土壤环境监测与修复技术研究

吴卫海，王旭东，刘合建

（山东省枣庄生态环境监测中心，山东 枣庄 277000）

1 土壤污染及其特性

1.1 土壤污染物的种类概述

在山东枣庄地区，最常见的土壤污染物有无机物、有机农药、有机废弃物、化学肥料和放射性物质等。以上污染物在经过试验测试后，发现其成分不一但却有共通性。如果这些污染物没有经过科学、合理的处理，就直接排放到土壤中，将会对环境造成严重危害，而且，其中的部分化学成分会严重危害人们的身体健康以及财产安全。

（1）无机物主要包括重金属，酸、盐、碱等。当这些物质直接排放到土壤环境中，很难被土地自然降解，且当土壤中的含量超过5 mg/m3后，会散发出有害气体。

（2）有机农药主要包括杀虫剂、除锈剂等，这些物质多为酸性或碱性液体，当少量排放到土地中时，危害性不高；但如果大剂量地排放到土壤中，就会严重威胁人身安全。

（3）有机污染物主要分为两种不同的类型，分别是土壤自身可降解的废弃物和难以降解的废弃物。当前，有机废弃物的概念比较广泛，也是最常见的污染物种类。

（4）化学肥料主要包括污泥、矿渣、粉煤灰等，这些物质主要来源于项目施工现场残留的或在设备运输过程中遗落的。如果少量排放到土壤中，不会带来极其严重的环境污染问题；但如果大剂量地排放或长时间覆盖在土地表面，就难以降解，而其成分中的汞、镍等会使周围土壤受到影响，从而会转化为酸性或碱性土地。

（5）放射性物质则是上述污染物中最少见的一种，但危害性却最高。经有关专业人士定义后认为，当前社会上常见的放射性物质有钚、铀、黏土、花岗岩、建筑石材等，这些物质本身具有极强的扩散性，除了对土地会造成污染外，更会对接近的人体产生不可逆转的危害。近些年，虽然放射性物质大面积感染的现象十分少见，但每次出现都会带来极其严重的负面影响，并且纵观我国的发展历史，在交通线路，重工业厂区，周围土地都会不同程度地出现污染现象。其中，部分未经审核的非法工厂，更会导致周围土地出现严重的重金属污染问题。同时，随着我国居民区住宅面积的不断扩大，很多厂区周围也开始兴建宿舍或居民区等，但随着土地问题的不断恶化，将会严重影响居民的人身安全。

1.2 土壤污染特性

（1）土壤污染具有隐蔽性和滞后性。其中，隐蔽性是指当土壤内部出现重金属污染物或病毒时，短期内不会呈现出明显的外在症状，而污染物则会长期隐藏于土地中，并不断扩散，这时土壤内部的微生物也难以将其降解，且随着时间的不断推移会导致土壤环境严重恶化。而滞后性则是因为环境本身就具有一定的修复能力，当重金属等污染物排放到土壤环境中时，短期内会被其自身的净化能力进行处理，不会出现明显的隐患，但随着时间的不断推移，环境自身的净化能力有限，就会逐渐出现很多的环境问题。另外，土壤污染还具有区域性，由于每个地区的地势结构都存在一定差异性，所以其周边的产业结构也各有不同，例如，部分地区会兴建重工业，但少部分地区却只有种植业和轻手工业。因此，出现的土壤污染问题也会存在一定差异，如重工业工厂较多的地区，其周边会频繁出现重金属污染等问题，而种植业较多的区域周边则会频繁出现化肥或生物污染等问题。

（2）经实验表明，通常情况下重金属等工业污染会具有3～6个月的潜伏期，但当重金属的含量超出10 mg/m3之后，土壤会逐渐向酸性转化，若长期得不到治理，就会导致微生物灭绝，而土壤释放出的刺激性气味，也会使地下水源受到污染，甚至还会危及群众安全。而化肥等污染则具有更强的潜伏期，通常情况下会在1年以上。一般情况下，化肥等产品的内部主要是无机物，但当积存的数量达到固定标准后，其本身存在的P和N等元素也会对环境造成严重污染。

2 环境监测的内涵

环境监测是环境执法的主要依据，也是工作人员对周围环境进行评定的主要手段。自上世纪初以来，我国的土壤污染事故频繁发生，因此，政府机关和社会各界都开始明确放射性物质的危害性，并逐渐了解其对周围环境和人体健康的影响。当前，越来越多的人开始认识到环境监测的重要性，国家也开始加大力度对放射性、污染性物质进行重点监测，主要是为了实现环境健康无污染的可持续发展。

但随着我国社会经济的不断发展，能源的需求量越来越大，导致重工业的产业数量激增，而随之土壤环境污染问题日益加剧。因此，环境监测的重要性得到了良好体现。在实际的环境监测工作中，如果没有根据实际情况进行妥善的环境污染监测和质量评估，就会导致周边环境持续恶化，最终会影响人们日常的生产生活。所以，工作人员必须要积极投入环境监测工作，同时，还要明确具体的工作目标和工作流程，做好各部门联动，实现环保目标。

具体来说，环境监测工作主要分为以下几个流程，分别是现场勘察、监测点位布防、样品数据收集、样品数据监测和最终的信息评估，以上步骤都具有较强的严谨性，这就要求工作人员应事先查找准确的参考数值，然后再进行后续工作。具体的工作流程是，首先，工作人员要明确依据环境监测现场地形特点制定的调查方案；然后，再对污染物的来源，设备性能，污染物的排放情况以及特定成分污染物的浓度进行详细勘察，同时，也需要借助仪器设备对现场的水体环境，地理环境和气象条件进行综合测评，最后；在确定开展后续工艺时所需要注意的事项，但要结合多方资料。另外，采样和信息收集点位的位置和布置的数量，需根据实际情况进行详细测算后再指定，同时，工作人员还要对样品进行合理的采集和保存，要在第一时间将样品进行整理，并根据相关工艺进行综合评价，最后结合具体的数据制作出监测报告。

3 土壤环境监测中面临的问题

现阶段，科学技术飞速发展，新型科学技术层出不穷，不仅给各行各业的生产效率带来了助力，也给土壤环境监测工作提供了一定帮助，这对于建立环境友好型的社会具有十分深远的现实意义。当前，虽然随着技术的更新和实践经验的不断增加，土壤环境监测工作已取得了一定成就，但在社会飞快发展的背景下，现有的工作体系已经出现了一定局限性，所以，工作人员必须要在实践过程中不断收集经验，从而有效解决现存的实际问题。

3.1 监测制度不完善

土壤监测工作是一项必须要依托数据，且需要工作人员具有较高的工作效率，但截至目前，我国在土壤环境监测评价体系和气相的有关规章制度方面仍然存在较大的缺陷，同时，又由于我国相关的土壤监测工作起步较晚，致使很多环境监测环节的效率始终无法达到预期，且部分工艺也无法快速落实，这主要是没有完善的监测制度作为依托。

首先，没有制定完善的前期考核体系。在实际的环境监测工作中，因土壤监测工作本身的技术含量较高，所以，在实施相关工艺之前，必须要有针对性地进行现场勘察，明确已知的各项信息是否准确，且现场的地形地貌和气象条件是否会随时发生变化。工作人员只有掌握这些具体特点，才能快速地调整设备，才能避免不必要的成本损失，从而确保工作效率和信息的准确性。但事实上，由于监测制度的不完善，导致工作人员只是简单地对几项标准化数据进行监测后，便开始相关工艺，致使很多现实问题并未得到有效解决。

3.2 缺乏专业技术人才

土壤监测工作也是一项技术难度较高的系统工程，很多工艺的执行都需要借助精密仪器，这就要求工作人员有较高的技术水平，但现在很多工作人员的技术水平还停留在应用传统工艺的水平，由此可以看出专业人才的重要性。而在实际的土壤环境监测工作中，由于缺少专业性人才，导致该行业的前景并不乐观。主要表体现在以下两点：

（1）相关部门没有妥善完成技术人员的培养工作。通常情况下，对于土壤监测的工作人员要进行多方培训，要引导他们建立以实际监测数据作为衡量土壤的污染程度。但在实际工作过程中，由于土壤监测工作每一项工艺的实施，都需要提前测量大量的数据，导致很多工作人员会通过删减部分自认为不重要的步骤来减少工作量，而且还认为部分数据不会影响整体分析的准确性，但事实上任何数据监测不到位，都有可能会给后续的土壤治理工作带来一定隐患。同时，如果后续土壤治理工作开展的基础薄弱，不仅是返工问题，还会带来较高的成本损失。（2）人才流失较为严重，以山东枣庄生态环境局为例，其主要职责是，在帮助当地居民稳定经济收入的同时，还要缓解生态压力，治理环境隐患问题。但在实际工作中，很多技术人员认为难以获取较高的利益收入，进而选择其他高收益的工作，致使人员流失严重，后备人力资源较少。

3.3 新技术应用程度不足

（1）当前，随着社会的不断发展，科学技术不断创新。因此，现有的土壤环境监测工作已能应对复杂的土壤污染情况，而借助大数据技术，还能将污染土壤的监测数据进行有效收集和输送。并且，部分工作者甚至可以利用三维立体成像技术，还原以往的土壤结构，进而为后续制定治理策略提供理论支撑。但由于我国土壤环境问题具有存在时间极长，隐患较多且呈现出多样化等特点，很难在短期内完成技术更新。

（2）环境监测工作因其特殊性，所以，工作量较大，施工流程极为繁琐，并且大部分工作内容都无法依靠人力完成，需要借助仪器设备才能完成。但市面上常见的土壤监测设备通常造价极高，甚至部分高难度的工艺需要借助很多的先进仪器设备才能完成，导致设备成本成为制约相关工艺技术发展的主要因素。此外，一旦在实际应用过程中出现设备损坏或停止运转等问题，既需要耗费大量的人力物力对设备进行检验维修，甚至还需要花费庞大的成本进行设备更换，大型企业可能还可以应对这种情况，但部分中小型监测单位可能会因为设备损害等问题导致无法开展正常的监测工作。

（3）在土壤环境监测工作中，涉及的相关工作都需要进行数据收集、数据分析和数据传输。其中，数据收集需要工作人员提前准备传感器和信号接收器，并通过提前架设监测点位来获取各项数据的波动情况，最后绘制成图表，从而为后续工作提供完整的理论支撑。而数据分析和信息交流以及信息传递都需要建立稳定的局域网络系统或者借助先进的计算机网络技术，但这些技术手段也需要提前构建信息交互平台，这就意味着除硬件设备维护以外，还要对网站的稳定性，信息传递安全性等进行综合考量，这也会为相关单位带来更高昂的成本损耗[1]，因此，部分单位、企业不会投入过多的成本构建相应的技术平台。

4 土壤修复技术研究

土壤监测工作主要是为了明确资源状态，从而为后续的修复工作提供理论支撑，同时，优化土壤结构，变废为宝。在此理念的驱动下，我国开始积极主动地进行土壤修复体系的优化工作，发展至今，土壤修复已成为环保科学的一个重要领域，其技术手段较为成熟，修复技术也相对完善。

4.1 生物修复技术

生物修复技术是指利用微生物或特定的生物种类来完成有机污染物的降解和催化，从而消除环境中的污染因素，以达到环境治理的目的。

4.1.1 动物修复技术

在动物修复技术中，主要是利用蚯蚓等生物对重金属进行吸收，从而使土壤中的重金属含量得到一定程度地减少。该技术手段是利用生态系统的循环能力来达到环境治理的目的，虽然可以很好的降解环境中的有机污染物，但蚯蚓等生物本身在吸收重金属离子后，也具有污染性，如果进行没有合理的回收处置，极易出现二次污染的问题。另外，有科学家经研究后表明，将蚯蚓放在牛粪等生活垃圾中饲养，可快速提升其对锡元素和铜元素的富集能力，进而也可以减少环境污染问题，在实现了生态系统稳定的同时，也满足了消费者的需求[2]。

4.1.2 植物挥发修复技术

植物挥发修复技术主要是利用植物本身根系的分泌物对重金属元素进行结构转化，使其成分转化为可挥发状态，从而快速从土壤中降解或挥发。同时，还可以将其他污染物吸收到体内，转化为气态物质，并释放到大气中缓解空气污染，提升氧气含量，从而达到净化土壤和治理环境的双赢状态。经科学家实验发现，植物挥发修复技术可将被转化后的铅结合成难溶解的磷酸铅，并通过成分中和来降低铅元素本身的毒性，同时，也可以因其转变为固化状态导致毒素难以扩散，从而达到环境治理的目的。此外，还有部分植物能将As，Se，Hg等成分从甲基化转为可挥发分子，甚至可以将部分无机汞盐转化为气态单质汞。

4.1.3 微生物修复技术

微生物修复技术相对好理解，是通过土壤本身的降解能力，再利用土著菌或外来真菌以及经过人工培养的工程菌，对土壤中的有机污染物进行转化、降解。经实验表明，要想使微生物达到预期的降解和净化能力，就需要为其提供足够营养物质来强化本身的降解能力。当前，市面上最常见的微生物修复技术有强化自然递减、生物堆修复法，堆肥修复法和氧化还原修复法等，这些技术的优势在于成本较低，操作难度较低，不会形成二次污染，因此，微生物修复技术也一度成为污染土壤修复中最常见的修复技术[3]。

4.2 热脱附技术

热脱附技术是物理修复方法中的一种，其主要的工作原理是将土壤加热后，再利用本身的热交换来完成热能传递，从而使污染物在蒸发过程中被携带远离土壤，同时，温度的变化也会使部分不稳定污染离子出现化学反应，并与大气中的氧气，二氧化碳等物质相结合，从而形成无污染的固化或气态物质。但该方法在诸多国家进行使用后，发现其本身造价较高，修复时间较长，虽然有较明显的环境治理能力，但在应用过程中会浪费大量的人力物力，所以，当前还没有作为首要的土壤环境治理手段。但该方法具有较大的发展潜力，由于其设备可以随着现场移动，并且修复后的土壤可以达到无污染状态，因此，使得热脱附技术成为治理面积较小，但治理质量要求较高的地区的主要技术手段。同时，随着工作经验的不断普及，相关人员也开始研究热脱附技术的自动化转变，以此来减少人力物力的损耗，解决其短板问题[4]。

4.3 固化稳定技术

该技术手段是化学修复技术中最常用的一种，经实验表明，其主要的工作原理是借助化学反应对土壤内部的重金属元素进行快速的控制和剔除。例如，在我国冶炼行业经常会出现铬、汞等金属污染物，若利用常规的方法很难去除，并且，其本身也具有难以发生反应的强稳定性，而应用加热等多种技术手段也很难达到预期效果，由此，固化稳定技术应运而生。在实际的应用过程中，可把石灰、沥青和硅酸盐水泥当作固化剂，以此来处理多种金属的复合型污染问题，甚至美国等国家都针对固化稳定技术建立了专项基金，用于发展相关的技术手段，由此可见该技术的强大发展潜力。此外，经实验研究后发现，固化稳定技术借助化学反应除了可以对常规的铬汞等元素进行治理外，还可以对有机污染物进行高效处理，并凭借本身的降解能力，还能将重金属离子氧化成固态，或利用特定成分将原有稳定性较强的分子结构破坏，然后再通过加热等方式将污染物离子挥发，并利用大气的清洁能力将其转化为二氧化碳等常规气体，最后输送到生态系统中完成生态循环。

5 结语

综上所述，土壤环境监测结果水平的提高，可以为土壤环境治理提供更强有力的数据支撑，并且，相关人员在实际工作时也能借助完善的工作体系进行各项工艺的调整和优化。基于此，本文通过总结环境治理的内涵和土壤污染物的特性，明确了各项监测技术的不足之处，并探讨了具体的修复技术，旨在为环境污染治理和环境科技创新的可持续发展保驾护航。