污染土地修復(fù)技術(shù)研究及發(fā)展趨勢

張寶強(qiáng)

（1.陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，陜西 西安 710075；2.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710075；4.陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心，陜西 西安 710075）

近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，人們的生活水平日益提高。隨之而來的環(huán)境污染事件不斷發(fā)生，土壤重金屬污染是一個(gè)普遍存在的現(xiàn)象。因土壤污染所引發(fā)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(xué)術(shù)界、政界的極大關(guān)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(huán)境中超過了環(huán)境容量，使得環(huán)境本身無法自凈，從而對環(huán)境產(chǎn)生了一定的影響，危害人類或其他生物的生存環(huán)境［1］。近年來，較多學(xué)者對土壤污染問題給予較高的關(guān)注，在土壤污染修復(fù)行業(yè)漸熱的形勢下，我國的污染修復(fù)尚未形成完整的體系，污染土地治理理念落后、規(guī)章制度不健全、修復(fù)方法單一。為減少污染土壤造成的環(huán)境污染問題和經(jīng)濟(jì)損失，急需探索并完善污染土地修復(fù)理論，從而指導(dǎo)土壤污染修復(fù)工程實(shí)踐。

1 土壤重金屬污染現(xiàn)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(yán)重，有超過10%的耕地受到了重金屬的嚴(yán)重污染，導(dǎo)致糧食減產(chǎn)約1 000萬t/a，因重金屬污染不能食用的糧食也達(dá)到約1 200萬t，造成的經(jīng)濟(jì)損失達(dá)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(qiáng)的隱蔽性、不可降解性、滯后性和累積性，導(dǎo)致土壤自身的理化性質(zhì)發(fā)生改變，土壤質(zhì)量嚴(yán)重退化，影響了農(nóng)副產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)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(jìn)入人體或動物體內(nèi)，對人體健康和生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的危害。同時(shí)，土壤重金屬通過食物鏈在人體和動物體內(nèi)遷移、富集，破壞了其正常的生理代謝，嚴(yán)重時(shí)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?。绘k、鉻的富集具有突變性和致癌性；汞會影響胎兒在孕婦體內(nèi)產(chǎn)生畸變等［2］。

2 土壤重金屬污染修復(fù)方法

2.1 物理修復(fù)

物理修復(fù)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(shù)方法。目前，該技術(shù)在土壤重金屬污染修復(fù)治理中應(yīng)用較多，其中熱處理和吸附法較為成熟。此外，物理修復(fù)方法還包括客土法、土壤阻隔填埋技術(shù)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(fù)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(shí)現(xiàn)修復(fù)的方法?？屯练軌蛴行У貙⒅亟饘傥廴就寥琅c生態(tài)系統(tǒng)阻隔，從而減少對環(huán)境的影響。但是，該方法工程量大，費(fèi)用高，只適宜用于面積小、污染較為嚴(yán)重的狀況［3］。土壤阻隔填埋技術(shù)是將污染土壤或經(jīng)過治理后的土壤置于防滲阻隔填埋場內(nèi)，或通過阻隔層阻斷土壤中污染物遷移擴(kuò)散的途徑，使污染土壤與周圍環(huán)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(huán)境造成危害。熱脫附是指土壤中的有機(jī)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(jī)污染物含量高到足以蒸發(fā)并與土壤介質(zhì)分離，可分為原位熱解吸技術(shù)和異位熱解吸技術(shù)［4］?，F(xiàn)場熱解吸是土壤原位修復(fù)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(huán)境修復(fù)的區(qū)域，如深層土壤以及建筑物下面的污染修復(fù)。可通過對土壤進(jìn)行加熱，達(dá)到污染物的揮發(fā)溫度，再通過真空抽離提取到地面上，進(jìn)行無害化處理后再排放。熱脫附過程可以使土壤中的有機(jī)化合物產(chǎn)生揮發(fā)和裂解等物理、化學(xué)變化。當(dāng)污染物轉(zhuǎn)化為氣態(tài)后，其流動性將大大提高，揮發(fā)出來的氣態(tài)產(chǎn)物通過收集和捕獲后進(jìn)行凈化處理。

2.2 化學(xué)修復(fù)

污損土地的化學(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)及氧化—還原技術(shù)等方法。

固化—穩(wěn)定化技術(shù)是將污染物在污染介質(zhì)中固定，使其處于長期穩(wěn)定狀態(tài)，分為原位固化/穩(wěn)定化技術(shù)和異位固化/穩(wěn)定化技術(shù)［5］。其中，原位固化/穩(wěn)定化技術(shù)是通過一定的機(jī)械力在原位向污染介質(zhì)中添加固化劑/穩(wěn)定化劑，在充分混合的基礎(chǔ)上，使其與污染介質(zhì)、污染物發(fā)生物理、化學(xué)作用，將污染土壤固封為結(jié)構(gòu)完整的具有低滲透性的固化體或?qū)⑽廴疚镛D(zhuǎn)化成不活潑的化學(xué)形態(tài)，減少污染物在環(huán)境中的遷移和擴(kuò)散。異位固化/穩(wěn)定化技術(shù)則是向污染土壤中添加固化劑/穩(wěn)定化劑。固化—穩(wěn)定化技術(shù)可處理金屬類、石棉、放射性物質(zhì)、腐蝕性無機(jī)物、氰化物以及砷化合物等無機(jī)物；農(nóng)藥/除草劑、石油或多環(huán)芳烴類、多氯聯(lián)苯類以及二噁英等有機(jī)化合物，不適用于揮發(fā)性有機(jī)化合物和以污染物總量為驗(yàn)收目標(biāo)的項(xiàng)目。

土壤修復(fù)技術(shù)的浸出是將水或含有洗滌助劑、酸堿溶液、絡(luò)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(jìn)行原位土壤浸出稱為原位淋洗技術(shù)［6］。異位淋洗技術(shù)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(zhuǎn)移到液相的技術(shù)。經(jīng)過洗脫處理，可以有效地減少污染土壤的處理量，實(shí)現(xiàn)減量化。該方法不宜用于土壤細(xì)粒（粘/粉粒）含量高于25%的土壤。

2.3 生物修復(fù)技術(shù)

污染土壤生物修復(fù)技術(shù)包括植物修復(fù)、微生物修復(fù)及生物聯(lián)合修復(fù)等技術(shù)［7］。

土壤植物修復(fù)技術(shù)是利用植物進(jìn)行提取、根際濾除、揮發(fā)及固定等方式移除、轉(zhuǎn)變和破壞土壤中的污染物質(zhì)，使污染土壤恢復(fù)其正常功能。植物修復(fù)的操作方法簡單，原位進(jìn)行修復(fù)，對周邊環(huán)境影響較小。但目前該技術(shù)還在研究中，不是很成熟，需要進(jìn)一步完善。

微生物修復(fù)技術(shù)是對污染土壤堆體采取人工強(qiáng)化措施，促進(jìn)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(fù)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(jìn)污染物降解?？赏ㄟ^注入熱空氣、營養(yǎng)液及外源高效降解菌劑的方法對污染物去除效果進(jìn)行強(qiáng)化。原位修復(fù)對周圍環(huán)境影響較小，投資費(fèi)用低，能高效地分解和轉(zhuǎn)化污染物，引發(fā)二次污染的可能性較小，但是其存在修復(fù)時(shí)間長、受環(huán)境限制的局限性。異位微生物修復(fù)是將污染了的土壤挖出后進(jìn)行集中的生物降解，主要有泥漿生物反應(yīng)器法、預(yù)制床法及堆制法等，只適用于污染場地范圍較小的區(qū)域［8］。

3 污染土壤修復(fù)發(fā)展趨勢

3.1 土壤和水的共同治理

土壤和地下水在環(huán)境中是共同的有機(jī)統(tǒng)一體，雨水垂直入滲以及地下水流經(jīng)污染過的土壤時(shí)，污染物將從土壤相以溶解和解吸等作用進(jìn)入地下水相，而污染后的地下水在流經(jīng)未污染或已修復(fù)的土壤時(shí)，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(fù)中，土壤和地下水聯(lián)合治理顯得尤為重要，重土壤而忽視地下水必然會導(dǎo)致二次污染。

由于地下水污染難治理、周期長、隱蔽性強(qiáng)以及缺乏相應(yīng)技術(shù)規(guī)范，實(shí)際污染土地調(diào)查和修復(fù)過程中，為了節(jié)省費(fèi)用，往往只強(qiáng)調(diào)土壤污染，而對地下水的重視不足［10］。以專利申請指標(biāo)為例，近10年當(dāng)前地下水修復(fù)專利總數(shù)僅為500項(xiàng)，遠(yuǎn)低于土壤修復(fù)4 000余項(xiàng)。受國家環(huán)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(xiàng)，但同期土壤專利申請量卻達(dá)952項(xiàng)，不到土壤專利量的1/10。

現(xiàn)階段，土壤和地下水聯(lián)合治理已成為先行國家的業(yè)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(fù)中，單獨(dú)針對土壤的修復(fù)僅占14%，而地下水修復(fù)以及地下水和土壤聯(lián)合修復(fù)則占到了59%。

《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，南方地區(qū)土壤相對北方整體污染更加嚴(yán)重，未來將是我國主要的土壤修復(fù)市場。同時(shí)，南方地區(qū)地下水位又普遍埋深較淺，北方地區(qū)總體自東向西埋深增加，多數(shù)地區(qū)在6 m以上。因此，北方區(qū)域的污染土地修復(fù)，有時(shí)只要把污染的土壤修復(fù)好即可。但對于地下水埋深很淺的南方，忽視地下水修復(fù)將導(dǎo)致二次污染。因此，隨著國家針對土地污染立法的實(shí)施、監(jiān)管的嚴(yán)格，保障修復(fù)效果的持續(xù)性、強(qiáng)調(diào)一體化修復(fù)勢在必行。

3.2 基于風(fēng)險(xiǎn)控制的修復(fù)策略發(fā)展趨勢

土壤及地下水修復(fù)是一個(gè)復(fù)雜和長期的過程。20世紀(jì)90年代，國外逐漸把“制度控制”作為一種修復(fù)方法推行開來，即通過法律和行政的手段和方法制定和實(shí)施各項(xiàng)規(guī)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(fēng)險(xiǎn)和危害，從而達(dá)到利用管理手段對污染土地的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行控制的目的。常見的制度控制手段包括進(jìn)入污染區(qū)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(fēng)險(xiǎn)管控為核心思想的防治策略?？v觀世界各國土壤污染防治歷程，發(fā)達(dá)國家最終均采用了該策略，并將其滲透到立法、標(biāo)準(zhǔn)制訂及技術(shù)措施選取等環(huán)節(jié)，鮮有對受污染土壤開展大規(guī)模的治理與修復(fù)。

我國城市開發(fā)建設(shè)過程中，由于受地產(chǎn)開發(fā)巨大利潤的影響，污染地塊在后期房地產(chǎn)開發(fā)過程中，不可避免地會與人類緊密接觸，因此當(dāng)前針對污染地塊仍以工程修復(fù)手段為主。但土十條的頒布明確了國家對于土地修復(fù)從基于污染物總量控制到基于污染風(fēng)險(xiǎn)評估的轉(zhuǎn)變。

3.3 污染土壤的聯(lián)合修復(fù)

我國污染土地中污染物種類眾多，水文地質(zhì)條件各異，加之復(fù)合污染現(xiàn)象普遍、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展不同，傳統(tǒng)單項(xiàng)修復(fù)技術(shù)往往很難達(dá)到修復(fù)目標(biāo)。發(fā)展協(xié)同聯(lián)合的土壤綜合修復(fù)模式，為污染土地提供因地制宜、最為高效經(jīng)濟(jì)的修復(fù)方案就必然成為行業(yè)趨勢。

3.4 異位和原位修復(fù)的發(fā)展趨勢

由于異位修復(fù)快速、高效，短期內(nèi)我國土壤修復(fù)市場仍將持續(xù)這種趨勢。但異位修復(fù)存在費(fèi)用較高、作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)高等缺點(diǎn)［11］。原位修復(fù)技術(shù)費(fèi)用低廉，對土壤破壞小。隨著修復(fù)技術(shù)的不斷成熟，原位修復(fù)技術(shù)，如土壤氣相抽提、原位生物修復(fù)等技術(shù)未來將發(fā)展為主流。

考慮我國國情，原位修復(fù)技術(shù)普遍較長的修復(fù)時(shí)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(jìn)一步多元化，原位修復(fù)模式必然將成為長期趨勢。事實(shí)上，近日在《鼓勵(lì)進(jìn)口服務(wù)目錄》（2016年第47號）中，已經(jīng)把“污染地塊土壤治理與修復(fù)（限定原位修復(fù)法）的咨詢和實(shí)施服務(wù)”納入名錄。這標(biāo)志著從國家層面已經(jīng)意識到了原位修復(fù)技術(shù)目前是國內(nèi)急需。此外，隨著技術(shù)的改進(jìn)和基于設(shè)備化的快速污染土地修復(fù)技術(shù)的發(fā)展，將在很大程度上縮短原位修復(fù)時(shí)間，使得原位修復(fù)技術(shù)更具可行性。

3.5 污染土壤修復(fù)設(shè)備的發(fā)展

土壤修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上取決于修復(fù)設(shè)備和監(jiān)測設(shè)備的支持。植物修復(fù)、微生物修復(fù)、有機(jī)污染土壤熱脫附、重金屬污染土壤淋洗、固化/穩(wěn)定化及環(huán)境監(jiān)測等方法都需要設(shè)備支持，因此急需快速有效的設(shè)備使土地被迅速、高效地再開發(fā)利用?；谠O(shè)備化的污染土壤快速修復(fù)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用是一種發(fā)展趨勢。

4 結(jié)語

隨著社會的不斷發(fā)展，我國的環(huán)境受到了嚴(yán)重污染，土壤重金屬污染更是十分嚴(yán)重。重金屬不僅污染土壤，而且間接地危害了人體健康，進(jìn)行重金屬污染土壤的修復(fù)與治理迫在眉睫。本文對重金屬污染土壤的修復(fù)方法技術(shù)進(jìn)行了探討，其中物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)及生物修復(fù)是目前最為常用的土壤重金屬修復(fù)技術(shù)。實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)不同的重金屬污染和土壤環(huán)境特點(diǎn)，選擇合理的修復(fù)技術(shù)，以高效利用資源，提高修復(fù)效率，減少修復(fù)過程對環(huán)境的影響，并優(yōu)化土壤質(zhì)量。污染土壤的修復(fù)治理至關(guān)重要，加強(qiáng)土壤與水的一體化修復(fù)，將“制度控制”的修復(fù)方法進(jìn)行推廣，直接從源頭控制污染物，使得聯(lián)合修復(fù)、原位修復(fù)及異位修復(fù)得到更深入的研究，并要大力發(fā)展污染土壤修復(fù)設(shè)備，使我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展從原來高速發(fā)展逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榭焖俸透哔|(zhì)量發(fā)展。