污染土壤修復技術研究現狀與趨勢

王敬

（恒誠（天津）認證服務有限公司，天津市 301911）

1 概述

隨著我國城市化進程的不斷推進，導致我國土壤污染問題日趨嚴重，造成了嚴重的生態問題，影響了耕地質量，進而對食品安全和人類健康造成影響[1]。總體來說，我國當前土壤污染問題非常嚴重，尤其是國民經濟水平較高的地區，土壤污染問題突出。現階段我國農業態勢良好，但是農業生產中造成的土壤污染問題也相當嚴重，數據顯示，我國農業內源性污染問題比較嚴重，化肥和農藥的利用率都比較低，農膜回收率也不到2/3，化肥使用量不斷增加，化肥中含有多種重金屬元素，對于土壤環境質量和環境安全都造成相當大的影響[2]。土壤中的重金屬、農藥殘留，會造成重金屬和農藥在農作物中富集，直接威脅農作物的質量和安全，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，導致周圍人群以及周邊農作物的使用人員出現疾病；工業生產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，我國土壤污染當前呈現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，呈現出由農村向城市、由局部到整體的趨勢，對農作物質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，旨在解決農業生產、生態濕地和重金屬污染等方面的問題。隨著土壤污染日趨復雜，傳統的土壤修復技術已不能夠滿足實際需求，而引進國外土壤修復技術的成本又非常高，因此，我國急需加強土壤修復技術的研究，通過加大投入，從技術研究、設備研發兩方面提高土壤修復技術的水平，且在滿足當前土壤修復要求的前提下，對土壤修復技術進行進一步優化，提高其普適性和應用性，尤其是要針對化學藥物、重金屬等方面的土壤污染問題，要加大技術開發力度，降低土壤修復成本，提升土壤修復效益，同時，要降低土壤修復工作對于正常生產的影響，在保證農業生產效益的前提下，提高農業生產的安全性。對于礦區等土壤污染較為嚴重的區域，則需要制定針對性的修復策略，通過合理應用土壤修復方式和設備，提高土壤修復工作的實效。

2 土地污染修復技術研究

當前土壤修復技術主要包括工程修復技術、物理-化學修復技術、生物技術以及聯合修復技術等[4]，下面對土壤污染修復技術的研究進行探討。

2.1 工程修復技術

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，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”土壤的區域，在應用客土技術時，客土的理化性質和原土要一致，這種方法能夠對鹽堿地、土壤質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移，因此可能會發生二次污染的問題。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，和客土法的區別是，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。在應用換土法時，需要對被轉移的污染土壤進行跟蹤監測，確保被污染土壤得到合理的處置，不出現違規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中，這種技術具有良好的效果。若是針對農業土壤進行修復，在應用該方法進行修復以后，需要增加施肥量，從而保證耕層具有充足的養分，滿足農作物生長需求。

2.2 物理-化學修復技術

2.2.1 玻璃化修復技術

玻璃化修復技術的原理為：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定的玻璃態物質，去除污染。這種土壤污染修復技術在飛灰、污泥中重金屬的固定和資源化修復中具有重要應用，具有比較高的修復效率，在污染土壤的搶救性修復中也有重要應用。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，且由于玻璃化修復技術需在較高的溫度下進行，較高的溫度會對土壤的理化性質造成較大的影響，甚至會使土壤失去原有的生產能力，因此該方法在實際應用中有明顯的局限性。

2.2.2 熱處理修復技術

熱處理修復技術是指通過加熱污染土壤，使土壤中含有的揮發性較高的污染物受熱揮發，從而實現土壤的修復。通過應用熱處理修復技術，還能夠將土壤中半揮發性、沸點較低的有機污染物去除掉。以污染土壤修復地點作為分類標準，可以將其分為原位和異位兩類。原位修復是在地下進行的，處于“黑箱”狀態，相較于原位修復，異位修復更加可控，修復過程的溫度、停留時間都可以通過設備進行直接調控。

2.2.3 電動修復技術

在污染介質的兩端施加直流電，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。在出現之初，電動修復技術主要應用于重金屬污染的修復，在有機污染土壤修復中也得到了重要應用。在電動修復技術中，電解反應陽極區域會產生H+形成酸性帶，陽極區域的鉛、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；在陰極區域會產生OH-，OH-會和金屬離子生成沉淀，這樣會降低陰極區域的修復效率。通過加入能夠抑制產生氫氧化物沉淀的物質，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]。在應用電動修復技術時，通過對陰陽兩極的pH進行針對性的調節，能夠有效的提高污染的修復效率。電動修復技術的優點在于，在使用過程中不會對土壤造成擾動，而且操作簡單，綠色環保。在低滲污染土壤和污泥的修復中具有良好的效果。該技術的缺點在于，通過應用該技術進行土壤污染修復會對土壤的理化性質造成破壞，而且實際應用過程中通常需要和其它技術聯合使用。

2.2.4 固化/穩定化技術

固化/穩定化技術，是指通過技術手段來改變重金屬的形態，使其遷移性降低，從而實現對土壤重金屬污染的控制，當前這種方法在重金屬土壤污染質量中具有良好的應用效果。在這種技術中，通常采用化學改良劑、穩定劑等化學藥劑，利用這些藥劑和重金屬之間的吸附、絡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。在這種技術中，常用的穩定劑包括無機化學穩定劑和有機化學穩定劑兩大類，如赤泥、石灰和天然沸石等無機化學穩定劑，生物炭、泥炭和堆肥等有機化學穩定劑[7]。固化/穩定化修復技術的優點是成本比降低、而且操作簡單，但是一些土壤穩定劑會擾動土壤，影響土壤的營養均衡，當前該技術的主要方向是開發價格低廉、容易獲取且沒有二次污染的穩定劑，納米吸附材料是重要的研究方向。

2.2.5 土壤淋洗技術

在土壤重金屬吸附技術中，土壤淋洗技術應用較早，該方法的主要原理是，通過特殊成分的化學淋洗液，通過水力學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。土壤淋洗技術能夠在不破壞土壤結構的前提下，將土壤中多種形態的重金屬去除，因此不會造成次生污染。在土壤淋洗技術中，最關鍵的是選擇淋洗劑，常用的淋洗劑包括螯合劑、酸/堿溶液、絡合劑、表面活性劑等，其中應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。該技術的修復效果主要受到淋洗劑和淋洗方式的影響，該技術易實施，修復周期短，且不會造成次生污染，這些優點使其獲得了廣泛應用。淋洗吸附技術中引入現代超分子化學技術是未來的重要方向。

2.3 生物修復技術

2.3.1 植物修復技術

植物修復技術是利用某些植物具有積累、轉化和轉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的目的。目前這種技術經過多年研究，已在土壤污染治理中獲得應用。當前研究結果顯示，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。植物修復技術綠色環保，不會造成污染，但是由于植物生長周期長，生物量小，因此導致用這種技術進行土壤修復需要較長的周期，而且修復的深度較低。在當前的技術條件下，采用單一的植物修復技術，不能夠完全滿足土地污染修復的要求。因此，需要尋找、培育具有更強積累能力的植物，從而植物修復技術的能力。

2.3.2 動物修復技術

動物修復技術，是指通過土壤環境中的低等動物來吸收、降解和轉移土壤中含有的重金屬，從而實現土壤的修復。當前，動物修復技術的應用較少，相關研究主要是利用蚯蚓、鼠類等來修復土壤污染。動物修復技術具有一定的局限性，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，當其體內的重金屬超出其承受范圍，會出現逃逸甚至死亡的情況。此外，應用動物修復技術進行土壤修復，還會帶來新的環境風險，舉例來說，通過蚯蚓來進行土壤修復時，蚯蚓活動會產生蚯蚓孔，從而造成明顯的優勢流現象，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、土壤以及周邊環境的作用關系進行研究，從而更好的實現應用。

2.3.3 微生物修復技術

微生物修復技術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境中的遷移與轉化進行控制，降低污染物活性，或將污染物轉化為無毒物質，從而實現土壤的修復。微生物修復技術來修復土壤時，主要過程分為三步，分別是微生物富集、吸附和轉化。微生物處理技術具有多方面的優勢，包括微生物修復費用低、修復效率比較高，而且不容易產生二次污染，但由于微生物遺傳穩定性差、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，要實現微生物修復技術的廣泛應用，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，基因工程菌的構建也是其重要方向。

2.4 聯合修復技術

聯合修復技術，是將若干單項土壤修復技術相互組合，形成的一種復合型的土壤修復技術，在聯合吸附技術中，各種單項土壤修復技術發揮各自優勢，從而提高土壤的修復效果和效率。

常見的聯合修復技術包括，生物聯合修復技術、基因工程聯合修復技術以及物理-化學聯合修復技術等。在當前的技術條件下，對于多環芳烴污染土壤的修復，生物聯合修復技術具有廣泛應用，可以起到良好的效果；在動植物聯合修復技術中，蚯蚓修復技術的研究最多，蚯蚓體內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，從而提高修復效果；植物-微生物修復技術利用了植物和根際微生物之間的共生關系，通過發揮這兩種技術手段的優勢，能夠提高修復效果。物理-化學聯合修復技術，基于污染物的特性來實現污染物的分離、固化，從而對污染土壤進行修復。單項物理、化學修復技術的缺點明顯，不僅技術成本高，而且還容易造成發生次生污染，對土壤結構造成破壞，因此應用受到限制。

3 污染土壤修復技術的趨勢

3.1 環境友好型趨勢

在進行污染土壤修復過程中，要降低對土壤環境的影響，盡量降低次生污染，保護土壤生態環境。因此，在讓污染修復技術應用過程中，要充分應用太陽能等可再生資源，提高土壤微生物資源的修復能力，促進污染土壤的自我吸附，這是污染土壤修復技術未來的重要方向。對于耕地土壤污染問題，需要消除農作物生產中的外在元素，提高土壤修復能力，保障土壤功能，避免發生二次污染。未來，無公害土壤修復技術是污染土壤修復的重要方向，應加強相關研究，提高無公害土壤修復技術水平。在常規生物土壤修復技術的研究過程中，可以通過應用細胞工程、生物酶工程，提高修復技術的水平，提高土壤修復效率。

3.2 原位土壤修復趨勢

在傳統的土壤修復技術中，常采用將污染土壤挖掘出來，轉移到其它地方凈化的方式，即離場異位修復，這種修復技術的成本較高，而且只能夠對表層土壤進行修復，在深層土壤修復中的應用效果較差。因此，未來原位土壤修復技術將是重要的方向，通過原位土壤修復技術，包括穩定化技術、生物修復技術等，實現對污染土壤的修復，不需要進行土壤的轉移，成本更低。

3.3 多項修復技術聯合

單項土壤修復技術具有局限性，通過多項修復技術聯合使用，可以取各單項修復技術的長處，提高土壤污染修復的效果。其中，生物聯合修復技術應用最為廣泛，不僅成本低，而且對環境友好。通過應用聯合修復技術，修復效果通常要優于單個修復技術疊加，因此，加強聯合修復技術的研究具有重要意義。但是在實際應用過程中，優于各單項修復技術存在局限性，從而導致聯合修復技術應用時面臨較多的問題，如何解決這些問題是聯合修復技術的重點。

4 結語

對污染土壤進行治理已經迫在眉睫。當前，工程修復技術、物理-化學修復技術和生物修復技術，還有兼具各單項修復技術的聯合修復技術，在污染土壤修復中取得了一定的效果。為了達到更好的污染土壤修復效果，還需要繼續加強土壤修復技術的研究，提高土壤污染修復效率，更大程度上避免次生污染，降低污染修復成本。