土壤修復(fù)方法淺談

黃靖 劉渝

【摘 要】土壤污染問題日益加劇，嚴(yán)重影響人類的生產(chǎn)與生活活動(dòng)。本文主要對(duì)土壤修復(fù)的方法及各方法的優(yōu)缺點(diǎn)、使用范圍進(jìn)行了闡述。

【關(guān)鍵詞】土壤修復(fù)；物理修復(fù)；化學(xué)修復(fù)；生物修復(fù)

中圖分類號(hào)： X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2018）33-0171-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.33.077

【Abstract】Soil pollution is becoming more and more serious， which seriously affects human production and life.This paper mainly describes the methods of soil remediation and the advantages and disadvantages of each method and the scope of use.

【Key words】Soil pollution； Physical method； Chemical method； Biometric method

土壤是人類生產(chǎn)活動(dòng)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，可是近些年來(lái)，人類高強(qiáng)度的社會(huì)活動(dòng)使得受污染土壤的面積增大，危害逐漸加重。土壤中大量的有毒有害物質(zhì)可以以大氣和水體為媒介傳遞進(jìn)入食物鏈，對(duì)人類的生產(chǎn)生活活動(dòng)產(chǎn)生了嚴(yán)重的危害，且土壤污染具有不可逆性、長(zhǎng)期性、滯后性和隱蔽性。因此，對(duì)被污染的土壤進(jìn)行修復(fù)方法研究，完善土壤修復(fù)技術(shù)體系，對(duì)實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展是非常必要的。

1 土壤修復(fù)的現(xiàn)狀

土壤修復(fù)是指利用物理方法、化學(xué)方法或生物方法，將存在于土壤中的污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)移、吸收、降解和轉(zhuǎn)化，將有害污染物轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)或使有害污染物的濃度降低到可接受水平的過(guò)程。歐、美、日、澳等多國(guó)的學(xué)者于20 世紀(jì)70 年代后期開始對(duì)污染土壤修復(fù)的進(jìn)行研究，迄今為止，已經(jīng)研制出一系列土壤修復(fù)方法與設(shè)備，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，土壤修復(fù)技術(shù)發(fā)展迅速。近些年來(lái)，我國(guó)科學(xué)技術(shù)部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、環(huán)境保護(hù)部等部門部署了一系列關(guān)于土壤修復(fù)研究的課題，對(duì)土壤污染控制與土壤修復(fù)技術(shù)的研究與發(fā)展起到了推進(jìn)作用。在2017年全國(guó)兩會(huì)上，土壤污染防治成為與會(huì)代表委員們熱議的話題?！锻寥牢廴痉乐畏ā返牧⒎üぷ饕苍诮衲陜蓵?huì)期間得到重點(diǎn)關(guān)注。

2 修復(fù)方法

目前，對(duì)污染土壤的修復(fù)主要有兩種方法：一是改變污染物的存在形態(tài)，使其由活化態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定態(tài)；二是降低污染物的濃度值，使其接近或達(dá)到背景值。方法有比較傳統(tǒng)的物理化學(xué)法，也有植物修復(fù)等生物法。

2.1 物理修復(fù)

污染土壤物理修復(fù)技術(shù)主要包括物理工程措施、玻璃化技術(shù)、淋洗法、冰凍土壤修復(fù)技術(shù)、電動(dòng)力學(xué)法和蒸氣浸提修復(fù)。

（1）物理工程措施主要包括排土、換土、去表土、客土和深耕翻土等一系列措施，該法優(yōu)點(diǎn)是：適用面廣，具有徹底性和穩(wěn)定性。排土、換土、去表土和客土修復(fù)法的缺點(diǎn)是：施工工程量較大，投資費(fèi)用高，破壞土體結(jié)構(gòu)，且存在污土的處理問題，可能導(dǎo)致二次污染。所以該法在大面積受污染的土壤中慎用。

1）客土法是在待處理的土壤表面覆蓋未被污染的土壤或?qū)⑽幢晃廴镜耐寥阑烊胛廴就寥乐?，以降低污染物的濃度或避免污染物同植物根系接觸。該法多用于重污染土壤修復(fù)工程。

2）換土法是用未被污染土壤替換部分或全部表層污染土壤的方法，此法多用于治理被污染過(guò)的農(nóng)田。

3）深耕翻土是為了降低表層土壤中污染物的含量而將上下層土壤翻動(dòng)混合的方法。此法在污染較輕的深厚土層中使用較多，但此法會(huì)使土壤養(yǎng)分流失，使用時(shí)需要結(jié)合增加施肥量。

（2）冰凍土壤修復(fù)技術(shù)是將管道等距離的插入污染源周圍，再在管道內(nèi)輸入無(wú)害的冰凍劑，凍結(jié)土壤中的水分，形成地下凍土屏障，防止污染物的擴(kuò)散。

（3）電動(dòng)修復(fù)技術(shù)是將電極插入待修復(fù)土壤，通入微弱電流已形成電場(chǎng)，污染物在電場(chǎng)的作用下以電遷移、電滲流或電泳的方式向電極移動(dòng)，后在電極區(qū)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，通過(guò)電沉降、沉積等作用對(duì)污染物進(jìn)行集中收集處理。該法是一種原位修復(fù)，適合于小范圍的低滲透的粘土和淤泥土等。優(yōu)點(diǎn)是不使用化學(xué)藥劑，基本不產(chǎn)生二次污染，對(duì)環(huán)境不產(chǎn)生負(fù)面影響，不擾動(dòng)土層，速度較快、成本較低。缺點(diǎn)是該技術(shù)對(duì)電荷缺乏的非極性有機(jī)物去除效果不好，易產(chǎn)生二次污染。

（4）熱處理：熱處理技術(shù)主要適用于有機(jī)物污染的去除，當(dāng)土壤中有重金屬腐蝕性有機(jī)物、活性氧化劑和還原劑時(shí)不適用。其中土壤溫度介于160至315攝氏度的稱為低溫?zé)崽幚砑夹g(shù)，土壤溫度介于275至540攝氏度稱為高溫?zé)崽幚砑夹g(shù)，常用的包括熱脫附技術(shù)、土壤蒸氣浸提技術(shù)、微波加熱技術(shù)、熱解吸技術(shù)等。

1）熱脫附技術(shù)：將土壤加熱到160至540攝氏度，以蒸發(fā)土壤中的有機(jī)污染物的過(guò)程。熱脫附技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是：適用于各種土壤、設(shè)備便攜、修復(fù)后的土壤可以再次進(jìn)行利用等。缺點(diǎn)是設(shè)備價(jià)格昂貴、脫附時(shí)間長(zhǎng)、處理成本高。

2）土壤蒸氣浸提技術(shù)：將空氣經(jīng)由注射井注入污染土壤中，利用真空泵產(chǎn)生負(fù)壓，再將解吸并夾帶揮發(fā)性有機(jī)污染物的空氣經(jīng)由抽取井流回地上。該方法的優(yōu)點(diǎn)是：適用范圍廣、可操作性強(qiáng)、成本低、不會(huì)對(duì)土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生擾動(dòng)且不會(huì)產(chǎn)生二次污染。

3）超聲/微波加熱技術(shù)：利用超聲空化現(xiàn)象所產(chǎn)生的機(jī)械效應(yīng)、熱效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)對(duì)污染物進(jìn)行物理解吸、絮凝沉淀和化學(xué)氧化作用，從而使污染物從土壤顆粒上解吸，并在液相中被氧化降解成二氧化碳和水或其他易降解的小分子化合物。

4）熱解吸法：先將土壤進(jìn)行破碎，后向土壤中投入能使污染物分解的添加劑，再利用蒸汽、紅外輻射、微波等方法將土壤加熱，使土壤中的有害物質(zhì)解吸出來(lái)，后對(duì)解吸出的重金屬蒸汽進(jìn)行收集、回收和利用。該法主要用于處理汞、硒等具有揮發(fā)性的重金屬。該法的缺點(diǎn)是土壤有機(jī)質(zhì)和結(jié)構(gòu)水在治理過(guò)程中遭到破壞，且經(jīng)濟(jì)成本較高，也易造成二次污染。

2.2 化學(xué)修復(fù)

化學(xué)修復(fù)是根據(jù)土壤和土壤中污染物的性質(zhì)，選擇如改良劑、沉淀劑、增溶劑等合適的化學(xué)修復(fù)劑加入土壤，通過(guò)修復(fù)劑對(duì)污染物的吸附、氧化還原、沉淀以及萃取等反應(yīng)，降低污染物的生物有效性。

（1）穩(wěn)定化/固化：通過(guò)投加化學(xué)藥劑或者使用其他手段，使土壤形成具有一定強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性及低滲透率的固化體，使土壤在物理上隔離污染物或者在化學(xué)上轉(zhuǎn)為不活潑的形態(tài)，降低其遷移效率和生物有效性。常用方法包括：水泥及其他凝硬性材料固化法、熱塑性微包膠處理、玻璃化及微波固化等。該法對(duì)被重金屬污染的土壤的處理效果較好，而被有機(jī)污染物污染的土壤并不適合此法。該處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是可以處理多種復(fù)雜金屬?gòu)U棄物，穩(wěn)定性強(qiáng)，費(fèi)用低。缺點(diǎn)是：該法對(duì)土壤結(jié)構(gòu)擾動(dòng)較大，會(huì)破壞土壤的生產(chǎn)力；且該法僅能將污染物進(jìn)行穩(wěn)定化處理，無(wú)法對(duì)其進(jìn)行根除，對(duì)土壤和植物仍有潛在威脅；所需的儀器設(shè)備較多。

（2）透水性反應(yīng)墻技術(shù)：在淺層土壤與地下水間構(gòu)筑一個(gè)具有滲透性、含有反應(yīng)材料的墻體，污染物與墻內(nèi)的反應(yīng)材料發(fā)生物理、化學(xué)作用而被除去。此法在被含氯有機(jī)試劑、As或重金屬污染的土壤中適用，反應(yīng)材料根據(jù)污染物性質(zhì)進(jìn)行選擇，常用的反應(yīng)材料有零價(jià)鐵、有機(jī)廢棄物、黏土礦物、磷酸鹽等。反應(yīng)墻一旦安裝完畢，使用壽命可達(dá)幾年甚至是十幾年，維護(hù)費(fèi)用非常低。

（3）土壤淋洗是通過(guò)注入和抽吸淋洗液，淋洗液和污染的土壤充分接觸，土壤中的污染物通過(guò)溶解、乳化和化學(xué)作用滲入到淋洗液中，把土壤中固相的污染物轉(zhuǎn)移到土壤液相中去，再用泵將吸附過(guò)污染物的淋洗液抽吸處理以去除污染物的修復(fù)技術(shù)。該技術(shù)一般需要用清潔的淋洗液反復(fù)多次淋洗，然后對(duì)污染的淋洗液進(jìn)行收集處理與回用。此法在水力傳導(dǎo)系數(shù)大于10-3cm/s的多空隙、易滲透的輕質(zhì)土壤及土壤粘粒含量低于25%、被重金屬、放射性核素、石油烴類、揮發(fā)性有機(jī)物、多氯聯(lián)苯和多環(huán)芳烴等污染的土壤中適用；紅壤、黃壤等質(zhì)地較細(xì)的土壤中慎用。優(yōu)勢(shì)在于其可用來(lái)處理pcbs、油脂類等難以去除的有機(jī)污染物，處理后的土壤可以再安全利用，在烴、硝酸鹽及重金屬的重度污染土壤中處理效果較好。缺點(diǎn)是耗水量較大，淋洗劑價(jià)格較高、投資較大，淋洗廢液難以處理，易造成地下水污染及土壤養(yǎng)分流失，可能產(chǎn)生二次污染。

2.3 生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)技術(shù)：利用生物的代謝活動(dòng)對(duì)污染物進(jìn)行吸收、降解和轉(zhuǎn)化，以達(dá)到對(duì)污染物進(jìn)行無(wú)害化處理或者降低污染物濃度的目的。生物修復(fù)技術(shù)包括動(dòng)物修復(fù)、微生物修復(fù)和植物修復(fù)。其作用途徑有以下2種：1）通過(guò)生物作用，改變污染物的化學(xué)形態(tài)，降低其活性和生物可利用性；2）通過(guò)生物代謝作用對(duì)重金屬達(dá)到削減、凈化的目的。是一種高效且價(jià)低、適用性強(qiáng)、穩(wěn)定、不產(chǎn)生二次污染的方法，所以生物修復(fù)技術(shù)在最近幾年得到了大量的發(fā)展和應(yīng)用，適于大面積污染土壤的修復(fù)。

（1）動(dòng)物修復(fù)技術(shù)：利用低等動(dòng)物群對(duì)污染物進(jìn)行吸收，從而在一定程度上降低污染土壤中的污染物含量。該法可能產(chǎn)生二次污染。

（2）微生物修復(fù)技術(shù)：在人為優(yōu)化的環(huán)境下，利用某些具有特定功能的微生物群（土著微生物、外源微生物和基因工程菌）對(duì)污染物進(jìn)行吸收、沉淀、氧化還原等作用，以降低污染物活性或?qū)⑽廴疚镛D(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)毒害的物質(zhì)的修復(fù)技術(shù)。其主要機(jī)理是生物吸附、胞外沉淀、生物轉(zhuǎn)化、生物積累和外排作用。

（3）植物修復(fù)：植物及其根際微生物會(huì)對(duì)污染物進(jìn)行吸收、降解、過(guò)濾和固定等作用，利用這一特點(diǎn)將污染物降解轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)的技術(shù)，包括植物提取修復(fù)、植物固化修復(fù)、植物降解修復(fù)、植物揮發(fā)修復(fù)、植物過(guò)濾修復(fù)等技術(shù)。此法適用于被重金屬、炸藥、放射性核素、農(nóng)藥、石油和持久性有機(jī)污染物等污染土壤的治理。該法成本低、能使地表長(zhǎng)期穩(wěn)定、社會(huì)和生態(tài)效益良好，較適用于大規(guī)模的修復(fù)。缺點(diǎn)是修復(fù)周期較長(zhǎng)。

1）植物提取修復(fù)是以植物富集化學(xué)元素為理論依據(jù)，利用植物超積累功能對(duì)被污染土壤進(jìn)行徹底修復(fù)。

2）植物固化修復(fù)技術(shù)：植物根際中含有一些特殊物質(zhì)，可以經(jīng)過(guò)吸收、分解、氧化、固化等過(guò)程，降低污染物的有害性，再使污染物被耐重金屬植物或超級(jí)累植物吸收從而降低污染物的活性。包括分解、螯合、氧化還原等多種反應(yīng)。

3）植物揮發(fā)修復(fù)技術(shù)：依靠植物自身或者植物根系分泌的某些特殊物質(zhì)將污染物轉(zhuǎn)化為可揮發(fā)態(tài)后釋放到大氣中，從而凈化土壤的一種修復(fù)技術(shù)。此法并不能將污染物消解，而是將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)釋放到空氣中，故此法對(duì)人類和生物具有一定的風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 聯(lián)合修復(fù)

聯(lián)合修復(fù)技術(shù)是將兩種或兩種以上的修復(fù)方法聯(lián)合使用，此法可以克服單一修復(fù)方法的不足，提高修復(fù)效率。包括植物—微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)、改良劑—植物聯(lián)合修復(fù)、螯合劑—植物聯(lián)合修復(fù)、電壓—植物聯(lián)合修復(fù)、基因工程—植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)等。對(duì)于被多種污染物污染的土壤較適用。

3 展望

筆者建議今后污染土壤修復(fù)應(yīng)注重如下幾個(gè)方面：

（1）生態(tài)修復(fù)技術(shù)：修復(fù)土壤的同時(shí)盡量不對(duì)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生破壞，防止次生污染的發(fā)生。

（2）綜合修復(fù)技術(shù)：可以利用各種方法構(gòu)成復(fù)合污染修復(fù)技術(shù)體系，以適用于各種條件的污染土壤。

（3）建立監(jiān)管體系和過(guò)程量化數(shù)學(xué)模型：建立一個(gè)科學(xué)的監(jiān)測(cè)網(wǎng)，并加強(qiáng)對(duì)治理過(guò)程中污染物消解過(guò)程的研究，建立量化數(shù)學(xué)模型。并建立安全評(píng)價(jià)和監(jiān)測(cè)管理體系。

（4）制定完善法律法規(guī)，強(qiáng)化防治意識(shí)。

【參考文獻(xiàn)】

[1]姚會(huì)敏，杜婷婷，蘇德純.不同品種蕓薹屬蔬菜吸收累積鎘的差異[J]. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)， 2006， 22（1）：291-294.

[2]黃慧，陳宏.植物修復(fù)重金屬汞、鎘、鉻污染土壤的研究進(jìn)展[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)， 2010， 26（24）：326-329.

[3]黃啟飛，高定，丁德蓉，等.垃圾堆肥對(duì)鉻污染土壤的修復(fù)機(jī)理研究[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)， 2001，10（3）：176-180.

[4]陳宏，魏世強(qiáng).化學(xué)調(diào)控劑對(duì)土壤和萵筍中Hg，Cd，Pb含量的影響研究[J].水土保持學(xué)報(bào)， 2006，20（1）：111-113.

[5]黃寶榮.礦山重金屬污染土壤化學(xué)修復(fù)技術(shù)研究[D].湖南大學(xué)， 2004.

[6]劉云國(guó)，夏文斌，黃寶榮，等.重金屬污染土壤化學(xué)固化技術(shù)與萃取修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用及修復(fù)效果（英文）[J].中南林業(yè)科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，28（4）：129-135.

[7]俞協(xié)治，成杰民.蚯蚓對(duì)土壤中銅、鎘生物有效性的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2003，23（5）：922-928.

[8]成杰民，俞協(xié)治.蚯蚓在植物修復(fù)銅、鎘污染土壤中的作用[J].應(yīng)用與環(huán)境生物學(xué)報(bào)，2006，12（3）：352-355.