探索城镇土壤重金属污染管理的经验与技术手段

随着全球经济化的迅速发展，含重金属的污染物通过各种途径进入土壤，造成土壤严重污染。土壤重金属污染可引起农作物产量和质量的下降，并可通过食物链的迁移富集而危害人类的健康，也可以导致大气和水环境质量的进一步恶化。因此，城镇土壤重金属污染引起了世界各国的高度重视。许多国家利用先进的技术与严格的法规进行生态治理，积累了大量经验，值得我们学习与借鉴。

(1)德国。

德国的生态治理模式属于典型的“先污染后治理”模式。从19世纪初期到20世纪70年代，德国生态环境一直遭受工业和战争的双重污染和破坏，生态破坏程度和环境污染程度举世罕见:德国境内主要河流不仅没有生物存在，居民甚至无法在其中游泳；整个鲁尔地区昼同黑夜，树木都被煤灰粉尘染成黑色，栖息在树上的蝴蝶竟也将保护色演变成黑色，德国生态环境已经严重影响到德国居民的生命和健康。从20世纪70年代开始，德国政府相继关闭污染严重的煤炭和化工企业，并投入巨资对废弃厂区进行生态修复；同时，在世界领先的信息技术、生物技术和环保技术的直接推动下，对生态环境的污染进行治理。

首先，利用各种科学技术将渗透在德国土地上的各种重金属和化工有毒物质逐一清除。比如，洛伊纳化工园区在其一百多年的化工生产过程中，以及在二次世界大战期间化工园内的化工厂遭到轰炸导致化工原料和产品外泄，对当地以及周边土地和地下水造成了严重的化学和重金属污染，方圆几十公里内许多植物都无法生存，当地居民都得从百里之外汲取饮用水。德国统一之后，联邦政府不仅投入巨资拆迁园内落后化工企业，而且利用综合科学技术在洛伊纳化工园区周围修建地下大坝，从而对园区内土地和水源进行彻底修复。经过十多年的生态修复，经过园区的地下水虽然还不可以直接饮用，但是地表已经可以让植物存活。

其次，对国民进行全民生态教育。德国的环境教育分为环保习惯养成教育和环境专业知识教育两个部分，家庭垃圾分类等习惯养成教育从幼儿就开始进行，环境专业知识教育则贯穿德国整个学历教育体系。

德国还建立了比较完善的生态监控网络。通过卫星、飞机、雷达、地面和水下传感系统，建立了遍布全国的生态环境监测体系，对德国气候变化、土壤状况、空气质量、降水量、水域治理、污水处理和下水道系统等进行实时监测。比如，为了监测企业排污情况，在企业排污口设置传感器和实况录像系统，任何人都可以通过电脑或者手机等工具随时查看各种数据，参与生态环境监测和管理体系。同时倡导“谁污染谁治理”原则，严格“抓”造成污染的企业来承担产生污染成本。如今，经过30多年的不懈努力，德国已经成为世界上生态环境最好的国家之一。

(2)英国。

英国是早期工业发展国家，有非常严重的土壤及地下水污染问题。英国最早开采的矿主要是煤炭、铁矿和铜矿，时间都在300年以上。随着经济发展和环境保护意识增强，许多矿区早已停止了开采，但是早年开采遗留下的土壤重金属污染问题依然存在。考虑到经济快速发展的需要，1996—1999年英格兰和威尔士的土壤重金属污染修复技术即使挖出污染土壤并移至别处，但并未解决根本问题。从20世纪中叶开始，英国就陆续制定相关的污染控制和管理的法律法规。同时进行土壤改良剂和场地污染修复研究。英国土地修复技术非常规范，分为物理方法、化学方法、生物修复技术3方面。

物理方法常见有3种:电动土壤修复法，主要适合重金属污染物治理，在电场作用下通过电渗流或电泳等方式使土壤中的重金属被带到电极两端从而清洁污染土壤。热处理法，即对土壤进行加热升温，使挥发性有害重金属或挥发性有机物挥发出土壤并将其收集起来集中进行处理。机械清洗法，该方法是一种较新的石油污染修复技术，采用纯粹的机械方法异位清洗土壤。

化学方法分为化学栅法、化学氧化法和生物修复技术3种。化学栅法是利用一种既能透水又具有较强沉淀污染物能力的固体材料，将其置于污染堆积物底层或土壤次表层的含水层，使有机污物滞留在固体材料内，从而达到控制污染物扩散并对污染源进行净化的目的。化学氧化法是向被石油烃类污染的土壤中喷撒或注入化学氧化剂，通过与污染物之间发生氧化还原反应，使污染物以降解、蒸发及沉淀等方式去除掉，最终达到净化的目的。

早在1983年，英国就提出了利用超富集植物清除土壤中重金属污染的思想，即生物修复技术。首次利用遏蓝菜属植物修复了长期施用污泥导致重金属污染的土地，证实了此类技术的可行性。目前，英国已开发出多种耐重金属污染的草本植物用于污染土壤中的重金属和其他污染物的治理，并已经将这些草本植物推向商业化进程，建立了超富集植物材料库。

(3)荷兰。

荷兰在工业化初期，由于没有认识到土壤环境保护的重要性，造成了严重的环境污染问题。随着公众环境意识不断提高，荷兰开始关注环境问题，特别是从20世纪80年代中期开始，采取有效措施加强土壤的环境管理，建立了土壤可持续管理利用工作机制，完善了土壤环境管理的法律及相关标准，政府完成全国土壤污染调查并向社会公众开放土壤污染场地数据管理系统和土壤修复决策工具箱，为企业修复土壤提供技术支持。同时，荷兰的土壤污染修复技术也日趋成熟，国土面积4.15万平方千米的荷兰每年要花费4亿欧元修复1500—2000个场地，预计到2015年基本能修复全部污染土壤。

荷兰在1970年就着手起草了《土壤保护法》；1983年出台了工业排放物法律规定；1994年制定了第一个土壤环境质量标准，出台了荷兰工业活动土壤保护指导意见，规范土壤环境管理。以后将有关法规应用到实践，并在实践中不断完善。一般5—10年为一个周期，对标准做一次更新修订。荷兰土壤环境质量标准涉及100多种污染物，而且对不同pH值条件下土壤重金属含量的标准作出了详细规定。比如对化工企业、加油站、化学物质储存设施等都提出了严格的土壤污染预防要求，严格农业生产中化肥、杀虫剂等农药使用标准和垃圾填埋要求等。

目前，荷兰的土壤污染修复技术主要分为原位修复和异位修复两大类。原位修复是指在现场条件下直接修复受污染的土壤。异位修复是将受污染的土壤挖出后转移到临时场所，用化学和物理方法清洗焚烧、热处理及用生物反应器等进行治理。荷兰不提倡填埋处理，填埋处理只适用于处理成本高、技术上难以处理的土壤，而且还要征收相关的税。

(4)日本。

日本的土地重金属污染曾经非常严重。20世纪六七十年代，日本经历了快速经济增长期，全国各地出现了严重的环境污染事件，被称为四大公害的痛痛病、水俣病、第二水俣病、四日市病，就有三起和重金属污染有关。

回顾公害历史，日本谈及经验:发生问题的责任在企业，而受害者和企业的个别谈判往往效率都很差，社会成本很高，最终都需要政府介入。政府应该提前用立法的方式进行引导，最终让受害者和企业通过法律方式解决。比如，痛痛病就是日本环境受害者维权取得最彻底胜利的案例，后来成为日本社会重视环境保护的转折点。痛痛病的病症表现为腰、手、脚等关节疼痛，病症持续几年后，患者全身各部位会感到神经痛、骨痛，行动困难，甚至呼吸都会带来难以忍受的痛苦。到了患病后期，患者骨骼软化、萎缩，四肢弯曲，脊柱变形，骨质松脆，就连咳嗽都能引起骨折。患者不能进食，疼痛无比，常常大叫“痛死了!”有的人因无法忍受痛苦而自杀。这种病由此得名为“骨癌病”或“痛痛病”。经过长期研究后发现，“骨痛病”是由于神通川上游的神冈矿山废水引起的镉中毒。镉是重金属，是对人体有害的物质。镉主要是通过消化道和呼吸道摄入被污染的水、食物、空气等进入人体内，随着镉含量的不断积蓄就会造成镉中毒。神冈的矿产企业长期将没有处理的废水排放注入神通川，致使高浓度的含镉废水污染了水源。用这种含镉的水浇灌农田，稻秧生长不良，生产出来的稻米成为“镉米”。“镉米”和“镉水”把神通川两岸的人们带进了“骨痛病”的阴霾中。1968年开始，患者及其家属对金属矿业公司提出民事诉讼，1972年审判原告胜诉。

此后，由镉污染受害者自发成立的公民社团，简称协议会，每年都对神冈矿山的镉污染程度进行调查。按协议会的规定，除了当地居民，国内各领域专家、学者都可申请加入。调查团分为水源调查组和土壤调查组，调查团可以检查工厂的每一道工序，包括排污口和污水净化设施。调查之后，双方坐在一起对话协商。由于公众热情参与，不间断地对企业进行监督，矿业公司每年都作公害报告，主动告知神通川河水的镉污染程度。经过数十年的监督，神通川河水里的镉含量如今已经降低到接近自然水平。(www.xing528.com)

(5)美国。

美国将城市化地区受污染土壤界定为“棕色地块”(Brownfield)。对于“棕色地块”的管理与治理主要由联邦政府、州政府、地方政府和社区，以及非政府组织负责实施。此外，在土壤污染整治过程中美国都非常注重环境治理信息的充分公开。在土壤及地下水污染控制与管理过程中，其风险评估、整治技术及标准、整治单位、土地利用规划方向都由中央政府、地方政府、社区居民与专家学者通过会议、座谈等方式商讨，最终达成“双赢”的目的。

美国从危险废弃物管理角度对受污染土壤进行管理，并制定了极为严格的法律、法规。主要涉及到以下几个法律:《固体废物处置法》又称《资源保护和回收法》，《综合环境反应、补偿和责任法》又称“超级基金法”。此外，美国的《清洁水法》《安全饮用水法》《有毒物质控制法》等法规也涉及土壤保护，形成了较为完备的土壤保护和污染土壤治理的法规体系。另外，美国EPA于1997年5月制定了《棕色地块全国联合行动议程》，将经济发展和社区复兴同环境保护结合起来，由公共部门和私人机构携手共同来解决“棕色地块”环境污染问题。

国内外土壤修复的技术手段主要包括:

(1)化学修复技术。

化学固化法就是加入土壤添加剂(固化剂)改变土壤的理化性质。该方法通过重金属的吸附或共沉淀作用改变其在土壤中的存在形态，从而降低其生物有效性和迁移性。但化学固化法并不是一个永久性的措施，它只是(暂时)改变了重金属在土壤中的存在形态，重金属仍持留在土壤中。而且土壤很难恢复到原始状态，不适宜进一步利用，而且对其长期稳定性和对生态系统的影响仍不甚了解，目前缺乏这方面的研究。因此很多学者对这一方法持怀疑态度。

土壤淋洗即利用提取剂将土壤中的固相重金属转移至液相中，含有提取剂的土壤经清水洗涤后归还原位再利用，富含重金属的废液则进行进一步的处理处置。本技术的关键在于提取剂的选择，即能提取重金属，又不破坏土壤的结构。但事实上这样的提取剂较难找到，而且如果处理不当的话，引入的提取剂很有可能造成二次污染。因此美国的工程技术人员在1988—1991年间对一个电镀厂造成的铬污染进行治理时，干脆利用清水做为提取剂，4年内使地下水的铬浓度从1923 mg/L降至65 mg/L。

电化学修复是指在污染土壤中插入电极对，并通以直流电。使重金属在电场作用下通过电渗析向电极室运输，然后通过收集系统将其收集，并做进一步的集中处理。动电修复做为一种原位修复技术，近年来发展很快，并且从经济上而言也是可行的，但由于土壤系统中组分的复杂性，经常出现实际应用与实验结果相反的现象，从而使这一方法的商业化推广受到了限制。

拮抗作用控制，土壤环境中重金属之间具有拮抗作用，如重金属与Zn、Cu等元素具有拮抗性，因此可向某一种金属元素轻度污染土壤中施入少量的对人体没有危害或有益的与该金属有拮抗性的另一重金属元素，减少植物对该重金属的吸收以及土壤中重金属的有效态含量。已有试验证明，土壤中适宜的w(Cd)/w(Zn)比可以抑制植物对Cd的吸收，因此，可以通过向Cd污染土壤中加入适量Zn，调节w(Cd)/w(Zn)，如此抑制Cd在植物体内的富集。另有研究表明，一定含量的硅能降低植株对锰的吸收，同时提高植株对锰的耐受力。

(2)植物修复技术。

植物修复是一种利用自然生长植物或遗传培育植物修复重金属土壤污染技术的总称。根据其作用过程和机理，可分为植物稳定、植物提取和植物挥发三种方法。其中，植物挥发主要是指利用植物的吸收、积累和挥发减少土壤中的一些挥发性污染物，如金属元素Hg和非金属元素Se，不适用于对土壤铬等难挥发污染物的治理，这种方法对于土壤修复而言，不失为一种有潜力的技术，但却将土壤中的污染物转移到了大气中，具有很大的“二次”环境风险。植物稳定是利用耐重金属植物降低重金属在土壤中的迁移性，从而减少重金属被淋滤到地下水或通过空气扩散进一步造成环境污染的可能性。然而，植物稳定并没有彻底清除土壤中的重金属，只是将其固定化，使其对环境中的生物暂时不产生毒害作用，并没有从根本上解决重金属的污染问题。如果环境条件发生变化，重金属的生物有效性可能又会发生改变。因此，植物稳定化技术的持久性令人怀疑。植物提取是指利用重金属超积累植物从土壤中富集一种或几种重金属，将其转移并存贮至可收割的部分，经收割后进行集中处理。但是，超积累植物对金属具有选择性，其他的金属对植物的生长有影响，这种影响甚至是致命的而且超积累植物生长慢、生物量小、大多数为莲座生长，很难进行机械操作，因而暂时不适用于大面积污染土壤的修复。

(3)微生物修复技术。

有些微生物具有嗜重金属性，利用微生物对重金属污染介质进行净化，在水体污染中被证明是一种很好的方法。如果用于土壤环境的处理，可能是一种行之有效的方法，目前学界已进行了积极研究。据报道，日本发现一种嗜重金属菌，能有效地吸收土壤中的重金属，但存在着土壤与微生物分离的难题，如此可能会导致生物入侵的问题。如果得到妥善的解决，将是一种很有发展前景的处理方法。

(4)农业措施。

农业措施是因地制宜地调整一些耕作管理制度以及在污染土壤上种植不进入食物链的植物等，从而改变土壤中重金属活性，降低其生物有效性，减少重金属从土壤向作物的转移，达到减轻其危害的目的。农业措施主要包括控制土壤水分、改变耕作制度、调整作物种类、合理施用有机肥等。有研究表明，通过控制土壤水分和调节土壤Eh值后，土壤中重金属的活性受到该土壤氧化还原状况的“钝化”影响，因而通过科学地控制土壤水分和调节土壤氧化还原状况，可达到降低土壤重金属危害的作用。

合理施用有机肥。合理施用堆肥、厩肥、植物秸秆等有机肥，不仅可以改善土壤的理化性状、增加土壤有机质，而且可以增加土壤胶体对重金属和农药的吸附能力，同时影响重金属在土壤中的形态及植物对其的吸收。有机质作为还原剂，可促进土壤中的镉形成硫化镉沉淀，促进毒性较高的Cr6＋变成毒性较低的Cr3＋。向Cd污染土壤中加入有机肥，由于有机肥中大量的官能团和较大比表面积的存在，可促进土壤中的重金属离子与其形成重金属有机络合物，增加土壤对重金属的吸附能力，提高土壤对重金属的缓冲性，从而减少植物对其的吸收，阻碍重金属进入食物链。

上述的土壤修复技术各有优缺点。应当指出，由于经济和技术上的原因，例如成本高、实地应用经验不足及处理效果不稳定等，致使上述很多技术尚没有进入商业化应用阶段。目前应用最广泛的还是固化和淋洗技术，即使是在经济、技术发达的西方国家诸如美国等也是如此。因此，建议在我国首先可以利用上述方法的合理组合对污染土壤进行污染控制，并根据本书前述章节提出的不同土地利用类型下的风险控制值(或经综合考虑后制定的清理值)进行有针对性的环境修复，并大力地开展城镇土壤重金属污染机理的研究，尽早开发出一套适应于不同土壤类型的重金属修复技术备选清单，并将其融合到城镇土壤环境综合信息数据库中，为城镇土壤重金属污染健康风险的修复管理提供良好的技术支撑。