污染土壤修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

周際海, 黃榮霞,, 樊后保, 田勝尼, 李宗勛, 姜 偉, 李 特, 高 琪

(1.南昌工程學(xué)院 生態(tài)與環(huán)境科學(xué)研究所, 南昌 330099; 2.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 合肥 230036; 3.常州大學(xué) 環(huán)境與安全工程學(xué)院, 江蘇 常州 213164)

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污染土壤修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

周際海1, 黃榮霞1,2, 樊后保1, 田勝尼2, 李宗勛1, 姜 偉3, 李 特3, 高 琪3

(1.南昌工程學(xué)院 生態(tài)與環(huán)境科學(xué)研究所, 南昌 330099; 2.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 合肥 230036; 3.常州大學(xué) 環(huán)境與安全工程學(xué)院, 江蘇 常州 213164)

土壤是人類生產(chǎn)活動(dòng)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和高強(qiáng)度的人類活動(dòng)，土壤受污染面積不斷擴(kuò)大，土壤質(zhì)量持續(xù)惡化，影響到實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。由土壤污染導(dǎo)致的農(nóng)產(chǎn)品的生態(tài)安全問(wèn)題已不容忽視。因此，開(kāi)展污染土壤修復(fù)活動(dòng)，完善土壤修復(fù)技術(shù)體系，對(duì)阻斷污染物進(jìn)入食物鏈，防止對(duì)人體健康造成危害，實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展是非常重要的。該文系統(tǒng)介紹了目前國(guó)內(nèi)外污染場(chǎng)地修復(fù)中廣泛使用的物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)(包括植物修復(fù)、微生物修復(fù)和動(dòng)物修復(fù)技術(shù))以及相關(guān)技術(shù)結(jié)合使用的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，并對(duì)各種方法的研究進(jìn)展進(jìn)行了較全面的綜述，最后也對(duì)未來(lái)土壤污染修復(fù)技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。

污染土壤; 物理修復(fù); 化學(xué)修復(fù); 生物修復(fù); 聯(lián)合修復(fù)

土壤是人類生產(chǎn)活動(dòng)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，是不可缺少、難以再生的自然資源，其管理使用的好壞直接決定著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的成敗和人類文明的興衰。近40年來(lái)，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和高強(qiáng)度的人類活動(dòng)，土壤受污染面積不斷擴(kuò)大，危害越來(lái)越嚴(yán)重，影響到實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)改變了自然界原有狀況，為追求高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)，導(dǎo)致化肥和農(nóng)藥大量使用，使土壤污染成為全球性的主要環(huán)境問(wèn)題之一。此外，工業(yè)生產(chǎn)、石油開(kāi)采、交通運(yùn)輸、畜禽養(yǎng)殖及居民生活等工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活過(guò)程中也會(huì)排出大量污染物，如多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯及重金屬等，使土壤污染進(jìn)一步加劇[1]。我國(guó)現(xiàn)有耕地約1.3億hm2，其中約0.2億hm2耕地受到不同程度的污染，由土壤污染導(dǎo)致的農(nóng)產(chǎn)品的生態(tài)安全問(wèn)題已不容忽視。由于土壤對(duì)環(huán)境污染具有匯的作用，土壤中有毒有害化學(xué)物質(zhì)通過(guò)大氣和水體傳遞，已危及人類和動(dòng)物的生存繁衍與生命安全，土壤污染已成為全球性的主要環(huán)境問(wèn)題之一，引起了世界各國(guó)的高度重視[2-3]。因此，開(kāi)展污染土壤修復(fù)活動(dòng)，對(duì)阻斷污染物進(jìn)入食物鏈，防止對(duì)人體健康造成危害，實(shí)現(xiàn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展是非常重要的?；诖?，本文就目前的污染土壤修復(fù)技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)綜述，以期為土壤污染修復(fù)研究提供一些參考。

1　污染土壤的修復(fù)研究及其發(fā)展

污染土壤修復(fù)是指利用物理、化學(xué)或生物的方法，轉(zhuǎn)移、吸收、降解和轉(zhuǎn)化土壤中的污染物，使其濃度降低到可接受的水平，或?qū)⒂卸居泻ξ廴疚镛D(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)的過(guò)程。污染土壤修復(fù)的研究起步于20世紀(jì)70年代后期，在過(guò)去的將近40年的時(shí)間里，歐、美、日、澳等國(guó)制定了大量的土壤修復(fù)計(jì)劃，并投資研究了大量土壤修復(fù)技術(shù)與設(shè)備，積累了豐富的現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)技術(shù)與工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，成立了許多土壤修復(fù)公司和網(wǎng)絡(luò)組織，使土壤修復(fù)技術(shù)得到了迅猛發(fā)展。而我國(guó)的污染土壤修復(fù)研究起步較晚，在“十五”期間才得到重視，隨后列入國(guó)家高技術(shù)研究規(guī)劃發(fā)展計(jì)劃[3]，但研發(fā)水平和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)與美、英等發(fā)達(dá)國(guó)家存在很大差距。近年來(lái)，科學(xué)技術(shù)部、國(guó)家自然科學(xué)基金委、環(huán)境保護(hù)部等部門有計(jì)劃地部署了一些土壤修復(fù)研究項(xiàng)目和專題，有力促進(jìn)和帶動(dòng)了土壤污染控制與土壤修復(fù)科學(xué)技術(shù)的研究與發(fā)展。期間，以土壤修復(fù)為主題的一系列學(xué)術(shù)活動(dòng)也為我國(guó)污染土壤修復(fù)技術(shù)的研究和發(fā)展起到了引領(lǐng)和推動(dòng)作用，土壤修復(fù)理論與技術(shù)成為土壤科學(xué)、環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域研究的新內(nèi)容[3]。

2　污染土壤修復(fù)技術(shù)

根據(jù)修復(fù)原理的不同，污染土壤修復(fù)可分為物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)3種類型。目前，污染土壤修復(fù)技術(shù)研究和應(yīng)用已經(jīng)比較廣泛，包括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)及油田污染等的修復(fù)，由于不同污染的土壤類型和性質(zhì)的不同，使用的修復(fù)手段也不完全相同，并出現(xiàn)了一些修復(fù)技術(shù)手段的交叉融合使用。

2.1污染土壤物理修復(fù)技術(shù)

物理修復(fù)是指通過(guò)各種物理過(guò)程將污染物從污染土壤中去除或分離的技術(shù)。其中熱處理技術(shù)是應(yīng)用于場(chǎng)地土壤有機(jī)物污染去除的主要物理修復(fù)技術(shù)，常用的包括土壤蒸氣浸提[4]、微波加熱[5]、熱脫附[6]等技術(shù)。

2.1.1熱脫附技術(shù)熱脫附(Thermal Desorption)技術(shù)是指通過(guò)直接或間接的熱交換，加熱土壤中有機(jī)污染組分到足夠高的溫度，使其蒸發(fā)并與土壤介質(zhì)相分離的過(guò)程。熱脫附技術(shù)具有污染物處理范圍寬、設(shè)備可移動(dòng)、修復(fù)后土壤可再利用等優(yōu)點(diǎn)，特別是對(duì)PCBs等含氯有機(jī)污染物，非氧化燃燒的處理方式可以顯著減少二噁英的生成[6]。目前，歐美國(guó)家已將土壤熱脫附技術(shù)工程化，廣泛應(yīng)用于高濃度污染場(chǎng)地的有機(jī)物污染土壤的離位或原位修復(fù)，但是諸如相關(guān)設(shè)備價(jià)格昂貴、脫附時(shí)間過(guò)長(zhǎng)、處理成本過(guò)高等問(wèn)題尚未得到很好解決，限制了熱脫附技術(shù)在持久性有機(jī)物污染土壤修復(fù)中的應(yīng)用[6]。

2.1.2土壤蒸氣浸提技術(shù)土壤蒸氣浸提(Soil Vapor Extraction)技術(shù)是能有效去除土壤中揮發(fā)性有機(jī)污染物(VOCs)的一種原位修復(fù)技術(shù)[4]。該技術(shù)是將新鮮空氣通過(guò)注射井注入污染區(qū)域，利用真空泵產(chǎn)生負(fù)壓，空氣流經(jīng)污染區(qū)域時(shí)，解吸并夾帶土壤孔隙中的VOCs經(jīng)由抽取井流回地上；抽取出的氣體在地上經(jīng)過(guò)活性炭吸附法以及生物處理法等凈化處理，可排放到大氣中或重新注入地下循環(huán)使用。該方法具有成本低、可操作性強(qiáng)、可采用標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備、處理有機(jī)物的范圍寬、不破壞土壤結(jié)構(gòu)和不引起二次污染等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用該方法可使苯系物等輕組分石油烴類污染物的去除率達(dá)90%[7]。

2.1.3超聲/微波加熱技術(shù)超聲/微波加熱(Ultrosonic/Microwave Heating)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，從而使污染物從土壤顆粒上解吸，并在液相中被氧化降解成CO2和H2O或環(huán)境易降解的小分子化合物[5]。Song等[8]研究表明，超聲波不僅能對(duì)土壤有機(jī)污染物進(jìn)行物理解吸，還能通過(guò)氧化作用將有機(jī)污染物徹底清除。張文等[9]用超聲波凈化石油污染土壤，結(jié)果表明，超聲波技術(shù)可有效修復(fù)石油污染土壤。

2.2污染土壤化學(xué)修復(fù)技術(shù)

污染土壤的化學(xué)修復(fù)技術(shù)發(fā)展較早，主要有土壤固化—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。

2.2.1固定/穩(wěn)定化技術(shù)固定/穩(wěn)定化技術(shù)(Solidification/Stabilization)是指將污染物固定在土壤中，使其長(zhǎng)期處于穩(wěn)定狀態(tài)，防止或降低污染土壤釋放有害化學(xué)物質(zhì)的修復(fù)技術(shù)[10]。該技術(shù)通過(guò)將特殊添加劑與污染土壤相混合，利用化學(xué)、物理或熱力學(xué)過(guò)程來(lái)降低污染物的物理、化學(xué)溶解性或在環(huán)境中的活潑性。該處理技術(shù)的費(fèi)用比較低廉，對(duì)一些非敏感區(qū)的污染土壤可大大降低場(chǎng)地污染治理成本。常用的固化/穩(wěn)定劑有飛灰、石灰、瀝青和硅酸鹽水泥等[11]，其中水泥應(yīng)用最為廣泛，國(guó)際上已有利用水泥固化/穩(wěn)定化處理有機(jī)與無(wú)機(jī)污染土壤的報(bào)道[12]。固定/穩(wěn)定化技術(shù)可以處理多種復(fù)雜金屬?gòu)U棄物，形成的固體毒性低，穩(wěn)定性強(qiáng)，處置費(fèi)用也較低，但其所需的儀器設(shè)備較多，如螺旋轉(zhuǎn)井、混合設(shè)備、集塵系統(tǒng)等。另外，污染物埋藏深度、土壤pH值和有機(jī)質(zhì)含量等都會(huì)在一定程度上影響該技術(shù)的應(yīng)用及有效性的發(fā)揮。固化/穩(wěn)定化技術(shù)在美國(guó)處理各類污染物已有40多年的歷史，有30%已完成的美國(guó)超級(jí)資助項(xiàng)目是用于污染源控制的，平均運(yùn)行時(shí)間約為1個(gè)月，比其他修復(fù)技術(shù)(如土壤蒸氣提取、堆肥等)的運(yùn)行時(shí)間短許多。固化/穩(wěn)定化技術(shù)也應(yīng)用于我國(guó)部分重金屬污染土壤和鉻渣清理后的堆場(chǎng)的修復(fù)，獲得了較好效果[11]。

2.2.2淋洗/浸提技術(shù)淋洗/浸提(Leaching/Extraction)是將水或含有沖洗助劑的水溶液、酸/堿溶液、絡(luò)合劑或表面活性劑等淋洗劑注入到污染土壤或沉積物中，洗脫土壤中的污染物的過(guò)程。淋洗的廢水經(jīng)處理后達(dá)標(biāo)排放，處理后的土壤可以再安全利用。這種離位修復(fù)技術(shù)在多個(gè)國(guó)家已被工程化應(yīng)用于修復(fù)重金屬污染或多污染物混合污染介質(zhì)的處理[13]。同其他修復(fù)技術(shù)相比，淋洗/浸提技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于其可用來(lái)處理難以從土壤中去除的有機(jī)污染物，如PCBs、油脂類等易于吸附或黏附在土壤中的物質(zhì)，溶劑浸提技術(shù)可輕易去除該類土壤污染物。該技術(shù)用水較多，修復(fù)場(chǎng)地要求靠近水源，需要處理廢水而增加成本。研發(fā)高效、專性的表面增溶劑、提高修復(fù)效率，降低設(shè)備與污水處理費(fèi)用、防止二次污染等是該技術(shù)領(lǐng)域重要的研究課題。

2.2.3化學(xué)氧化—還原技術(shù)化學(xué)氧化—還原(Chemical Oxidation-Reduction)技術(shù)是通過(guò)向土壤中投加化學(xué)氧化劑(Fenton試劑、臭氧、H2O2、KMnO4等)或還原劑(SO2、FeO、氣態(tài)H2S等)，使其與污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)凈化土壤的目的[14]?；瘜W(xué)氧化法可用于土壤和地下水同時(shí)被有機(jī)污染物污染的修復(fù)。運(yùn)用化學(xué)還原法修復(fù)對(duì)還原作用敏感的有機(jī)污染物是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。例如，納米級(jí)粉末零價(jià)鐵的強(qiáng)脫氯作用已被接受和運(yùn)用于土壤與地下水的修復(fù)。但是，目前零價(jià)鐵還原脫氯降解含氯有機(jī)化合物技術(shù)的應(yīng)用還存在諸如鐵表面活性的鈍化、被土壤吸附產(chǎn)生聚合失效等問(wèn)題[15]，需要開(kāi)發(fā)新的催化劑和表面激活技術(shù)。

2.2.4光催化降解技術(shù)土壤光催化降解(Photocatalytic Degradation)技術(shù)是一項(xiàng)新興的深度土壤氧化修復(fù)技術(shù)，可應(yīng)用于農(nóng)藥等有機(jī)污染物污染土壤的修復(fù)[16]。土壤質(zhì)地、粒徑、氧化鐵含量、土壤水分、土壤pH值和土壤厚度等對(duì)光催化氧化有機(jī)污染物有明顯的影響，如高孔隙度的土壤中污染物遷移速率快，黏粒含量越低，光解越快；土壤中氧化鐵對(duì)有機(jī)物光解起著重要調(diào)控作用。

2.2.5電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)電動(dòng)力學(xué)修復(fù)(Electrokinetic Remediation)是通過(guò)電化學(xué)和電動(dòng)力學(xué)的復(fù)合作用(電滲、電遷移和電泳等)驅(qū)動(dòng)污染物富集到電極區(qū)，再進(jìn)行集中處理或分離的過(guò)程。即通過(guò)在污染土壤兩側(cè)施加直流電壓形成電場(chǎng)梯度，土壤中污染物質(zhì)在電場(chǎng)作用下通過(guò)電遷移、電滲流或電泳的方式被帶到電極兩端從而修復(fù)污染土壤。目前，電動(dòng)修復(fù)技術(shù)已進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)應(yīng)用階段[17]，我國(guó)也先后開(kāi)展了菲和五氯酚等有機(jī)污染土壤的電動(dòng)修復(fù)技術(shù)研究。電動(dòng)修復(fù)速度較快、成本較低，特別適用于小范圍的粘質(zhì)的可溶性有機(jī)物污染土壤的修復(fù)，其不需要化學(xué)藥劑的投入，修復(fù)過(guò)程對(duì)環(huán)境幾乎沒(méi)有任何負(fù)面影響，與其他技術(shù)相比，電動(dòng)修復(fù)技術(shù)也更容易為大眾所接受。但電動(dòng)修復(fù)技術(shù)對(duì)電荷缺乏的非極性有機(jī)污染物去除效果不好，對(duì)于不溶性有機(jī)污染物，需要化學(xué)增溶，易產(chǎn)生二次污染[18]。

2.3污染土壤生物修復(fù)技術(shù)

生物修復(fù)(Bioremediation)技術(shù)研究開(kāi)始于20世紀(jì)80年代中期，到20世紀(jì)90年代有了成功應(yīng)用的實(shí)例。廣義的污染土壤生物修復(fù)技術(shù)是指利用土壤中的各種生物(包括植物、動(dòng)物和微生物)吸收、降解和轉(zhuǎn)化土壤中的污染物，使污染物含量降低到可接受的水平或?qū)⒂卸居泻Φ奈廴疚镛D(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)的過(guò)程[19]。根據(jù)污染土壤生物修復(fù)主體的不同，分為微生物修復(fù)、植物修復(fù)和動(dòng)物修復(fù)3種[20]，其中以微生物修復(fù)與植物修復(fù)應(yīng)用最為廣泛。狹義的污染土壤生物修復(fù)是指微生物修復(fù)，即利用土壤微生物將有機(jī)污染物作為碳源和能源，將土壤中有害的有機(jī)污染物降解為無(wú)害的無(wú)機(jī)物(CO2和H2O)或其他無(wú)害物質(zhì)的過(guò)程。生物修復(fù)技術(shù)近幾年發(fā)展非常迅速，不僅較物理、化學(xué)方法經(jīng)濟(jì)，同時(shí)也不易產(chǎn)生二次污染，適于大面積污染土壤的修復(fù)。同時(shí)由于其具有低耗、高效、環(huán)境安全、純生態(tài)過(guò)程的顯著優(yōu)點(diǎn)，已成為土壤環(huán)境保護(hù)技術(shù)的最活躍的領(lǐng)域。

2.3.1植物修復(fù)技術(shù)植物修復(fù)(Phytoremediation)技術(shù)是指利用植物忍耐和超量積累某種或某些化學(xué)元素的功能，或利用植物及其根際微生物體系將污染物降解轉(zhuǎn)化為無(wú)毒物質(zhì)的特性，通過(guò)植物在生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)環(huán)境中的金屬元素、有機(jī)污染物以及放射性物質(zhì)等的吸收、降解、過(guò)濾和固定等功能來(lái)凈化環(huán)境污染的技術(shù)[21-23]。包括利用植物超積累功能的植物吸取修復(fù)[24]、利用植物根系控制污染擴(kuò)散和恢復(fù)生態(tài)功能的植物穩(wěn)定修復(fù)[25]、利用植物代謝功能的植物降解修復(fù)[26]、利用植物轉(zhuǎn)化功能的植物揮發(fā)修復(fù)[21]、利用植物根系吸附的植物過(guò)濾修復(fù)[21]等技術(shù)?？杀恢参镄迯?fù)的污染物有重金屬、農(nóng)藥、石油、持久性有機(jī)污染物、炸藥和放射性核素等。其中，污染土壤的植物吸取修復(fù)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外都得到了廣泛研究，已經(jīng)應(yīng)用于砷、鎘、銅、鋅、鎳、鉛等重金屬以及與多環(huán)芳烴復(fù)合污染土壤的研究與修復(fù)[27]，并發(fā)展出包括絡(luò)合誘導(dǎo)強(qiáng)化修復(fù)[28]、不同植物套作聯(lián)合修復(fù)、修復(fù)后植物處理處置的成套集成技術(shù)。該技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵在于篩選具有高產(chǎn)和高去污能力的植物，摸清植物對(duì)土壤條件和生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)性。污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)與其他修復(fù)技術(shù)相比，有著許多優(yōu)點(diǎn)，如技術(shù)成本低、對(duì)環(huán)境影響小、能使地表長(zhǎng)期穩(wěn)定、可在清除土壤污染的同時(shí)清除污染土壤周圍的大氣和水體中的污染物，從而有利于改善生態(tài)環(huán)境[29]。

2.3.2微生物修復(fù)技術(shù)微生物修復(fù)(Microbial Remediation)是指利用天然存在的或篩選培養(yǎng)的功能微生物群(土著微生物、外源微生物和基因工程菌)，并在人為優(yōu)化的適宜環(huán)境條件下，促進(jìn)或強(qiáng)化微生物代謝功能，從而達(dá)到降低有毒污染物活性或降解成無(wú)毒物質(zhì)以修復(fù)受污染土壤的修復(fù)技術(shù)[30]。另外，微生物也可通過(guò)改變土壤環(huán)境的理化特征降低有機(jī)污染物的有效性，從而間接起到修復(fù)污染土壤的作用。通常一種微生物能降解多種有機(jī)污染物，如假單胞桿菌可降解DDT、艾氏劑、毒殺酚和敵敵畏等。因此，微生物已成為污染土壤生物修復(fù)技術(shù)的重要組成部分和生力軍。目前，微生物修復(fù)研究工作主要體現(xiàn)在篩選和馴化特異性高效降解微生物菌株，提高功能微生物在土壤中的活性、壽命和安全性，以及修復(fù)過(guò)程參數(shù)的優(yōu)化和養(yǎng)分、溫度、濕度等關(guān)鍵因子的調(diào)控等方面[31]。如：劉憲華等[32]用分離篩選出的假單胞菌AEBL3降解呋喃丹，結(jié)果發(fā)現(xiàn)未加菌土壤呋喃丹在0—7 cm土層中含量達(dá)90 mg/kg，加菌土壤呋喃丹含量為48 mg/kg，降解率達(dá)96.4%。當(dāng)前，微生物修復(fù)有機(jī)污染物的研究已進(jìn)入基因水平，通過(guò)基因重組、構(gòu)建基因工程菌來(lái)提高微生物降解有機(jī)污染物的能力。在我國(guó)，已構(gòu)建了有機(jī)污染物高效降解菌篩選技術(shù)、微生物修復(fù)制劑制備技術(shù)和有機(jī)污染物殘留微生物降解田間應(yīng)用技術(shù)。蔣建東等[33]通過(guò)同源重組法構(gòu)建多功能農(nóng)藥降解基因工程菌CD-mps和CDS-2 mpd，在1～24 h內(nèi)便可迅速降解甲基對(duì)硫磷(MP)，呋喃丹也可在30 h內(nèi)被完全降解。

2.3.3動(dòng)物修復(fù)技術(shù)近幾十年來(lái)，微生物修復(fù)和植物修復(fù)污染土壤已經(jīng)有了長(zhǎng)足的發(fā)展，但動(dòng)物修復(fù)污染土壤的研究相對(duì)很少。動(dòng)物修復(fù)(Soil Fauna Remediation)是指通過(guò)土壤動(dòng)物群的直接(吸收、轉(zhuǎn)化和分解)或間接作用(改善土壤理化性質(zhì)、提高土壤肥力、促進(jìn)植物和微生物的生長(zhǎng))而修復(fù)土壤污染的過(guò)程。土壤中的一些大型土生動(dòng)物，如蚯蚓和某些鼠類，能吸收或富集土壤中的污染物，并通過(guò)自身的代謝作用，把部分污染物分解為低毒或無(wú)毒產(chǎn)物[34]。此外，土壤中豐富的小型動(dòng)物種群，如線蟲(chóng)綱、彈尾類、稗螨屬、蜈蚣目、蜘蛛目、土蜂科等，均對(duì)土壤中的污染物有一定的吸收和富集作用，可以從土壤中帶走部分污染物?？苡谰V等[35]通過(guò)研究污染土壤不同鉛濃度梯度下，蚯蚓在培養(yǎng)期內(nèi)對(duì)鉛的富集量，結(jié)果表明，蚯蚓對(duì)鉛有較強(qiáng)的富集作用，且隨鉛濃度的增加蚯蚓體內(nèi)的鉛含量也增加；蚯蚓培養(yǎng)期內(nèi)吸收鉛量與鉛濃度梯度表現(xiàn)出極顯著相關(guān)性。Zhou等[36]研究發(fā)現(xiàn)食細(xì)菌線蟲(chóng)與土壤微生物相互作用可以促進(jìn)污染土壤中撲草凈的降解。但關(guān)于土壤微型動(dòng)物在污染土壤修復(fù)方面卻少有研究，今后還需進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)土壤微型動(dòng)物在污染土壤修復(fù)中作用的研究。

2.4污染土壤聯(lián)合修復(fù)技術(shù)

協(xié)同兩種或兩種以上修復(fù)方法，形成聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，不僅可以提高單一污染土壤的修復(fù)速率與效率，而且可以克服單項(xiàng)修復(fù)技術(shù)的局限，實(shí)現(xiàn)對(duì)多種污染物的復(fù)合污染土壤的修復(fù)，成為土壤修復(fù)技術(shù)的重要研究?jī)?nèi)容。

2.4.1物理—化學(xué)聯(lián)合修復(fù)技術(shù)土壤物理—化學(xué)聯(lián)合修復(fù)技術(shù)是適用于污染土壤離位處理的修復(fù)技術(shù)[37]。例如，利用環(huán)己烷和乙醇將污染土壤中的多環(huán)芳烴提取出來(lái)后進(jìn)行光催化降解，利用Pd/Rh支持的催化—熱脫附聯(lián)合技術(shù)或微波熱解—活性炭吸附技術(shù)修復(fù)多氯聯(lián)苯污染土壤[6,38]；電動(dòng)力學(xué)—芬頓聯(lián)合技術(shù)用來(lái)去除污染黏土礦物中的菲[39]；利用光調(diào)節(jié)的TiO2催化修復(fù)農(nóng)藥污染土壤等[16]。溶劑萃取—光降解聯(lián)合修復(fù)技術(shù)是利用有機(jī)溶劑或表面活性劑提取有機(jī)污染物后進(jìn)行光解的物理—化學(xué)聯(lián)合修復(fù)新技術(shù)。

2.4.2微生物/動(dòng)物—植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)微生物(細(xì)菌、真菌)—植物、動(dòng)物(如蚯蚓、線蟲(chóng))—植物聯(lián)合修復(fù)是土壤生物修復(fù)技術(shù)研究的新內(nèi)容[36,40-41]。研究表明，種植紫花苜蓿和土壤微生物互作可大幅度降低土壤中多氯聯(lián)苯濃度[40]；根瘤菌和菌根真菌雙接種能強(qiáng)化紫花苜蓿對(duì)多氯聯(lián)苯的修復(fù)作用[42]；接種食細(xì)菌線蟲(chóng)可以促進(jìn)污染土壤撲草凈的去除[36]。利用能促進(jìn)植物生長(zhǎng)的根際細(xì)菌或真菌，發(fā)展植物—降解菌群協(xié)同修復(fù)、動(dòng)物—微生物協(xié)同修復(fù)[36,41,43]及其根際強(qiáng)化技術(shù)，促進(jìn)有機(jī)污染物的吸收、代謝和降解是生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)新的研究方向。

2.4.3化學(xué)/物化—生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)發(fā)揮化學(xué)或物理化學(xué)修復(fù)的快速優(yōu)勢(shì)，結(jié)合非破壞性的生物修復(fù)特點(diǎn)，發(fā)展基于化學(xué)—生物修復(fù)的聯(lián)合修復(fù)技術(shù)，是最具應(yīng)用潛力的污染土壤修復(fù)方法之一[44]。化學(xué)淋洗—生物聯(lián)合修復(fù)是基于化學(xué)淋溶劑作用，通過(guò)增加污染物的生物可利用性來(lái)提高生物修復(fù)效率；利用有機(jī)絡(luò)合劑的配位溶出，增加土壤溶液中重金屬濃度，提高植物有效性，從而實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化誘導(dǎo)植物吸取修復(fù)；化學(xué)預(yù)氧化—生物降解和臭氧氧化—生物降解等聯(lián)合技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于污染土壤中多環(huán)芳烴的修復(fù)[45]；電動(dòng)力學(xué)—微生物修復(fù)技術(shù)可以克服單獨(dú)的電動(dòng)修復(fù)或生物修復(fù)技術(shù)的缺點(diǎn)，在不破壞土壤質(zhì)量的前提下，加快污染土壤修復(fù)進(jìn)程；硫氧化細(xì)菌與電動(dòng)綜合修復(fù)技術(shù)用于強(qiáng)化污染土壤中銅的去除；應(yīng)用光降解—生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)可以提高石油中PAHs污染物的去除效率[46]。

3　問(wèn)題與展望

污染土壤的修復(fù)治理是一個(gè)綜合的復(fù)雜過(guò)程，涉及眾多因素，單一的修復(fù)技術(shù)必然受到制約，影響修復(fù)效果[47]。由于不同污染物本身的特性、污染場(chǎng)地的環(huán)境條件、各種修復(fù)技術(shù)都有一定的適用范圍、各個(gè)修復(fù)技術(shù)之間缺乏交融性等，導(dǎo)致不管是物理的、化學(xué)的，還是生物的修復(fù)方法與技術(shù)都不能完全修復(fù)某種污染，一種修復(fù)方法也不能修復(fù)所有種類的污染物，到目前為止還沒(méi)有一種通用可行的污染土壤修復(fù)方法。

基于此，今后污染土壤修復(fù)的研究可在如下幾個(gè)方面開(kāi)展：(1) 植物修復(fù)技術(shù)。從植物的生理、栽培、遺傳的角度進(jìn)行研究，篩選能超量積累污染物的植物；改善植物吸收性能，發(fā)掘高效污染修復(fù)植物；開(kāi)展植物修復(fù)的機(jī)理研究，探索有效修復(fù)污染環(huán)境的植物修復(fù)技術(shù)；應(yīng)用分子生物學(xué)和基因工程技術(shù)，鑒定和克隆抵抗重金屬或降解有機(jī)污染物的植物基因，通過(guò)轉(zhuǎn)基因技術(shù)創(chuàng)造一批新的植物品種，培育轉(zhuǎn)基因植物，從而構(gòu)建出高效去除污染物的植物；其他，如污染物在植物體系中的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律、植物—微生物體系的作用規(guī)律、植物物種的搭配、工程設(shè)計(jì)規(guī)范及工程治理標(biāo)準(zhǔn)等，也是使植物修復(fù)技術(shù)最優(yōu)化的重要研究[48]。(2) 微生物修復(fù)技術(shù)。運(yùn)用分子生物學(xué)、遺傳學(xué)和基因工程等新理論、新技術(shù)分離和選育高效降解菌，培育基因工程菌，增強(qiáng)它們對(duì)污染物的降解能力，是提高土壤微生物修復(fù)效果的研究熱點(diǎn)；通過(guò)工程化措施，利用土著、外源微生物或基因工程菌進(jìn)行污染土壤的生物修復(fù)；基于微生物的復(fù)合修復(fù)：微生物—土壤物理改良、微生物—化學(xué)活化、微生物—?jiǎng)游?、微生物—植物、甚至于微生物—植物—?jiǎng)游锏榷嗌w的系統(tǒng)組合研究[42]。(3) 酶學(xué)修復(fù)技術(shù)。利用已經(jīng)分離篩選出來(lái)的具有特定降解功能的微生物、植物，通過(guò)發(fā)酵工程及酶工程手段，提取、分離純化相關(guān)酶類及酶系，制成酶制劑或生產(chǎn)固定化酶，用于有機(jī)污染場(chǎng)地的修復(fù)[30]。(4) 生態(tài)修復(fù)技術(shù)。從生態(tài)學(xué)角度出發(fā)，修復(fù)土壤污染的同時(shí)，維護(hù)正常的生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，實(shí)現(xiàn)綠色意義的污染土壤修復(fù)。在修復(fù)污染土壤時(shí)，必須盡量考慮工程實(shí)施給環(huán)境帶來(lái)的影響，阻止次生污染的發(fā)生，或防止次生有害效應(yīng)的產(chǎn)生。污染土壤生態(tài)修復(fù)研究的重點(diǎn)在于超積累植物和高效降解微生物的篩選及合理搭配、修復(fù)機(jī)理的探索和基于植物與微生物聯(lián)合修復(fù)的根際圈效應(yīng)、以廣義生物修復(fù)為核心的聯(lián)合修復(fù)以及修復(fù)強(qiáng)化措施?？梢灶A(yù)見(jiàn)，污染土壤的生態(tài)修復(fù)將成為解決土壤污染問(wèn)題的根本技術(shù)[49]。(5) 復(fù)合污染修復(fù)技術(shù)及綜合修復(fù)技術(shù)。一方面，由于土壤復(fù)合污染的普遍性、復(fù)雜性和特殊性，復(fù)合污染土壤的修復(fù)不可能單獨(dú)依靠一種修復(fù)措施就能徹底解決，往往需要多途徑、多方式的修復(fù)手段，可以將多種方法融合起來(lái)構(gòu)成一個(gè)復(fù)合污染修復(fù)技術(shù)體系，以發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，摒棄各自缺點(diǎn)；另一方面，即使是單一污染土壤，也必須綜合考慮各種因素，采用多種修復(fù)技術(shù)結(jié)合，形成適應(yīng)于現(xiàn)場(chǎng)污染土壤狀況及條件、集多種方法優(yōu)點(diǎn)于一體的綜合修復(fù)技術(shù)，以達(dá)到徹底修復(fù)污染土壤的目的[50]。

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A Review on the Progresses of Remediation Technologies for Contaminated Soils

ZHOU Jihai1, HUANG Rongxia1,2, FAN Houbao1, TIAN Shengni2,LI Zongxun1, JIANG Wei3, LI Te3, GAO Qi3

(1.ResearchInstituteofEcology&EnvironmentalSciences,NanchangInstituteofTechnology,Nanchang330099,China; 2.SchoolofLifeScience,AnhuiAgriculturalUniversity,Hefei230036,China; 3.SchoolofEnvironmental&SafetyEngineering,ChangzhouUniversity,Changzhou,Jiangsu213164,China)

The development of modern agriculture has been affecting natural environment. The conditions of contaminated soils are getting worse due to fertilizer and chemical pesticides used in great quantities, making remediation of pollutants contaminated soils as the pressing issue. We give a systematical introduction to the technologies for remediating contaminated soils being widely used at home and aboard, especially the physical remediation technologies, chemical remediation technologies, bioremediation technologies (including phytoremediation, microbial remediation and soil fauna remediation technologies) and other remediation methods incorporating technologies mentioned above. In addition, a relatively comprehensive review is done on the research progress of various remediation technologies followed by the outlook on the future development of remediation technologies of contaminated soils.

contaminated soils； physical remediation； chemical remediation； bioremediation； joint remediation

2015-05-21

2015-06-23

國(guó)家自然科學(xué)基金(31460149);中國(guó)科學(xué)院黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(K318009902-1414);中國(guó)科學(xué)院土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金(0812201236);南昌工程學(xué)院2015年大學(xué)生科研訓(xùn)練計(jì)劃

周際海(1973—),男,安徽和縣人,博士,副教授,主要從事土壤微生物及污染修復(fù)研究。E-mail:zhoujihai2006@163.com

樊后保(1965—),男,江西修水縣人,博士,教授,主要從事土壤生態(tài)學(xué)及全球變化生態(tài)學(xué)研究。E-mail:hbfan@nit.edu.cn

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1005-3409(2016)03-0366-06