土壤修復(fù)技術(shù)的研究與發(fā)展

張小莎

摘要：土壤安全問(wèn)題未得到重視，致使近年來(lái)不斷發(fā)生土壤污染導(dǎo)致的農(nóng)產(chǎn)品食品安全事件，食物鏈的安全也正在受到威脅。因此，發(fā)展土壤修復(fù)技術(shù)已刻不容緩。這對(duì)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)有重大的意義。本文系統(tǒng)概述了現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外對(duì)污染土壤修復(fù)所采用的物理修復(fù)方法、化學(xué)修復(fù)方法、生物修復(fù)方法（包括動(dòng)植物修復(fù)及微生物修復(fù)）和采用多種技術(shù)結(jié)合使用的聯(lián)合修復(fù)方法，并對(duì)各個(gè)技術(shù)的發(fā)展情況及前景進(jìn)行較全面的表述。

關(guān)鍵詞：食品安全；土壤生態(tài)安全；土壤修復(fù)；可持續(xù)發(fā)展

中圖分類號(hào)：S15 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.11974/nyyjs.20170132073

所謂污染土壤修復(fù)，是指利用物理、化學(xué)或生物的方法，將土壤中的污染物吸收、降解和轉(zhuǎn)化，使其濃度降低到可接受的水平或?qū)⒂卸居泻ξ廴疚飶氐邹D(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)的過(guò)程。世界各大發(fā)達(dá)國(guó)家已走在世界前列，美、日、澳等國(guó)通過(guò)對(duì)本土土壤問(wèn)題的研究，積累了豐富的的現(xiàn)場(chǎng)案例處理經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也培養(yǎng)了大量的優(yōu)秀土壤修復(fù)技術(shù)人才，并將其系統(tǒng)化，成立了很多專門從事土壤修復(fù)的組織公司。與之相比，我國(guó)的土壤修復(fù)技術(shù)還相對(duì)欠缺，缺乏豐富的臨場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)與專業(yè)設(shè)備，因此，就需要與國(guó)外擁有先進(jìn)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的公司人員進(jìn)行交流，培養(yǎng)出一批屬于我國(guó)的土壤修復(fù)人才。

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)土壤條件日益惡化，土壤修復(fù)的背景環(huán)境愈趨復(fù)雜，誕生出冶金及化工等污染場(chǎng)地修復(fù)、農(nóng)田污染土壤修復(fù)、礦區(qū)污染修復(fù)及油田污染修復(fù)等多種專門面向特種行業(yè)的土壤修復(fù)需求。根據(jù)修復(fù)原理的不同，污染土壤修復(fù)可分為以下三種：物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)。但由于上述土壤環(huán)境的多重性，開(kāi)始出現(xiàn)了一些修復(fù)技術(shù)手段的交叉融合使用的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)。

1物理修復(fù)技術(shù)

污染土壤物理修復(fù)技術(shù)物理修復(fù)是指以物理手法將污染源從土壤中祛除或剝離的技術(shù)。其中對(duì)于常見(jiàn)的場(chǎng)地土壤有機(jī)物污染祛除的主要物理修復(fù)手段是熱處理，常用的包括超聲/微波加熱技術(shù)、蒸氣浸提技術(shù)、熱脫附技術(shù)等。

1.1超聲/微波加熱技術(shù)

該技術(shù)是利用超聲空化現(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)氧化作用的處理，從而將污染物與土壤顆粒進(jìn)行分離，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。一些研究采用微波對(duì)土壤中的污染物物理解吸并采用化學(xué)氧化把污染物全部去除以達(dá)到土壤凈化的目的。超聲波也可被應(yīng)用于被石油污染的土壤中。研究證明，微波技術(shù)也是一種有效的土壤修復(fù)方法。

1.2熱脫附技術(shù)

熱脫附技術(shù)是將土壤中的污染物通過(guò)直接或者間接的方式加熱到足夠高的溫度，使該污染物蒸發(fā)并與土壤分離的過(guò)程。此方法可以使污染物在非氧化條件下燃燒，大大減少一些劇毒副產(chǎn)物的生成。該技術(shù)可處理的污染物范圍較廣，所處理的土壤修復(fù)后的土壤可以重新使用，尤其對(duì)含氯有機(jī)物污染的土壤修復(fù)較方便有效。目前，一些國(guó)家采用熱脫附技術(shù)處理有機(jī)物高污染土壤并且已經(jīng)把該技術(shù)工程化。但良好的效果代表著昂貴的成本，相關(guān)設(shè)備以及處理過(guò)程需要消耗大量的人力物力與時(shí)間，這就大大限制了該技術(shù)在土壤修復(fù)領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。

1.3土壤蒸汽浸提技術(shù)

該技術(shù)是指把無(wú)污染的空氣輸入污染土壤中，通過(guò)真空泵使土壤產(chǎn)生負(fù)壓，空氣通過(guò)被污染的土壤區(qū)域，最終與土壤中的污染物混合并流出土壤，混合后的氣體通過(guò)活性炭吸附或其他處理方法除去有機(jī)物，將剩余的氣體送回大氣中或者循環(huán)使用。這種方法成本較低，操作方便，可處理的污染物范圍較廣。該方法可以采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備在不破壞土壤的前提下較高效率的除去土壤中具有揮發(fā)性的有機(jī)污染物，尤其是石油烴類污染物的。

2化學(xué)修復(fù)技術(shù)

在被污染的土壤處理方法發(fā)展過(guò)程中，該技術(shù)發(fā)展比較早，主要涉及的方法包括穩(wěn)定化技術(shù)、淋洗技術(shù)、氧化還原技術(shù)、光催化降解技術(shù)和電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)等。

2.1固定/穩(wěn)定化技術(shù)

該技術(shù)采用的是把一些特殊添加劑混合在被污染的土壤中，充分利用污染物的物理、化學(xué)或其他特性使污染物處于穩(wěn)定狀態(tài)，從而降低其對(duì)環(huán)境的危害的一種方法。這種技術(shù)可以將金屬?gòu)U棄物轉(zhuǎn)化成較穩(wěn)定、危害低的固體，處理成本較低，極大地降低了被污染土壤的修復(fù)費(fèi)用，但是修復(fù)后的土壤不可再利用，對(duì)設(shè)備需求也較多。

2.2淋洗/浸提技術(shù)

淋洗/浸提技術(shù)的定義為把水或者混著沖洗助劑的水溶液、帶酸性或者堿性的溶液、表面活性劑等淋劑液與污染土壤混合，從而達(dá)到洗脫污染物質(zhì)的目的。洗脫后的廢水廢劑需要經(jīng)過(guò)無(wú)污染處理就可以排放，重新凈化的土壤可以再次使用。這種離位修復(fù)技術(shù)被許多國(guó)家應(yīng)用于工業(yè)中的存在重金屬污染或者復(fù)雜污染物的土壤處理。淋洗/浸提技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于這種方法可以凈化處理土壤中的有機(jī)污染物，因?yàn)楸炯夹g(shù)方法是水溶液，用水量特別多，所以設(shè)置的修復(fù)場(chǎng)所盡可能在水源附近。

2.3化學(xué)氧化—還原技術(shù)

化學(xué)氧化還原技術(shù)是指在土壤中添加化學(xué)氧化劑/還原劑，讓土壤中的污染物發(fā)生氧化還原反應(yīng)從而達(dá)到修復(fù)土壤的目標(biāo)。氧化反應(yīng)是氧化劑與土壤或者地下水中的有機(jī)污染物進(jìn)行反應(yīng)，還原反應(yīng)是對(duì)其中能進(jìn)行還原反應(yīng)的物質(zhì)進(jìn)行反應(yīng)，還原反應(yīng)方法是目前研究的創(chuàng)新點(diǎn)。例如，納米級(jí)粉末零價(jià)鐵的強(qiáng)脫氯作用已經(jīng)被市場(chǎng)接受，進(jìn)行土壤與地下水的修復(fù)工作，不過(guò)仍存在鐵表面活性的鈍化、被土壤吸附產(chǎn)生聚合失效等問(wèn)題，仍然需要深入的研究。

2.4光催化降解技術(shù)

土壤光催化降解技術(shù)是一種創(chuàng)新度較高的深度土壤氧化修復(fù)技術(shù)，可處理修復(fù)農(nóng)藥等有機(jī)污染物的土壤。土壤性質(zhì)、土壤pH值和土壤厚度都會(huì)影響光轉(zhuǎn)化有機(jī)污染物，比如對(duì)于具有高孔隙度的土壤，其中的污染物質(zhì)遷移速度很快，而且會(huì)隨著黏度的降低而光解加速，土壤中的氧化鐵含量也是對(duì)有機(jī)物光催化降解的重要因素。

3生物修復(fù)技術(shù)

污染土壤的生物修復(fù)技術(shù)是說(shuō)將土壤中的污染物通過(guò)土壤中本身存在的包含植物、動(dòng)物和微生物在內(nèi)的許多生物種類的吸收、降解或者轉(zhuǎn)化的方式，達(dá)到較小土壤中污染物的比例的目的。目前社會(huì)上主流的生物修復(fù)技術(shù)包括植物修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)和微生物修復(fù)3類，這3類中更為社會(huì)所應(yīng)用的是植物修復(fù)和微生物修復(fù)。下面將詳細(xì)對(duì)比3種生物修復(fù)技術(shù)的定義以及優(yōu)缺點(diǎn)。

3.1植物修復(fù)技術(shù)

植物本身具有忍耐部分超量的某些化學(xué)元素的特征，同時(shí)植物根系的微生物體系也能降解污染物的特征，因此其在環(huán)境惡劣的情況下暫時(shí)生存，而植物修復(fù)技術(shù)就是要利用植物或者其根系微生物群的這種特征把土壤中的金屬元素、有機(jī)污染物吸收轉(zhuǎn)化成無(wú)害的物質(zhì)的技術(shù)。利用植物修復(fù)技術(shù)可以吸收轉(zhuǎn)化土壤的污染物包括有害于土壤的重金屬元素、人類種植植物時(shí)施加的過(guò)多的農(nóng)藥、降解率低的有機(jī)污染物等。這項(xiàng)技術(shù)的重點(diǎn)在于要選擇能夠環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、繁衍能力強(qiáng)、能夠高效吸收污染物的植物品種，了解植物的生活習(xí)性。跟別的修復(fù)技術(shù)相比，植物修復(fù)技術(shù)具有生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性強(qiáng)、對(duì)環(huán)境破壞力小、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、在修復(fù)土壤的同時(shí)還可凈化周圍的空氣、水等優(yōu)點(diǎn)，在不破壞生態(tài)環(huán)境的前提下達(dá)到修復(fù)污染土壤的目的。

3.2微生物修復(fù)技術(shù)

這里的微生物既包括天然存在的微生物，還可以是人工培養(yǎng)的包括土著微生物、外源微生物和基因工程菌微生物群等，將這些微生物群在人為優(yōu)化的溫度濕度等條件適宜的環(huán)境下進(jìn)行代謝過(guò)程，微生物群將吸收降解土壤中的有毒污染物轉(zhuǎn)化為無(wú)毒的物質(zhì)，這就是微生物修復(fù)技術(shù)方式。微生物也可以引起土壤的理化特性變化，從而使有機(jī)污染物失效或降低效果，比如假單胞桿菌可降解DDT、艾氏劑、毒殺酚和敵敵畏等污染物。目前微生物修復(fù)技術(shù)是土壤修復(fù)技術(shù)中的主要方式。當(dāng)前，微生物修復(fù)技術(shù)的重點(diǎn)在于選擇和培養(yǎng)能夠高效吸收轉(zhuǎn)化降解污染物的微生物群，提升微生物群的環(huán)境適應(yīng)能力、高速降解能力以及其安全程度，微生物工作過(guò)程中的數(shù)據(jù)優(yōu)化和溫度、濕度、養(yǎng)分等重點(diǎn)因素的設(shè)計(jì)控制等部分。

3.3動(dòng)物修復(fù)技術(shù)

目前來(lái)說(shuō)，微生物修復(fù)和植物修復(fù)污染土壤在不論在市面上還是學(xué)術(shù)研究都有了一定的時(shí)間發(fā)展，關(guān)于動(dòng)物修復(fù)技術(shù)的方式還沒(méi)有引起特別大的注意。動(dòng)物修復(fù)技術(shù)是說(shuō)利用動(dòng)物的直接作用或間接作用來(lái)修復(fù)污染土壤的方式，直接作用是指動(dòng)物的吸收、轉(zhuǎn)化和分解，間接作用是指通過(guò)改變土壤的理化特征、提高土壤的肥度或者是加強(qiáng)植物、微生物的繁殖。蚯蚓和部分鼠類等一些土壤中的大型的依賴于土壤生存的動(dòng)物能夠吸收或者富集土壤污染物，然后利用其自身的新陳代謝作用將污染物轉(zhuǎn)化為無(wú)毒低毒的物質(zhì)。微型動(dòng)物的土壤修復(fù)作用的研究現(xiàn)在還比較少，日后微型動(dòng)物土壤修復(fù)技術(shù)研究可作為一個(gè)重點(diǎn)課題進(jìn)行研究探討。

3.4污染土壤修復(fù)技術(shù)的綜合應(yīng)用

利用上述的2種或者3種方法綜合應(yīng)用的方式進(jìn)行土壤修復(fù)，這樣的修復(fù)方式既能夠加大污染土壤的污染物質(zhì)的降解速度，又能夠避免單個(gè)修復(fù)技術(shù)所帶來(lái)的局限性和降解物質(zhì)單一性，這種方法已成為如讓修復(fù)技術(shù)的重中之重。

利用物理-化學(xué)方式綜合利用修復(fù)技術(shù)比較適合離位處理后的污染土壤的修復(fù)環(huán)境。微生物（細(xì)菌、真菌）植物、動(dòng)物（如蚯蚓、線蟲(chóng)）植物綜合修復(fù)技術(shù)是生物修復(fù)技術(shù)中的新重點(diǎn)。選擇能夠加速植物成長(zhǎng)的細(xì)菌群，利用植物-細(xì)菌群落的聯(lián)合修復(fù)、動(dòng)物-微生物群聯(lián)合修復(fù)，將提高有機(jī)污染物的吸收、轉(zhuǎn)化、代謝的新的研究項(xiàng)目。

4結(jié)論

凈化污染土壤是道路艱難、漫長(zhǎng)的過(guò)程，研究復(fù)雜，某一種單獨(dú)的修復(fù)技術(shù)肯定會(huì)有局限性，降低修復(fù)效率。因?yàn)椴煌奈廴疚镔|(zhì)的自身特點(diǎn)、具體的土壤環(huán)境、不同的修復(fù)技術(shù)都是在一定的條件下開(kāi)展的、不同的修復(fù)技術(shù)相互缺少聯(lián)系，這是單一的物理的、化學(xué)的或者是生物的修復(fù)技術(shù)自己無(wú)法完成的，單種的修復(fù)技術(shù)不能將全部的土壤污染物降解，因此需要根據(jù)土壤的具體環(huán)境選擇不同的修復(fù)技術(shù)的綜合應(yīng)用，制作符合具體污染土壤環(huán)境、各類方法聯(lián)合的新型修復(fù)技術(shù)，從而完成完全修復(fù)污染土壤的任務(wù)。