我國污染土壤修復技術及產業(yè)現(xiàn)狀

趙金艷，李 瑩，李珊珊，張 爽

（北京機電院高技術股份有限公司，北京 100027）

1 我國土壤污染現(xiàn)狀及污染類型

土壤是人類賴以生存的主要資源之一，近年來，隨著工業(yè)的快速發(fā)展和城市化規(guī)模的不斷擴大，礦產資源的不合理開發(fā)及其冶煉排放、長期對土壤進行污水灌溉和污泥施用、人為活動引起的大氣沉降、化肥農藥的使用等原因，造成了土地污染面積不斷擴大，土壤污染日益嚴重。根據全國土壤污染調查結果，目前我國受污染的耕地約有1.5億畝，占18億畝耕地的8.3%[1]，多是集中在經濟較發(fā)達的地區(qū)。另根據國家環(huán)保部門組織的《典型區(qū)域土壤環(huán)境質量狀況探查研究》顯示，珠三角部分城市有近40%的農田菜地土壤重金屬污染超標，其中10%屬嚴重超標。據估算，全國每年因重金屬污染的糧食達1200萬噸，造成的直接經濟損失超過200億元。土壤污染具有隱蔽性、毒害性、累積性、長期性、多樣性和滯后性的特點，被污染的土壤通過地下水或生物富集作用直接或間接地影響著人類健康。

土壤污染主要包括重金屬污染、農藥和有機污染物等多種類型。其中90%左右被污染土壤都與重金屬有關。

2 我國土壤修復相關政策及標準

2.1 現(xiàn)有的相關政策法規(guī)

目前，我國涉及土壤保護的法律法規(guī)主要有《環(huán)境保護法》、《土地管理法》、《水土保持法》，在水、大氣、固體廢棄物污染防治法中，也對土壤環(huán)境保護有所涉及。但這些法律規(guī)定分散且不系統(tǒng)，可操作性不強，不能滿足保護土壤環(huán)境的實際需要。關于污染場地的法律責任，中國目前的法律中尚未明確提出。即使是污染場地、棕色地塊、土壤修復等基本概念，都沒有法律法規(guī)的確認和統(tǒng)一的界定，只是近年來在一些學術資料中使用。

鑒于近年來城市工業(yè)企業(yè)搬遷中土地污染問題的嚴峻性和迫切性，有關部門出臺了一些專門的規(guī)定，如《關于切實做好企業(yè)搬遷過程中環(huán)境污染防治工作的通知》（2004年）、《污染場地土壤環(huán)境管理暫行辦法》（2007年）、《關于加強土壤污染防治工作的意見》（2008年）等，為污染場地的管理提供了一些有益的參考，在污染場地的管理方面前進了一步，但相對于目前的土地污染修復與再開發(fā)中的實際問題，這些文件的指導作用及約束力還遠遠不夠。

此外，《全國土壤環(huán)境保護“十二五”規(guī)劃》已通過專家論證，并經進一步修改后，將報請國務院審批。醞釀多年的《土壤污染防治法》也即將出臺，該法最終確定了以“治”為重點、“防治兼顧”的立法方向，有望從根本上解決土壤污染問題，使土壤污染防治工作步入法制化軌道。

2.2 現(xiàn)行的土壤標準

在土壤監(jiān)測標準方面，目前有《土壤環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范》（HJ/T166 -2004）、《地下水環(huán)境監(jiān)測技術規(guī)范》（HJ/T164－2004）、水利部《水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范》（SL219－98）；在監(jiān)控標準方面，有《地下水質量標準》（GB/T14848-93）、《土壤環(huán)境質量標準》（GB15618-1995）、《工業(yè)企業(yè)土壤環(huán)境質量基準》（HJ/T25-1999），已很少使用。其中我國唯一的《土壤環(huán)境質量標準》中，只包含了八種重金屬、兩種農藥，且只針對農用地土壤保護，已經相當滯后。上述標準中的污染物項目難以完全包括所有污染物，尤其是有機污染物，而且難以滿足場地修復的市場需求，也無法對場地土壤修復的效果進行評價。

我國土壤環(huán)境保護標準正在逐步完善。針對2010年上海世博會展覽場館的土壤修復，制定了《展覽會用地土壤環(huán)境質量評價標準（暫行）》（HJ350-2007）。《土壤環(huán)境質量標準》的全面修訂工作在緊張進行中，一系列的場地管理標準也正在征求意見，準備醞釀出臺，包括《污染場地風險評估技術導則》、《污染場地土壤修復技術導則》、《場地環(huán)境調查技術規(guī)范》和《污染場地環(huán)境監(jiān)測技術導則》等。其中《污染場地土壤修復技術導則》（征求意見稿）已于2009年12月發(fā)布。

總之，目前我國的土壤污染狀況缺乏比較全面系統(tǒng)的數據，相關標準體系也不完善，在土壤污染監(jiān)測監(jiān)控、環(huán)境風險評價及土壤修復技術等方面還未建立完備的技術指南及標準。

3 土壤修復技術現(xiàn)狀

土壤修復與空氣和水污染的治理不同，其耗時長、耗資大、處置過程更復雜，而且很容易產生二次污染。再加上我國土壤污染防治面臨的形勢很復雜：部分地區(qū)土壤污染嚴重，土壤污染類型多樣，呈現(xiàn)新老污染物并存、無機有機復合污染物并存的局面，因而土壤修復工作就顯得更為重要和復雜。目前土壤污染的主要修復技術有工程修復、物理-化學修復、生物修復及聯(lián)合修復技術等。

3.1 工程修復技術

土壤的工程修復技術主要包括排土、換土、去表土、客土和深耕翻土等措施?？屯练ㄊ窍蛭廴就寥纼燃尤氪罅康母蓛敉寥溃采w在表層或混勻，使污染物濃度降低或減少污染物與植物根系的接觸。換土就是把污染土壤取走，換入新的干凈土壤。翻土就是深翻土壤，使聚集在表層的污染物分散到土壤深層，達到稀釋和自處理的目的。通過這些方法可以降低土壤中污染物的含量，減少污染物對土壤-植物系統(tǒng)產生毒害，從而使農產品達到食品衛(wèi)生標準。翻土用于輕度污染的土壤，動土比較少，而客土和換土則是用于重污染區(qū)的常見方法。

工程措施是比較經典的土壤污染治理措施，它具有徹底、穩(wěn)定的優(yōu)點，但工程量大、投資費用高，會破壞土體結構，引起土壤肥力下降，并且還要對換出的污土進行堆放或處理[2]。

3.2 物理-化學修復技術

物理-化學修復是利用污染物或污染介質的物理化學特性，以破壞（如改變化學性質）、分離或固化污染物，具有實施周期短、可用于處理各種污染物等優(yōu)點。主要包括：熱處理技術、土壤固化-穩(wěn)定化技術、淋洗技術、氧化還原技術、電動力學修復技術和土壤性能改良技術等。

（1）熱處理技術

熱處理技術是指通過直接或間接熱交換，將污染介質及其所含的有機污染物加熱到足夠的溫度（150℃～540℃），使有機污染物揮發(fā)或分離的過程，按溫度可分為低溫熱處理技術（土壤溫度為150℃～315℃）和高溫熱處理技術（土壤溫度為315℃～540℃）。該技術是應用于工業(yè)企業(yè)場地土壤有機污染物污染的主要物理修復技術，包括熱脫附、微波加熱和蒸氣浸提等技術。熱處理修復技術適用于處理土壤中揮發(fā)性有機污染物、半揮發(fā)性有機污染物、農藥、高沸點氯代化合物，不適用于處理土壤中的重金屬（Hg和Se除外）、腐蝕性有機物、活性氧化劑和還原劑等[3]。該技術已經應用于苯系物、多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯和二英等污染土壤的修復。

（2）固化-穩(wěn)定化技術

固化-穩(wěn)定化技術是將污染物在污染介質中固定，使其處于長期穩(wěn)定狀態(tài)，是較普遍應用于土壤污染的快速控制修復方法。該技術可分為原位和異位穩(wěn)定-固化修復技術。原位穩(wěn)定-固化技術適用于重金屬污染土壤的修復，一般不適用于有機污染物土壤的修復；異位穩(wěn)定-固化技術通常適用于處理無機污染物質，不適用于半揮發(fā)性有機污染物和農藥殺蟲劑污染土壤的修復。該處理技術費用比較低廉，對一些非敏感區(qū)的污染土壤可大大降低污染治理成本。常用的固化穩(wěn)定劑有飛灰、石灰、瀝青和硅酸鹽水泥等，其中水泥應用最為廣泛[4]。但其所需的設備較多，如螺旋轉井、混合設備、集塵系統(tǒng)、大型儲存池等。另外，污染物埋藏深度、土壤pH值和有機質含量等都會在一定程度上影響該技術的應用以及有效性。

（3）土壤淋洗技術

土壤淋洗技術指借助能促進土壤環(huán)境中污染物溶解或遷移作用的溶劑，通過水力壓頭推動清洗液，將其注入被污染土層中，然后再將包含污染物的液體從土層中抽提出來，進行分離和處理的技術，可分為原位和異位化學淋洗技術。原位化學淋洗技術適用于水力傳導系數大于10-3cm/s的多孔隙、易滲透的土壤，如沙土、砂礫土壤、沖積土和濱海土，不適用于紅壤、黃壤等質地較細的土壤；異位化學淋洗技術適用于土壤粘粒含量低于25%、被重金屬、放射性核素、石油烴類、揮發(fā)性有機污染物、多氯聯(lián)苯和多環(huán)芳烴等污染的土壤。

常用的淋洗劑有水、酸/堿溶液、絡合劑、表面活性劑、氧化劑和超臨界CO2流體等。該技術的關鍵是提取劑的選擇，既能提取污染物又不破壞土壤結構，但事實上很難找到。而且，如果處理不當的話，引入的提取劑很有可能造成二次污染。因此研發(fā)高效的表面活性劑，提高修復效率，降低設備與污水處理費用，防止二次污染等是該技術重要的研究課題。

土壤淋洗技術的周期短，效率高[5]。由于該技術需要用水，所以修復場地要求靠近水源，同時因需要處理廢水而增加了成本。土壤淋洗以柱淋洗或堆積淋洗更為實際和經濟，這對該修復技術的商業(yè)化具有一定的促進作用，該技術在美國、英國、日本等國家已有很多成功的工程實例，商業(yè)化程度較高。

（4）土壤氧化-還原技術

土壤氧化-還原技術是通過向土壤中投加氧化劑或還原劑，使其與污染物質發(fā)生化學反應來實現(xiàn)凈化土壤的目的。通?；瘜W還原法修復對還原作用敏感的有機污染物是當前研究的熱點。例如，納米級粉末零價鐵的強脫氯作用已經被接受和運用于土壤與地下水的修復。但是，目前零價鐵還原脫氯降解含氯有機化合物技術的應用還存在諸如鐵表面活性的鈍化、被土壤吸附失效等問題，需要開發(fā)新的催化劑和表面激活技術。土壤光催化降解技術是一項新興的深度土壤氧化修復技術，可應用于農藥等污染土壤的修復。土壤質地、粒徑、氧化鐵含量、土壤水分、土壤pH值和土壤厚度等對光催化氧化有機污染物有明顯的影響[6]。

（5）土壤電動力學修復技術

電動力學修復是通過電化學和電動力學的復合作用驅動污染物富集到電極區(qū)，進行集中或分離的過程。研究發(fā)現(xiàn)，土壤pH值、緩沖能力、土壤組分及污染金屬種類會影響修復的效果。目前，國外科研人員已經發(fā)展了多種土壤電動修復技術，如Lasagna TM技術、Electro-Klean TM電動力學分離技術，并成功應用于污染土壤的修復[7]。

該技術不需要投入化學藥劑，修復過程對環(huán)境幾乎沒有任何負面影響，修復速度較快、成本較低，特別適用于小范圍的黏質的多種重金屬污染土壤和可溶性有機物污染土壤的修復。但電動力學修復技術對電荷缺乏的非極性有機污染物去除效果不好，對于不溶性有機污染物，需要化學增溶，易產生二次污染[8]。

（6）土壤性能改良技術

改良劑能有效降低污染物的水溶性、擴散性和生物有效性，減輕它們對生態(tài)環(huán)境的危害。土壤改良技術的關鍵是根據土壤物化特性、污染物的類型選擇試劑。應用較多的改良劑有：石灰性物質、有機物質、離子拮抗劑以及化學沉淀劑等。

總之，土壤物理-化學修復技術雖然各自都有較好的修復效果，但是各技術都有一定的適用范圍的限制；而且各個修復技術之間缺乏交融性，很少有人將多種方法融合起來構成一個技術體系，以發(fā)揮各自優(yōu)勢，擯棄各自缺點。

3.3 生物修復技術

生物修復技術是近20年發(fā)展起來的一項用于污染土壤治理的新技術，是指綜合運用現(xiàn)代生物技術，使土壤中的有害污染物得以去除，土壤質量得以提高或改善的過程。土壤生物修復技術，包括植物修復、微生物修復、生物聯(lián)合修復等技術。生物修復技術適用于烴類及衍生物，如汽油、燃油、乙醇、酮、乙醚等污染物的治理，不適合處理持久性有機污染物。

（1）植物修復技術

植物修復技術包括利用植物超積累或積累性功能的植物吸取修復、利用植物根系控制污染擴散和恢復生態(tài)功能的植物穩(wěn)定修復、利用植物轉化功能的植物揮發(fā)修復、利用植物根系吸附的植物過濾修復技術?？杀恢参镄迯偷奈廴疚镉兄亟饘?、農藥、放射性元素等[9]。其中，重金屬污染土壤的植物吸取修復技術在國內外都得到了廣泛研究，已經應用于砷、鎘、銅、鋅、鎳、鉛等重金屬以及與多環(huán)芳烴復合污染土壤的修復，并發(fā)展出包括絡合誘導強化修復、不同植物套作聯(lián)合修復、修復后植物處理處置的成套集成技術。

該技術不僅應用于農田土壤中污染物的去除，而且還可以應用于人工濕地建設、填埋場表層覆蓋與生態(tài)恢復、生物棲身地重建等。這種技術的應用關鍵在于篩選具有高產和高去污能力的植物，摸清植物對土壤條件和生態(tài)環(huán)境的適應性。然而目前已知的超富集植物雖然體內重金屬的含量高，但絕大多數生長慢、生物量小，且大多數為蓮座生長，很難進行機械操作。

（2）微生物修復技術

微生物修復是指利用微生物的代謝過程將土壤中的污染物轉化為二氧化碳、水、脂肪酸和生物體等無毒物質的修復過程。微生物修復主要應用于地下儲油罐污染地、原油污染海灣、石油泄漏污染地及其廢棄物堆置場，含氯溶劑、苯、菲等多種有機物污染土壤的生物修復。微生物修復有時并不能去除土壤中的全部污染物，只有與物理和化學處理方法組成統(tǒng)一的處理技術體系時，才能真正達到對污染土壤的完全修復。因此如何提高微生物修復的效率也是當前該領域研究的熱點之一[10]。

由于人們對基因工程菌應用于環(huán)境的潛在風險性仍存在種種擔憂，如美國、日本、歐洲等大多數國家和地區(qū)對基因工程菌的實際應用有嚴格的立法控制，實際應用并非易事，因此在研究應用中生態(tài)風險與安全評價尤為重要。在我國微生物修復研究工作主要體現(xiàn)在篩選和馴化特異性高效降解微生物菌株，提高功能微生物在土壤中的活性、壽命和安全性，修復過程參數的優(yōu)化和養(yǎng)分、溫度、濕度等關鍵因子的調控等方面。

生物修復與其它的污染土壤修復技術相比，具有成本低、無二次污染、處理效果好、易于管理等優(yōu)點，日益受到人們重視。與物理修復技術相比，生物修復技術的成本往往只占前者的1/100～1/10，而且安全性高，對大面積急需治理的受污染農田比較適用。目前，該技術處于實驗室或模擬試驗階段的研究成果較多，商業(yè)性應用有待該技術的進一步成熟和創(chuàng)新性技術的開發(fā)。

3.4 聯(lián)合修復技術

協(xié)同兩種或兩種以上修復方法，形成聯(lián)合修復技術，不僅可以提高污染土壤的修復速率與效率，而且可以克服單項修復技術的局限性，實現(xiàn)對多種污染物復合/混合污染土壤的修復，已成為土壤修復技術中的重要研究內容。聯(lián)合修復技術主要包括微生物/動物-植物聯(lián)合修復技術、化學/物化-生物聯(lián)合修復技術、物理-化學聯(lián)合修復技術等。

3.5 小結

目前土壤修復的各種技術都有特定的應用范圍和局限性。尤其是物理、化學的方法，容易導致土壤結構破壞，土壤養(yǎng)分流失和生物活性下降。生物修復尤其是植物修復目前是環(huán)境友好的修復方法，但土壤污染多是復合型污染，植物修復也面臨技術難題。此外，我國土壤修復的設備大部分依賴進口，缺乏自主技術。

目前，國內有關污染土壤修復技術的研究還處在起步階段，很多試驗都處于實驗室模擬階段，而且尚沒有人提出一套行之有效的修復技術體系。大規(guī)模的工程應用時，尚需解決很多實際問題，如投資費用高、環(huán)境因素影響、二次污染控制等。

4 土壤修復產業(yè)發(fā)展趨勢

污染土壤修復產業(yè)“十一五”剛剛開始，“十二五”是預熱階段，“十三五”及以后將有大的發(fā)展。然而對于剛剛起步的土壤污染修復產業(yè)來說，盡管市場潛力巨大，但因資金、政策和標準、技術等因素的困擾，目前其處境仍十分尷尬。

隨著我國城市化進程的加快，土地的增值也刺激了土壤修復市場的發(fā)展。我國的土壤修復產業(yè)正被國內外看好，盡管這一產業(yè)目前面臨商業(yè)模式不成熟、法規(guī)標準缺失等困擾，但仍然成為投資者和研究機構最感興趣的話題之一。從國外發(fā)達國家的經驗來看，土壤修復是環(huán)保投資的重點，美國每年土壤修復的資金可占環(huán)保投資總量的近一半，未來2～3年內，中國的污染場地修復產業(yè)將進入建設高峰期，將會成為新的增長點，土壤修復產業(yè)年均增長率可達到30%。根據“十二五”環(huán)保規(guī)劃，“十二五”時期我國污染土壤修復融資需求將達到3150億元。

目前，我國污染土壤修復治理資金缺乏有效保障。當前中國污染土壤調查評估與治理修復工作的資金一般來自政府相關部門和土地開發(fā)商，資金來源有限且沒有保障，修復治理工作難以開展，資金問題成為很多污染地塊再開發(fā)的主要障礙。出于歷史原因，中國土壤污染主體大多是各類國有工廠，經過多輪的改制重組，很多工廠產權歸屬關系已經多次變化，即便產權明晰的，也很難有能力再去支付高額的土壤修復費用。因此，“誰污染，誰治理”這一環(huán)保行業(yè)的通行準則，在土壤修復行業(yè)根本行不通。目前少數比較成熟的商業(yè)化項目，主要依托于房地產，由房地產開發(fā)商埋單。除此之外，絕大多數土壤修復項目主要依靠財政撥款或者銀行貸款的方式進行。但今后面對大量的類似項目，完全依靠政府支付顯然并不現(xiàn)實。鑒于此，目前的土壤修復多是場地的修復，耕地的修復因為難以找到買單人，修復的很少。

國內的土壤修復多是以工程的形式體現(xiàn)，國內土壤修復的產業(yè)鏈也正在逐步完善發(fā)展。國內的一些科研機構包括清華大學以及中科院等紛紛開始研究土壤修復項目。國外的一些土壤修復咨詢機構，如荷蘭DHV集團等也紛紛進入國內，帶動了國內土壤修復產業(yè)的意識、技術和市場的發(fā)展。在北京、上海、南京等經濟相對發(fā)達且污染場地較多的區(qū)域，也迅速涌現(xiàn)了一批土壤修復工程類企業(yè)。土壤修復產業(yè)正在逐步形成上中下游的產業(yè)鏈，從土壤污染項目的檢測到風險評估，再到修復工程的實施，進而還有相應的修復設備商等等，土壤修復的產業(yè)鏈正在逐步實現(xiàn)有序化和細分化。

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