污染土壤修復(fù)技術(shù)研究現(xiàn)狀與趨勢(shì)分析

胡 現(xiàn)

（湖南恒凱環(huán)保科技投資有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410205）

0 前言

在生態(tài)環(huán)境保護(hù)理念普及的背景下，污染土壤修復(fù)技術(shù)的研究更為深入，在解決土壤污染問(wèn)題時(shí)，需要注重綠色性與環(huán)保性，防止土壤出現(xiàn)二次污染，實(shí)現(xiàn)生態(tài)修復(fù)。明確污染土壤修復(fù)技術(shù)的研究現(xiàn)狀與研究趨勢(shì)，可為污染土壤修復(fù)技術(shù)的深入研究提供支持，推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新升級(jí)。

1 污染土壤修復(fù)技術(shù)研究現(xiàn)狀

1.1 生物角度的污染土壤修復(fù)技術(shù)

從生物角度實(shí)施的污染土壤修復(fù)技術(shù)包括3 類(lèi)，分別是植物修復(fù)技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)及動(dòng)物修復(fù)技術(shù)，具有成本偏低、保護(hù)周邊環(huán)境、操作便捷與無(wú)二次污染等，但污染土壤的生物修復(fù)周期長(zhǎng)，且受外界因素的影響較大，需規(guī)范技術(shù)落實(shí)措施。污染土壤的生物修復(fù)原理在于通過(guò)生物促進(jìn)污染土壤有害物質(zhì)的固定或降解，降低有害物質(zhì)對(duì)環(huán)境的危害。該節(jié)主要以應(yīng)用最廣泛的植物修復(fù)技術(shù)為例，闡述污染土壤的生物修復(fù)技術(shù)研究現(xiàn)狀。植物修復(fù)技術(shù)主要通過(guò)植物的提取、穩(wěn)定化或根際降解等作用，修復(fù)污染土壤，不同植物，適用的污染土壤不同。

1.1.1 植物提取作用

植物提取作用是指吸收并富集土壤污染物的同時(shí)，對(duì)其進(jìn)行集中處理，可用于提取重金屬、硼及放射性核素等污染物，最早由英國(guó)洛桑試驗(yàn)站的研究人員將其用于重金屬污染土壤修復(fù)中。但這類(lèi)修復(fù)技術(shù)的修復(fù)力度薄弱，僅適用于污染程度較小的土壤，常用作其他修復(fù)技術(shù)的補(bǔ)充或輔助。

1.1.2 植物穩(wěn)定化作用

植物穩(wěn)定化作用是指利用植物根系的吸收、富集或沉淀等作用，固定有害物質(zhì)，避免其分散于土壤中，適用于重金屬污染土壤或石油污染土壤。例如，在重金屬污染土壤中，中科院南京土壤研究所將鋅鎘污染土壤為研究對(duì)象，研究發(fā)現(xiàn)伴礦景天對(duì)這類(lèi)污染土壤有顯著的修復(fù)作用；在石油污染土壤中，研究學(xué)者選擇堿蓬、蘆葦及補(bǔ)血草等鹽生植物，開(kāi)展石油污染鹽漬化土壤的修復(fù)工作，研究結(jié)果表明，鹽生植物對(duì)土壤中石油烴的降解率高達(dá)96.5%。

1.1.3 植物根際降解作用

植物根際降解作用是通過(guò)植物輔助并促進(jìn)污染物的降解，其適用于農(nóng)藥污染土壤及有害化學(xué)物質(zhì)積聚的土壤。例如，有研究學(xué)者指出，紅樹(shù)植物可有效修復(fù)多環(huán)芳烴污染土壤，這類(lèi)植物產(chǎn)生的根基效應(yīng)，可有效地降解多環(huán)芳烴，恢復(fù)土壤生態(tài)[1]。

1.2 化學(xué)角度的污染土壤修復(fù)技術(shù)

從化學(xué)角度實(shí)現(xiàn)污染土壤的修復(fù)原理為：利用化學(xué)修復(fù)劑和土壤污染物間的化學(xué)反應(yīng)，例如氧化還原反應(yīng)、絡(luò)合反應(yīng)或吸附沉淀等，將有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)毒無(wú)害的物質(zhì)或沉淀處理。這類(lèi)修復(fù)技術(shù)的出現(xiàn)時(shí)間最長(zhǎng)，技術(shù)相對(duì)成熟，具有修復(fù)時(shí)間短的優(yōu)勢(shì)。目前常用的污染土壤化學(xué)修復(fù)技術(shù)有以下3 種。

1.2.1 固化/穩(wěn)定化技術(shù)

固化/穩(wěn)定化技術(shù)是指在污染土壤中應(yīng)用黏結(jié)劑，通過(guò)其固定作用使污染土壤保持穩(wěn)定的技術(shù)。有研究學(xué)者對(duì)含汞廢棄物的土壤進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明，在污染土壤中摻入沸石，可將固化體浸出的汞控制在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)，和未處理土壤相比，含汞污染物減少約50%。

1.2.2 氧化還原修復(fù)技術(shù)

氧化還原修復(fù)技術(shù)是指通過(guò)氧化劑或還原劑與污染物的化學(xué)反應(yīng)，降低分解為毒性更小的物質(zhì)。例如，有研究學(xué)者將硫化氫作為還原劑，用于修復(fù)含有六價(jià)鉻的污染土壤，試驗(yàn)結(jié)果表明，硫化氫可將土壤中90%的六價(jià)鉻失活，有害物質(zhì)的處理效果顯著。

1.2.3 電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)

電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)是指通過(guò)電化學(xué)與電動(dòng)力學(xué)的配合應(yīng)用，使土壤中形成電場(chǎng)梯度，使土壤中的污染物通過(guò)電泳或電遷移等方式，富集于電極部位，對(duì)其進(jìn)行集中處理。有研究學(xué)者對(duì)菲和五氯酚等有機(jī)物質(zhì)積聚的污染土壤進(jìn)行電動(dòng)力學(xué)修復(fù)，表現(xiàn)出無(wú)環(huán)境影響、修復(fù)周期短與成本偏低等優(yōu)勢(shì)，但該修復(fù)技術(shù)并不適用于非極性有機(jī)污染物積聚的土壤，因?yàn)檫@類(lèi)污染物不會(huì)受電場(chǎng)的作用[2]。

1.3 物理角度的污染土壤修復(fù)技術(shù)

從物理角度修復(fù)污染土壤的技術(shù)是指通過(guò)分離、熱力學(xué)修復(fù)與蒸汽浸提等物理手段，處理土壤中的污染物。該技術(shù)可滿(mǎn)足土壤修復(fù)的不同要求，但工藝流程相對(duì)復(fù)雜，且部分技術(shù)會(huì)降低土壤的肥力，需合理選用。

1.3.1 物理分離技術(shù)

物理分離技術(shù)是指通過(guò)物理手段將污染物與土壤分離，是污染土壤修復(fù)中的基礎(chǔ)措施，可減少污染物在土壤中的體積，為后續(xù)細(xì)化修復(fù)奠定基礎(chǔ)。目前常用的物理分離技術(shù)包括粒徑分離、水動(dòng)力學(xué)篩分、磁分離或重力分離等，不同分離手段應(yīng)用的設(shè)備不同，修復(fù)人員可根據(jù)污染土壤現(xiàn)狀與成本等要素，選擇最佳分離手段。

1.3.2 熱力學(xué)修復(fù)技術(shù)

熱力學(xué)修復(fù)技術(shù)是指通過(guò)熱傳導(dǎo)、輻射的加熱作用使土壤中的污染物揮發(fā)，實(shí)現(xiàn)污染土壤的修復(fù)，適用于水銀、油或農(nóng)藥等污染物質(zhì)聚集的土壤。有研究學(xué)者指出，熱力學(xué)修復(fù)常用的技術(shù)包括低溫原位加熱與高溫原值加熱兩項(xiàng)工藝。其中，低溫原位加熱工藝適用于揮發(fā)性有機(jī)物或非溶性的高濃度液態(tài)物質(zhì)等；高溫原值加熱工藝適用于含有半揮發(fā)性有機(jī)物的污染土壤，例如多氯聯(lián)苯或高密度的非水液體有機(jī)物。

1.3.3 蒸汽浸提技術(shù)

蒸汽浸提技術(shù)是指通過(guò)物理手段降低土壤的空氣蒸氣壓，使污染物以蒸汽形式脫離土壤，技術(shù)工藝包括異位土壤蒸汽浸提、多相浸提與原位蒸汽浸提等。大量實(shí)踐研究表明，蒸汽浸提技術(shù)在高揮發(fā)性化學(xué)污染土壤中的修復(fù)作用顯著，例如四氯乙烯、苯等污染物積聚的土壤[3]。

2 污染土壤修復(fù)技術(shù)研究趨勢(shì)

通過(guò)上述分析可知，目前我國(guó)污染土壤修復(fù)技術(shù)相對(duì)豐富，且部分修復(fù)技術(shù)已成熟。但是在節(jié)能環(huán)保政策的號(hào)召下，污染土壤的修復(fù)工作要求更高，修復(fù)人員需確保污染土壤修復(fù)技術(shù)不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成影響，且不會(huì)引發(fā)二次污染等問(wèn)題。就此，對(duì)于污染土壤修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用，還需要深入研究，該節(jié)主要提出以下4 類(lèi)研究趨勢(shì)，為研究學(xué)者提供研究方向。

2.1 原位土壤修復(fù)趨勢(shì)

在部分地區(qū)的污染土壤修復(fù)中，為了提高修復(fù)效率，會(huì)將污染土壤轉(zhuǎn)移到其他地區(qū)，引入無(wú)污染的土壤，但這類(lèi)修復(fù)技術(shù)僅能夠清理表面的土壤污染物，深層土壤與地下水的污染物并不能得到有效處理，極易引發(fā)二次污染。同時(shí)，在物理修復(fù)技術(shù)中，蒸汽浸提中的異位土壤蒸汽浸提使用效率較高，也會(huì)出現(xiàn)二次污染現(xiàn)象。針對(duì)該問(wèn)題，研究學(xué)者需要加強(qiáng)原位土壤修復(fù)技術(shù)的研究，在消除土壤污染物的同時(shí)，保護(hù)周邊的生態(tài)環(huán)境，防止二次污染的出現(xiàn)。

2.2 聯(lián)合土壤綜合修復(fù)趨勢(shì)

在工業(yè)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新的過(guò)程中，工業(yè)生產(chǎn)排放的污染物與農(nóng)藥污染物種類(lèi)均有所增加，污染土壤的復(fù)雜性有顯著提升，加大了污染土壤的污染程度。同時(shí)，土壤中的污染物在成分、性質(zhì)與危害方面有所不同，單一的修復(fù)技術(shù)難以有效清理污染土壤中的污染物。因此，在未來(lái)的污染土壤修復(fù)技術(shù)研究中，研究學(xué)者需開(kāi)展聯(lián)合土壤綜合修復(fù)技術(shù)的研究，整合污染土壤生物、化學(xué)與物理修復(fù)技術(shù)，通過(guò)多種技術(shù)的配合應(yīng)用，強(qiáng)化污染土壤的修復(fù)效果，實(shí)現(xiàn)保護(hù)生態(tài)環(huán)境的目標(biāo)。例如，在污染土壤的生物修復(fù)技術(shù)中，修復(fù)人員可以在污染土壤中種植多種植物或在土壤中投放不同的微生物，降解不同的污染物；在污染土壤的物理修復(fù)中，修復(fù)人員可將物理分離與蒸汽浸提技術(shù)配合應(yīng)用。

2.3 環(huán)境友好發(fā)展趨勢(shì)

在構(gòu)建環(huán)境友好型社會(huì)的發(fā)展趨勢(shì)下，研究人員以無(wú)公害為目標(biāo)研發(fā)污染土壤修復(fù)技術(shù)，避免污染土壤修復(fù)技術(shù)在處理土壤污染物時(shí)，對(duì)生態(tài)環(huán)境造成破壞，顧此失彼?；诃h(huán)境友好發(fā)展的目標(biāo)，研究人員可從現(xiàn)有修復(fù)技術(shù)的優(yōu)化與新修復(fù)技術(shù)的研發(fā)2 個(gè)方面入手。

在現(xiàn)有修復(fù)技術(shù)的優(yōu)化過(guò)程中，研究學(xué)者需要根據(jù)修復(fù)技術(shù)的原理，分析其適用的污染土壤，實(shí)現(xiàn)污染土壤與修復(fù)技術(shù)的有效對(duì)應(yīng)，避免其他有害物質(zhì)的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)無(wú)公害污染土壤處理；在新修復(fù)技術(shù)的研發(fā)中，技術(shù)人員可引入太陽(yáng)能或生物工程技術(shù)。例如，通過(guò)太陽(yáng)能集熱裝置，進(jìn)行太陽(yáng)能的收集，將其作為熱源，實(shí)施熱力學(xué)修復(fù)技術(shù)，處理污染土壤中的苯系物或石油等污染物質(zhì)；通過(guò)黏土或生物炭等材料，進(jìn)行新型納米材料的研發(fā)，將其用于污染土壤中，可有效固定污染土壤中的鹽基陽(yáng)離子，提升污染土壤的pH 值，使其轉(zhuǎn)變?yōu)榭筛鞯霓r(nóng)田，推動(dòng)農(nóng)業(yè)發(fā)展。

2.4 研發(fā)目的多元化趨勢(shì)

在以往的技術(shù)研究中，污染土壤修復(fù)技術(shù)最初研發(fā)的目的在于解決土壤污染問(wèn)題，例如減少土壤中污染物的含量、固定土壤污染物、避免土壤污染物轉(zhuǎn)移到生態(tài)系統(tǒng)的其他區(qū)域等。隨著技術(shù)的發(fā)展與農(nóng)業(yè)用地的減少，污染土壤修復(fù)技術(shù)的研發(fā)不再局限于土壤污染問(wèn)題，需要進(jìn)行深化，使處理后的污染土壤可用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)土壤修復(fù)與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的同步進(jìn)行，保護(hù)生態(tài)環(huán)境的同時(shí)，推動(dòng)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展。

另外，研究學(xué)者可以將污染土壤修復(fù)技術(shù)與其他先進(jìn)技術(shù)配合應(yīng)用，在修復(fù)污染土壤的同時(shí)，為當(dāng)?shù)鼐用裉峁└鼉?yōu)質(zhì)的生活生產(chǎn)服務(wù)。例如，在2017 年，廣東省仁化縣成功建成首個(gè)土壤修復(fù)與光伏發(fā)電綜合項(xiàng)目，為污染土壤修復(fù)技術(shù)與先進(jìn)技術(shù)的配合應(yīng)用提供成功經(jīng)驗(yàn)參考。該綜合項(xiàng)目位于鉛鋅礦附近，土壤重金屬污染現(xiàn)象嚴(yán)重，陽(yáng)光電源企業(yè)在現(xiàn)場(chǎng)考核后，經(jīng)過(guò)一年多的研究與分析，決定在該地區(qū)建設(shè)光伏發(fā)電組件，并在組件下方大面積種植喜陰超富集植物，用于吸收土壤中的重金屬。綜合項(xiàng)目投產(chǎn)后，可處理近3 000 畝的重金屬污染土地，將其逐步轉(zhuǎn)化為可耕地土壤，并為周邊居民提供近1.5 億kW ·h 的電力[4]。

3 結(jié)論

綜上所述，我國(guó)污染土壤修復(fù)技術(shù)已經(jīng)取得了初步成效，需要在未來(lái)研究中強(qiáng)化修復(fù)成效。通過(guò)該文的分析可知，未來(lái)的污染土壤修復(fù)技術(shù)表現(xiàn)出原位土壤修復(fù)、聯(lián)合土壤綜合修復(fù)、環(huán)境友好發(fā)展及研究目的多元化等趨勢(shì)，研究學(xué)者可借鑒這4 個(gè)方向，開(kāi)展污染土壤修復(fù)技術(shù)的深入研究，強(qiáng)化其保護(hù)生態(tài)環(huán)境、推動(dòng)農(nóng)業(yè)發(fā)展的作用。