土壤修复发展前景

土壤修复发展前景

Revised by Chen Zhen in 2021

土壤修复发展前景

近年来，“镉大米”“毒地开发”等公共危害事件频发，土壤污染成为全社会关注的重大环境问题。2014年环境保护部、国土资源部发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，全国土壤总点位超标率为16．1％ ，调查所涉的重污染企业用地、工业废弃地、工业园区等土壤超标点位率皆为1／3左右。 我国土壤污染程度比较严重，已经威胁到农产品质量、人居环境和生态安全。

与其他污染相比，土壤污染具有较强的累积性、稳定性、不可逆性，这决定了在采用预防性制度控制土壤污染风险的同时，还应设计系统的土壤污染治理制度体系。 土壤污染治理一般涉及三个层面的措施：(1)针对土壤污染的初步评价、污染场地调查、污染场地分级等活动。(2)发现土壤污染后，为防止或控制污染进一步扩大而采取的应急措施。(3)受污染土壤的风险评估、修复方案确定、修复的开展、修复后的评估与管理等活动。

一、国家法规政策

我国有关土壤污染治理的法律规范散见于不同层级的国家立法中。我国《宪法》第l0条规定，“一切使用土地的组织和个人必须合理利用土地”，这可以视为土壤污染治理责任的宪法依据。因为造成土壤生态、经济、社会功能降低甚至丧失的行为，是对土地的不合理利用。我国《环境保护法》第32条规定，“国家加强对大气、水、土壤等的保护，建立和完善相应的调查、监测、评估和修复制度”，这是法律层面对土壤污染治理的总则性规定。我国《水污染防治法》第51条规定，利用工业废水和城市污水进行灌溉，应当防止污染土壤、地下水和农产品；《固体废物污染环境防治法》规定，固体废物实行从产生到处置的全过程控制，禁止向环境排放固体废物，尽量减少固体废物的产生量和危害。

此外，一些法律、法规为土壤污染治理提供了间接依据。如我国《土地管理法》《城市房地产管理法》虽然不直接涉及土壤污染防治，但其中关于合理利用土地的规定可准用

于预防和治理土壤污染；国务院颁布的《危险化学品安全管理条例》《农药管理条例》从源头控制的角度规范了可能造成土壤污染的危险、有毒物质的生产、使用和安全排放问题。

2014年，环境保护部出台了关于场地环境保护的一系列标准如《场地环境调查技术导则》《场地环境监测技术导则》《污染场地风险评估技术导则》《污染场地土壤修复技术导则》，这些标准为污染场地的调查、风险评估、修复、修复后的监测等活动提供了技术规程和方法指导。由环境保护部、国土资源部、住房和城乡建设部、农业部等多部委共同制定的“土壤环境保护和污染治理行动计划”（即《土十条》）已在2016年5月实施，该计划将作为土壤污染治理的纲领性文件，指导实践中土壤污染治理工作。

二、土壤污染修复技术

1 土壤污染修复技术简介

1．1植物修复

植物修复是指利用植物忍耐和超量积累某种或某些化学元素的特性，或利用植物及其根系微生物与环境之间的相互作用，对污染物进行吸附、吸收、转移、降解、挥发，将有毒有害的污染物转化为无毒无害物质，最终使土壤功能得到恢复。根据修复植物在某一方面的修复功能和特点可发为以下5种基本类型：

(1) 植物提取修复

利用重金属超积累植物从污染土壤中超量吸收、积累一种或几种重金属元素，之后将植物整体收获并集中处理。然后再继续种植超积累植物以使土壤中重金属含量降低到可接受的水平。是目前研究最多且最有发展前途的一种植物修复技术。

(2) 植物挥发修复

利用植物将土壤中的一些挥发性污染物吸收到植物体内，然后将其转化为气态物质释放到大气中，从而对污染土壤起到治理作用。

(3) 植物稳定修复

通过耐性植物根系分泌物来积累和沉淀根际圈污染物质，使其失去生物有效性，以减少污染物质的毒害作用。但更重要的是利用耐性植物在污染土壤上的生长来减少污染土壤的风蚀和水蚀，防止污染物质向下淋移而污染地下水或向四周扩散进一步污染周围环境。

(4) 植物降解修复

利用修复植物的和降解作用去除土壤中有机污染物质的一种方式。一般对某些结构比较简单的有机污染物质去除效率很高

(5) 根际圈生物降解修复

利用植物根际圈菌根真菌、专性或非专性细菌等微生物的降解作用来转化有机污染物．降低或彻底消除其生物毒性，从而达到有机污染土壤修复的目的。

1．2 生物修复

对于微生物修复技术而言，往往是利用一些微生物的作用进行土壤和水体中污染物的清理或是进行污染物无害化处理的过程。在城市的土壤中，往往微生物的数量和种类都相对较大，它们在进行重金属与有机物无害化处理中发挥的作用是非常不可忽视的。利用微生物进行土壤中重金属与有机物的毒性的降低或者是吸附积累在土壤中的重金属与有机物，可以慢慢改变根际微环境，这样就能增加植物对重金属与有机物的吸收，挥发及固定的效率。

1．3 物理修复

物理修复是最先发展起来的修复技术之一，包括蒸汽浸提修复技术、固化/稳定化修复技术、热力学修复技术、热解吸修复技术、电动力学修复技术等。其中电动力学修复技术能较好地应用在土壤中金属污染的修复中。

热化法修复就是直接通过加热，或者是水蒸气进行加热，红外线进行加热、微波辐射进行加热，将土壤里的物质慢慢加热到一定的温度，这样可以使土壤中的一些可挥发性的污染物迅速气化，再对这些可挥发性污染物进行收集工作，就可以有效地降低土壤中污染物的浓度。这种热化法对于能耗的要求比较高，这样一般要求土壤具有一定的渗透性，只是针对一些可挥发性好的土壤污染物。

1．4 化学修复

污染土壤的化学修复是利用加入到土壤中的化学修复剂(如固化剂、有机质、化学试剂、天然矿物等，改变土壤的pH值、Eh等与污染物发生一定的化学反应，使污染物被降解和毒性被去除或降低的修复技术。

化学修复技术主要涵盖以下几个方面的技术类型：

（1）化学淋洗技术是借助能促进土壤环境中污染物溶解或迁移作用的溶剂．通过水力推动清洗液，将其注入到受污染土层中，然后再把含有污染物的液体抽提出来，进行分离或污水处理。清洗剂可以是水或含有一定助剂的溶液，一般要求清洗剂能再生并重复使用；

（2）溶剂浸提技术是利用毒性相对较小的有机溶剂提取毒性大，其他方法难以处理的污染物。一般是有机污染物；（3）化学氧化修复技术主要是通过氧化，使一些污染物转化成低毒的存在形态。主要的氧化剂有KMnO4、H 202、03等；（4）化学还原与还原脱氯修

复技术

一般是指利用还原剂使污染物还原成难溶态，使其迁移性和生物可利用性降低；（5）土壤性能改良修复技术。

相比较而言，化学氧化技术是一种快捷、积极，对污染物类型和浓度不是很敏感的修复方式；化学还原和还原脱氯法则作用于分散在地表下较大、较深范围内的氯化物等对还原反应敏感的化学物质，将其还原、降解；原位化学淋洗技术对去除低溶解度和吸附力较强的污染物更加有效。

所谓污染土壤修复，是指利用物理、化学或生物的方法，将土壤中的污染物吸收、降解和转化，使其浓度降低到可接受的水平或将有毒有害污染物彻底转化为无害物质的过程。现代农业土壤条件日益恶化，土壤修复的背景环境愈趋复杂，诞生出冶金及化工等污染场地修复、农田污染土壤修复、矿区污染修复及油田污染修复等多种专门面向特种行业的土壤修复需求。根据修复原理的不同，污染土壤修复可分为以下三种：物理修复、化学修复和生物修复。但由于上述土壤环境的多重性，开始出现了 一些修复技术手段的交叉融合使用的联合修复技术。

1 物理修复技术

污染土壤物理修复技术物理修复是指以物理手法将污染源从土壤中祛除或剥离的技术。其中对于常见的场地土壤有机物污染祛除的主要物理修复手段是热处理，常用的包括超声/微波加热技术、蒸气浸提技术、热脱附技术等。

1.1超声/微波加热技术

该技术是利用超声空化现象所产生的机械效应、热效应和化学效应对污染物进行物理解吸、絮凝沉淀和化学氧化作用的处理，从而将污染物与土壤颗粒进行分离，并在液相中

把污染物分解成二氧化碳和水或者容易易降解的小分子化合物。有研究证明，超声波可被应用于被石油污染的土壤中，也是一种有效的土壤修复方法。

1.2热脱附技术

热脱附技术是将土壤中的污染物通过直接或者间接的方式加热到足够高的温度，使该污染物蒸发并与土壤分离的过程。此方法可以使污染物在非氧化条件下燃烧， 大大减少一些剧毒副产物的生成。该技术可处理的污染物范围较广，所处理的土壤修复后的土壤可以重新使用，尤其对含氯有机物污染的土壤修复较方便有效。目前， 一些国家采用热脱附技术处理有机物高污染土壤并且已经把该技术工程化。但良好的效果代表着昂贵的成本，相关设备以及处理过程需要消耗大量的人力、物力与时间，这就大大限制了该技术在土壤修复领域的的推广应用。

1.3土壤蒸汽浸提技术

该技术是指把无污染的空气输入污染土壤中，通过真空泵使土壤产生负压，空气通过被污染的土壤区域，最终与土壤中的污染物混合并流出土壤，混合后的气体通过活性炭吸附或其他处理方法除去有机物，将剩余的气体送回大气中或者循环使用。这种方法成本较低，操作方便，可处理的污染物范围较广。该方法可以采用标准化设备在不破坏土壤的前提下较高效率的除去土壤中具有挥发性的有机污染物，尤其是石油烃类污染物。

2 化学修复技术

在污染土壤处理方法发展过程中，该技术发展比较早，主要涉及的方法包括稳定化技术、淋洗技术、氧化—还原技术、光催化降解技术和电动力学修复技术等。

2.1固定/稳定化技术

该技术采用的是把一些特殊添加剂混合在被污染的土壤中，充分利用污染物的物理、化学或其他特性使污染物处于稳定状态，从而降低其对环境的危害的一种方法。这种技术可以将金属废弃物转化成较稳定、危害低的固体，处理成本较低，极大地降低了被污染土壤的修复费用，但是修复后的土壤不可再利用，对设备需求也较多。

2.2淋洗/浸提技术

淋洗/浸提技术定义为把水或者混着冲洗助剂的水溶液、带酸性或碱性的溶液、表面活性剂等淋剂液与污染土壤混合，从而达到洗脱污染物质的目的。洗脱后的废水废剂需要经过无污染处理就可以排放，重新净化的土壤可以再次使用。这种离位修复技术被许多国家应用于工业中的存在重金属污染或者复杂污染物的土壤处理。优点在于这种方法可以净化处理土壤中的有机污染物，因为本技术方法是水溶液，用水量特别多，所以设置的修复场所尽可能在水源附近。

2.3化学氧化—还原技术

化学氧化—还原技术是指在土壤中添加化学氧化剂/还原剂，让土壤中的污染物发生氧化还原反应从而达到修复土壤的目标。氧化反应是氧化剂与土壤或者地下水中的有机污染物进行反应，还原反应是对其中能进行还原反应的物质进行反应，还原反应方法是目前研究的 创新点。例如，纳米级粉末零价铁的强脱氯作用已经被市场接受，进行土壤与地下水的修复工作，不过仍存在铁表面活性的钝化、被土壤吸附产生聚合失效等问题，仍然需要深入的研究。

2.4光催化降解技术

土壤光催化降解技术是一种创新度较高的深度土壤氧化修复技术，可处理修复农药等有机污染物的土壤。 土壤性质、土壤pH值和土壤厚度都会影响光转化有机污染物，比如对于

具有高孔隙度的土壤，其中的污染物质迁移速度很快，而且会随着黏度的降低而光解加速， 土壤中的氧化铁含量也是对有机物光催化降解的重要因素。

3 生物修复技术

污染土壤的生物修复技术是说将土壤中的污染物通过土壤中本身存在的包含植物、动物和微生物在内的许多生物种类的吸收、降解或者转化的方式，达到较小土壤中污染物的比例的目的。目前社会上主流的生物修复技术包括植物修复、动物修复和微生物修复3类，这 3类中更为社会所应用的是植物修复和微生物修复。下面将详细对比3种生物修复技术的定义以及优缺点。

3.1植物修复技术

植物本身具有忍耐部分超量的某些化学元素的特征，同时植物根系的微生物体系也能降解污染物的特征， 因此其在环境恶劣的情况下暂时生存，而植物修复技术 就是要利用植物或者其根系微生物群的的这种特征把土 壤中的金属元素、有机污染物吸收转化成无害的物质的 技术。利用植物修复技术可以吸收转化土壤的污染物包 括有害于土壤的重金属元素、人类种植植物时施加的过 多的农药、降解率低的有机污染物等。这项技术的重点 在于要选择能够环境适应性强、繁衍能力强、能够高效 吸收污染物的植物品种，了解植物的生活习性。跟别的 修复技术相比，植物修复技术具有生产经济性强、对环 境破坏力小、持续时间长、在修复土壤的同时还可净化 周围的空气、水等优点，在不破坏生态环境的前提下达 到修复污染土壤的目的。

3.2微生物修复技术

这里的微生物既包括天然存在的微生物，还可以是 人工培养的包括土着微生物、外源微生物和基因工程菌 微生物群等，将这些微生物群在人为优化的温度湿度等 条件适宜

的环境下进行代谢过程，微生物群将吸收降解 土壤中的有毒污染物转化为无毒的物质，这就是微生物 修复技术方式 [4]。微生物也可以引起土壤的理化特性变 化，从而使有机污染物失效或降低效果，比如假单胞杆 菌可降解 DDT、艾氏剂、毒杀酚和敌敌畏等污染物。目 前微生物修复技术是土壤修复技术中的主要方式。当前， 微生物修复技术的重点在于选择和培养能够高效吸收转 化降解污染物的微生物群，提升微生物群的环境适应能 力、高速降解能力以及其安全程度，微生物工作过程中 的数据优化和温度、湿度、养分等重点因素的设计控制 等部分。

3.3动物修复技术

目前来说，微生物修复和植物修复污染土壤在不论在市面上还是学术研究都有了一定的时间发展，关于动物修复技术的方式还没有引起特别大的注意。动物修复技术是说利用动物的直接作用或间接作用来修复污染土壤的方式，直接作用是指动物的吸收、转化和分解，间接作用是指通过改变土壤的理化特征、提高土壤的肥度或者是加强植物、微生物的繁殖。蚯蚓和部分鼠类等一些土壤中的大型的依赖于土壤生存的动物能够吸收或者 富集土壤污染物，然后利用其自身的新陈代谢作用将污 染物转化为无毒低毒的物质 [5]。微型动物的土壤修复作 用的研究现在还比较少，日后微型动物土壤修复技术研 究可作为一个重点课题进行研究探讨。

污染土壤修复技术的综合应用利用上述的2种或者3种方法综合应用的方式进行土壤修复，这样的修复方式既能够加大污染土壤的污染 物质的降解速度，又能够避免单个修复技术所带来的局 限性和降解物质单一性，这种方法已成为土壤修复技术的重中之重。

利用物理、化学方式综合利用修复技术比较适合离位处理后的污染土壤的修复环境。微生物（细菌、真菌）— 植物、动物（如蚯蚓、线虫）—植物综合修复技术是生物修复技术中的新重点。选择能够加速植物成长的细菌 群，利用植物 - 细菌群落的联合修复、

动物 - 微生物群联合修复，将提高有机污染物的吸收、转化、代谢的新的研究项目。

4结论

净化污染土壤是道路艰难、漫长的过程，研究复杂某一种单独的修复技术肯定会有局限性，降低修复效率。因为不同的污染物质的自身特点、具体的土壤环境、不同的修复技术都是在一定的条件下开展的、不同的修复技术相互缺少联系，这是单一的物理的、化学的或者是生物的修复技术自己无法完成的，单种的修复技术不能将全部的土壤污染物降解，因此需要根据土壤的具体环境选择不同的修复技术的综合应用，制作符合具体污染土壤环境、各类方法联合的新型修复技术，从而完成完全修复污染土壤的任务。