全球土壤污染及修复技术现状与未来趋势分析报告

全球土壤污染及修复技术现状与未来趋势分析来源：环境工程技术学报作者:纪冬丽

【导读】随着含砷金属矿产的开采与冶炼、化石燃料的燃烧、含砷化学制品及农药的使用、木材防腐及工业废水的排放和非法倾倒等，使得土壤中砷浓度日益增加，引起了世界范围内不同程度的土壤砷污染，土壤砷污染及其造成的严重后果已不容忽视。

随着含砷金属矿产的开采与冶炼、化石燃料的燃烧、含砷化学制品及农药的使用、木材防腐及工业废水的排放和非法倾倒等，使得土壤中砷浓度日益增加，引起了世界范围内不同程度的土壤砷污染，土壤砷污染及其造成的严重后果已不容忽视。土壤砷污染具有隐蔽性、长期性和不可逆性等特点，据Allaway估算，进入土壤的砷如果只通过植物吸收使其在土壤中消失的时间为100a，因此土壤一旦遭受砷污染其治理难度大且周期长。据统计中国土壤中砷浓度的平均值为11.2mg/kg，约为世界平均值(6mg/kg)的2倍，我国土壤砷污染问题更加突出。为此2011年国务院批文的《重金属污染综合防治“十二五”规划》中，将砷列为第一类重点防控污染物。针对土壤砷污染，国内外许多学者研究了土壤中砷的污染浓度、污染范围及赋存形态等，并开展了修复研究。笔者综合分析了前人在该领域的研究成果，对国内外土壤砷污染的现状、修复技术以及研究方向等进行了阐述，以期为以后的研究工作提供理论支撑。

1、土壤砷污染现状

1.1 国外土壤砷污染现状

目前，世界上许多国家和地区土壤砷污染程度十分严重。根据美国国家环境保护局(USEPA)的规定，砷在土壤中的浓度限值为24mg/kg。土壤砷污染来源十分广范，主要由一些人为活动导致，包括杀虫剂的使用、除草剂和磷酸盐肥料的施放、半导体工业的发展、采矿和冶炼、制造业、燃煤、木材保存剂等。欧洲表层土壤中砷浓度的平均值为7.0mg/kg，但不同地区不同土壤条件下，砷的背景值差别很大。世界上不同砷污染地区土壤中的砷浓度见表1。

表1 砷污染地区土壤中砷浓度

由表1可以看出，在富含金矿的波兰西南部下西里西亚省，土壤中的砷浓度高达18100mg/kg。此外，孟加拉国、印度的西孟加拉邦、阿根廷和越南，砷污染导致3900万以上的人受到不同程度的毒害，700万人受到严重伤害。智利砷污染地区膀胱癌和肺癌的发病率是其他地区的2倍。根据日本环境部最新土壤污染调查报告显示，在日本1906个污染场地中，砷污染场地占27%(510个)。

2011年，美国毒物及疾病注册局和USEPA将砷列为超级基金场地中最毒污染物之首。Yang等调查研究显示，在密西西比河流域有超过半数地区都处于砷污染高风险区。澳大利亚共有超过10000个土壤砷污染场地，其中某金矿附近村庄土壤中砷浓度高达9900mg/kg。据Nrigau等的统计，全球每年向土壤中输入的砷总量为0.94×108kg，其中约42%来自采矿和冶金过程中“三废”的排放。部分国家(地区)因采矿和金属加工造成的土壤砷污染情况见表2。由表2可知，这些国家和地区土壤的砷污染程度极其严重，砷污染浓度超出GB15618—1995《土壤环境质量标准》一级标准值(≤15mg/kg)百倍之多。

表2 部分国家(地区)因采矿和金属加工造成的土壤砷污染情况

1.2 我国土壤砷污染现状

近年来，随着人们对含砷矿石的大规模开采，砷剂在工农业生产中广泛应用，以及大量堆积的含砷废石、尾矿被氧化和淋滤溶解，造成砷元素的分解、迁移和扩散，导致土壤受到砷污染，对生态环境和人体健康造成潜在的威胁。我国土壤砷污染事件呈集中爆发态势，贵州省独山县、湖南省辰溪县、广西省河池市、云南省阳宗海地区、河南省大沙河地区、邳苍分洪道地区土壤砷污染事件层出不穷，这些都预示着土壤砷污染已发展成为灾难。自2013年下半年，瑞士和我国研究人员在瑞士公布的最新研究成果显示，我国有近2000万人生活在土壤砷污染高风险区，例如新疆塔里木盆地、内蒙古额济纳地区、甘肃省黑河地区、北部平原的河南省和山东省等，我国土壤砷浓度超过10μg/L的地区总面积为58万km2。

全球砷矿资源探明储量的70%集中在我国，据统计我国年产砷渣50万t，已囤积的砷渣200万t，但砷渣的无害化处理和综合利用率低，大量含砷尾矿库的闲置和任意堆放加快了砷释放到土壤中的速度，因此在采矿和冶炼活动密集的地区，土壤砷污染问题尤其突出。新疆克拉玛依的哈图金矿尾矿中的砷浓度高达1100mg/kg，伊犁哈萨克自治州的阿希金矿尾矿中砷浓度在1000mg/kg以上，对当地的土壤和地下水造成严重威胁。广东省连南县寨岗镇铁屎坪炼砷遗址，在20世纪80年代后期停产后，含砷214%～518%的废渣尾砂堆存2147万t，占地1128hm2。广西省和湖南省受到砷污染的土壤至少有上千km2。莫昌琍等研究了湖南锡矿山锑矿区的采矿区、冶炼区和尾矿区附近农用土壤砷污染状况，结果表明，这3个区域8个采样点的农用土壤中砷浓度为14.95～363.19mg/kg，远高于湖南土壤中砷的背景值。

污水灌溉、工业污泥及含砷肥料、农药等在农业生产中的使用亦造成了农田土壤环境污染。湖南省常宁县大面积的水稻已遭受到砷污染，砷浓度为92～840mg/kg，远远超出土壤中砷的背景值。

张竹青等对湖北省荆州市郊区蔬菜基地土壤取样分析发现，砷的污染面积较大，污染源为含砷农药。北京市近郊菜地土壤砷浓度范围及平均值分别为4.44～25.3和9.40mg/kg，明显超过北京市土壤中砷的背景值。另据调查显示，上海市、天津市、广州市和南京市市郊菜地土壤砷浓度均有高出当地土壤中砷背景值的情况，有的已造成土壤砷污染。

面对日益严重的土壤砷污染趋势，国内相继开展了大量土壤砷污染调查及场地修复工作：1999年起，开展了砷的超富集植物筛选和土壤砷污染的植物修复研究，利用砷超富积植物蜈蚣草在湖南建立了第一个土壤砷污染的植物修复基地，并进行了现场修复试验；随后又在广西省和云南省建立了砷、铅等重金属污染及酸化土壤修复的示范工程，采用超富集植物与经济作物间作的修复模式，可以边修复污染土壤、边开展农业生产；2009年，利用化学-植物修复技术处理日本遗弃化学武器引起的农田有机土壤砷污染，对该技术进行了工程应用示范，用于修复数百公顷有机土壤砷污染；此外，中国环境科学研究院清洁生产中心正在以湖北省荆门市为主要研究区域，针对该市20余家涉砷企业存在的土壤砷污染环境风险以及相应的历史遗留问题，进行以实现砷排放总量控制目标并持续推动以源削减和全过程污染防治控制为目的的研究。

2、土壤砷污染修复技术研究现状