運(yùn)用生物技術(shù)臺(tái)州市路橋區(qū)修復(fù)污染土壤原理及成效

摘要：電力設(shè)備、電子電器廢棄物的拆解，在推動(dòng)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，不當(dāng)拆解也會(huì)帶來了土壤環(huán)境的污染問題。近年來，浙江省臺(tái)州市路橋區(qū)高度重視拆解污染土壤修復(fù)，積極與高校和研究院所合作，充分運(yùn)用生物技術(shù)修復(fù)污染土壤，大力發(fā)展苗木基地，利用植物分解吸附土壤中的高污染有毒物質(zhì)。本著學(xué)以致用，豐富和拓展課外知識(shí)，臺(tái)州中學(xué)科技實(shí)驗(yàn)興趣小組利用課余和假期，與臺(tái)州市土壤污染修復(fù)試驗(yàn)基地科研人員開展面對(duì)面交流，深入了解和掌握土壤有機(jī)物污染修復(fù)的原理、具體操作方法及成效。

關(guān)鍵詞：土壤修復(fù)；PCBs污染；生物技術(shù)

浙江省臺(tái)州市路橋區(qū)曾是電力設(shè)備、電子電器廢棄物的拆解集散地之一，不當(dāng)拆解帶來了當(dāng)?shù)鼐植客寥赖挠袡C(jī)物污染。為此，路橋區(qū)政府一方面新建臺(tái)州市金屬資源再生產(chǎn)業(yè)基地，從源頭上消除不當(dāng)拆解帶來的污染；另一方面開展污染土壤修復(fù)。2010年7月，路橋區(qū)與杭州高博環(huán)?？萍脊竞湍暇┩寥姥芯克献?，對(duì)其中受污染的土壤進(jìn)行修復(fù)試點(diǎn)。之后，在2013年又與浙江大學(xué)合作，建立土壤污染修復(fù)試驗(yàn)基地。為了解當(dāng)?shù)匚廴就寥佬迯?fù)的相關(guān)原理及成效，臺(tái)州中學(xué)科技實(shí)踐興趣小組事先查閱了國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究資料，實(shí)地走訪了當(dāng)?shù)赝寥佬迯?fù)試驗(yàn)基地，認(rèn)真聽取浙江大學(xué)派駐實(shí)驗(yàn)基地的研究人員的情況介紹，并參與相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作，全面了解污染土壤修復(fù)的原理及成效。

一、局部土壤多氯聯(lián)苯等有機(jī)物污染緣由

多氯聯(lián)苯（Polychlorinated biphenyls），化學(xué)式C12H10-m-nClm+n，是一類典型的氯代芳香族化合物。根據(jù)氯原子數(shù)目及其在苯環(huán)上位置的不同，共有209種同系物，分子結(jié)構(gòu)如圖1所示。

PCBs因具有耐酸、耐堿、耐腐蝕、蒸汽壓和水溶性較低、絕緣性和熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)和軍事設(shè)施中，主要用作變壓器和電容器的絕緣油、潤(rùn)滑油、油漆、塑化劑等。土壤是PCBs主要的富集場(chǎng)所，主要源自含PCBs廢水的排放、含PCBs固體廢物的滲漏、垃圾焚燒、遠(yuǎn)距離遷移的大氣沉降等。

路橋電力設(shè)備、電子電器廢棄物的拆解始于上世紀(jì)80年代初，不當(dāng)拆解帶來了當(dāng)?shù)鼐植客寥赖挠袡C(jī)物污染。2007年5月，受浙江省國(guó)土資源廳委托，省地質(zhì)調(diào)查院對(duì)該區(qū)局部污染地塊展開土地質(zhì)量調(diào)查，發(fā)現(xiàn)存在多氯聯(lián)苯等有機(jī)物超標(biāo)現(xiàn)象。這期間，路橋區(qū)開展了多次大規(guī)模的行業(yè)整治，力求消除不當(dāng)拆解帶來的土壤有機(jī)物污染問題。同時(shí)，積極借鑒“鎮(zhèn)海治理模式”，在路橋?yàn)I海工業(yè)發(fā)展區(qū)新建了臺(tái)州市金屬資源再生產(chǎn)業(yè)基地，從源頭上消除拆解業(yè)帶來的有機(jī)物污染。

二、土壤多氯聯(lián)苯污染的三種修復(fù)技術(shù)

少量的多氯聯(lián)苯一般不會(huì)引起急性中毒，而是慢慢地侵入人體，可引起皮膚損害和肝臟損害等中毒癥狀，甚至融入細(xì)胞DNA中，導(dǎo)致遺傳因子紊亂，促使癌癥的發(fā)生。近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)PCBs污染土壤修復(fù)展開了廣泛的研究，并開發(fā)了多種修復(fù)技術(shù)。目前已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的修復(fù)技術(shù)按修復(fù)原理分為物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)。

（—）物理修復(fù)技術(shù)分析

1. 安全填埋法。此法是將PCBs污染土壤挖掘并運(yùn)輸至安全填埋場(chǎng)，達(dá)到PCBs與水環(huán)境、大氣環(huán)境隔絕的目的，該法適用于PCBs污染程度較重的土壤。

2. 深井注入法。深井注入法是一種并不提倡的技術(shù)，存在著環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)和技術(shù)不可控制，注入深井的PCBs可能會(huì)污染地下水。

3. 熱脫附法。此法是將PCBs污染土壤在隔絕空氣、密封的條件下加熱，達(dá)到PCBs的沸點(diǎn)后，PCBs以蒸汽形式從土壤中釋放出來。該法工藝簡(jiǎn)單，可操作性強(qiáng)，適用于PCBs污染嚴(yán)重的土壤，但存在高溫破壞土壤結(jié)構(gòu)、能耗高、成本高等缺點(diǎn)。

4. 溶劑淋洗法。此法可分為有機(jī)溶劑淋洗和表面活性劑淋洗。溶劑淋洗法適用于PCBs事故性泄漏且污染土壤量不大的情況，但存在著淋洗劑易揮發(fā)、廢液處理難度大、產(chǎn)生二次污染等缺點(diǎn)。

（二）化學(xué)修復(fù)技術(shù)分析

1. 高溫焚燒技術(shù)。此技術(shù)廣泛用于處理持久性有機(jī)污染物，需要870～1200℃的高溫，是一種異位修復(fù)PCBs污染土壤的技術(shù)。

2. 水泥窯技術(shù)。水泥窯技術(shù)需要高溫、高堿環(huán)境和長(zhǎng)停留時(shí)間。在高溫高堿條件下，PCBs中C-X鍵極易斷裂，氯原子可以與金屬陽(yáng)離子結(jié)合，生成氯化物，實(shí)現(xiàn)對(duì)PCBs的去除。

3. 等離子體焚燒技術(shù)。此技術(shù)是使電流通過低壓氣體流產(chǎn)生等離子體，局部溫度高達(dá)5000～15000 ℃，能使PCBs徹底分解為原子態(tài)，冷卻后生成水、二氧化碳和一些水溶性的無機(jī)鹽。

4. 氧化技術(shù)。一是超臨界氧化技術(shù)是基于高溫、高壓條件下超臨界水的高溶解性而發(fā)展起來的一種技術(shù)。二是電化學(xué)氧化技術(shù)是在酸性環(huán)境下，電池通電后在陽(yáng)極產(chǎn)生氧化性物質(zhì)，這些物質(zhì)協(xié)同酸能夠進(jìn)攻包括PCBs等有機(jī)化合物。三是熔融鹽氧化技術(shù)。該法需設(shè)置一個(gè)堿性熔鹽床，在900～1000℃條件下，使PCBs斷裂C-X鍵，氯原子與金屬陽(yáng)離子結(jié)合，轉(zhuǎn)化為無機(jī)鹽。

5. 還原技術(shù)。一是溶劑化電子技術(shù)是在溶劑化溶液中，通過自由電子中和鹵代化合物，達(dá)到脫鹵的目的。二是催化氫化技術(shù)是對(duì)PCBs進(jìn)行脫氯的一種技術(shù)。三是零價(jià)金屬還原技術(shù)，此技術(shù)分為納米鐵還原技術(shù)和雙金屬還原技術(shù)。

6. 化學(xué)脫氯技術(shù)。此技術(shù)是通過取代PCBs上的氯原子或分解PCBs，阻止PCBs向土壤遷移或揮發(fā)至其它環(huán)境介質(zhì)的一類技術(shù)統(tǒng)稱。

7. 穩(wěn)定化技術(shù)。穩(wěn)定化技術(shù)需要加入粘合劑，例如硅酸鹽水泥、水泥窯粉灰、飛灰、腐殖酸等，將有毒有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為難溶解、低遷移、低毒性的物質(zhì)。

（三）生物修復(fù)技術(shù)分析

1. 微生物修復(fù)。微生物修復(fù)是指利用微生物的生命代謝活動(dòng)，減少壤環(huán)境中有毒有害物的濃度或使其完全無害化，從而使污染了的土壤環(huán)境能夠部分地或完全地恢復(fù)到原初狀態(tài)的過程。這是較為理想的一種治理污染的途徑，具有處理費(fèi)用低、對(duì)環(huán)境影響小、效率高等優(yōu)點(diǎn)。微生物修復(fù)PCBs污染土壤，分兩種代謝模式：一是直接降解PCBs，以PCBs為碳源和能源；二是共代謝作用，需要加入底物，而共代謝是現(xiàn)在降解PCBs最主要的途徑

2. 植物修復(fù)。植物修復(fù)PCBs的機(jī)理相對(duì)復(fù)雜，它是多種機(jī)制協(xié)同作用的結(jié)果。一般說來，植物修復(fù)PCBs有3種機(jī)制：一是植物直接吸收PCBs，將其轉(zhuǎn)化為無生物毒性的物質(zhì)累積在植物組織細(xì)胞中；二是釋放可降解PCBs的酶，分直接作用和間接作用，主要還是間接作用，提高PCBs的生物活性，然后微生物降解；三是植物與根際微生物協(xié)同作用。根際由生長(zhǎng)發(fā)育和生理代謝活動(dòng)，形成一個(gè)不同于非根際土壤的微生態(tài)系統(tǒng)，植物根際是土壤、植物、微生物相互作用的場(chǎng)所，也是土壤水分、養(yǎng)分、污染物進(jìn)入植物體的門戶。在根際環(huán)境中進(jìn)行的酸堿反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、絡(luò)合解離反應(yīng)、生化反應(yīng)、活化固定、吸附解吸等，能改變PCBs污染物的生化有效性和生物毒性。

3. 植物-微生物聯(lián)合修復(fù)。植物修復(fù)PCBs污染土壤，與微生物有著緊密的聯(lián)系，很多植物與微生物存在著共生關(guān)系，根際區(qū)域微生物的密度和活性均強(qiáng)于非根際區(qū)域。因此，植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)有很好的應(yīng)用前景。在根際區(qū)域，細(xì)胞分裂能力強(qiáng)，新陳代謝快，分泌出大量物質(zhì)，為微生物提供了適宜生存的微生態(tài)環(huán)境。植物源源不斷地向根部輸送氧氣，釋放可作為微生物生長(zhǎng)底物的根系分泌物，促進(jìn)微生物對(duì)PCBs的降解。

4. 動(dòng)物-微生物聯(lián)合修復(fù)。動(dòng)物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)主要是利用土壤中動(dòng)物（例如蚯蚓等）的運(yùn)動(dòng)，增加土壤中氧氣的含量，同時(shí)，動(dòng)物分泌的一些物質(zhì)可以促進(jìn)土壤中微生物的生長(zhǎng)，增強(qiáng)微生物的活性，促進(jìn)微生物對(duì)PCBs的降解。但是由于PCBs具有強(qiáng)生物毒性，動(dòng)物對(duì)其耐受性差，使得動(dòng)物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)具有一定的局限性。

三、多氯聯(lián)苯土壤污染的生物修復(fù)技術(shù)及成效

從2010年開始，路橋區(qū)專門劃撥財(cái)政專項(xiàng)資金用于局部污染土壤的修復(fù)。由路橋區(qū)環(huán)保局與杭州高博環(huán)保科技公司和南京土壤研究所合作合作，先后分兩期實(shí)施土壤污染修復(fù)示范區(qū)塊的建設(shè)：一期修復(fù)土壤面積7400平方米，完成污染土壤控制區(qū)塊種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整，停止種植可食用農(nóng)產(chǎn)品；二期完成示范區(qū)塊12500平方米的土壤修復(fù)工作，全部達(dá)到農(nóng)用地標(biāo)準(zhǔn)。

據(jù)臺(tái)州市土壤污染修復(fù)試驗(yàn)基地的浙江大學(xué)研究人員介紹，綜合分析物理、化學(xué)、生物三種土壤修復(fù)方法的優(yōu)劣對(duì)比（見圖2），物理、化學(xué)修復(fù)適合處理少量極高濃度PCBs污染土壤的修復(fù)，修復(fù)時(shí)還易帶來土壤功能的破壞和產(chǎn)生二次污染，而生物技術(shù)可以彌補(bǔ)物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)的不足。

針對(duì)當(dāng)?shù)赝寥烙袡C(jī)物污染修復(fù)的特點(diǎn)（見圖3），確定主要采用生物修復(fù)技術(shù)，用厭氧脫氯—好氧降解相組合的工藝處理。生物修復(fù)技術(shù)以微生物（菌）為主，植物為輔進(jìn)行。微生物修復(fù)的原理：首先經(jīng)過生物厭氧脫氯反應(yīng)，PCBs的“三致毒性”被大幅降低。而后PCBs經(jīng)過好氧生物降解后，被完全解毒和礦化。植物修復(fù)的原理是利用菌類和美人蕉、香蒲、旱傘草等根系發(fā)達(dá)、吸附性強(qiáng)的植物，將土壤中的高污染有毒物物吸附和分解，使土壤生態(tài)功能得到恢復(fù)。修復(fù)實(shí)驗(yàn)基地的土壤PCBs 85%是通過生物降解，6%通過植物吸收，余下的通過物理化學(xué)等其他方式降解。實(shí)驗(yàn)基地的修復(fù)工作取得了預(yù)期的效果，一期土壤修復(fù)于2010年年底完成，二期土壤修復(fù)于2012年年底完成，全部通過驗(yàn)收合格，達(dá)到農(nóng)用地標(biāo)準(zhǔn)。

另外，路橋區(qū)政府先后引進(jìn)了臺(tái)州市綠苑園藝有限公司等45家花卉苗木公司，建了5000多畝花木園區(qū)，種植珊瑚樹、女貞、印度芥菜以及堇科類等吸收能力好、生命力強(qiáng)的花木，有效地控制土壤和空氣污染，綠化美化了環(huán)境。多家花卉苗木公司在實(shí)踐中，摸索出了一條生態(tài)修復(fù)與經(jīng)濟(jì)效益雙贏的發(fā)展模式。如大禾園林有限公司在近千畝苗木基地內(nèi)，種植了羅漢松、紅豆杉、竹柏、茶梅等名貴樹種，產(chǎn)生了較好的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)。經(jīng)過幾年的環(huán)境整治修復(fù)，2015年7月23日～24日，省環(huán)保廳驗(yàn)收組對(duì)路橋局部土壤有機(jī)物污染整治工作進(jìn)行了驗(yàn)收，認(rèn)定被修復(fù)的土壤已達(dá)到安全水平。

污染土壤的修復(fù)是以去污染、復(fù)質(zhì)量、再利用、保安康為目的。土壤修復(fù)往往是控污、減污、降毒、化險(xiǎn)的綜合凈化過程，達(dá)到使土壤恢復(fù)生產(chǎn)力和美化環(huán)境?！叭f物土中生”，土壤質(zhì)量決定萬物的質(zhì)量。為保障居民的食物安全和身體健康，需要重視土壤資源的保護(hù)和土壤污染的修復(fù)。一方面，要大力宣傳“綠水青山就是金山銀山”科學(xué)發(fā)展觀，貫徹“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”的發(fā)展新理念，堅(jiān)決摒棄和升級(jí)帶有環(huán)境污染的拆解產(chǎn)業(yè)，從源頭上杜絕和減少污染。另一方面政府和全社會(huì)要大力支持土壤污染防控修復(fù)技術(shù)的研究，發(fā)展適合我國(guó)國(guó)情的實(shí)用性修復(fù)技術(shù)與設(shè)備，以推動(dòng)土壤環(huán)境修復(fù)技術(shù)的市場(chǎng)化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。

（科技興趣實(shí)驗(yàn)小組成員：陳之豪（執(zhí)筆）、李科穎、陳佳一，指導(dǎo)老師：陳清妹、林偉）

責(zé)編/劉紅偉

參考文獻(xiàn)

[1] 周際海，袁穎紅等.土壤有機(jī)污染物生物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2015年24期.

[2]吳大付，任秀娟等.污染土壤的植物修復(fù).河南科技學(xué)院學(xué)報(bào)[J].2015年4月.

[3]郭彥容，曾輝.生物質(zhì)碳修復(fù)有機(jī)污染土壤的研究進(jìn)展[J].土壤，2015年47期.

[4]王曉峰，張磊.有機(jī)污染土壤的微生物修復(fù)研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)， 2013年29期.

[5] 馮俊生，張俏晨.土壤復(fù)原修復(fù)技術(shù)與應(yīng)用進(jìn)展[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2014年43期.

[6] 張雪蓮.電子垃圾拆解業(yè)中多氯聯(lián)苯含量分析及植物修復(fù)研究[J].南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008年5月.

[7] 黃春雷，宋明義等.峰江地區(qū)基本農(nóng)田質(zhì)量調(diào)查工作報(bào)告[R].杭州：浙江省地質(zhì)調(diào)查院，2010年4月.