基于植物修复的土壤污染治理技术研究

朱继强

（上格环境科技（上海）有限公司 上海 200062）

引言

土地是自然生态环境的构成要素，也是人类文明发展延续的重要物质基础。植物土壤生态体系则是陆地生态环境体系可以自行循环的综合平台，也是无机质和有机质进行交换的中介系统。随着工农业的迅速发展，渗入土壤内部的污染元素总量已极大超出土体环境的自我净化能力，导致严重的土壤污染[1]。

20世纪80年代，人们第一次采取植物治理措施来修复土壤污染。植物治理措施的内容含有对重金属影响的土体进行处理以及使用植物固定开展处理作业，清除水源和大气的污染，清除具有放射性的元素，利用植物以及植物的根系菌类群落来彻底消除有机污染物[2]。

1 植物修复机理

现在，国内利用植物修复技术清除生态环境污染的研究基本上是围绕土壤污染的修复开展的。利用植物生物作用进行污染修复，其机理是根据植物可以吸收以及超过正常量对一类或者多类化学元素进行积累的原理，根据植物和其共同存在的微生物系统，包含有植物对于毒害元素的吸取和消化，根部系统制造物质和土体内部存在的微型元素对于毒害物质的吸收效果等多种影响，对自然生态条件中的污染物质开展高效处理[3]。因为土壤中包含的污染物质的区别，其治理修复的原理也有所区别，而目前在土体影响处理领域比较关注的是有机毒害物质以及重金属的土体毒害的植物修复方法。植物修复机理见下图所示。

图1 植物修复技术机理

2 污染土壤的植物修复措施

根据植物恢复措施的全部污染物质种类，能够把植物恢复分成有机污染物质以及重金属的植物恢复措施，在自然环境内部不少植物都可以富集土体内部的重金属元素，大部分可以处理土体内部存在的毒害物质的植物存在一个共性，也就是说植物的地面以上的组织存在的重金属污染物质的比例比植物地面以下组织的重金属比例更大，对于土壤中的有机污染物质进行清除可以利用挥发机理把污染物质进行有效释放，比如说牛毛草利用其根部系统对于土壤中含有的多环芳烃进行吸附，同时可以利用植物挥发作用将多环芳烃中的萘进行有效清除，通过研究分析可以得出结论，大部分植物在对土壤中的污染物质进行富集清除的时候，其自身生产过程尚未发生较为明确的毒害情况[4]。

2.1 重金属污染土壤植物修复措施

通常，重金属在污染土壤介质内部的自然消化周期比较长，周期都是几百年甚至上千年，所以重金属对于土壤的污染程度很难被外界察觉，具有较强的隐蔽特性、长周期特性以及无法逆转的特性，而对于重金属污染的土壤进行清除在国内外土壤污染修复领域都是十分棘手的问题。

一般植物恢复措施是采取植物开展土壤毒害元素清除和减少的影响处理措施，例如通过在受到重金属污染的土体内部种植可以对重金属污染物质拥有特别耐受性质以及富集功能的超大富集的植物，能够在短时间内把数量较多的污染物质富集以及吸收到植物内部，并且通过植物内部的输送系统转移到植物地表之上的部分，然后利用人工或者机械进行植物收割，再进行焚烧后对残余的重金属物质进行有效回收处理，进而达到减少污染土壤内部重金属比例的效果，最终完成了污染土壤处理的目的。

因为重金属无法被降解处理，因此如果想要在土壤中把重金属进行彻底清理，仅仅可以把重金属从一种形式转变为另外一种形式，因此对于重金属进行植物恢复的方式包含两类，第一类为利用植物自身的生长机理对重金属在污染土体内部的存在方式进行调整，让重金属进行固定，减缓重金属在污染土壤内部的生物可利用特性以及移动能力，第二种是利用植物的挥发作用和吸收作用，实现对重金属含量的减少、净化以及清除的效果。通常依靠植物对重金属影响的土体修复的影响阶段以及原理，其恢复措施能够被总结为三类，第一类是植物的吸收措施，第二类是植物稳定措施，第三类是植物挥发措施，几种植物修复技术的优缺点对比如表1所示。

表1 植物修复技术对比

2.2 有机污染物污染土壤植物修复措施

采取植物对于土体内部有机毒害元素的原理以及植物进行重金属影响修复比较起来更为复杂，主要包含挥发性影响、分解影响、转换影响、消化影响以及吸取影响。考虑到土体内部的有机毒害元素不会在植物的组织中得到消化，而且当植物内部进行输送的过程，很大程度上受到有机污染元素亲水类型、可溶解类型以及极性和分子量类型的影响。如果有机的毒害物质自身亲水程度很强，则能够受到植物消化的成分就会相应变少。

通常植物对于自然条件下土体内部的有机类型的毒害物质进行清除的措施包括三种，植物与其地下组织微型生物种群共同影响、植物地下组织生产酶元素以及分泌元素、植物自身完全吸收有机类型的污染元素。利用植物对受影响的土体内部的有机类型的毒害元素进行及时消化的情况下，有机类型的毒害元素能够在植物作用下完全得到消化，当有机污染物被吸收到植物内部后，有的物质自身状态和性质都不会出现任何转变，仅仅停留在植物内部组织中，不过很多元素则会在植物成长循环过程时出现一定水平的转移或者分解现象，进而转变成为对植物缺少危害的其他元素继续保持在植物自身内部，有的物质能够全部得到降解进而矿化成为水和二氧化碳。

植物的根部生态系统分泌物质以及分解的产物给微生物的繁殖制造了必须的营养来源，因此在根系周围出现了较多的微生物群落，进而可以让植物根系区域中存在的有毒有害物质加快降解过程，并且可以使用生物对于有毒有害的有机物质导致的污染土壤进行有效修复，如果想要从目前单纯的土壤根部体系生态环境向全范围的土壤植物生态体系分析变化，一方面必须将植物根部系统微型的生物种群对于土体内部有机类型的毒害物质的分解进行细致分析，一方面仍旧需要对植物在土体内部的有机类型的毒害物质的分解以及稳定方面起到的积极影响开展分析。

3 污染土壤治理应用分析

2016年4月至2016年10月，本人主持宁波某制药厂土壤污染治理修复项目，在该市环境保护相关部门对受到影响的区域进行认真研究分析的前提下，进行了土体毒害元素影响程度的现场检测以及评价作业，在进一步确定污染范围和程度后开展治理工作。本项目治理工期为半年，工程费用470万。

在受污染的土体区域开展现场检测之前，应当对检测的孔洞进行去人，根据土体区域的面积大小，确定了60个基本孔洞，并且收集了80个土样进行相关检测。

在本项目中因为污染物质主要为重金属元素同时还包含少量的挥发性有机物质，因此应当利用植物恢复措施对受污染的土体进行清理作业，同时又考虑项目的方便性、经济性和有效性，选用热解吸技术配合植物修复技术治理土壤污染物。

土壤污染物主要为重金属Cd，土壤中的Cd能够分为铁锰氧化元素的组合形式、有机元素形式、残余物质形式、碳酸盐的结合形式、DTPA能够提取的形式、交换形式、可还原形式、水溶形式，其中碳酸盐的组合形态以及可互换形式的比例会在很大程度上对植物进行Cd的吸收带来影响。根据筛选研究可知十字花科芸薹属的作物内部中许多种类或者基因类型都存在比较理想的消化累计Cd的能力，国内种植面积较大的油菜也属于该种植物，因此在本次项目中选择具有积累Cd特性并且还有比较高的生物量的油菜基因型进行土壤重金属污染修复。

本地块的土壤毒害元素主要是重金属元素同时还含有一部分有机类型元素，该有机类型元素还具有一定的挥发性质，处于防止在进行土体污染物质的清理过程中对周围居民小区造成不必要的影响的目的，应当对现场清理作业流程进行科学管理，必须经常在车辆行驶路面进行洒水作业，确保不产生扬尘污染，并且要求进出车辆缓行以减少扬尘量，安排专门工作人员对进出施工车辆进行认真清洗。

本项目利用植物修复技术清理大概4000吨受到影响的土壤，热解吸清理约3800吨受到影响的土壤。整个治理工作通过了上级环境保护管理机构的验收，并且投入了正常运行。

结语

因为植物修复技术本身的特点，植物修复无法对所有受到污染的土壤进行有效修复，所以在利用植物修复技术进行污染土壤修复工作之前，必须对于治理区域开展植物治理技术应用操作性的检查分析，掌握受影响土壤的天然环境、作物类型、天气资料，并且利用取得的样品对污染土壤的物理学指标、化学指标以及生物学指标进行分析判断，最后才对能否进行植物修复措施进行确认。