污染土壤修复系统和修复污染土壤的方法

周炜强

（广东新创华科环保股份有限公司，广东 东莞 523000）

土壤是地球生态环境最主要的组成部分之一，更是人们在自然环境中赖以生存的重要基础。近年来，我国工农业生产的蓬勃发展及城市化进程的日益推进，导致土壤中的有害物质不断累积，干扰了植被的正常发育，并通过食物链被人体消化吸收，影响大众的身体健康。因此，土壤污染治理已经成为环境工程领域的重点问题之一。本文将对几种常见的环境污染土壤修复问题进行总结与思考，并对各种修复方法的未来演变进行预测。

1 国内外土壤污染防治发展形势

在美国等欧美发达国家，环境产业的开发已经比较完善，在制定标准方面，美国联邦环境保护局2021年修订颁布了区域环境筛选准则，规定了对700余种废物的排放标准限值；英国采用了污染者付费机制，伦敦环境署在2019年修订颁布了保障人类身体健康及环境的土地质量指导值；加拿大、荷兰等国都出台了保障人类身体健康和自然环境的土地质量指导值制定办法；日本也在制订土壤质量标准的过程中，规定了镉、锑、铜、铁等元素的标准值，尤其是针对农作物生长的土地（水稻田)[1]；韩国在2020年修订了生态环境标准，规定了21个主要污染物目标的土壤污染预防指标值和土壤污染对策指标值。

在中国的土壤污染防治中，最关键的土地恢复服务领域具备过万亿的产业规模，仅土地恢复服务规模产值，估计就已超过5 000亿元。中国的土地整理计划，每年建设项目大约有几十个，每年投资额在20～30亿元左右，且多以中小型建设项目居多（2 000万元以下)。

2 全国土壤污染状况及市场需求

在全国范围开展的土壤污染状况调查结果表明，我国土地生态环境情况总体不容乐观，部分地区土壤污染问题严重，农田生态环境质量堪忧，工矿业及废弃地等生态环境问题凸显。工矿业、农村生活等人为活动造成的土壤环境背景值高，是土地污染以及土壤污染严重超标的主要因素。目前我国土地总的污染严重超标率为36%，其中轻微、轻度、中等和重度的污染点位比率分别为13%、11%、5%和7%。污染物种类以无机物居多，有机物次之，复合型污染物比例较小。从土壤污染分布现状来看，中国南部土壤污染状况较北部严重;长江三角洲、珠江三角洲、以及东北地区等老工业基地的局部地区土壤污染情况相对明显；西南、中南部一带土地，有色重金属的超标程度比较严重；镉、铅等四类无机污染物的比例，呈现出从西北向东南、从东北到西南逐步增加的趋势。

在环境工业发达的国家，土壤修复行业所占环境工业的市场份额达到30%～50%，而中国土壤修复行业才刚刚起步，具备资格的处理公司基本为零，行业规模远远无法适应社会需求。一方面是环境保护、食品安全和新农村可持续发展的需要，另一方面是农村城镇化的深入，孕育了土壤恢复的庞大市场。虽然我国的行业立法规范和行业标准建立在总体上尚处于初级阶段，但是随着立法效率的明显提高，我国从宏观经济政策层面上支持乡村土壤污染修复产业长期发展的大背景和大环境基础是基本确定的[2]。

3 污染土壤治理与修复技术

污染土地治理是指对被破坏的土地实施修复、整治的行为。土壤修复技术是指利用物理、化学和生物技术转移、吸收、溶解土壤中的有害物质，将其含量减少至环境可接受程度，并使有毒有害的物质逐步转变为无害物质。污染土壤修复技术主要分为两类，一类是通过减少有害物质在土地上的存在以及将其同环境结合的形式，减少其在环境上的生化可迁移性和生物可利用度；另一类则是降低土壤中有害物质的含量。具体的治理技术包括物理、化学、植物、微生物等修复技术。物理修复技术有热脱附、蒸汽浸提技术，以及泥土异地回填等；化学及植物修复技术有植被固定-稳定性科技、氧化修复、化学物质改良、植被表面活性剂清洗和土壤有机质修复技术；植物修复技术一般可以分为植被富集、固化和降解技术；针对植被不同的修复部位，可分为原位修复和异位修复技术。

3.1 物理修复技术

物理修复技术是指利用某种物理过程，使物质（尤其是有机合成物质)在环境中消除或分解的工艺技术。热加工方法是广泛应用于工业场所环境中有机污染物的重要自然物理修复技术，包含热脱附法、微波技术加热法和蒸汽浸提法等工艺技术，目前已经广泛应用于苯系物、多环芳烃、多溴联苯和二恶英等污染土壤的修复。

3.1.1 换土法

换土法是指通过把污染的土壤全部或局部替换成新的不受任何污染影响的土壤，从而修复土壤污染，并提高原土地的环境容量。换土法可进一步分成四种形式：换土地、去地表土、宠土和翻土。（1）换土地是指直接去除原环境污染的土壤，再换上洁净土壤，此法更适合于小范围的土壤污染，特别是存在可扩散或难分解的高辐射性环境污染的土地。而在修复过程中，相关人员必须考虑并妥善解决置换出的污染土壤，以免产生二次污染。（2）去地表土指 直接在原位移除被环境污染的地表土壤。（3）宠土则是指直接将洁净的新土壤覆在被环境污染的旧土壤上面，从而减少了土壤污染物直接触及植物根部的面积，减少污染物的含量，进而减少污染。（4）翻土是指将被环境污染的表土翻至深层，使积聚在表层中的污染物质得以扩散至较深的土壤中，以此稀释污染物，该法适用于较深地层的土壤[3]。对于置换出的土壤，主要采用以下方式进行处理。

（1)燃烧：即利用有氧燃烧氧化或消除有机废物。优势：污染物去除干净，能处理环境污染程度高的泥土，占用面积较小。劣势：由于土壤的比热值很低，且一般都无法维持自发燃烧，所以必须增加能源（煤粉等)，因此生产成本较高；对重金属物质等无机污染物处理不利。该方法在国外比较普遍，尤其是日本、瑞士这些国土资源紧张但相对富裕的发达国家。此外在许多发达国家，污染土壤不能进入废物填埋场，所以焚烧法也有一定的使用率，但是在国内，由于价格较高，所以在经济欠发达区域使用非常少。

（2)填埋：进入垃圾填埋场进行填埋。优势：成本低廉。劣势：污染地下水、损坏垃圾填埋场堆体的微生物条件、降低处置效能、占用建筑面积太大等。

（3)土壤固化/稳定性处理：指使用特定方式将污染土壤凝固/稳定，而不对周围环境产生危险的处理过程。优势：环境影响小，占地面积小。劣势：价格高昂。该处理方案是所有土壤修复方案中费用最高的一种，处理一吨土往往需要上千美元。但是该法可以很好地降低重金属和放射性污染土地的环境危害，被认为是处理污染浓度很高、污染非常严重的土地的终极处理方式。

（4)生物化处理：对污染土壤进行处理之后再进行生物化处理，如利用植物的基质进行处理等。优势：环境影响小，价格低廉。劣势：该法可用于污染程度相对较轻的土壤，但需要与其他的处理方式相配合。

3.1.2 热修复法

热修复法属于物理修复法，技术成熟、工艺简便。由于该方法消耗时间较长，导致实际运行费用较高，所以使用范围比较窄。

3.1.3 玻璃化技术

玻璃化（Vitrification)工艺，是指将被重金属污染的土壤放在高温和高压的自然环境中，使其成为玻璃态材料，使其重金属污染保持在其中，从而减少土地中重金属污染的危害。该法工作量很大且费用偏高，但能够从根源上缓解重金属的危害。该法最大的优点是见效较快，所以可应用于受重金属危害较严重的土地抢救性治理项目。

3.1.4 电修复法

电还原法是指将低压直流电场通入被环境污染的土地两端，通过溶质电泳和介质电渗，将有机物质或重金属定向转移至电极附近富集或者被收集回收，以此恢复环境。电修复技术一般应用于遭受重金属破坏后的环境恢复中。钱署强等人[4]进行的田间以及试验室调查证明了该法不但适用于修补受无机污染物污染严重的土壤作业中，而且还适用于修补遭受较低浓度的有机物、如苯、乙酸、苯酚、二甲苯等污染严重的土壤作业中。

3.2 化学修复技术

相比于物理修复，污染土壤的化学修复技术发展较早，目前主流技术有土地凝固-稳定化工艺技术、淋洗技术、化学氧化还原技术、光催化作用的分解技术等。

3.2.1 淋洗法

淋洗法是指利用注水方式清洗残存于土壤孔隙介质中的有害物质，并把渗入地底的土壤冲洗液进行处置后，恢复土地功能的方式。需要修复的污染土壤会依性质的不同而在采用淋洗方法时有所不同，比如砂土，因其黏性差、无法有效吸收污染，所以通常都只须对其采用初始淋洗；而粘性较好的粘土，因其对污染有很好的吸收能力，就需要对其进行更进一步的恢复处理。工作人员通常会在对污染土壤采用初始淋洗处置时，选择使用清水、无机或有机溶液为初始淋洗液，而考虑到在土壤修复程序中，可能会由于初始淋洗液而产生二次污染，所以通常都会优先选用清水来当作初始淋洗液。一般而言，初始淋洗法的水量消耗较小，在操作时也不会直接与污染物质发生接触，所以工作人员在处理土壤污染时要根据实际情况谨慎选用淋洗液。

3.2.2 提取法

提取法是指利用生化药物与土壤中所含的物质进行化学反应，以产生新型的水溶性液晶聚合物，然后利用物理或生化手段将其从混和提取液中分离出来的方法。该法已被广泛用于修复被重金属破坏的土壤环境工程中，而国内目前对相关领域的研究尚处于试验阶段。

3.2.3 重金属稳定固化技术

（1）将土壤中被重金属污染的土样利用破碎机加以破碎，使之得以充分发生反应；通过土木筛后，再投入搅拌器进行均匀混合；最后通过专业重金属测量仪分析污染土样，算出总投入量，并在混合过程中添加相应比例水分。

（2）根据第一步分析的土壤污染性质，制定土壤重金属稳化学生产配方，在进行土壤重金属稳化学生产反应时，平衡土壤中的有机重金属危害产物，将其固化稳定后排除。

（3）再次评估处理后的土地：达标时可对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属仪器，根据保留物质开展进一步研究，或者重新配置土壤重金属稳化学制备设备，使之最终达标。

3.3 微生物及植物修复技术

微生物修复技术是指利用微生物的功能去除土地或水域中的污染，或者将污染无害化的技术过程。它包括修复天然及人为造成的污染，将污染降级或进行无害化的再处理过程。这种生态修复技术已在被农药或石油等污染的土壤修复中获得应用。

3.3.1 生物通气法

生物通气法是把压缩的空气强行通进污染土壤中，并将水中的可挥发性有机质一并抽出，直接进入大气层，然后再通过排入废气的设施对其进行后续处置，这也是一个利用强迫氧化分解的方式进行土壤降解的方法。这种技术通常应用在地下水层上部透气性很好和被易于挥发的有机质破坏的土壤治理项目中，也可用于修复疏松多孔的土壤，这类土壤有利于细菌的增殖发育。一般在采用通气方法进行土壤处理时，工作人员需要先在污染土地上打至少两口水井，在注入气体前先通入高压，作为细菌发生快速分解的氮源，以加强修复作用。

3.3.2 植物修复法

植物修复法是使用水生植物来吸附破坏土壤环境的有害物质的方法。该法使有害物质富集转移到植株上的枝条和果实部分，或使用植株根部特定的细菌系和酶系统络合污染土壤中的有机重金属，以减少植株生物毒性和泥土中有机重金属的活力，也减少了土壤中的有机重金属直接扩散或被淋滤时再次污染土壤的可能性。该法重点应用于修复重金属污染土壤或有机物污染土壤。目前，国内外在这方面的应用比较缓慢，主要还是利用植株根部的细菌群体降解土壤有机质的方法进行修复。

4 污染土壤修复技术展望

总体而言，因为监管不足以及政策法规不健全，目前国内修复污染土壤仍然是以回填法为主，未来技术相对完善的焚烧法也将慢慢成为主流；生物化处理虽然也面临一定困难，但一直都是很关键的技术，生物稳定法严格来说效果无法持久且成本较高，所以市场也相对小众；一般重金属污染过的土壤都是在挖走后进行修复处理，治理后的土壤在达到标准后再进行填埋处理，而针对不同土壤的重金属污染通常是通过重金属稳定固化技术进行修复。

5 结语

近十余年来，通过在世界范围内进行科学研究与应用，研究人员已基本建立了包括土地物理修复、化学修复、生态修复等技术的污染土壤修复工程技术体系，并积累了在各种污染土壤修复中的综合应用工程技术经验。在土壤污染种类呈现多样性、污染场地的综合环境影响更加复杂的背景下，相关人员未来还应发展建设针对环境污染土壤进行修复利用的决策支持系统和事后评价体系，并尽早形成合理的、对大多数污染土壤环境和种类都有效的一般性评估指标。研究人员未来的一个重点任务是加大对治理基准的研发，以保障对污染环境治理结果评估的科学化。