污染土壤修復(fù)系統(tǒng)和修復(fù)污染土壤的方法

周煒強(qiáng)

（廣東新創(chuàng)華科環(huán)保股份有限公司，廣東 東莞 523000）

土壤是地球生態(tài)環(huán)境最主要的組成部分之一，更是人們?cè)谧匀画h(huán)境中賴以生存的重要基礎(chǔ)。近年來(lái)，我國(guó)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的蓬勃發(fā)展及城市化進(jìn)程的日益推進(jìn)，導(dǎo)致土壤中的有害物質(zhì)不斷累積，干擾了植被的正常發(fā)育，并通過(guò)食物鏈被人體消化吸收，影響大眾的身體健康。因此，土壤污染治理已經(jīng)成為環(huán)境工程領(lǐng)域的重點(diǎn)問(wèn)題之一。本文將對(duì)幾種常見的環(huán)境污染土壤修復(fù)問(wèn)題進(jìn)行總結(jié)與思考，并對(duì)各種修復(fù)方法的未來(lái)演變進(jìn)行預(yù)測(cè)。

1 國(guó)內(nèi)外土壤污染防治發(fā)展形勢(shì)

在美國(guó)等歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，環(huán)境產(chǎn)業(yè)的開發(fā)已經(jīng)比較完善，在制定標(biāo)準(zhǔn)方面，美國(guó)聯(lián)邦環(huán)境保護(hù)局2021年修訂頒布了區(qū)域環(huán)境篩選準(zhǔn)則，規(guī)定了對(duì)700余種廢物的排放標(biāo)準(zhǔn)限值；英國(guó)采用了污染者付費(fèi)機(jī)制，倫敦環(huán)境署在2019年修訂頒布了保障人類身體健康及環(huán)境的土地質(zhì)量指導(dǎo)值；加拿大、荷蘭等國(guó)都出臺(tái)了保障人類身體健康和自然環(huán)境的土地質(zhì)量指導(dǎo)值制定辦法；日本也在制訂土壤質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程中，規(guī)定了鎘、銻、銅、鐵等元素的標(biāo)準(zhǔn)值，尤其是針對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)的土地（水稻田)[1]；韓國(guó)在2020年修訂了生態(tài)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了21個(gè)主要污染物目標(biāo)的土壤污染預(yù)防指標(biāo)值和土壤污染對(duì)策指標(biāo)值。

在中國(guó)的土壤污染防治中，最關(guān)鍵的土地恢復(fù)服務(wù)領(lǐng)域具備過(guò)萬(wàn)億的產(chǎn)業(yè)規(guī)模，僅土地恢復(fù)服務(wù)規(guī)模產(chǎn)值，估計(jì)就已超過(guò)5 000億元。中國(guó)的土地整理計(jì)劃，每年建設(shè)項(xiàng)目大約有幾十個(gè)，每年投資額在20～30億元左右，且多以中小型建設(shè)項(xiàng)目居多（2 000萬(wàn)元以下)。

2 全國(guó)土壤污染狀況及市場(chǎng)需求

在全國(guó)范圍開展的土壤污染狀況調(diào)查結(jié)果表明，我國(guó)土地生態(tài)環(huán)境情況總體不容樂(lè)觀，部分地區(qū)土壤污染問(wèn)題嚴(yán)重，農(nóng)田生態(tài)環(huán)境質(zhì)量堪憂，工礦業(yè)及廢棄地等生態(tài)環(huán)境問(wèn)題凸顯。工礦業(yè)、農(nóng)村生活等人為活動(dòng)造成的土壤環(huán)境背景值高，是土地污染以及土壤污染嚴(yán)重超標(biāo)的主要因素。目前我國(guó)土地總的污染嚴(yán)重超標(biāo)率為36%，其中輕微、輕度、中等和重度的污染點(diǎn)位比率分別為13%、11%、5%和7%。污染物種類以無(wú)機(jī)物居多，有機(jī)物次之，復(fù)合型污染物比例較小。從土壤污染分布現(xiàn)狀來(lái)看，中國(guó)南部土壤污染狀況較北部嚴(yán)重;長(zhǎng)江三角洲、珠江三角洲、以及東北地區(qū)等老工業(yè)基地的局部地區(qū)土壤污染情況相對(duì)明顯；西南、中南部一帶土地，有色重金屬的超標(biāo)程度比較嚴(yán)重；鎘、鉛等四類無(wú)機(jī)污染物的比例，呈現(xiàn)出從西北向東南、從東北到西南逐步增加的趨勢(shì)。

在環(huán)境工業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家，土壤修復(fù)行業(yè)所占環(huán)境工業(yè)的市場(chǎng)份額達(dá)到30%～50%，而中國(guó)土壤修復(fù)行業(yè)才剛剛起步，具備資格的處理公司基本為零，行業(yè)規(guī)模遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法適應(yīng)社會(huì)需求。一方面是環(huán)境保護(hù)、食品安全和新農(nóng)村可持續(xù)發(fā)展的需要，另一方面是農(nóng)村城鎮(zhèn)化的深入，孕育了土壤恢復(fù)的龐大市場(chǎng)。雖然我國(guó)的行業(yè)立法規(guī)范和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)建立在總體上尚處于初級(jí)階段，但是隨著立法效率的明顯提高，我國(guó)從宏觀經(jīng)濟(jì)政策層面上支持鄉(xiāng)村土壤污染修復(fù)產(chǎn)業(yè)長(zhǎng)期發(fā)展的大背景和大環(huán)境基礎(chǔ)是基本確定的[2]。

3 污染土壤治理與修復(fù)技術(shù)

污染土地治理是指對(duì)被破壞的土地實(shí)施修復(fù)、整治的行為。土壤修復(fù)技術(shù)是指利用物理、化學(xué)和生物技術(shù)轉(zhuǎn)移、吸收、溶解土壤中的有害物質(zhì)，將其含量減少至環(huán)境可接受程度，并使有毒有害的物質(zhì)逐步轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)害物質(zhì)。污染土壤修復(fù)技術(shù)主要分為兩類，一類是通過(guò)減少有害物質(zhì)在土地上的存在以及將其同環(huán)境結(jié)合的形式，減少其在環(huán)境上的生化可遷移性和生物可利用度；另一類則是降低土壤中有害物質(zhì)的含量。具體的治理技術(shù)包括物理、化學(xué)、植物、微生物等修復(fù)技術(shù)。物理修復(fù)技術(shù)有熱脫附、蒸汽浸提技術(shù)，以及泥土異地回填等；化學(xué)及植物修復(fù)技術(shù)有植被固定-穩(wěn)定性科技、氧化修復(fù)、化學(xué)物質(zhì)改良、植被表面活性劑清洗和土壤有機(jī)質(zhì)修復(fù)技術(shù)；植物修復(fù)技術(shù)一般可以分為植被富集、固化和降解技術(shù)；針對(duì)植被不同的修復(fù)部位，可分為原位修復(fù)和異位修復(fù)技術(shù)。

3.1 物理修復(fù)技術(shù)

物理修復(fù)技術(shù)是指利用某種物理過(guò)程，使物質(zhì)（尤其是有機(jī)合成物質(zhì))在環(huán)境中消除或分解的工藝技術(shù)。熱加工方法是廣泛應(yīng)用于工業(yè)場(chǎng)所環(huán)境中有機(jī)污染物的重要自然物理修復(fù)技術(shù)，包含熱脫附法、微波技術(shù)加熱法和蒸汽浸提法等工藝技術(shù)，目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于苯系物、多環(huán)芳烴、多溴聯(lián)苯和二惡英等污染土壤的修復(fù)。

3.1.1 換土法

換土法是指通過(guò)把污染的土壤全部或局部替換成新的不受任何污染影響的土壤，從而修復(fù)土壤污染，并提高原土地的環(huán)境容量。換土法可進(jìn)一步分成四種形式：換土地、去地表土、寵土和翻土。（1）換土地是指直接去除原環(huán)境污染的土壤，再換上潔凈土壤，此法更適合于小范圍的土壤污染，特別是存在可擴(kuò)散或難分解的高輻射性環(huán)境污染的土地。而在修復(fù)過(guò)程中，相關(guān)人員必須考慮并妥善解決置換出的污染土壤，以免產(chǎn)生二次污染。（2）去地表土指 直接在原位移除被環(huán)境污染的地表土壤。（3）寵土則是指直接將潔凈的新土壤覆在被環(huán)境污染的舊土壤上面，從而減少了土壤污染物直接觸及植物根部的面積，減少污染物的含量，進(jìn)而減少污染。（4）翻土是指將被環(huán)境污染的表土翻至深層，使積聚在表層中的污染物質(zhì)得以擴(kuò)散至較深的土壤中，以此稀釋污染物，該法適用于較深地層的土壤[3]。對(duì)于置換出的土壤，主要采用以下方式進(jìn)行處理。

（1)燃燒：即利用有氧燃燒氧化或消除有機(jī)廢物。優(yōu)勢(shì)：污染物去除干凈，能處理環(huán)境污染程度高的泥土，占用面積較小。劣勢(shì)：由于土壤的比熱值很低，且一般都無(wú)法維持自發(fā)燃燒，所以必須增加能源（煤粉等)，因此生產(chǎn)成本較高；對(duì)重金屬物質(zhì)等無(wú)機(jī)污染物處理不利。該方法在國(guó)外比較普遍，尤其是日本、瑞士這些國(guó)土資源緊張但相對(duì)富裕的發(fā)達(dá)國(guó)家。此外在許多發(fā)達(dá)國(guó)家，污染土壤不能進(jìn)入廢物填埋場(chǎng)，所以焚燒法也有一定的使用率，但是在國(guó)內(nèi)，由于價(jià)格較高，所以在經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)區(qū)域使用非常少。

（2)填埋：進(jìn)入垃圾填埋場(chǎng)進(jìn)行填埋。優(yōu)勢(shì)：成本低廉。劣勢(shì)：污染地下水、損壞垃圾填埋場(chǎng)堆體的微生物條件、降低處置效能、占用建筑面積太大等。

（3)土壤固化/穩(wěn)定性處理：指使用特定方式將污染土壤凝固/穩(wěn)定，而不對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生危險(xiǎn)的處理過(guò)程。優(yōu)勢(shì)：環(huán)境影響小，占地面積小。劣勢(shì)：價(jià)格高昂。該處理方案是所有土壤修復(fù)方案中費(fèi)用最高的一種，處理一噸土往往需要上千美元。但是該法可以很好地降低重金屬和放射性污染土地的環(huán)境危害，被認(rèn)為是處理污染濃度很高、污染非常嚴(yán)重的土地的終極處理方式。

（4)生物化處理：對(duì)污染土壤進(jìn)行處理之后再進(jìn)行生物化處理，如利用植物的基質(zhì)進(jìn)行處理等。優(yōu)勢(shì)：環(huán)境影響小，價(jià)格低廉。劣勢(shì)：該法可用于污染程度相對(duì)較輕的土壤，但需要與其他的處理方式相配合。

3.1.2 熱修復(fù)法

熱修復(fù)法屬于物理修復(fù)法，技術(shù)成熟、工藝簡(jiǎn)便。由于該方法消耗時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致實(shí)際運(yùn)行費(fèi)用較高，所以使用范圍比較窄。

3.1.3 玻璃化技術(shù)

玻璃化（Vitrification)工藝，是指將被重金屬污染的土壤放在高溫和高壓的自然環(huán)境中，使其成為玻璃態(tài)材料，使其重金屬污染保持在其中，從而減少土地中重金屬污染的危害。該法工作量很大且費(fèi)用偏高，但能夠從根源上緩解重金屬的危害。該法最大的優(yōu)點(diǎn)是見效較快，所以可應(yīng)用于受重金屬危害較嚴(yán)重的土地?fù)尵刃灾卫眄?xiàng)目。

3.1.4 電修復(fù)法

電還原法是指將低壓直流電場(chǎng)通入被環(huán)境污染的土地兩端，通過(guò)溶質(zhì)電泳和介質(zhì)電滲，將有機(jī)物質(zhì)或重金屬定向轉(zhuǎn)移至電極附近富集或者被收集回收，以此恢復(fù)環(huán)境。電修復(fù)技術(shù)一般應(yīng)用于遭受重金屬破壞后的環(huán)境恢復(fù)中。錢署強(qiáng)等人[4]進(jìn)行的田間以及試驗(yàn)室調(diào)查證明了該法不但適用于修補(bǔ)受無(wú)機(jī)污染物污染嚴(yán)重的土壤作業(yè)中，而且還適用于修補(bǔ)遭受較低濃度的有機(jī)物、如苯、乙酸、苯酚、二甲苯等污染嚴(yán)重的土壤作業(yè)中。

3.2 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

相比于物理修復(fù)，污染土壤的化學(xué)修復(fù)技術(shù)發(fā)展較早，目前主流技術(shù)有土地凝固-穩(wěn)定化工藝技術(shù)、淋洗技術(shù)、化學(xué)氧化還原技術(shù)、光催化作用的分解技術(shù)等。

3.2.1 淋洗法

淋洗法是指利用注水方式清洗殘存于土壤孔隙介質(zhì)中的有害物質(zhì)，并把滲入地底的土壤沖洗液進(jìn)行處置后，恢復(fù)土地功能的方式。需要修復(fù)的污染土壤會(huì)依性質(zhì)的不同而在采用淋洗方法時(shí)有所不同，比如砂土，因其黏性差、無(wú)法有效吸收污染，所以通常都只須對(duì)其采用初始淋洗；而粘性較好的粘土，因其對(duì)污染有很好的吸收能力，就需要對(duì)其進(jìn)行更進(jìn)一步的恢復(fù)處理。工作人員通常會(huì)在對(duì)污染土壤采用初始淋洗處置時(shí)，選擇使用清水、無(wú)機(jī)或有機(jī)溶液為初始淋洗液，而考慮到在土壤修復(fù)程序中，可能會(huì)由于初始淋洗液而產(chǎn)生二次污染，所以通常都會(huì)優(yōu)先選用清水來(lái)當(dāng)作初始淋洗液。一般而言，初始淋洗法的水量消耗較小，在操作時(shí)也不會(huì)直接與污染物質(zhì)發(fā)生接觸，所以工作人員在處理土壤污染時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況謹(jǐn)慎選用淋洗液。

3.2.2 提取法

提取法是指利用生化藥物與土壤中所含的物質(zhì)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，以產(chǎn)生新型的水溶性液晶聚合物，然后利用物理或生化手段將其從混和提取液中分離出來(lái)的方法。該法已被廣泛用于修復(fù)被重金屬破壞的土壤環(huán)境工程中，而國(guó)內(nèi)目前對(duì)相關(guān)領(lǐng)域的研究尚處于試驗(yàn)階段。

3.2.3 重金屬穩(wěn)定固化技術(shù)

（1）將土壤中被重金屬污染的土樣利用破碎機(jī)加以破碎，使之得以充分發(fā)生反應(yīng)；通過(guò)土木篩后，再投入攪拌器進(jìn)行均勻混合；最后通過(guò)專業(yè)重金屬測(cè)量?jī)x分析污染土樣，算出總投入量，并在混合過(guò)程中添加相應(yīng)比例水分。

（2）根據(jù)第一步分析的土壤污染性質(zhì)，制定土壤重金屬穩(wěn)化學(xué)生產(chǎn)配方，在進(jìn)行土壤重金屬穩(wěn)化學(xué)生產(chǎn)反應(yīng)時(shí)，平衡土壤中的有機(jī)重金屬危害產(chǎn)物，將其固化穩(wěn)定后排除。

（3）再次評(píng)估處理后的土地：達(dá)標(biāo)時(shí)可對(duì)土地加以回填或重新使用；如果不合格，可以再利用土壤重金屬儀器，根據(jù)保留物質(zhì)開展進(jìn)一步研究，或者重新配置土壤重金屬穩(wěn)化學(xué)制備設(shè)備，使之最終達(dá)標(biāo)。

3.3 微生物及植物修復(fù)技術(shù)

微生物修復(fù)技術(shù)是指利用微生物的功能去除土地或水域中的污染，或者將污染無(wú)害化的技術(shù)過(guò)程。它包括修復(fù)天然及人為造成的污染，將污染降級(jí)或進(jìn)行無(wú)害化的再處理過(guò)程。這種生態(tài)修復(fù)技術(shù)已在被農(nóng)藥或石油等污染的土壤修復(fù)中獲得應(yīng)用。

3.3.1 生物通氣法

生物通氣法是把壓縮的空氣強(qiáng)行通進(jìn)污染土壤中，并將水中的可揮發(fā)性有機(jī)質(zhì)一并抽出，直接進(jìn)入大氣層，然后再通過(guò)排入廢氣的設(shè)施對(duì)其進(jìn)行后續(xù)處置，這也是一個(gè)利用強(qiáng)迫氧化分解的方式進(jìn)行土壤降解的方法。這種技術(shù)通常應(yīng)用在地下水層上部透氣性很好和被易于揮發(fā)的有機(jī)質(zhì)破壞的土壤治理項(xiàng)目中，也可用于修復(fù)疏松多孔的土壤，這類土壤有利于細(xì)菌的增殖發(fā)育。一般在采用通氣方法進(jìn)行土壤處理時(shí)，工作人員需要先在污染土地上打至少兩口水井，在注入氣體前先通入高壓，作為細(xì)菌發(fā)生快速分解的氮源，以加強(qiáng)修復(fù)作用。

3.3.2 植物修復(fù)法

植物修復(fù)法是使用水生植物來(lái)吸附破壞土壤環(huán)境的有害物質(zhì)的方法。該法使有害物質(zhì)富集轉(zhuǎn)移到植株上的枝條和果實(shí)部分，或使用植株根部特定的細(xì)菌系和酶系統(tǒng)絡(luò)合污染土壤中的有機(jī)重金屬，以減少植株生物毒性和泥土中有機(jī)重金屬的活力，也減少了土壤中的有機(jī)重金屬直接擴(kuò)散或被淋濾時(shí)再次污染土壤的可能性。該法重點(diǎn)應(yīng)用于修復(fù)重金屬污染土壤或有機(jī)物污染土壤。目前，國(guó)內(nèi)外在這方面的應(yīng)用比較緩慢，主要還是利用植株根部的細(xì)菌群體降解土壤有機(jī)質(zhì)的方法進(jìn)行修復(fù)。

4 污染土壤修復(fù)技術(shù)展望

總體而言，因?yàn)楸O(jiān)管不足以及政策法規(guī)不健全，目前國(guó)內(nèi)修復(fù)污染土壤仍然是以回填法為主，未來(lái)技術(shù)相對(duì)完善的焚燒法也將慢慢成為主流；生物化處理雖然也面臨一定困難，但一直都是很關(guān)鍵的技術(shù)，生物穩(wěn)定法嚴(yán)格來(lái)說(shuō)效果無(wú)法持久且成本較高，所以市場(chǎng)也相對(duì)小眾；一般重金屬污染過(guò)的土壤都是在挖走后進(jìn)行修復(fù)處理，治理后的土壤在達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后再進(jìn)行填埋處理，而針對(duì)不同土壤的重金屬污染通常是通過(guò)重金屬穩(wěn)定固化技術(shù)進(jìn)行修復(fù)。

5 結(jié)語(yǔ)

近十余年來(lái)，通過(guò)在世界范圍內(nèi)進(jìn)行科學(xué)研究與應(yīng)用，研究人員已基本建立了包括土地物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生態(tài)修復(fù)等技術(shù)的污染土壤修復(fù)工程技術(shù)體系，并積累了在各種污染土壤修復(fù)中的綜合應(yīng)用工程技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。在土壤污染種類呈現(xiàn)多樣性、污染場(chǎng)地的綜合環(huán)境影響更加復(fù)雜的背景下，相關(guān)人員未來(lái)還應(yīng)發(fā)展建設(shè)針對(duì)環(huán)境污染土壤進(jìn)行修復(fù)利用的決策支持系統(tǒng)和事后評(píng)價(jià)體系，并盡早形成合理的、對(duì)大多數(shù)污染土壤環(huán)境和種類都有效的一般性評(píng)估指標(biāo)。研究人員未來(lái)的一個(gè)重點(diǎn)任務(wù)是加大對(duì)治理基準(zhǔn)的研發(fā)，以保障對(duì)污染環(huán)境治理結(jié)果評(píng)估的科學(xué)化。