污染土地修復技術研究及發展趨勢

張寶強

（1.陜西省土地工程建設集團有限責任公司，陜西 西安 710075；2.陜西地建土地工程技術研究院有限責任公司，陜西 西安710075；3.自然資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室，陜西 西安 710075；4.陜西省土地整治工程技術研究中心，陜西 西安 710075）

近年來，隨著社會經濟的不斷發展，人們的生活水平日益提高。隨之而來的環境污染事件不斷發生，土壤重金屬污染是一個普遍存在的現象。因土壤污染所引發的食品安全問題逐年增多，直接或間接地影響了人們的生活及健康，從而引起了學術界、政界的極大關注，引起了人們的高度重視。重金屬污染是指大量重金屬或其化合物排放到環境中超過了環境容量，使得環境本身無法自凈，從而對環境產生了一定的影響，危害人類或其他生物的生存環境［1］。近年來，較多學者對土壤污染問題給予較高的關注，在土壤污染修復行業漸熱的形勢下，我國的污染修復尚未形成完整的體系，污染土地治理理念落后、規章制度不健全、修復方法單一。為減少污染土壤造成的環境污染問題和經濟損失，急需探索并完善污染土地修復理論，從而指導土壤污染修復工程實踐。

1 土壤重金屬污染現狀及危害

目前，世界各地的土壤都受到了重金屬不同程度的污染，我國土壤受到重金屬污染較為嚴重，有超過10%的耕地受到了重金屬的嚴重污染，導致糧食減產約1 000萬t/a，因重金屬污染不能食用的糧食也達到約1 200萬t，造成的經濟損失達200多億元。2008年至今，由重金屬污染引起的重大事故有30余起，占污染重大事故的1/3，對人們的生活和生命健康造成了極大的危害。

與其他污染物相比，重金屬侵入土壤后會不斷富集。重金屬污染物具有較強的隱蔽性、不可降解性、滯后性和累積性，導致土壤自身的理化性質發生改變，土壤質量嚴重退化，影響了農副產品的質量和產量。重金屬污染物通過土壤不斷在植物中富集，最終由食物鏈進入人體或動物體內，對人體健康和生態環境產生嚴重的危害。同時，土壤重金屬通過食物鏈在人體和動物體內遷移、富集，破壞了其正常的生理代謝，嚴重時直接威脅人們的生命安全。例如，錳富集在人體，引起肺炎等其他疾病；鎘、鉻的富集具有突變性和致癌性；汞會影響胎兒在孕婦體內產生畸變等［2］。

2 土壤重金屬污染修復方法

2.1 物理修復

物理修復是指利用物理措施將污染物從土壤中去除或分離出去的技術方法。目前，該技術在土壤重金屬污染修復治理中應用較多，其中熱處理和吸附法較為成熟。此外，物理修復方法還包括客土法、土壤阻隔填埋技術及熱脫附等方法。客土法是一種常見且有效的重金屬污染土壤物理修復方法，是將重金屬污染的土壤深翻至底層或是將重金屬污染的土壤與清潔土壤置換而實現修復的方法。客土法能夠有效地將重金屬污染土壤與生態系統阻隔，從而減少對環境的影響。但是，該方法工程量大，費用高，只適宜用于面積小、污染較為嚴重的狀況［3］。土壤阻隔填埋技術是將污染土壤或經過治理后的土壤置于防滲阻隔填埋場內，或通過阻隔層阻斷土壤中污染物遷移擴散的途徑，使污染土壤與周圍環境隔離，避免污染物隨降水或地下水遷移于人體，并對人體和周圍環境造成危害。熱脫附是指土壤中的有機污染物通過直接或間接的熱交換來加熱的過程，土壤中的有機污染物含量高到足以蒸發并與土壤介質分離，可分為原位熱解吸技術和異位熱解吸技術［4］。現場熱解吸是土壤原位修復油污染土壤的重要方法，主要用于處理一些比較難開展異位環境修復的區域，如深層土壤以及建筑物下面的污染修復。可通過對土壤進行加熱，達到污染物的揮發溫度，再通過真空抽離提取到地面上，進行無害化處理后再排放。熱脫附過程可以使土壤中的有機化合物產生揮發和裂解等物理、化學變化。當污染物轉化為氣態后，其流動性將大大提高，揮發出來的氣態產物通過收集和捕獲后進行凈化處理。

2.2 化學修復

污損土地的化學修復技術發展較早，主要有土壤固化—穩定化技術、淋洗技術及氧化—還原技術等方法。

固化—穩定化技術是將污染物在污染介質中固定，使其處于長期穩定狀態，分為原位固化/穩定化技術和異位固化/穩定化技術［5］。其中，原位固化/穩定化技術是通過一定的機械力在原位向污染介質中添加固化劑/穩定化劑，在充分混合的基礎上，使其與污染介質、污染物發生物理、化學作用，將污染土壤固封為結構完整的具有低滲透性的固化體或將污染物轉化成不活潑的化學形態，減少污染物在環境中的遷移和擴散。異位固化/穩定化技術則是向污染土壤中添加固化劑/穩定化劑。固化—穩定化技術可處理金屬類、石棉、放射性物質、腐蝕性無機物、氰化物以及砷化合物等無機物；農藥/除草劑、石油或多環芳烴類、多氯聯苯類以及二噁英等有機化合物，不適用于揮發性有機化合物和以污染物總量為驗收目標的項目。

土壤修復技術的浸出是將水或含有洗滌助劑、酸堿溶液、絡合劑或表面活性劑的水溶液注入到污染土壤中，使土壤或沉積物中污染物得到洗脫和清洗的過程。通過注射井等方法對土壤進行原位土壤浸出稱為原位淋洗技術［6］。異位淋洗技術是采用物理分離或增效洗脫等手段，通過添加水或合適的增效劑，分離重污染土壤組分或使污染物從土壤相轉移到液相的技術。經過洗脫處理，可以有效地減少污染土壤的處理量，實現減量化。該方法不宜用于土壤細粒（粘/粉粒）含量高于25%的土壤。

2.3 生物修復技術

污染土壤生物修復技術包括植物修復、微生物修復及生物聯合修復等技術［7］。

土壤植物修復技術是利用植物進行提取、根際濾除、揮發及固定等方式移除、轉變和破壞土壤中的污染物質，使污染土壤恢復其正常功能。植物修復的操作方法簡單，原位進行修復，對周邊環境影響較小。但目前該技術還在研究中，不是很成熟，需要進一步完善。

微生物修復技術是對污染土壤堆體采取人工強化措施，促進土壤中具備污染物降解能力的土著微生物或外源微生物的生長，降解土壤中的污染物。原位微生物修復是通過向土壤中供給空氣或氧氣，依靠微生物的好氧活動，促進污染物降解。可通過注入熱空氣、營養液及外源高效降解菌劑的方法對污染物去除效果進行強化。原位修復對周圍環境影響較小，投資費用低，能高效地分解和轉化污染物，引發二次污染的可能性較小，但是其存在修復時間長、受環境限制的局限性。異位微生物修復是將污染了的土壤挖出后進行集中的生物降解，主要有泥漿生物反應器法、預制床法及堆制法等，只適用于污染場地范圍較小的區域［8］。

3 污染土壤修復發展趨勢

3.1 土壤和水的共同治理

土壤和地下水在環境中是共同的有機統一體，雨水垂直入滲以及地下水流經污染過的土壤時，污染物將從土壤相以溶解和解吸等作用進入地下水相，而污染后的地下水在流經未污染或已修復的土壤時，其中的污染物亦會通過土壤的吸附作用從地下水相傳遞到土壤相［9］。這種土壤和地下水的相互作用，使得污染土地修復中，土壤和地下水聯合治理顯得尤為重要，重土壤而忽視地下水必然會導致二次污染。

由于地下水污染難治理、周期長、隱蔽性強以及缺乏相應技術規范，實際污染土地調查和修復過程中，為了節省費用，往往只強調土壤污染，而對地下水的重視不足［10］。以專利申請指標為例，近10年當前地下水修復專利總數僅為500項，遠低于土壤修復4 000余項。受國家環保宏觀政策水十條和土十條影響，近年來每年專利申請雖逐步增加，2015年申請量為85項，但同期土壤專利申請量卻達952項，不到土壤專利量的1/10。

現階段，土壤和地下水聯合治理已成為先行國家的業界共識。超級基金針對1982—2011年對1 468塊污染土地所展開的修復中，單獨針對土壤的修復僅占14%，而地下水修復以及地下水和土壤聯合修復則占到了59%。

《全國土壤污染狀況調查公報》顯示，南方地區土壤相對北方整體污染更加嚴重，未來將是我國主要的土壤修復市場。同時，南方地區地下水位又普遍埋深較淺，北方地區總體自東向西埋深增加，多數地區在6 m以上。因此，北方區域的污染土地修復，有時只要把污染的土壤修復好即可。但對于地下水埋深很淺的南方，忽視地下水修復將導致二次污染。因此，隨著國家針對土地污染立法的實施、監管的嚴格，保障修復效果的持續性、強調一體化修復勢在必行。

3.2 基于風險控制的修復策略發展趨勢

土壤及地下水修復是一個復雜和長期的過程。20世紀90年代，國外逐漸把“制度控制”作為一種修復方法推行開來，即通過法律和行政的手段和方法制定和實施各項規章或制度（非工程），減少或阻止人群對土壤污染物的暴露，從制度上杜絕和防范土地污染可能帶來的風險和危害，從而達到利用管理手段對污染土地的潛在風險進行控制的目的。常見的制度控制手段包括進入污染區限制、鉆井限制及土地用途限制等。這種制度控制的背后，即是以風險管控為核心思想的防治策略。縱觀世界各國土壤污染防治歷程，發達國家最終均采用了該策略，并將其滲透到立法、標準制訂及技術措施選取等環節，鮮有對受污染土壤開展大規模的治理與修復。

我國城市開發建設過程中，由于受地產開發巨大利潤的影響，污染地塊在后期房地產開發過程中，不可避免地會與人類緊密接觸，因此當前針對污染地塊仍以工程修復手段為主。但土十條的頒布明確了國家對于土地修復從基于污染物總量控制到基于污染風險評估的轉變。

3.3 污染土壤的聯合修復

我國污染土地中污染物種類眾多，水文地質條件各異，加之復合污染現象普遍、區域經濟發展不同，傳統單項修復技術往往很難達到修復目標。發展協同聯合的土壤綜合修復模式，為污染土地提供因地制宜、最為高效經濟的修復方案就必然成為行業趨勢。

3.4 異位和原位修復的發展趨勢

由于異位修復快速、高效，短期內我國土壤修復市場仍將持續這種趨勢。但異位修復存在費用較高、作業風險高等缺點［11］。原位修復技術費用低廉，對土壤破壞小。隨著修復技術的不斷成熟，原位修復技術，如土壤氣相抽提、原位生物修復等技術未來將發展為主流。

考慮我國國情，原位修復技術普遍較長的修復時間在我國廣泛推廣仍是需跨越的一條重要障礙，但未來隨著PPP模式的普及以及資金來源的進一步多元化，原位修復模式必然將成為長期趨勢。事實上，近日在《鼓勵進口服務目錄》（2016年第47號）中，已經把“污染地塊土壤治理與修復（限定原位修復法）的咨詢和實施服務”納入名錄。這標志著從國家層面已經意識到了原位修復技術目前是國內急需。此外，隨著技術的改進和基于設備化的快速污染土地修復技術的發展，將在很大程度上縮短原位修復時間，使得原位修復技術更具可行性。

3.5 污染土壤修復設備的發展

土壤修復技術的應用在很大程度上取決于修復設備和監測設備的支持。植物修復、微生物修復、有機污染土壤熱脫附、重金屬污染土壤淋洗、固化/穩定化及環境監測等方法都需要設備支持，因此急需快速有效的設備使土地被迅速、高效地再開發利用。基于設備化的污染土壤快速修復技術的發展與應用是一種發展趨勢。

4 結語

隨著社會的不斷發展，我國的環境受到了嚴重污染，土壤重金屬污染更是十分嚴重。重金屬不僅污染土壤，而且間接地危害了人體健康，進行重金屬污染土壤的修復與治理迫在眉睫。本文對重金屬污染土壤的修復方法技術進行了探討，其中物理修復、化學修復及生物修復是目前最為常用的土壤重金屬修復技術。實際應用中，根據不同的重金屬污染和土壤環境特點，選擇合理的修復技術，以高效利用資源，提高修復效率，減少修復過程對環境的影響，并優化土壤質量。污染土壤的修復治理至關重要，加強土壤與水的一體化修復，將“制度控制”的修復方法進行推廣，直接從源頭控制污染物，使得聯合修復、原位修復及異位修復得到更深入的研究，并要大力發展污染土壤修復設備，使我國經濟發展從原來高速發展逐漸轉變為快速和高質量發展。