土壤是与人类生存息息相关的自然资源，据统计，我国受镉、铬、铅、汞、锌等重金属污染的耕地面积近 2000 万公顷 ，约占总耕地面积的六分之一 。土壤的重金属污染具有隐蔽性、长期性、不可降解和不可自然逆转等特征，不仅会导致土壤肥力与作物产量及品质下降，还易引发地下水污染，并通过食物链途径造成植物、动物和人体的重金属累积。因此，土壤系统中重金属污染的防治一直是国内外研究的热点和难点。本篇文章中，奥科环境将为您继续介绍国内外有代表性的重金属污染修复技术及其应用案例。
1土壤重金属污染原因
土壤重金属污染可由岩石风化、火山喷发等自然地质活动造成，但人类活动往往是造成土壤重金属污染的主要原因。其中，矿山开采、金属冶炼、污水灌溉、工农业生产活动是土壤中重金属污染物的主要产生来源。特别是在矿山开采和农药化肥的施用过程中所造成的污染更为复杂和严重。
在矿山开采过程中尾矿中铅、锌、镉、铬、砷和锰等重金属主要以硫化物的形式存在。这些硫化物尾矿在与氧气进行接触的过程中，经过雨水浸泡等过程，其中的铅、镉、铜、锌、汞、锰等污染物可溶性离子被浸出且得到释放，进而对周围土壤及地下水环境造成污染。
另外在农业生产过程中，一些化学肥料中会含有镉等重金属元素，这些元素会随着灌溉或降雨在土壤中沉降积累。另外一些养殖场所使用的饲料中也普遍会添加铜、锌等元素，畜禽食用了饲料后排出的粪便被当作肥料施用于农田中后，经过日积月累也会造成重金属在土壤中的大量沉积。
2土壤重金属污染常用修复方法
目前国内外常用的重金属控制及修复方法有固化/稳定技术、生物修复技术及淋洗技术：
化学稳定化处理
化学稳定化是目前国内外应用比较成熟的一项重金属土壤污染控制技术，工程实施比较容易，成本可以接受。该法主要通过在土壤中施加改性药剂，经氧化还原反应、矿化作用和沉淀反应，将不稳定重金属形态转化为化学性质稳定、迁移性弱、无害或毒性较低的重金属单质或化合物，将其稳定在自然环境中，不再被雨水浸出和治污根系所吸收。常用的还原剂包括连二亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫酸亚铁、多硫化钙、二价铁、零价铁等。
植物修复
植物修复则是利用某些植物可以忍耐或超量吸收积累一种或多种化学元素的特性，利用植物及其根际微生物通过提取、根际滤除、挥发和固定等方式降解、转变或移除重金属等毒性污染物，将其转化为无毒物质。或利用植物在生长过程中对环境中的某些污染物的吸收、降解、过滤和固定等特性来净化重金属、农药等污染，使污染土壤恢复其正常功能。该处理方法适用于重金属（如镉、铅、镍、铜、锌、钴、锰、铬、汞等）、砷化合物以及特定的有机污染物。
土壤淋洗修复
该方法采用物理分离或增效洗脱等手段，通过喷淋水或合适的增效剂，分离污染土壤组分或使污染物从土壤相转移到液相，并有效地减少污染土壤的处理量，实现减量化。淋洗系统废水需要经过处理后回用或达标排放。该方法适用于处理重金属污染土壤，但不宜用于土壤细粒（粘/粉粒）含量高于25%的土壤。
3全球土壤重金属污染修复技术掠影
重金属还原稳定技术
Regenesis Ltd. 公司成立于1994年，专业致力于生物修复、原位化学氧化、石油烃修复、氯化溶剂修复等土壤与地下水修复技术的研发与工程应用。该公司在北美、澳大利亚、欧洲等地区均有众多成功应用案例。
技术介绍
Regenesis公司的重金属修复化学药剂MRC®通过原位固定（沉淀和/或吸附到土壤颗粒）从地下水中去除溶解的六价铬等重金属。MRC由有机硫化合物组成，该有机硫酯嵌入聚乳酸基质中，形成粘稠液体。该药剂被注入地下水层后，酯键通过水解和微生物酶促作用裂解，有机硫化合物（活性金属固定剂）以可控的方式逐渐释放，为有机硫化合物还原固定重金属创造了最佳条件。同时，MRC在反应过程中还以类似的方式释放出乳酸，为土壤及地下水中天然存在的微生物提供碳源，从而能够达到加速生物原位降解氯代烃的速率。该药剂通常通过注入井、注射点直接推入、与土壤直接混合等方式进行施药。
应用案例
该废弃电镀厂场地位于意大利北部某工业区，早期为印刷和纺织工业生产用转子进行电镀。工业生产中使用的铬酸盐溶液在电镀过程中深入厂区土壤及表层地下水层。经进一步土壤取样检测结果显示，该厂区饱和带中六价铬含量最高达700 mg/kg，总铬达770 mg/kg。为了高效、经济地治理该场地土壤和地下水中的铬污染，当地组织决定采用MRC®对该场地进行修复。该场地土质为泥质砾石与粘土混合地质，总处理面积约1000平方米，深度为10米。
处理方案
Regenesis在修复区域内安装了两组注入井屏障，每一个屏障中分别安装5个嵌套式注入井。嵌套式注入井以约4 m的间隔安装，每口井由3个立管组成。这三个立管分别为浅管（8-13 m）、中管（14-19 m）和深管（20-25 m），用于应对不同地下水位情况。安装完成后，Regenesis对注射井内的淤泥进行了清理。在随后的药剂注射过程中，由于注射时地下水位约在地表下15 m处，最终采取了中管和深管进行注射。
▲ 嵌套式注入井
处理效果
药剂注入后约60天左右，监测结果显示六价铬浓度降至检测浓度（ 5 μg/ L）以下，同时三价铬浓度增加，说明六价铬被有效还原。药剂注入后约12个月左右，地下水中六价铬浓度降低了59%至99%，而三价铬浓度随着沉淀作用愈加明显由最初的增加趋势逐渐转为不断减少。污染物浓度监测结果如下：
▲ 监测点2 - 监测结果
▲监测点4 - 监测结果
PhytoLogix重金属植物修复技术
Delta Remediation总部位于加拿大阿尔伯塔省埃德蒙顿市，是一家专门从事土壤和水中有毒有机污染物、氯化物（盐）和重金属污染修复的生物技术公司。DELTA研发团队拥有超过25年的土壤修复经验。该公司提供药剂、设备和现场施工一站式服务，从而实现产品和服务一体化，并且能够针对不同污染场地，提供相应的完整可靠的解决方案。该公司产品已在北美广泛应用，公司成立至今已完成80余个项目。
技术介绍
Delta与加拿大顶尖大学西蒙弗雷泽大学（SFU）深入合作的植物修复技术PhytoLogix，可为客户提供特定植物品种来富集并去除重金属污染。Phytologix是一种生态友好、经济有效的重金属污染土壤修复技术，该技术通过非侵入性植物来固定和去除土壤和地下水中的重金属，不需要额外的化学物质，也不需要去除和掩埋受污染的土壤。Phytologix被广泛应用于采矿和其他工业污染场地的修复，技术易于实施和维护。
应用案例
新泽西州特伦顿(Trenton)某受铅污染地区有40%的地块的铅浓度超过400 mg/kg，7%的地块铅浓度超过1000 mg/kg。Delta采用芸苔属植物对该地区土壤进行修复。经过三次芸苔属植物收获后，整个地区铅浓度大幅度下降，完全消除了浓度超过1000 mg/kg的情况，400 mg/kg以上铅浓度的地块比例由40%降低到了28%。该地种植的芸苔属植物吸收并在其组织中积累了0.3%的铅金属，从深至18英寸的土壤中去除了约20-30 ppm的铅金属。
重金属污染土壤淋洗系统
ART Engineering LLC (ART)是一家专业从事土壤淋洗等土壤修复的技术公司。ART的核心团队在采矿和矿物加工场地污染修复方面均拥有25年以上的项目实施经验。ART同时可提供项目评估，致力于为客户提供最经济、最符合需求的定制化修复方案。
技术介绍
ART使用的土壤冲淋洗涤系统是基于最初在矿物加工和采矿工业中发展起来的标准物理和化学分离过程。这类技术已被广泛应用于由重金属、有机污染物和放射性污染物所造成的土壤污染修复。ART的土壤淋洗系统包括(但不限于)多种技术组合：土壤分离、密度分离(金属去除)、洗涤、浮选和表面活性剂清洗。在某些情况下，可以使用酸、碱和络合剂，通过化学萃取的方式去除土壤中的污染物。ART的土壤淋洗法最适用于含25%以下细粒(小于400目或38微米)的土壤和沉积物，可有效去除铅、汞、砷、铬、铜、镍、镉等重金属及有机污染物。由于每个项目在土壤类型、污染类型和处理方法上各不相同，ART会针对不同处理场地提供定制化的处理方案。
应用案例
隶属于King of Prussia (KOP)技术公司的修复场地位于美国新泽西州温斯洛镇。该基地位于皮涅兰国家保护区内，占地约10英亩，毗邻新泽西州温斯洛野生动物保护区。KOP公司于1970年购买了这块土地，用于运营一个工业金属废物回收中心。随后该回收中心被废弃，由于场地土壤沉积了大量的重金属污染物，该场址在1985年被列入美国“超级基金”优先项目清单。1990年，政府决定对该场址进行修复，并在修复要求中指定采用土壤淋洗技术。ART在1991年对该场址进行了可行性研究，以确定土壤淋洗对该场址的适用性。
▲ 项目场地
▲ 处理装置安装
▲ 向处理装置送料
处理方案
针对该项目，ART设计并制造了一台处理能力为25吨/小时的土壤淋洗装置。ART将该装置在现场进行安装后，先以1000吨污染土壤进行了试运行。试验运行获得了成功，处理后土壤中的污染物的浓度远低于修复要求中规定的数值。因此，美国环境保护局立即批准ART对该场地进行全面的修复工作。该项目共处理了19200吨土壤，污染物去除效果如下:
▲ 土壤筛选
▲水力旋流分离器
项目荣誉
KOP项目获得三项主要环境工程大奖:
• 美国环境工程师学会“卓越环境工程”运营/管理荣誉奖
• Hazmacon Award “全国最佳治理现场”
• 工程新纪录大奖
结语
近半个世纪以来，土壤和地下水一直是全球各国所关注的重点环境保护方向之一。土壤和地下水修复行业也在世界范围内得到了长足的发展，技术方案以及市场模式日臻成熟。自“土十条”颁布以来，我国土壤与地下水修复行业也逐步进入了高速发展阶段。为您剖析我国土壤和地下水修复行业的政策导向与市场前景，并针对不同应用场景深度解析了全球先进的土壤修复技术及应用案例，希望对我国环保企业在该细分领域的技术升级创新以及企业转型发展带来新的一些思路和启示。
原标题：【技术前沿】重金属污染修复技术及其应用案例详解
