土壤修復：滾蛋吧 重金屬 ！

環(huán)境保護部與國土資源部聯(lián)合發(fā)布的《全國土壤污染調查公報》顯示，西南、中南地區(qū)土壤重金屬超標范圍較大;鎘、汞、砷、鉛4 種無機污染物含量分布呈現(xiàn)從西北到東南、從東北到西南方向逐漸升高的態(tài)勢。 

土壤重金屬污染越來越多地被關注和重視。由陳明研究員和張佳文教授級高級工程師帶領的中國地質科學院礦產資源研究所的土壤修復科研團隊，先后提出一系列理論、方法和技術，研發(fā)了多種土壤修復劑和快速、高效、低成本的永久性修復技術，讓重金屬土壤重返潔凈。

建立土壤修復基礎理論——緩變型地球化學災害理論

“緩變型地球化學災害”理論是在國外“化學定時炸彈”的概念基礎上發(fā)展起來的。在謝學錦、吳傳璧和李家熙等老一輩科學家的關懷指導下，與嚴光生研究員、劉曉端研究員等合作，陳明等人首先著手研究了“緩變型地球化學災害”理論。2002年，國土資源部“十五”規(guī)劃中設置了《緩變型地球化學災害研究》項目。

緩變型地球化學災害研究的主要內容包括物質來源，遷移轉化途徑、規(guī)律和影響因素，災害鏈的組成與阻斷途徑，災害發(fā)生發(fā)展的定量模型和預測，災害的檢測監(jiān)控和信息處理技術等。

2004年，陳明在執(zhí)行科技部重點國際合作項目《大型城市水土環(huán)境污染機理與綜合修復技術研究》中，基于緩變型地球化學災害理論提出了炭石灰與其他礦物材料相結合進行重金屬污染土壤修復的思路，取得了較好的修復效果。

2012年，在《海西經濟區(qū)緩變型地球化學災害研究》課題中，陳明等人根據(jù)緩變型地球化學災害的基本理論，探索了汞元素緩變型地球化學災害鏈的組成與阻斷途徑，將天然礦物的改性與納米技術結合起來，研發(fā)了土壤汞穩(wěn)定化劑。

深化地球化學工程學理論——用于水—土重金屬污染綜合修復

地球化學工程學的概念在本世紀初開始引入國內，其原理是應用地球化學知識，通過人工制造的某些地球化學作用或利用地球化學原理制造的產品實現(xiàn)環(huán)境污染治理與管理的途徑、方法和技術。

地球化學工程技術用于修復重金屬污染土壤有三大優(yōu)勢：一是可以根據(jù)不同的土壤條件和污染物質，選擇不同的非金屬礦物材料;其次有些非金屬礦物自身的重金屬含量微乎其微，進入土壤后可以在自然條件下與土壤中的組分結合，不會對環(huán)境造成二次污染，可以認為是一種清潔材料;第三，由于非金屬礦物價格低，低成本的修復劑具有天然的優(yōu)勢。

陳明等提出的“沙漠沙丘系統(tǒng)”是以地球化學工程學原理為指導的特殊水處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用沙漠沙作為濾料，通過“機械過濾”、“化學作用”和“生物作用”凈化污染水，一方面可使沙丘變得濕潤而不再移動，以固定移動沙漠;另一方面又能凈化污染水，最終起到“以害克害、固沙治水、一舉多得”的良好綜合生態(tài)環(huán)境效應。“沙漠沙丘系統(tǒng)”是一種綠色的水處理系統(tǒng)，所需的原料和生成物都屬于自然界存在的物質，無二次污染的發(fā)生。該系統(tǒng)可以把官廳水庫水由五類和超五類處理成二～三類水。其原理同樣適用于水—土重金屬的“斷源、截流和末端治理”綜合修復。

研發(fā)長效土壤修復劑——降低農產品中重金屬含量

目前，國內不少土壤修復劑存在以下問題：一是修復后由于生成物容易被氧化、中和或溶解而導致失敗，重金屬重新釋放出來，還容易造成土壤板結;二是使用的材料在土壤環(huán)境中不穩(wěn)定，容易分解或降解。盡管有學者配合以納米和微生物等新技術，但依然不能避免修復效率低和長期穩(wěn)定性差的弊端。

為了避免上述問題，資源所土壤修復科研團隊充分發(fā)揮巖石學、礦物學和元素地球化學等的學科優(yōu)勢，利用不同天然礦物材料對重金屬的專屬吸附性，研發(fā)高效土壤重金屬穩(wěn)定化劑。經過進一步的物理、化學和納米的改性，形成特殊微觀結構可將重金屬禁錮在土壤微粒中，不易被氧化、分解和重溶，從而使得修復效果具有長期穩(wěn)定性。在北京、天津、福建和河南等地的現(xiàn)場小試、中試和或典型示范，均證明了這些修復劑具有效率高和長期穩(wěn)定的特點。新型修復劑可降低65%以上的土壤活動態(tài)重金屬，并降低70%~95%的農產品中的重金屬。

高效低成本重金屬提取技術——永久性修復重金屬污染土壤

陳明帶領研究團隊將土壤系統(tǒng)看作成礦系統(tǒng)，用電動力模擬多期次脈動熱液成礦作用過程，人工模擬地球化學障研發(fā)重金屬捕獲器，形成了具有地學特色的“原地異位”的EK-SS電動修復技術，可以在48~72小時內將土壤中重金屬去除60%~90% ，而且成本接近于美國環(huán)保局最為推崇的穩(wěn)定化法，具有巨大發(fā)展前景。

該技術可以實現(xiàn)重金屬污染土壤的永久性修復，而且低成本，速度快，目前已經具有陽離子重金屬污染土壤修復和有機污染土壤修復兩大功能，可應用于城市污染場地、礦山周邊重污染土壤、工礦固廢、放射性污染廢渣等處理。由于電動修復屬于永久性修復技術，是2014年環(huán)保部頒布的《污染土壤修復導則》中規(guī)定、在相同條件下優(yōu)先使用的技術。

隨著“土十條”的實施，課題組今后將重點解決常規(guī)技術不能或難以解決的礦山環(huán)境、選冶企業(yè)、城市高價值污染地塊和重金屬企業(yè)廢水、固體廢棄物的處理問題，目標是永久性去除目標物中的重金屬及重金屬的回收，切斷土地重金屬的污染源。同時，發(fā)揮電動修復和土壤重金屬固定穩(wěn)定化技術方面的特長，將現(xiàn)有的修復技術應用于工礦、有色金屬選礦與冶煉、石油加工、化工、焦化、電鍍、制革等污染土壤(廢渣)的修復，盡快將已有技術和產品產業(yè)化、市場化。