污染土壤修復(fù)技術(shù)研究現(xiàn)狀與趨勢

王敬

（恒誠（天津）認證服務(wù)有限公司，天津市 301911）

1 概述

隨著我國城市化進程的不斷推進，導(dǎo)致我國土壤污染問題日趨嚴重，造成了嚴重的生態(tài)問題，影響了耕地質(zhì)量，進而對食品安全和人類健康造成影響[1]?？傮w來說，我國當(dāng)前土壤污染問題非常嚴重，尤其是國民經(jīng)濟水平較高的地區(qū)，土壤污染問題突出?，F(xiàn)階段我國農(nóng)業(yè)態(tài)勢良好，但是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中造成的土壤污染問題也相當(dāng)嚴重，數(shù)據(jù)顯示，我國農(nóng)業(yè)內(nèi)源性污染問題比較嚴重，化肥和農(nóng)藥的利用率都比較低，農(nóng)膜回收率也不到2/3，化肥使用量不斷增加，化肥中含有多種重金屬元素，對于土壤環(huán)境質(zhì)量和環(huán)境安全都造成相當(dāng)大的影響[2]。土壤中的重金屬、農(nóng)藥殘留，會造成重金屬和農(nóng)藥在農(nóng)作物中富集，直接威脅農(nóng)作物的質(zhì)量和安全，對人體健康造成不利的影響；在礦山開采過程中，附近的土地非常容易受到污染，導(dǎo)致周圍人群以及周邊農(nóng)作物的使用人員出現(xiàn)疾??；工業(yè)生產(chǎn)中的廢棄物排放依然是土壤污染的重要來源，污染物的種類也在不斷增多[3]。在各種因素的影響下，我國土壤污染當(dāng)前呈現(xiàn)出混合型和綜合型的特點。土壤污染范圍在不斷擴大，污染面積不斷擴大，呈現(xiàn)出由農(nóng)村向城市、由局部到整體的趨勢，對農(nóng)作物質(zhì)量和人體健康造成威脅。

為了解決土壤污染問題，我國采取了大量措施，對污染土壤進行修復(fù)，旨在解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生態(tài)濕地和重金屬污染等方面的問題。隨著土壤污染日趨復(fù)雜，傳統(tǒng)的土壤修復(fù)技術(shù)已不能夠滿足實際需求，而引進國外土壤修復(fù)技術(shù)的成本又非常高，因此，我國急需加強土壤修復(fù)技術(shù)的研究，通過加大投入，從技術(shù)研究、設(shè)備研發(fā)兩方面提高土壤修復(fù)技術(shù)的水平，且在滿足當(dāng)前土壤修復(fù)要求的前提下，對土壤修復(fù)技術(shù)進行進一步優(yōu)化，提高其普適性和應(yīng)用性，尤其是要針對化學(xué)藥物、重金屬等方面的土壤污染問題，要加大技術(shù)開發(fā)力度，降低土壤修復(fù)成本，提升土壤修復(fù)效益，同時，要降低土壤修復(fù)工作對于正常生產(chǎn)的影響，在保證農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益的前提下，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全性。對于礦區(qū)等土壤污染較為嚴重的區(qū)域，則需要制定針對性的修復(fù)策略，通過合理應(yīng)用土壤修復(fù)方式和設(shè)備，提高土壤修復(fù)工作的實效。

2 土地污染修復(fù)技術(shù)研究

當(dāng)前土壤修復(fù)技術(shù)主要包括工程修復(fù)技術(shù)、物理-化學(xué)修復(fù)技術(shù)、生物技術(shù)以及聯(lián)合修復(fù)技術(shù)等[4]，下面對土壤污染修復(fù)技術(shù)的研究進行探討。

2.1 工程修復(fù)技術(shù)

2.1.1 客土法

客土法是指通過在“健康”土壤地方取土，移入表層污染土壤中，對污染土壤進行修復(fù)，從而解決表層土壤的污染問題，避免植物根系等受到污染，降低污染的危害。這種方法主要適合在污染程度較低，能夠比較容易取得“健康”土壤的區(qū)域，在應(yīng)用客土技術(shù)時，客土的理化性質(zhì)和原土要一致，這種方法能夠?qū)}堿地、土壤質(zhì)地過沙過黏等性狀不良土壤進行改良，具有良好效果。在實際運行過程中，由于底部土壤可能會向客土層進行轉(zhuǎn)移，因此可能會發(fā)生二次污染的問題。針對這一問題，研究人員進行了改良，通過在原污染土壤中加入改良劑對重金屬進行固定，阻止其向新表層土壤中轉(zhuǎn)移，從而避免了二次污染問題[5]。

2.1.2 換土法

換土法也是利用“健康”土壤來對污染土壤進行修復(fù)，和客土法的區(qū)別是，其直接用“健康”土壤替換掉污染土壤，從而對被污染土壤進行修復(fù)。在應(yīng)用換土法時，需要對被轉(zhuǎn)移的污染土壤進行跟蹤監(jiān)測，確保被污染土壤得到合理的處置，不出現(xiàn)違規(guī)傾倒污染土壤的問題。

2.1.3 深耕翻土法

這種方法是通過將表層和深層土壤進行翻動混合，從而降低表層土壤中污染物含量的一種方法，在土層較深并且污染較強的土壤修復(fù)中，這種技術(shù)具有良好的效果。若是針對農(nóng)業(yè)土壤進行修復(fù)，在應(yīng)用該方法進行修復(fù)以后，需要增加施肥量，從而保證耕層具有充足的養(yǎng)分，滿足農(nóng)作物生長需求。

2.2 物理-化學(xué)修復(fù)技術(shù)

2.2.1 玻璃化修復(fù)技術(shù)

玻璃化修復(fù)技術(shù)的原理為：通過對污染土壤進行高溫熔融處理，使其中的重金屬形成較為穩(wěn)定的玻璃態(tài)物質(zhì)，去除污染。這種土壤污染修復(fù)技術(shù)在飛灰、污泥中重金屬的固定和資源化修復(fù)中具有重要應(yīng)用，具有比較高的修復(fù)效率，在污染土壤的搶救性修復(fù)中也有重要應(yīng)用。但該方法對污染土壤處理時工程量較大，需投入較高的成本，且由于玻璃化修復(fù)技術(shù)需在較高的溫度下進行，較高的溫度會對土壤的理化性質(zhì)造成較大的影響，甚至?xí)雇寥朗ピ械纳a(chǎn)能力，因此該方法在實際應(yīng)用中有明顯的局限性。

2.2.2 熱處理修復(fù)技術(shù)

熱處理修復(fù)技術(shù)是指通過加熱污染土壤，使土壤中含有的揮發(fā)性較高的污染物受熱揮發(fā)，從而實現(xiàn)土壤的修復(fù)。通過應(yīng)用熱處理修復(fù)技術(shù)，還能夠?qū)⑼寥乐邪霌]發(fā)性、沸點較低的有機污染物去除掉。以污染土壤修復(fù)地點作為分類標(biāo)準(zhǔn)，可以將其分為原位和異位兩類。原位修復(fù)是在地下進行的，處于“黑箱”狀態(tài)，相較于原位修復(fù)，異位修復(fù)更加可控，修復(fù)過程的溫度、停留時間都可以通過設(shè)備進行直接調(diào)控。

2.2.3 電動修復(fù)技術(shù)

在污染介質(zhì)的兩端施加直流電，從而形成電場，受到電場力的作用，污染物會向兩側(cè)遷移，然后可以對其進行集中收集處理，從而對污染土壤進行修復(fù)。在出現(xiàn)之初，電動修復(fù)技術(shù)主要應(yīng)用于重金屬污染的修復(fù)，在有機污染土壤修復(fù)中也得到了重要應(yīng)用。在電動修復(fù)技術(shù)中，電解反應(yīng)陽極區(qū)域會產(chǎn)生H+形成酸性帶，陽極區(qū)域的鉛、鎘等重金屬離子在電場力的作用下，會遷移到陰極，從而將陽極污染物去除；在陰極區(qū)域會產(chǎn)生OH-，OH-會和金屬離子生成沉淀，這樣會降低陰極區(qū)域的修復(fù)效率。通過加入能夠抑制產(chǎn)生氫氧化物沉淀的物質(zhì)，可以提高重金屬的去除效果，如醋酸、EDTA或加入陽離子交換膜等[6]。在應(yīng)用電動修復(fù)技術(shù)時，通過對陰陽兩極的pH進行針對性的調(diào)節(jié)，能夠有效的提高污染的修復(fù)效率。電動修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點在于，在使用過程中不會對土壤造成擾動，而且操作簡單，綠色環(huán)保。在低滲污染土壤和污泥的修復(fù)中具有良好的效果。該技術(shù)的缺點在于，通過應(yīng)用該技術(shù)進行土壤污染修復(fù)會對土壤的理化性質(zhì)造成破壞，而且實際應(yīng)用過程中通常需要和其它技術(shù)聯(lián)合使用。

2.2.4 固化/穩(wěn)定化技術(shù)

固化/穩(wěn)定化技術(shù)，是指通過技術(shù)手段來改變重金屬的形態(tài)，使其遷移性降低，從而實現(xiàn)對土壤重金屬污染的控制，當(dāng)前這種方法在重金屬土壤污染質(zhì)量中具有良好的應(yīng)用效果。在這種技術(shù)中，通常采用化學(xué)改良劑、穩(wěn)定劑等化學(xué)藥劑，利用這些藥劑和重金屬之間的吸附、絡(luò)合以及離子遷移等措施，對重金屬在土壤中的遷移能力進行控制，降低其生物有效性，從而達到控制土壤中重金屬污染的效果。在這種技術(shù)中，常用的穩(wěn)定劑包括無機化學(xué)穩(wěn)定劑和有機化學(xué)穩(wěn)定劑兩大類，如赤泥、石灰和天然沸石等無機化學(xué)穩(wěn)定劑，生物炭、泥炭和堆肥等有機化學(xué)穩(wěn)定劑[7]。固化/穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點是成本比降低、而且操作簡單，但是一些土壤穩(wěn)定劑會擾動土壤，影響土壤的營養(yǎng)均衡，當(dāng)前該技術(shù)的主要方向是開發(fā)價格低廉、容易獲取且沒有二次污染的穩(wěn)定劑，納米吸附材料是重要的研究方向。

2.2.5 土壤淋洗技術(shù)

在土壤重金屬吸附技術(shù)中，土壤淋洗技術(shù)應(yīng)用較早，該方法的主要原理是，通過特殊成分的化學(xué)淋洗液，通過水力學(xué)或者是機械攪動土壤顆粒的方式，將土壤中的污染物清洗掉。土壤淋洗技術(shù)能夠在不破壞土壤結(jié)構(gòu)的前提下，將土壤中多種形態(tài)的重金屬去除，因此不會造成次生污染。在土壤淋洗技術(shù)中，最關(guān)鍵的是選擇淋洗劑，常用的淋洗劑包括螯合劑、酸/堿溶液、絡(luò)合劑、表面活性劑等，其中應(yīng)用最為廣泛的是生物表面活性劑，這是由于這類表面活性劑不僅能夠促進污染物降解，其自身也能夠被生物降解。該技術(shù)的修復(fù)效果主要受到淋洗劑和淋洗方式的影響，該技術(shù)易實施，修復(fù)周期短，且不會造成次生污染，這些優(yōu)點使其獲得了廣泛應(yīng)用。淋洗吸附技術(shù)中引入現(xiàn)代超分子化學(xué)技術(shù)是未來的重要方向。

2.3 生物修復(fù)技術(shù)

2.3.1 植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)技術(shù)是利用某些植物具有積累、轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移土壤污染物的能力，通過大量種植此類植物，使土壤中污染物被吸附、轉(zhuǎn)移、貯存至植物莖葉，收割莖葉做無害化處理來達到土壤修復(fù)的目的。目前這種技術(shù)經(jīng)過多年研究，已在土壤污染治理中獲得應(yīng)用。當(dāng)前研究結(jié)果顯示，具有超富集能力的植物超過700種，如鉛超富集植物有香根草、酸模等，鎘超富集植物有魚腥草、龍葵等；銅超富集植物包括酸模、鴨拓草等。植物修復(fù)技術(shù)綠色環(huán)保，不會造成污染，但是由于植物生長周期長，生物量小，因此導(dǎo)致用這種技術(shù)進行土壤修復(fù)需要較長的周期，而且修復(fù)的深度較低。在當(dāng)前的技術(shù)條件下，采用單一的植物修復(fù)技術(shù)，不能夠完全滿足土地污染修復(fù)的要求。因此，需要尋找、培育具有更強積累能力的植物，從而植物修復(fù)技術(shù)的能力。

2.3.2 動物修復(fù)技術(shù)

動物修復(fù)技術(shù)，是指通過土壤環(huán)境中的低等動物來吸收、降解和轉(zhuǎn)移土壤中含有的重金屬，從而實現(xiàn)土壤的修復(fù)。當(dāng)前，動物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用較少，相關(guān)研究主要是利用蚯蚓、鼠類等來修復(fù)土壤污染。動物修復(fù)技術(shù)具有一定的局限性，在動物新陳代謝過程中，其已收集的重金屬會通過糞便重新被排放到土壤中，同時，動物對于重金屬的耐受程度是有限的，當(dāng)其體內(nèi)的重金屬超出其承受范圍，會出現(xiàn)逃逸甚至死亡的情況。此外，應(yīng)用動物修復(fù)技術(shù)進行土壤修復(fù)，還會帶來新的環(huán)境風(fēng)險，舉例來說，通過蚯蚓來進行土壤修復(fù)時，蚯蚓活動會產(chǎn)生蚯蚓孔，從而造成明顯的優(yōu)勢流現(xiàn)象，會提高重金屬離子在土壤中垂直向下的遷移速度，這會造成地下水受到污染的可能性增加。在未來的研究過程中，需要對動物、土壤以及周邊環(huán)境的作用關(guān)系進行研究，從而更好的實現(xiàn)應(yīng)用。

2.3.3 微生物修復(fù)技術(shù)

微生物修復(fù)技術(shù)是利用某些微生物的特性，將土壤中含有重金屬的物理特性進行改變，從而對重金屬在土壤環(huán)境中的遷移與轉(zhuǎn)化進行控制，降低污染物活性，或?qū)⑽廴疚镛D(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)，從而實現(xiàn)土壤的修復(fù)。微生物修復(fù)技術(shù)來修復(fù)土壤時，主要過程分為三步，分別是微生物富集、吸附和轉(zhuǎn)化。微生物處理技術(shù)具有多方面的優(yōu)勢，包括微生物修復(fù)費用低、修復(fù)效率比較高，而且不容易產(chǎn)生二次污染，但由于微生物遺傳穩(wěn)定性差、易變異，污染將污染物全部去除，并且對污染物的吸附容量有限，因此，要實現(xiàn)微生物修復(fù)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，需要對微生物細胞和重金屬離子之間的影響機制進行深入的研究，同時，基因工程菌的構(gòu)建也是其重要方向。

2.4 聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，是將若干單項土壤修復(fù)技術(shù)相互組合，形成的一種復(fù)合型的土壤修復(fù)技術(shù)，在聯(lián)合吸附技術(shù)中，各種單項土壤修復(fù)技術(shù)發(fā)揮各自優(yōu)勢，從而提高土壤的修復(fù)效果和效率。

常見的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)包括，生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)、基因工程聯(lián)合修復(fù)技術(shù)以及物理-化學(xué)聯(lián)合修復(fù)技術(shù)等。在當(dāng)前的技術(shù)條件下，對于多環(huán)芳烴污染土壤的修復(fù)，生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)具有廣泛應(yīng)用，可以起到良好的效果；在動植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)中，蚯蚓修復(fù)技術(shù)的研究最多，蚯蚓體內(nèi)可以攜帶多種微生物，蚯蚓在土壤中活動還能夠提高微生物活性，從而提高修復(fù)效果；植物-微生物修復(fù)技術(shù)利用了植物和根際微生物之間的共生關(guān)系，通過發(fā)揮這兩種技術(shù)手段的優(yōu)勢，能夠提高修復(fù)效果。物理-化學(xué)聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，基于污染物的特性來實現(xiàn)污染物的分離、固化，從而對污染土壤進行修復(fù)。單項物理、化學(xué)修復(fù)技術(shù)的缺點明顯，不僅技術(shù)成本高，而且還容易造成發(fā)生次生污染，對土壤結(jié)構(gòu)造成破壞，因此應(yīng)用受到限制。

3 污染土壤修復(fù)技術(shù)的趨勢

3.1 環(huán)境友好型趨勢

在進行污染土壤修復(fù)過程中，要降低對土壤環(huán)境的影響，盡量降低次生污染，保護土壤生態(tài)環(huán)境。因此，在讓污染修復(fù)技術(shù)應(yīng)用過程中，要充分應(yīng)用太陽能等可再生資源，提高土壤微生物資源的修復(fù)能力，促進污染土壤的自我吸附，這是污染土壤修復(fù)技術(shù)未來的重要方向。對于耕地土壤污染問題，需要消除農(nóng)作物生產(chǎn)中的外在元素，提高土壤修復(fù)能力，保障土壤功能，避免發(fā)生二次污染。未來，無公害土壤修復(fù)技術(shù)是污染土壤修復(fù)的重要方向，應(yīng)加強相關(guān)研究，提高無公害土壤修復(fù)技術(shù)水平。在常規(guī)生物土壤修復(fù)技術(shù)的研究過程中，可以通過應(yīng)用細胞工程、生物酶工程，提高修復(fù)技術(shù)的水平，提高土壤修復(fù)效率。

3.2 原位土壤修復(fù)趨勢

在傳統(tǒng)的土壤修復(fù)技術(shù)中，常采用將污染土壤挖掘出來，轉(zhuǎn)移到其它地方凈化的方式，即離場異位修復(fù)，這種修復(fù)技術(shù)的成本較高，而且只能夠?qū)Ρ韺油寥肋M行修復(fù)，在深層土壤修復(fù)中的應(yīng)用效果較差。因此，未來原位土壤修復(fù)技術(shù)將是重要的方向，通過原位土壤修復(fù)技術(shù)，包括穩(wěn)定化技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)等，實現(xiàn)對污染土壤的修復(fù)，不需要進行土壤的轉(zhuǎn)移，成本更低。

3.3 多項修復(fù)技術(shù)聯(lián)合

單項土壤修復(fù)技術(shù)具有局限性，通過多項修復(fù)技術(shù)聯(lián)合使用，可以取各單項修復(fù)技術(shù)的長處，提高土壤污染修復(fù)的效果。其中，生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，不僅成本低，而且對環(huán)境友好。通過應(yīng)用聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，修復(fù)效果通常要優(yōu)于單個修復(fù)技術(shù)疊加，因此，加強聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的研究具有重要意義。但是在實際應(yīng)用過程中，優(yōu)于各單項修復(fù)技術(shù)存在局限性，從而導(dǎo)致聯(lián)合修復(fù)技術(shù)應(yīng)用時面臨較多的問題，如何解決這些問題是聯(lián)合修復(fù)技術(shù)的重點。

4 結(jié)語

對污染土壤進行治理已經(jīng)迫在眉睫。當(dāng)前，工程修復(fù)技術(shù)、物理-化學(xué)修復(fù)技術(shù)和生物修復(fù)技術(shù)，還有兼具各單項修復(fù)技術(shù)的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，在污染土壤修復(fù)中取得了一定的效果。為了達到更好的污染土壤修復(fù)效果，還需要繼續(xù)加強土壤修復(fù)技術(shù)的研究，提高土壤污染修復(fù)效率，更大程度上避免次生污染，降低污染修復(fù)成本。