土壤修复方法浅谈

2018-02-21黄靖刘渝

科技视界 2018年33期

关键词：土壤修复

黄靖刘渝

【摘要】土壤污染问题日益加剧，严重影响人类的生产与生活活动。本文主要对土壤修复的方法及各方法的优缺点、使用范围进行了阐述。

【关键词】土壤修复；物理修复；化学修复；生物修复

中图分类号： X53 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2018）33-0171-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2018.33.077

【Abstract】Soil pollution is becoming more and more serious， which seriously affects human production and life.This paper mainly describes the methods of soil remediation and the advantages and disadvantages of each method and the scope of use.

【Key words】Soil pollution； Physical method； Chemical method； Biometric method

土壤是人類生产活动的重要物质基础，可是近些年来，人类高强度的社会活动使得受污染土壤的面积增大，危害逐渐加重。土壤中大量的有毒有害物质可以以大气和水体为媒介传递进入食物链，对人类的生产生活活动产生了严重的危害，且土壤污染具有不可逆性、长期性、滞后性和隐蔽性。因此，对被污染的土壤进行修复方法研究，完善土壤修复技术体系，对实现社会经济可持续发展是非常必要的。

1 土壤修复的现状

土壤修复是指利用物理方法、化学方法或生物方法，将存在于土壤中的污染物进行转移、吸收、降解和转化，将有害污染物转化为无害物质或使有害污染物的浓度降低到可接受水平的过程。欧、美、日、澳等多国的学者于20 世纪70 年代后期开始对污染土壤修复的进行研究，迄今为止，已经研制出一系列土壤修复方法与设备，积累了一定的经验，土壤修复技术发展迅速。近些年来，我国科学技术部、国家自然科学基金委、环境保护部等部门部署了一系列关于土壤修复研究的课题，对土壤污染控制与土壤修复技术的研究与发展起到了推进作用。在2017年全国两会上，土壤污染防治成为与会代表委员们热议的话题。《土壤污染防治法》的立法工作也在今年两会期间得到重点关注。

2 修复方法

目前，对污染土壤的修复主要有两种方法：一是改变污染物的存在形态，使其由活化态转变为稳定态；二是降低污染物的浓度值，使其接近或达到背景值。方法有比较传统的物理化学法，也有植物修复等生物法。

2.1 物理修复

污染土壤物理修复技术主要包括物理工程措施、玻璃化技术、淋洗法、冰冻土壤修复技术、电动力学法和蒸气浸提修复。

（1）物理工程措施主要包括排土、换土、去表土、客土和深耕翻土等一系列措施，该法优点是：适用面广，具有彻底性和稳定性。排土、换土、去表土和客土修复法的缺点是：施工工程量较大，投资费用高，破坏土体结构，且存在污土的处理问题，可能导致二次污染。所以该法在大面积受污染的土壤中慎用。

1）客土法是在待处理的土壤表面覆盖未被污染的土壤或将未被污染的土壤混入污染土壤中，以降低污染物的浓度或避免污染物同植物根系接触。该法多用于重污染土壤修复工程。

2）换土法是用未被污染土壤替换部分或全部表层污染土壤的方法，此法多用于治理被污染过的农田。

3）深耕翻土是为了降低表层土壤中污染物的含量而将上下层土壤翻动混合的方法。此法在污染较轻的深厚土层中使用较多，但此法会使土壤养分流失，使用时需要结合增加施肥量。

（2）冰冻土壤修复技术是将管道等距离的插入污染源周围，再在管道内输入无害的冰冻剂，冻结土壤中的水分，形成地下冻土屏障，防止污染物的扩散。

（3）电动修复技术是将电极插入待修复土壤，通入微弱电流已形成电场，污染物在电场的作用下以电迁移、电渗流或电泳的方式向电极移动，后在电极区发生氧化还原反应，通过电沉降、沉积等作用对污染物进行集中收集处理。该法是一种原位修复，适合于小范围的低渗透的粘土和淤泥土等。优点是不使用化学药剂，基本不产生二次污染，对环境不产生负面影响，不扰动土层，速度较快、成本较低。缺点是该技术对电荷缺乏的非极性有机物去除效果不好，易产生二次污染。

（4）热处理：热处理技术主要适用于有机物污染的去除，当土壤中有重金属腐蚀性有机物、活性氧化剂和还原剂时不适用。其中土壤温度介于160至315摄氏度的称为低温热处理技术，土壤温度介于275至540摄氏度称为高温热处理技术，常用的包括热脱附技术、土壤蒸气浸提技术、微波加热技术、热解吸技术等。

1）热脱附技术：将土壤加热到160至540摄氏度，以蒸发土壤中的有机污染物的过程。热脱附技术的优点是：适用于各种土壤、设备便携、修复后的土壤可以再次进行利用等。缺点是设备价格昂贵、脱附时间长、处理成本高。

2）土壤蒸气浸提技术：将空气经由注射井注入污染土壤中，利用真空泵产生负压，再将解吸并夹带挥发性有机污染物的空气经由抽取井流回地上。该方法的优点是：适用范围广、可操作性强、成本低、不会对土壤结构产生扰动且不会产生二次污染。

3）超声/微波加热技术：利用超声空化现象所产生的机械效应、热效应和化学效应对污染物进行物理解吸、絮凝沉淀和化学氧化作用，从而使污染物从土壤颗粒上解吸，并在液相中被氧化降解成二氧化碳和水或其他易降解的小分子化合物。

4）热解吸法：先将土壤进行破碎，后向土壤中投入能使污染物分解的添加剂，再利用蒸汽、红外辐射、微波等方法将土壤加热，使土壤中的有害物质解吸出来，后对解吸出的重金属蒸汽进行收集、回收和利用。该法主要用于处理汞、硒等具有挥发性的重金属。该法的缺点是土壤有机质和结构水在治理过程中遭到破坏，且经济成本较高，也易造成二次污染。

2.2 化学修复

化学修复是根据土壤和土壤中污染物的性质，选择如改良剂、沉淀剂、增溶剂等合适的化学修复剂加入土壤，通过修复剂对污染物的吸附、氧化还原、沉淀以及萃取等反应，降低污染物的生物有效性。

（1）稳定化/固化：通过投加化学药剂或者使用其他手段，使土壤形成具有一定强度、化学稳定性及低渗透率的固化体，使土壤在物理上隔离污染物或者在化学上转为不活泼的形态，降低其迁移效率和生物有效性。常用方法包括：水泥及其他凝硬性材料固化法、熱塑性微包胶处理、玻璃化及微波固化等。该法对被重金属污染的土壤的处理效果较好，而被有机污染物污染的土壤并不适合此法。该处理技术的优点是可以处理多种复杂金属废弃物，稳定性强，费用低。缺点是：该法对土壤结构扰动较大，会破坏土壤的生产力；且该法仅能将污染物进行稳定化处理，无法对其进行根除，对土壤和植物仍有潜在威胁；所需的仪器设备较多。

（2）透水性反应墙技术：在浅层土壤与地下水间构筑一个具有渗透性、含有反应材料的墙体，污染物与墙内的反应材料发生物理、化学作用而被除去。此法在被含氯有机试剂、As或重金属污染的土壤中适用，反应材料根据污染物性质进行选择，常用的反应材料有零价铁、有机废弃物、黏土矿物、磷酸盐等。反应墙一旦安装完毕，使用寿命可达几年甚至是十几年，维护费用非常低。

（3）土壤淋洗是通过注入和抽吸淋洗液，淋洗液和污染的土壤充分接触，土壤中的污染物通过溶解、乳化和化学作用渗入到淋洗液中，把土壤中固相的污染物转移到土壤液相中去，再用泵将吸附过污染物的淋洗液抽吸处理以去除污染物的修复技术。该技术一般需要用清洁的淋洗液反复多次淋洗，然后对污染的淋洗液进行收集处理与回用。此法在水力传导系数大于10-3cm/s的多空隙、易渗透的轻质土壤及土壤粘粒含量低于25%、被重金属、放射性核素、石油烃类、挥发性有机物、多氯联苯和多环芳烃等污染的土壤中适用；红壤、黄壤等质地较细的土壤中慎用。优势在于其可用来处理pcbs、油脂类等难以去除的有机污染物，处理后的土壤可以再安全利用，在烃、硝酸盐及重金属的重度污染土壤中处理效果较好。缺点是耗水量较大，淋洗剂价格较高、投资较大，淋洗废液难以处理，易造成地下水污染及土壤养分流失，可能产生二次污染。

2.3 生物修复技术

生物修复技术：利用生物的代谢活动对污染物进行吸收、降解和转化，以达到对污染物进行无害化处理或者降低污染物浓度的目的。生物修复技术包括动物修复、微生物修复和植物修复。其作用途径有以下2种：1）通过生物作用，改变污染物的化学形态，降低其活性和生物可利用性；2）通过生物代谢作用对重金属达到削减、净化的目的。是一种高效且价低、适用性强、稳定、不产生二次污染的方法，所以生物修复技术在最近几年得到了大量的发展和应用，适于大面积污染土壤的修复。

（1）动物修复技术：利用低等动物群对污染物进行吸收，从而在一定程度上降低污染土壤中的污染物含量。该法可能产生二次污染。

（2）微生物修复技术：在人为优化的环境下，利用某些具有特定功能的微生物群（土著微生物、外源微生物和基因工程菌）对污染物进行吸收、沉淀、氧化还原等作用，以降低污染物活性或将污染物转变为无毒害的物质的修复技术。其主要机理是生物吸附、胞外沉淀、生物转化、生物积累和外排作用。

（3）植物修复：植物及其根际微生物会对污染物进行吸收、降解、过滤和固定等作用，利用这一特点将污染物降解转化为无害物质的技术，包括植物提取修复、植物固化修复、植物降解修复、植物挥发修复、植物过滤修复等技术。此法适用于被重金属、炸药、放射性核素、农药、石油和持久性有机污染物等污染土壤的治理。该法成本低、能使地表长期稳定、社会和生态效益良好，较适用于大规模的修复。缺点是修复周期较长。

1）植物提取修复是以植物富集化学元素为理论依据，利用植物超积累功能对被污染土壤进行彻底修复。

2）植物固化修复技术：植物根际中含有一些特殊物质，可以经过吸收、分解、氧化、固化等过程，降低污染物的有害性，再使污染物被耐重金属植物或超级累植物吸收从而降低污染物的活性。包括分解、螯合、氧化还原等多种反应。

3）植物挥发修复技术：依靠植物自身或者植物根系分泌的某些特殊物质将污染物转化为可挥发态后释放到大气中，从而净化土壤的一种修复技术。此法并不能将污染物消解，而是将其转化为气态释放到空气中，故此法对人类和生物具有一定的风险。

2.4 联合修复

联合修复技术是将两种或两种以上的修复方法联合使用，此法可以克服单一修复方法的不足，提高修复效率。包括植物—微生物联合修复技术、改良剂—植物联合修复、螯合剂—植物联合修复、电压—植物联合修复、基因工程—植物联合修复技术等。对于被多种污染物污染的土壤较适用。

3 展望

笔者建议今后污染土壤修复应注重如下几个方面：

（1）生态修复技术：修复土壤的同时尽量不对生态系统结构和功能产生破坏，防止次生污染的发生。

（2）综合修复技术：可以利用各种方法构成复合污染修复技术体系，以适用于各种条件的污染土壤。

（3）建立监管体系和过程量化数学模型：建立一个科学的监测网，并加强对治理过程中污染物消解过程的研究，建立量化数学模型。并建立安全评价和监测管理体系。

（4）制定完善法律法规，强化防治意识。

【参考文献】