镉污染地质生态修复监测及效果评价研究——以江苏地区为例

张亚男，练 翔，钱凌宇，华 君

随着土壤中重金属含量超标带来了很多大规模的污染事件，调查结果显示：中国很多地区的土壤都出现了镉含量超标的问题，河流沉积物中以及矿化点附近的镉含量更是频繁出现异常现象由于在利用以上方法进行镉污染地质生态修复监测时，受复合污染现象的影响而无法进行镉污染地质生态修复监测指标筛选，在土壤厚度为0 cm ～20 cm 的范围内，存在测得的镉活性数据偏差较大的问题，因此提出一种新的镉污染地质生态修复监测方法并对其进行效果评价。

1 研究区概况

1.1 地理位置

宜兴市是江苏省的一个县级市，由江苏无锡进行管辖。地处北纬31°07’～31°37’，东经119°31’～120°03’。在江苏省的西南部，处于长江三角洲的中心。东面为太湖，与苏州连接，东南面长兴，西南接轨广德县，西接常州，西北连接金坛市。宜兴市的资源非常丰富，可以开发的土地也比较多，由于四处都是湖，常年降水量比较充足。

1.2 气候

宜兴市的气候温差比较大，年平均气温只有16℃左右。但是气温最低时可达到零下8℃左右，气温最高时可达到38℃左右全年降雨天数可达100多天。降水量最多时达到了1000+mm。从月降水量分布来看，降水量最多的是在6 月份与11 月份。

1.3 水文

宜兴市降水充沛，以2015 年为例。宜兴的最高水位达到了4.67m，在6 月底出现，最低水位为2.86m，在2 月中旬出现，水位差较高。

1.4 植被

就目前而言，江苏省宜兴市跨南暖温带，处于亚热带过度的地区，气候比较炎热，植被类型主要包括落叶阔叶林、落叶常绿阔叶混交林以及常绿阔叶林。

2 研究内容、方法及技术路线

2.1 试验区

本文选取江苏省作为本次的研究对象。江苏省是我国经济较为发达的地区，更是长江三角洲的主要经济组成，农业和工业都非常发达。特别是对于农业来说，集约化土地程度比较高，据不完全统计，在2010 年江苏省的土地面积就达到了上千万公顷，耕地面积有460 万公顷，土地利用率也比较高。但是在之后的统计调查中，江苏省的镉污染情况比较严重，整体形势比较差。主要的金属污染包括镉（Cd）、汞（Hg）、砷（As）、铜（Cu）、铅（Pb）、铬（Cr）、锌（Zn）、铁（Fe）八种金属污染物组成，重度污染超过1%，中度污染为2.0%，轻度污染达到20%。相较于我国的平均污染水平，是属于非常高的范畴。

2.2 污染地质调查

江苏省的工业化程度比较高，尤其是在苏州，已经超过了50%的土地受到了金属污染，与全国的平均值相比已经超过了2.5 倍。对江苏省地区的稻谷进行抽样，之后发现镍、汞、铬等金属的含量已经超过了标准值，尤其是在太湖地区的水稻，超过了标准值10 倍左右。砷与铅也出现了严重超标的情况，超标率也达到了13.6%。在对小麦籽中的监测中，镉、锌、铅的超标率也达到了20%左右，最严重的是镉污染，达到22.7%。

2.3 采样

本文将江苏省宜兴市所存在的土壤镉污染问题进行了研究，并对其进行采样。宜兴市是我国非常有名的“陶都”，在陶瓷行业过程中，会用到非常多的染料，这些染料在一定程度上影响了土壤中的镉污染。经过研究后发现，土壤中的镉污染大多数都是来自于染料，染料进入土壤后之后造成了镉污染。镉污染包括镉黄与镉红，主要成分是CdS,是一种无气味的黄色颗粒状物体，有毒性。在采样的过程中发现，镉污染主要在工业比较发达的地区很严重，因为工厂废弃物会会流入到土壤当中，其中就包括了染料污染。除此之外，还有污水污染、农药污染、塑料污染等等，这些都会产生重金属，污染土壤。为了能够达到修复地质生态监测的问题，必须要进行土壤的采样并且进行检测，减少镉污染对土壤的伤害，这有利于生态平衡的发展，实现人类与生态共同进步的终极发展目的。

在检测的过程当中，主要包括了镉（Cd），汞（Hg），砷（As），铜（Cu），铅（Pb），铬（Cr），锌（Zn），铁（Fe），具体的检测数据如表1 所示。

表1 土壤中所含污染物检测数据

3 镉污染地质生态修复效果评价研究

3.1 污染地质生态修复效果评价指标体系

评价指标无量纲化，定量指标可以直接查找相关的数据，并通过绝对赋值的方式对每个平均是进行赋值。相对测度指标，还需要进行科学、合理的计算。一般来说，都会有公式进行计算的。然后定性指标是无法得到相关数据的，还要进行定性分析，等级赋值等方式，随后再进行评价。每个数据之间拥有不一样的属性，所以不能使用统一的标准进行衡量，也很难将其进行比较。

指标中的定性具有一定的模糊性，根据指标当中的数据得到评价值与模糊的隶属关系。正项指标的公式可以表示为L=L1+X-X1/X2-X1（L2-L1）；（X ＜X1）。你想指标公式可以表示为L=L2+X1-X2/X-X2；（X ＜X2）。适度指标的公式可以表示为L=L1+Xm-X1/X-X1（Lm-L1）；（X ＜Xm）L=1（X=Xm）；L=L2+Xm-X2/X-X2（Lm-L2）；（X ＞Xm）。

3.2 镉评价方法及权重确定

通过爛权法对镉的指标进行相应的计算，计算的步骤主要包括一下集中。

意对n 个样本中的m 个数据指标进行计算，当第i 个样本的第j 个指标通过Xij 来进行表示。所以得到公式 i=1，2，3，4···，n。j=1，2，3，4···m。有公式

在这个公式当中就对应的指标对应信息熵。在各个对应的熵权进行计算时，会存在一些指标不一致的情况，为了能够讲各个数据同质化，还需要进行绝对值的转化，让其成为绝对值，这样会让数据更加的规范。对镉污染的土壤进行采样，并且进行地质生态修复指标的监测，之后进行计算，计算出信息熵以及熵权，具体数据如表2 所示。

表2 权重计算结果

?

为了能够得到动态下的土壤镉数据，需要将镉污染情况下与地质生态修复情况下的镉污染数据。并且与常规微生物监测方式进行比较，以此来得到准确的动态土壤镉数据。如果地质生态修复情况下的镉数据低于污染情况下的镉数据，就证明地质生态修复的实施非常有必要；如果两者的数据比较较为接近，则代表两种方式都可以使用，就需要考虑成本问题；如果镉污染情况下的数据高于地质生态修复，那就没有实施的必要。

4 镉结果与分析

4.1 镉污染地质生态修复参数

在表3 的镉污染地质修复监测当中，与微生物监测进行对比，在结果中可以看出来镉污染地质修复监测当中，数据偏差小于微生物监测。具体数据如表3 所示。

表3 污染地质生态修复参数

4.2 镉重金属污染地质生态修复效果评估

实验设计。

通过对被镉污染的土地进行研究并监测，做出评价，实验地区在某地，该地一直都存在着被镉污染的问题，表4 中的实验数据从河南省十二届人大会议地市此会议中提取出来《关于防止土壤污染工作的情况报告》。

根据实验地区的划分讲实验地区域分为810 个网格，然后通过与上文表2 的检测结果进行比较检测得出，得到的检测结果如表4 所示。

表4 检测结果

通过对各项指标对应的数据进行计算，从而获得采样地区土壤整体的镉活性数据，并与该地区被镉污染的土壤进行对比分析，如图1 所示，获得该地区被镉污染土地生态恢复的效果，实验中采用的土壤厚度为0cm ～20cm 之间的镉活性数据。

图1 重金属污染地质生态现状

?

4.3 镉污染治理对策措施

4.3.1 镉工程措施

修复镉污染工程上的措施有客土法、换土法、隔离法、电动力修复法、深耕翻土法等。专业人员对土壤做了深度改良实验，让白菜镉的含量降低至了50%～80%。

4.3.2 镉化学措施

化学的修复措施技术是使用化学改良剂，表面活性剂，还有金属抗结剂等等溶剂侵入受镉等重金属污染过的土壤中，通过把土壤里的重金属溶解、抽提以及分离，来实现减少污染土壤中的各个重金属含量的作用。现如今，化学修复污染的技术较多是通过改变土壤的理化性质，将阳离子代换量和有机质等多，使土壤中镉等重金属的扩散性、溶解性，以及生物毒性及其在植物体内的累积降低。土壤镉污染的化学修复技术最常使用的方法为化学固定、淋洗还有提取。采用化学修复土壤重金属镉污染其具有费用适中，效果较好等等有点。到目前为止常用到的改良剂、抗结剂还有表面活性剂有：磷盐酸、石灰、碳酸钙、硅酸盐、合成沸石以及有机肥料等。比如，合成沸石可以有专性吸附、离子交换吸附这些机理，能够有效的降低土壤中的重金属镉含量高所导致的污染。有机物的使用可以将土壤中的重金属以及其硫化物形式沉淀，除此之外还有，有机物还能和镉子相结合形成螯合物，降低镉子的活性降低污染，实现改良修复土壤的效果。

4.3.3 镉生物措施

（1）生物措施。微生物的污染修复措施是通过微生物与许多重金属都具有比较强的亲和性的特点，来达到对土壤所含的具有污染性的重金属给吸收、沉淀和氧化还原功效，从而降低土壤中的重金属含量和毒性。微生物修复土壤重金属措施还包括了生物吸附、胞外沉淀。生物转化、生物积累和外派作用。迄今发现的可以有效降低重金属生物的有效活性的微生物主要有细菌、真菌、藻类微生物。

（2）动物修复。可以利用土壤中像蚯蚓一类的动物，在被污染的土壤中生活、繁殖等过程来治疗被污染的土壤，将土壤中的污染物进行转化和富集的作用，这样的方式可以在一定程度上降低了被污染土壤中重金属的比例含量。

（3）植物修复。植物修复被污染土壤的措施是指利用植物吸收、分解、转化，或者固定土壤、沉淀物、地下水中有毒有害污染物这种技术的总称。据统计，超累积的植物有将近20 科、500 种，在这当中十字花科、禾本科居多，集中于庭芥属、芸苔属以及遏蓝菜属。

5 结语

综上所述，镉污染地质生态修复监测方法可以有效的减少镉数据的偏差，更加利于镉污染处理的准确性。江苏省宜兴市的镉污染主要表现为染料污染、污水污染，从而流入到土壤当中，造成了土壤中的镉含量超标。除此之外，其他重金属也出现了超标的情况。就目前而言，我国的经济发展已经取得了稳步的发展，在日后的发展中要注意环境问题，建立相关的环境保护体系，运用我国提出的“可持续发展”战略，以此来促进社会的和谐发展。