生態(tài)修復(fù)治理技術(shù)在污染土壤中的應(yīng)用研究

焦詩皓

（南京林業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 210037）

土壤被污染不僅會(huì)造成農(nóng)作物減產(chǎn)，而且對(duì)農(nóng)作物造成了嚴(yán)重的影響，若不慎食用了被污染過的土地上生長(zhǎng)的有害農(nóng)作物，會(huì)對(duì)人體造成嚴(yán)重危害。利用生物技術(shù)修復(fù)被污染的土地，可以有效地減少污染范圍和污染程度。因此，生物處理技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。

從2019年開始，國家環(huán)保總局就對(duì)重點(diǎn)工業(yè)單位進(jìn)行了土地普查工作，并于2020年前完成對(duì)重點(diǎn)工業(yè)企業(yè)的土地普查。2021年，國家計(jì)劃依據(jù)兩年的調(diào)查資料，對(duì)受影響地區(qū)進(jìn)行土壤恢復(fù)工程。近年來，隨著我國環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域的發(fā)展，各種新的生物處理技術(shù)和手段在國內(nèi)外層出不窮，但這些新興技術(shù)手段仍然存在著諸多不足，需要相關(guān)研究人員的進(jìn)一步深入研究。

1 生態(tài)修復(fù)的內(nèi)涵

生態(tài)修復(fù)就是利用生物體在環(huán)境中的作用，通過自然、化學(xué)的手段進(jìn)行修復(fù)，并采用相應(yīng)的技術(shù)手段，使污染的環(huán)境得到恢復(fù)，恢復(fù)成良好的生態(tài)環(huán)境。目前，生物技術(shù)是國際上在處理土地污染時(shí)應(yīng)用最廣泛和最有效的技術(shù)方法之一[1]。

2 主要污染種類

2.1 有機(jī)物污染

由于多種化學(xué)殺蟲劑在農(nóng)作物生產(chǎn)活動(dòng)中的廣泛應(yīng)用，造成土壤中有機(jī)污染物的含量不斷上升，其危害也在日益加劇。根據(jù)降解的難度可將有機(jī)污染物大致劃分為兩類：易腐性和難解性。二氯苯氧乙酸（2，4-D）和有機(jī)磷是最常用的可降解有機(jī)物，而2，4，5-涕酸甲酯（2，4，5-T））是最典型的有機(jī)污染毒物。

2.2 重金屬污染

造成土壤中重金屬繁多的主要因素是一些地區(qū)采用高濃度的重金屬廢水澆灌農(nóng)田，另外，一些含重金屬灰塵落入土壤，也會(huì)增加土壤中重金屬的含量，而農(nóng)田中使用的殺蟲劑也含有大量的重金屬[2]。在這些重金屬污染中，汞污染、銅污染、鋅污染、砷污染等都是比較普遍的，因?yàn)檫@些污染并不能被土壤中的微生物降解，反而會(huì)被細(xì)菌污染。因此，如果土壤中存在大量的重金屬污染，那么我們很難從根本上解決土壤的污染問題，這不僅嚴(yán)重影響了土壤的質(zhì)量，還對(duì)土壤中的農(nóng)作物產(chǎn)生了極大影響，這些農(nóng)作物的最終消費(fèi)者是人類，人類吃下這些富含重金屬的農(nóng)作物，就會(huì)影響身體健康。

2.3 放射性元素污染

土地中的輻射元素污染，主要是由于核裂變產(chǎn)品的墜落和從事原子能研究的科研單位所產(chǎn)生的帶有輻射的液體和固態(tài)材料釋放出的輻射等造成的污染。這種含輻射的化肥暴露在空氣中后，會(huì)被雨水和沉淀吸收，從而對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的輻射污染。一般來說，受輻射的土地是無法通過土壤本身的自清潔作用恢復(fù)的，并且會(huì)順著食物鏈進(jìn)入到人體內(nèi)，危害人體健康。

2.4 化學(xué)肥料污染

在農(nóng)業(yè)發(fā)展的同時(shí)，土地面積也在不斷縮小，所以大部分農(nóng)民都會(huì)在種植的農(nóng)作物上噴灑一些化肥，增加農(nóng)作物產(chǎn)量，降低土地面積減少帶來農(nóng)作物減產(chǎn)的影響。而農(nóng)民使用的化肥大部分都是含氮、磷的，這些物質(zhì)一旦進(jìn)入土壤中，就會(huì)對(duì)土地產(chǎn)生很大的負(fù)面影響。

2.5 病原微生物污染

土壤易受細(xì)菌污染，而造成土壤污染的細(xì)菌，主要來自于某些人畜的排泄物中含有的致病細(xì)菌。這些被污染的土地會(huì)使人感染上病菌，如果吃了這些被污染的土地上生長(zhǎng)的農(nóng)作物，就會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生極大地危害。

3 土壤污染造成的危害

有毒的化學(xué)物質(zhì)會(huì)隨著沉淀和降雨流入河流、小溪和湖泊，對(duì)水體的生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的影響，對(duì)水的繁衍也會(huì)產(chǎn)生極大的影響。殘留在泥土里面的有毒物質(zhì)會(huì)被植物吸收，一旦被人體吃掉，就會(huì)對(duì)人體健康和人們的生活造成極大危害。受輻射污染的土地會(huì)釋放出各種輻射，這些輻射能穿透人體，對(duì)人體的各種器官造成損害，甚至引發(fā)癌癥。同時(shí)，由于長(zhǎng)期不能有效地控制和整治土壤污染，導(dǎo)致環(huán)境污染和有毒物質(zhì)不斷地向周圍土地、環(huán)境蔓延，造成了空氣和水環(huán)境的污染，對(duì)自然環(huán)境和生態(tài)環(huán)境造成了極大地影響，這不僅不利于農(nóng)作物的栽培，也會(huì)使土地面積不斷減小，造成土壤退化、水土流失等生態(tài)問題，對(duì)大自然產(chǎn)生極大的影響。

4 生態(tài)修復(fù)技術(shù)在土壤污染中的應(yīng)用

4.1 物理修復(fù)技術(shù)

4.1.1 土壤蒸汽浸提修復(fù)技術(shù)

通過利用土壤蒸汽浸提修復(fù)技術(shù)，可以充分減少土壤中的水蒸氣壓力，從而將污染物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)樗魵?，并向外界環(huán)境中排放。這種技術(shù)主要是通過利用土壤中的固相、液相和氣相的密度差來減小土壤中的壓力，從而將土壤中的固體污染物轉(zhuǎn)換成氣體排放到土壤中。該方法不僅操作簡(jiǎn)單便捷有效，也不會(huì)對(duì)土壤結(jié)構(gòu)造成較大破壞。但就目前情況來看，這種方法僅適用于非飽和土壤，不適用于飽和土壤或有地下水的土壤，因?yàn)樵摷夹g(shù)會(huì)破壞土壤結(jié)構(gòu)，污染地下水，對(duì)飲用地下水的人們?cè)斐山】低{。

4.1.2 玻璃化修復(fù)技術(shù)

玻璃化修復(fù)技術(shù)主要是指通過加熱的方式將固體雜質(zhì)在一定溫度下熔化成玻璃，這種技術(shù)主要用于現(xiàn)場(chǎng)加工處理，而不適合對(duì)非均勻土壤的處理?，F(xiàn)場(chǎng)玻璃化法是將電極插到被污染的土壤中，在2 000 ℃時(shí)對(duì)土壤中的固相成分進(jìn)行加熱，從而將有機(jī)物和某些無機(jī)污染物從土壤中蒸發(fā)掉，達(dá)到在不破壞土壤結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上去除土壤中有害物質(zhì)的目的[3]。而這些有害熔融物經(jīng)過低溫處理后，會(huì)變成一種透明的玻璃，將有機(jī)雜質(zhì)包裹起來，從而喪失了有害物質(zhì)的流動(dòng)性。在此基礎(chǔ)上，我們可以對(duì)廢氣中的有機(jī)物質(zhì)和揮發(fā)性重金屬進(jìn)行嚴(yán)格的加工處理，并對(duì)其進(jìn)行了進(jìn)一步的防范治理，以防止二次環(huán)境的污染。

4.1.3 固化穩(wěn)定處理技術(shù)

固化穩(wěn)定處理技術(shù)是指采用物理或化學(xué)手段，將有毒物質(zhì)吸附于土壤中，使其處于一種化學(xué)穩(wěn)定的狀態(tài)，從而防止污染物向周圍土地傳播，達(dá)到減少污染物毒性對(duì)土壤造成破壞的目的。這種處理方式可用于處理被重金屬、輻射等污染的土地，還可以對(duì)其進(jìn)行進(jìn)一步的硬化處理，充分利用固化穩(wěn)定處理技術(shù)的純化效果。不過，因?yàn)檫@種方法對(duì)土壤結(jié)構(gòu)存在一定的破壞性，因此該方法的實(shí)施時(shí)間通常為3～6個(gè)月比較適宜，在使用過程中，具體條件要視修復(fù)目的而定，同時(shí)還應(yīng)著重對(duì)土壤體積、污染物濃度、土壤性質(zhì)等進(jìn)行研究，并將其運(yùn)用于土壤污染物的去除。

4.1.4 熱力學(xué)修復(fù)技術(shù)

熱力學(xué)修復(fù)技術(shù)主要是利用高溫下的物理和化學(xué)反應(yīng)分解土壤中的有機(jī)物質(zhì)。該技術(shù)適用于有機(jī)物、農(nóng)藥、高沸點(diǎn)氯類物質(zhì)等有機(jī)物的治理。熱力學(xué)的修補(bǔ)技術(shù)不適用于大部分的無機(jī)和腐蝕性的有機(jī)物。熱力學(xué)修復(fù)技術(shù)的工作原理是將污染的媒介和污染物，經(jīng)過直接或間接傳熱，使其達(dá)到540 ℃，使污染物從媒介中蒸發(fā)或被分解，從而去除土壤中的有害物質(zhì)。常用的熱源有空氣、明火以及能與泥土直接或間接發(fā)生熱傳導(dǎo)的流體。

4.1.5 電力學(xué)修復(fù)技術(shù)

這項(xiàng)技術(shù)最初是美國路易斯安那州立大學(xué)研發(fā)，是將電通入土壤中，通過遷移、擴(kuò)散和電滲透等方式，將土壤中的水離子聚集到靠近電極的地方，從而達(dá)到對(duì)污染物的清除和回收。通過在污染土壤的兩端加入低電壓的 DC電場(chǎng)，可以有效去除無機(jī)、放射性物質(zhì)和高吸收物質(zhì)。但是，電力學(xué)修復(fù)技術(shù)去除土壤中的污染物會(huì)受到一定條件的影響，影響電力學(xué)修復(fù)效果的主要原因有：高壓、電流、污染物性質(zhì)、電極材料、電極結(jié)構(gòu)等。

4.2 化學(xué)修復(fù)技術(shù)

4.2.1 化學(xué)淋洗技術(shù)

化學(xué)淋洗技術(shù)的應(yīng)用，是通過將土壤中污染物溶解和遷移的液體沖洗到被污染的土地上，使其附著于土壤中的污染物，再通過噴灑化學(xué)助劑將污染物與土壤中的污染物混合，最終將污染物凈化并回收。

4.2.2 原位化學(xué)氧化技術(shù)

原位化學(xué)氧化技術(shù)是通過向土壤中噴灑一定含量的化學(xué)氧化劑，通過氧化劑氧化被污染土壤中的污染物，將污染物分解為無害、低毒性的物質(zhì)?；瘜W(xué)氧化技術(shù)并不是將被污染的土地都清潔干凈，而是在指定的受影響地區(qū)進(jìn)行鉆孔，然后利用水泵將氧化劑注入土壤中，與其進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，再回收利用，這樣做對(duì)土壤產(chǎn)生的影響也比較小，且便于操作，手段實(shí)施方便。另外，本技術(shù)主要用于處理污染程度高的土壤，在污染程度不嚴(yán)重的地區(qū)，該技術(shù)的經(jīng)濟(jì)效益并不理想。

4.2.3 化學(xué)脫鹵技術(shù)

化學(xué)除鹵技術(shù)是將化學(xué)藥劑加入到被重金屬污染的土地中，使其代替鹵化物中的鹵元素實(shí)現(xiàn)降解，這是一種特殊的化學(xué)方法，操作簡(jiǎn)單便捷，易實(shí)施，其缺點(diǎn)是某些脫鹵劑會(huì)與水中的物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，增加了廢水處理費(fèi)用。

4.2.4 溶劑浸提技術(shù)

溶劑浸提技術(shù)是將土壤中的污染物質(zhì)通過化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行吸收和附著，并根據(jù)其溶解性將有機(jī)污染物分離出來。但這種工藝操作起來比較困難，且易引起污染的轉(zhuǎn)移和工藝調(diào)整，對(duì)其它地區(qū)造成污染，因此，在去除土壤污染物中的應(yīng)用范圍不廣。

4.2.5 原位化學(xué)還原技術(shù)

該工藝是利用一種化學(xué)還原劑，將污染物質(zhì)分解成不易溶解的物質(zhì)。這種技術(shù)一般是將液體還原劑和氣態(tài)還原劑等注入到土壤中，在土壤中創(chuàng)造能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的還原環(huán)境。常用的硫代硫酸鹽、硫化氫等就是可溶解的還原劑。

5 生態(tài)修復(fù)技術(shù)運(yùn)用的主要措施

5.1 生物修復(fù)

5.1.1 原位生物修復(fù)

原位生物修復(fù)技術(shù)是一種常用的技術(shù)，其基本工作原理是向受污染的土壤中添加一定的有機(jī)物，或是通過控制被污染土地中的氧氣供應(yīng)，加速被污染土地中的微生物降解。土地環(huán)境污染破壞范圍較大，采取該方法不僅成本較高，而且經(jīng)濟(jì)效益也不高，所以一般采取土耕法、投菌法、生物通風(fēng)法等對(duì)土壤進(jìn)行修復(fù)[4]。土壤翻修技術(shù)是最經(jīng)濟(jì)的方法，并且施工簡(jiǎn)單，無公害，效果好。但其需要在疏松的泥土進(jìn)行，缺點(diǎn)是時(shí)間長(zhǎng)，有毒物質(zhì)會(huì)通過不同的途徑擴(kuò)散到泥土中。研究表明，與添加微生物的技術(shù)相比，這種方法可改善受污染土地中原微生物的活性。

5.1.2 異位生物修復(fù)

異位生物技術(shù)與現(xiàn)場(chǎng)生物技術(shù)最大的區(qū)別是：異位生物技術(shù)是通過將受污染的土地轉(zhuǎn)移到其它地區(qū)進(jìn)行生態(tài)恢復(fù)。這種方法成本低廉，應(yīng)用比較廣泛，但其最大的弊端就是有毒物質(zhì)會(huì)進(jìn)入大氣層，對(duì)環(huán)境造成危害。此外，土壤中還含有大量的有毒物質(zhì)，這些物質(zhì)不易被分解，久而久之，就會(huì)對(duì)被污染的土地產(chǎn)生很大的影響。

5.1.3 生物反應(yīng)器修復(fù)

在一般的環(huán)境下，生物反應(yīng)器能夠有效解決微生物的分解問題，并且這種處理方式比其他處理方式更有效，但由于費(fèi)用昂貴，無法得到推廣。在被污染的土地上，土著微生物、外源微生物、遺傳性細(xì)菌等都在目前的石油儲(chǔ)備設(shè)施和土壤修復(fù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。不過，微生物修復(fù)技術(shù)也只是針對(duì)土壤中一般的有毒成分，并不能完全去除某些難以分解的毒素，因此要對(duì)污染土地進(jìn)行有效修復(fù)，就必須結(jié)合其他物理、化學(xué)等處理技術(shù)進(jìn)行綜合治理。

5.2 物理化學(xué)修復(fù)

5.2.1 物理修復(fù)

最常用的物理恢復(fù)方式就是把受污染的土地轉(zhuǎn)移到一個(gè)指定的地方進(jìn)行填埋，再用新的未受污染的土地恢復(fù)土地的原狀；另一種方式則是將干凈的清水注入到被嚴(yán)重污染的土壤上，然后用清水清洗掉土壤中的毒素，并在深層挖一口井，將含有劇毒的污水排入泥土中進(jìn)行清洗，這樣可以減少土壤的毒性，凈化土地。三是采用透氣技術(shù)，該技術(shù)適用于有害氣體含量高、需要使用透氣法進(jìn)行迅速高效處理的土壤修復(fù)，其費(fèi)用很低廉，僅為前面兩種工藝的10%。除此之外，還有一些其他的物理修補(bǔ)技術(shù)，如熱處理和磁性分離等技術(shù)。

5.2.2 化學(xué)修復(fù)

化學(xué)修復(fù)技術(shù)是在土壤中加入改性劑，可以改善一定范圍內(nèi)的土壤環(huán)境，減少其對(duì)重金屬的吸收和沉積，常用的化學(xué)試劑是硫酸和石灰等。

5.3 植物修復(fù)

5.3.1 植物萃取

植物萃取技術(shù)是將一些植物種植在被重金屬污染的土地上，再以其自身的生長(zhǎng)方式吸收土壤中的重金屬毒素，再將其重復(fù)栽種直到將重金屬毒素去除為止。這種植物對(duì)重金屬的吸收能力非常強(qiáng)，目前有700多種植物可以吸收銅和汞等重金屬，吸收的速度都在1%左右。

5.3.2 植物揮發(fā)

該技術(shù)利用植物在土壤中的根系，吸附被污染土地中的毒素，再利用自身的化學(xué)反應(yīng)，將其分解成氣體，向大氣中擴(kuò)散，減少了對(duì)環(huán)境的污染[5]。比如印度的小白菜，它的硒含量很高，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明，印度的芥子在一年內(nèi)就可以降低48%的含硒量，這種作用是顯而易見的。其他農(nóng)作物在被污染的土地上也有不同的吸附和揮發(fā)性作用。

5.3.3 植物降解

植物降解技術(shù)在去除某些結(jié)構(gòu)較單一的毒性污染物方面有顯著的效果，但在某些情況下對(duì)較為復(fù)雜的污染物卻不能得到很好地利用。所謂的植物生物分解技術(shù)，其實(shí)就是通過植物與微生物之間的高效協(xié)作實(shí)現(xiàn)對(duì)污染土壤的修復(fù)，不過這種技術(shù)屬于自然現(xiàn)象，它的恢復(fù)過程十分緩慢，往往要花費(fèi)數(shù)年的功夫，才能將被破壞的土地恢復(fù)到最好的程度。

6 結(jié)語

通過對(duì)被污染的土壤進(jìn)行治理，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展。在應(yīng)用土壤修復(fù)技術(shù)時(shí)，應(yīng)從多角度對(duì)其進(jìn)行分類，并根據(jù)現(xiàn)有的情況和治理原理進(jìn)行選擇，從而達(dá)到治理“三廢”的目的。