土壤修复技术

土壤修复技术 　　 学科：环境科学

　　词目：土壤修复技术

　　英文：polluted soil restoration

　　释文：土壤修复技术是使遭受污染的土壤恢复正常功能的技术措施。污染物进人生态循环系统，如果超过土壤的自净作用的负荷，即形成土壤污染。土壤因吸附能力、氧化还原作用及土壤微生物分解作用，可缓冲污染物所造成的危害，以上统称为土壤自净能力。土壤自净作用的机理，既是土壤环境容量的理论依据，又是选择针对土壤环境污染调控与污染修复措施的理论基础。尽管土壤环境具有多种净化作用，而且也可通过多种措施来提高土壤环境的净化能力，但其净化能力毕竟是有限的，预防土壤污染是保护土壤环境的根本措施。

土壤污染修复技术主要包括物理/化学修复和生物修复两大类，其中物化修复包括化学淋洗、溶剂浸提、化学氧化/还原、化学脱卤、电化学、固化、蒸汽抽提、强化破裂、热解吸、玻璃化和活性炭吸附等修复技术；生物修复包括植物修复和微生物修复，其中植物修复主要有根部过滤技术、植物萃取技术、植物挥发技术和植物稳定化技术；微生物修复技术包括原位修复和异位修复，其中原位修复指的是投菌法、生物培养法和生物通气法等，主要用于被有机物污染的土壤修复；异位修复技术包括预制床技术、生物反应器技术、厌氧处理和常规的堆肥法。

美国在20世纪90年代用于污染土壤修复方面的投资有近1000亿美元。污染土壤修复的理论与技术已成为整个环境科学与技术研究的前沿。土壤的修复的过程相当漫长，当前解决土壤污染问题，需要有不同学科的科学家如土壤学、农学、生态学、生物地球化学、海洋科学以及涉及农业、林业、渔业等有关的生产单位和政府决策者的共同努力。学与技术研究的前沿。土壤的修复的过程相当漫长，当前解决土壤污染问题，需要有不同学科的科学家如土壤学、农学、生态学、生物地球化学、海洋科学以及涉及农业、林业、渔业等有关的生产单位和政府决策者的共同努力。

中国土壤污染已对土地资源可持续利用与农产品生态安全构成威胁。全国受有机污染物污染的农田已达3600万公顷，污染物类型包括石油类、多环芳烃、农药、有机氯等；因油田开采造成的严重石油污染土地面积达1万公顷，石油炼化业也使大面积土地受到污染；在沈抚石油污水灌区，表层和底层土壤多环芳烃含量均超过600mg/kg，造成农作

物和地下水的严重污染。全国受重金属污染土地达2000万公顷，其中严重污染土地超过70万公顷，其中13万公顷土地因镉含量超标而被迫弃耕。正因为如此，中国的污染土壤修复研究，正经历着由实验室研究向实用阶段的过渡，

即将进入一个快速、全面的治理时期。

土壤本来是各类废弃物的天然收容所和净化处理场所，土壤接纳污染物，并不表示土壤即受到污染，只有当土壤中收容的各类污染物过多，影响和超过了土壤的自净能力，从而在卫生学上和流行病学上产生了有害的影响，才表明土壤受到了污染。造成土壤污染的原因很多，如工业污泥、垃圾农用、污水灌溉、大气中污染物沉降，大量使用含重金属的矿质化肥和农药等等。[2]

中国现有耕地有近1/5受到不同程度的污染，污染土壤将导致农作物减产，甚至有可能引起农产品中污染物超标，进而危害人体健康。另外，随着经济发展与城市化的加速，工矿企业导致的场地污染也十分严重。由于产业结构与城市布局的变化与调整，有些化工、冶金等污染企业纷纷搬迁，加上一些企业的倒闭，污染场地不断产生。土壤是人类社会生产活动的重要物质基础，是不可缺少、难以再生的自然资源。没有处理的污染场地将是化学定时炸弹，一旦大面积爆发将会对国家可持续发展造成难以估量的影响,因此必须对土壤污染的预防和污染土壤修复予以高度重视。因此有必要妥善管理并加以修复，使其得到合理利用。

美国约存在294 000 个污染场地[7]，其中，1982-2005 年间，共有1 536 个场地列入NPL。仅2007 年，美国超级基金项目耗费3.8 亿美元用于土壤修复项目[8]。据估计，美国完成所有污染土壤的修复将需要投资2 089 亿，且大部分修复需要经过30~35 a[7]。美国于20 世纪80 年代之后进行了大量土壤修复工程[6]。美国超级基金计划所实施的土壤修复技术已成为世界各国了解最新土壤修复技术变化的重要窗口。2002-2005 年财政年度中[6]，60%的污染源处理工程项目采用的是原位修复技术，比1982-2005 年财政年度高了13个百分点。这主要是因为原位修复技术具有无需挖运土壤、修复成本低、适宜对深层污染介质修复、对施工人员健康影响小等特点。对美国1982-2005 年间，977 项土壤修复项目进行统计，如图1 所示[4， 6]，图1 中浅色部分表示原位修复技术，深色部分表示异位修复技术。原位修复技术462 项，占项目总数的48%，异位修复技术515 项，占总数的52%。在所有污染修复项目中，26%采用原位蒸发提取，18%采用异位固化/稳定化，11%采用异位离场焚烧。近几年多项萃取和化学处理技术受到更多关注，而焚烧技术因可能产生二次污染越来越少被采用。如凡科林为代表的生物修复以水基、可生物降解的、混合型表面活性剂为主，用于清理、处理油污染类、盐污染类、石蜡污染类等土壤污染治理的表面活性剂，以及其它脱脂类清洗产品等。该公司的产品专业对应性较强，包括含有九种基本土壤微生物的可以高效整治油田、盐污染土壤的产品，在除油方面其产品也具有其特点，产品含有植物提取的溶剂，这与其它同类产品大多含有合成溶剂是不同的，因为植物提取的溶剂对环境保护更为有效。其技术特别是在土地治理方面可选择产品更广泛及应用手段更为专业。

  美国污染土壤修复现状

据估计[9]，欧洲每年约有21.1 亿欧元用于污染土壤的修复及管理工作。图2[9]给出了1978-2007 年间，欧洲

  欧洲污染土壤修复现状

部分国家及整个欧洲不同土壤修复技术的运用现状。由图2 可知，欧洲各国根据本国国情，所采用的土壤修复技术存在明显的较大差异。欧洲运用原位和异位热脱附、原位和异位生物处理、原位和异位物化处理技术修复污染场地的项目占所有统计项目的69.17%，其中原位热脱附、原位生物处理和原位物化处理修复技术占35%，异位热脱附、异位生物处理和异位物化处理修复技术占34.17%，二者比重相当，其他修复技术占30.83%。在实际工程中，生物处理技术运用最多，达到35%，其中原位生物处理占18.33%，异位生物处理占16.67%。另外，将污染土壤作为废弃物而非 可再生资源处理（包括挖掘处置技术、污染场地管制等）的工程项目在欧洲仍然占有较大比重，达到37%。

我国土壤修复技术研究起步较晚，加之区域发展不均衡性，土壤类型多样性，污染场地特征变异性，污染类型复杂性，技术需求多样性等因素，目前主要以植物修复为主，已建立许多示范基地、示范区和试验区，并取得许多植物修复技术成果[1]，以及修复植物资源化利用技术成果[1]。物理/化学修复技术中研究运用较多的是[1]：（1）固化-稳定化；（2）淋洗；（3）化学氧化-还原；（4）土壤电动力学修复。目标是污染场地土壤的原位修复技术。联合修复技术中研究运用较多的是[1]：（1）微生物/动物-植物联合修复技术；（2）化学/物化-生物联合修复技术；（3）物理-化学联合修复技术。目标是混合污染场地土壤修复技术。

四大发展方位[1，4， 6-7]：（1）在决策导向上，从基于污染物总量控制转变到基于污染风险评估；（2）在技术上，从单一的修复技术发展到多技术联合的原位修复技术、综合集成的工程修复技术；（3）在设备上，从固定式设备的异位修复发展到移动式设备的原位修复；（4）在应用上，发展到多种污染物复合或混合污染土壤的组合式修复技术；从单一厂址场地走向特大场地；从单项修复技术发展到大气、水体同步监测的多技术多设备协同的场地土壤-地下水一体化修复。六大发展方向[1，4， 6－7]：（1）绿色、环境友好的生物修复技术；（2）从单一的向联合/杂交的综合修复技术；（3）从异位向原位修复技术；（4）基于环境功能修复材料（纳米）的修复技术；（5）基于设备化的快速场地修复技术；（6）土壤修复决策支持系统及修复后评估技术。

近年来在政府财政支持下　我国开展了多个类型场地的修复技术设备研发。尽管可以罗列的土壤及地下水污染的修复技术很多　但实际上　经济实用的修复技术很少。 土壤修复技术归纳起来　常用的有以下几种：

1、热力学修复技术，利用热传导，热毯、热井或热墙等，或热辐射，无线电波加热等实现对污染土壤的修复。

2、热解吸修复技术，以加热方式将受有机物污染的土壤加热至有机物沸点以上　使吸附土壤中的有机物挥发成气态后再分离处理。

3、焚烧法，将污染土壤在焚烧炉中焚烧，使高分子量的有害物质?挥发性和半挥发性，分解成低分子的烟气　经过除尘、冷却和净化处理　使烟气达到排放标准。

4、土地填埋法，将废物作为一种泥浆　将污泥施入土壤　通过施肥、灌溉、添加石灰等方式调节土壤的营养、湿度和pH值　保持污染物在土壤上层的好氧降解。

5、化学淋洗，借助能促进土壤环境中污染物溶解或迁移的化学/生物化学溶剂　在重力作用下或通过水头压力推动淋洗液注入到被污染的土层中，然后再把含有污染物的溶液从土壤中抽提出来，进行分离和污水处理的技术。

6、堆肥法，利用传统的堆肥方法，堆积污染土壤，将污染物与有机物，稻草、麦秸、碎木片和树皮等、粪便等混合起来，依靠堆肥过程中的微生物作用来降解土壤中难降解的有机污染物。

7、植物修复，运用农业技术改善土壤对植物生长不利的化学和物理方面的限制条件，使之适于种植，并通过种植优选的植物及其根际微生物直接或间接吸收、挥发、分离、降解污染物，恢复重建自然生态环境和植被景观。

8、渗透反应墙，是一种原位处理技术，在浅层土壤与地下水，构筑一个具有渗透性、含有反应材料的墙体，污染水体经过墙体时其中的污染物与墙内反应材料发生物理、化学反应而被净化除去。

9、生物修复，利用生物，特别是微生物催化降解有机污染物，从而修复被污染环境或消除环境中污染物的一个受控或自发进行的过程。 其中微生物修复技术是利用微生物，土著菌、外来菌、基因工程菌，对污染物的代谢作用而转化、降解污染物，主要用于土壤中有机污染物的降解。通过改变各种环境条件如，营养、氧化还原电位、共代谢基质，强化微生物降解作用以达到治理目的。

各种修复技术的特点及适用的污染类型：

虽然土壤的修复技术很多，但没有一种修复技术可以针对所有污染土壤。相似的污染状况不同的土壤性质、不同的修复需求，也会限制一些修复技术的使用。另外，大多数修复技术对土壤或多或少带来一些副作用。