；技術工程化、規模推進的技術模式等需要多維

19、度組合；多系統集合。 包括土壤重金屬污染修復材料系統技術、農田生態系統技術、風險評價系統技術、 效益評估系統技術等。3 .治理利益博弈盡管在項目工程啟動前已經通過張貼宣傳公告、 鄉鎮干部和群眾參與式培 訓和動員會議，并由鄉鎮干部做好村民工作，然而在項目實施初期大部分群眾不 愿意配合，出現阻工和怠工的事件。由于遭受污染長達 30余年，當地群眾已具 有一定的環保意識，并能通過以往和專家學者的交流辨別主要污染物的毒性特 征。然而，部分群眾擔心一旦修復好污染的土地，企業不再對被污染的土地進行 賠償個人眼前利益受到影響；另一些群眾雖同意修復，但還要求加上土地修復補 償費用。在得到政府和企業承諾將繼續賠償

20、并增加修復工程土地補償費用以及優 先使用當地群眾勞動力后，修復工程才得以開展。可見，利益是調節污染土壤修 復工程的重要環節，這也是目前我國土壤污染修復事業發展的障礙之一。因此， 須加強土壤環境保護宣教工作，如將土壤污染防治行動計劃（簡稱“土十條”） 內容做成展板，向周邊居民講解和展示，提高群眾環保意識，強化污染土壤生態 修復的輿論引導和環?？破罩R宣傳及公眾參與的方式方法，鼓勵群眾參與土壤環境保護和污染防治工作。4 .修復技術和裝備不足土壤修復技術涉及土壤學、環境科學、環境工程、生態學等十幾個學科領 域，主要分為原位和異位修復兩大類，是環境技術研究的最前沿。當前，我國現有的土壤修復技術大都存在

21、工程技術單一、處理能力有限、成本高等不足，難以滿足規?；廴就寥佬迯托枨?。同時，盡管我們掌握了一些修復技術，但與之相 配套的裝備(多為進口)缺失阻礙了我國修復技術應用的步伐。因此，我國需要 提高修復技術自主研發能力，加大投入研發安全、實用、高效、低廉的修復新技 術、新產品和新裝備。5 .資金來源單一污染土壤修復和管理費用高，只有在充足資金的保證下才能使修復得以實 施并達到預期目標。然而，與一些發達國家不同，目前我國污染土壤修復資金的 投資機制比較單一，往往由政府主導，企業和開發商承擔少部分資金， 缺乏長久 的修復資金或基金保障和分擔機制。全國土壤環境保護“十二五”規劃中指 出，“十二五”期間，

22、用于全國污染土壤修復的中央財政資金將達300億元，然而對于大面積的農田土壤修復來說， 這些資金顯然難以滿足需求。因此，我們 在污染土壤修復的投融資機制上可進行積極探索，可大力借鑒其他行業資本進入 經驗以及發達國家的融資機制，如土十條強調的“通過政府和社會資本合作(PPP)模式，發揮財政資金撬動功能，帶動更多社會資本參與土壤污染防治。 加大政府購買服務力度，推動受污染耕地和以政府為責任主體的污染地塊治理與 修復。積極發展綠色金融，發揮政策性和開發性金融機構引導作用， 為重大土壤 污染防治項目提供支持。鼓勵符合條件的土壤污染治理與修復企業發行股票。探索通過發行債券推進土壤污染治理與修復，在土壤污染

23、綜合防治先行區開展試 點。有序開展重點行業企業環境污染強制責任保險試點?！弊罱K把市場、技術和資本有機的融合，讓民間資本可以融入這個領域，變成現實的市場，促進環保產 業的快速和健康發展，最終建立一種合理的體制機制，形成以“誰污染、誰治理；誰投資、誰受益”為前提，靈活運用“污染者付費，受益者分擔，所有者補償” 的原則，形成“政府主導，市場主體，利益均衡”投資機制，構建多渠道的融資 平臺和多元化的融資機制。(二)展望從我國當前經濟和技術發展的水平來看，我國還不具備對規模化重金屬污 染土壤進行徹底清潔治理的修復技術和經濟實力，但是已經具有降低一些嚴重污 染土壤的環境風險的能力。今后一段時期內，我國污染土壤的修復治理工作的重 點是實施一批示范工程項目，尤其是對于一些亟待開發并成為城市土地開發利用 中有環境隱患的污染土壤，根據輕重緩急采取不同的管理對策， 盡可能地降低污 染土壤的環境風險。在污染土壤修復示范工程中，我國應該做到以下幾點：(1)積極開展污染土壤修復技術適應性評價，從政府到市場分類建立土 壤重金屬污染治理資金投融資機制，探索“誰投資、誰受益”的土壤治理資金投 入市場機制。(2)分區、分類(土壤污染物類型)、分級(污染程度)制訂土壤重金屬 污染治理戰略思路、技術路線，建立土壤污染管理和防治技術支撐體系，編制修 復技術指南，制訂污染土壤的