污染土地修复技术研究及发展趋势

张宝强

（1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司，陕西 西安 710075；2.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司，陕西 西安710075；3.自然资源部退化及未利用土地整治工程重点实验室，陕西 西安 710075；4.陕西省土地整治工程技术研究中心，陕西 西安 710075）

近年来，随着社会经济的不断发展，人们的生活水平日益提高。随之而来的环境污染事件不断发生，土壤重金属污染是一个普遍存在的现象。因土壤污染所引发的食品安全问题逐年增多，直接或间接地影响了人们的生活及健康，从而引起了学术界、政界的极大关注，引起了人们的高度重视。重金属污染是指大量重金属或其化合物排放到环境中超过了环境容量，使得环境本身无法自净，从而对环境产生了一定的影响，危害人类或其他生物的生存环境［1］。近年来，较多学者对土壤污染问题给予较高的关注，在土壤污染修复行业渐热的形势下，我国的污染修复尚未形成完整的体系，污染土地治理理念落后、规章制度不健全、修复方法单一。为减少污染土壤造成的环境污染问题和经济损失，急需探索并完善污染土地修复理论，从而指导土壤污染修复工程实践。

1 土壤重金属污染现状及危害

目前，世界各地的土壤都受到了重金属不同程度的污染，我国土壤受到重金属污染较为严重，有超过10%的耕地受到了重金属的严重污染，导致粮食减产约1 000万t/a，因重金属污染不能食用的粮食也达到约1 200万t，造成的经济损失达200多亿元。2008年至今，由重金属污染引起的重大事故有30余起，占污染重大事故的1/3，对人们的生活和生命健康造成了极大的危害。

与其他污染物相比，重金属侵入土壤后会不断富集。重金属污染物具有较强的隐蔽性、不可降解性、滞后性和累积性，导致土壤自身的理化性质发生改变，土壤质量严重退化，影响了农副产品的质量和产量。重金属污染物通过土壤不断在植物中富集，最终由食物链进入人体或动物体内，对人体健康和生态环境产生严重的危害。同时，土壤重金属通过食物链在人体和动物体内迁移、富集，破坏了其正常的生理代谢，严重时直接威胁人们的生命安全。例如，锰富集在人体，引起肺炎等其他疾病；镉、铬的富集具有突变性和致癌性；汞会影响胎儿在孕妇体内产生畸变等［2］。

2 土壤重金属污染修复方法

2.1 物理修复

物理修复是指利用物理措施将污染物从土壤中去除或分离出去的技术方法。目前，该技术在土壤重金属污染修复治理中应用较多，其中热处理和吸附法较为成熟。此外，物理修复方法还包括客土法、土壤阻隔填埋技术及热脱附等方法。客土法是一种常见且有效的重金属污染土壤物理修复方法，是将重金属污染的土壤深翻至底层或是将重金属污染的土壤与清洁土壤置换而实现修复的方法。客土法能够有效地将重金属污染土壤与生态系统阻隔，从而减少对环境的影响。但是，该方法工程量大，费用高，只适宜用于面积小、污染较为严重的状况［3］。土壤阻隔填埋技术是将污染土壤或经过治理后的土壤置于防渗阻隔填埋场内，或通过阻隔层阻断土壤中污染物迁移扩散的途径，使污染土壤与周围环境隔离，避免污染物随降水或地下水迁移于人体，并对人体和周围环境造成危害。热脱附是指土壤中的有机污染物通过直接或间接的热交换来加热的过程，土壤中的有机污染物含量高到足以蒸发并与土壤介质分离，可分为原位热解吸技术和异位热解吸技术［4］。现场热解吸是土壤原位修复油污染土壤的重要方法，主要用于处理一些比较难开展异位环境修复的区域，如深层土壤以及建筑物下面的污染修复。可通过对土壤进行加热，达到污染物的挥发温度，再通过真空抽离提取到地面上，进行无害化处理后再排放。热脱附过程可以使土壤中的有机化合物产生挥发和裂解等物理、化学变化。当污染物转化为气态后，其流动性将大大提高，挥发出来的气态产物通过收集和捕获后进行净化处理。

2.2 化学修复

污损土地的化学修复技术发展较早，主要有土壤固化—稳定化技术、淋洗技术及氧化—还原技术等方法。

固化—稳定化技术是将污染物在污染介质中固定，使其处于长期稳定状态，分为原位固化/稳定化技术和异位固化/稳定化技术［5］。其中，原位固化/稳定化技术是通过一定的机械力在原位向污染介质中添加固化剂/稳定化剂，在充分混合的基础上，使其与污染介质、污染物发生物理、化学作用，将污染土壤固封为结构完整的具有低渗透性的固化体或将污染物转化成不活泼的化学形态，减少污染物在环境中的迁移和扩散。异位固化/稳定化技术则是向污染土壤中添加固化剂/稳定化剂。固化—稳定化技术可处理金属类、石棉、放射性物质、腐蚀性无机物、氰化物以及砷化合物等无机物；农药/除草剂、石油或多环芳烃类、多氯联苯类以及二噁英等有机化合物，不适用于挥发性有机化合物和以污染物总量为验收目标的项目。

土壤修复技术的浸出是将水或含有洗涤助剂、酸碱溶液、络合剂或表面活性剂的水溶液注入到污染土壤中，使土壤或沉积物中污染物得到洗脱和清洗的过程。通过注射井等方法对土壤进行原位土壤浸出称为原位淋洗技术［6］。异位淋洗技术是采用物理分离或增效洗脱等手段，通过添加水或合适的增效剂，分离重污染土壤组分或使污染物从土壤相转移到液相的技术。经过洗脱处理，可以有效地减少污染土壤的处理量，实现减量化。该方法不宜用于土壤细粒（粘/粉粒）含量高于25%的土壤。

2.3 生物修复技术

污染土壤生物修复技术包括植物修复、微生物修复及生物联合修复等技术［7］。

土壤植物修复技术是利用植物进行提取、根际滤除、挥发及固定等方式移除、转变和破坏土壤中的污染物质，使污染土壤恢复其正常功能。植物修复的操作方法简单，原位进行修复，对周边环境影响较小。但目前该技术还在研究中，不是很成熟，需要进一步完善。

微生物修复技术是对污染土壤堆体采取人工强化措施，促进土壤中具备污染物降解能力的土著微生物或外源微生物的生长，降解土壤中的污染物。原位微生物修复是通过向土壤中供给空气或氧气，依靠微生物的好氧活动，促进污染物降解。可通过注入热空气、营养液及外源高效降解菌剂的方法对污染物去除效果进行强化。原位修复对周围环境影响较小，投资费用低，能高效地分解和转化污染物，引发二次污染的可能性较小，但是其存在修复时间长、受环境限制的局限性。异位微生物修复是将污染了的土壤挖出后进行集中的生物降解，主要有泥浆生物反应器法、预制床法及堆制法等，只适用于污染场地范围较小的区域［8］。

3 污染土壤修复发展趋势

3.1 土壤和水的共同治理

土壤和地下水在环境中是共同的有机统一体，雨水垂直入渗以及地下水流经污染过的土壤时，污染物将从土壤相以溶解和解吸等作用进入地下水相，而污染后的地下水在流经未污染或已修复的土壤时，其中的污染物亦会通过土壤的吸附作用从地下水相传递到土壤相［9］。这种土壤和地下水的相互作用，使得污染土地修复中，土壤和地下水联合治理显得尤为重要，重土壤而忽视地下水必然会导致二次污染。

由于地下水污染难治理、周期长、隐蔽性强以及缺乏相应技术规范，实际污染土地调查和修复过程中，为了节省费用，往往只强调土壤污染，而对地下水的重视不足［10］。以专利申请指标为例，近10年当前地下水修复专利总数仅为500项，远低于土壤修复4 000余项。受国家环保宏观政策水十条和土十条影响，近年来每年专利申请虽逐步增加，2015年申请量为85项，但同期土壤专利申请量却达952项，不到土壤专利量的1/10。

现阶段，土壤和地下水联合治理已成为先行国家的业界共识。超级基金针对1982—2011年对1 468块污染土地所展开的修复中，单独针对土壤的修复仅占14%，而地下水修复以及地下水和土壤联合修复则占到了59%。

《全国土壤污染状况调查公报》显示，南方地区土壤相对北方整体污染更加严重，未来将是我国主要的土壤修复市场。同时，南方地区地下水位又普遍埋深较浅，北方地区总体自东向西埋深增加，多数地区在6 m以上。因此，北方区域的污染土地修复，有时只要把污染的土壤修复好即可。但对于地下水埋深很浅的南方，忽视地下水修复将导致二次污染。因此，随着国家针对土地污染立法的实施、监管的严格，保障修复效果的持续性、强调一体化修复势在必行。

3.2 基于风险控制的修复策略发展趋势

土壤及地下水修复是一个复杂和长期的过程。20世纪90年代，国外逐渐把“制度控制”作为一种修复方法推行开来，即通过法律和行政的手段和方法制定和实施各项规章或制度（非工程），减少或阻止人群对土壤污染物的暴露，从制度上杜绝和防范土地污染可能带来的风险和危害，从而达到利用管理手段对污染土地的潜在风险进行控制的目的。常见的制度控制手段包括进入污染区限制、钻井限制及土地用途限制等。这种制度控制的背后，即是以风险管控为核心思想的防治策略。纵观世界各国土壤污染防治历程，发达国家最终均采用了该策略，并将其渗透到立法、标准制订及技术措施选取等环节，鲜有对受污染土壤开展大规模的治理与修复。

我国城市开发建设过程中，由于受地产开发巨大利润的影响，污染地块在后期房地产开发过程中，不可避免地会与人类紧密接触，因此当前针对污染地块仍以工程修复手段为主。但土十条的颁布明确了国家对于土地修复从基于污染物总量控制到基于污染风险评估的转变。

3.3 污染土壤的联合修复

我国污染土地中污染物种类众多，水文地质条件各异，加之复合污染现象普遍、区域经济发展不同，传统单项修复技术往往很难达到修复目标。发展协同联合的土壤综合修复模式，为污染土地提供因地制宜、最为高效经济的修复方案就必然成为行业趋势。

3.4 异位和原位修复的发展趋势

由于异位修复快速、高效，短期内我国土壤修复市场仍将持续这种趋势。但异位修复存在费用较高、作业风险高等缺点［11］。原位修复技术费用低廉，对土壤破坏小。随着修复技术的不断成熟，原位修复技术，如土壤气相抽提、原位生物修复等技术未来将发展为主流。

考虑我国国情，原位修复技术普遍较长的修复时间在我国广泛推广仍是需跨越的一条重要障碍，但未来随着PPP模式的普及以及资金来源的进一步多元化，原位修复模式必然将成为长期趋势。事实上，近日在《鼓励进口服务目录》（2016年第47号）中，已经把“污染地块土壤治理与修复（限定原位修复法）的咨询和实施服务”纳入名录。这标志着从国家层面已经意识到了原位修复技术目前是国内急需。此外，随着技术的改进和基于设备化的快速污染土地修复技术的发展，将在很大程度上缩短原位修复时间，使得原位修复技术更具可行性。

3.5 污染土壤修复设备的发展

土壤修复技术的应用在很大程度上取决于修复设备和监测设备的支持。植物修复、微生物修复、有机污染土壤热脱附、重金属污染土壤淋洗、固化/稳定化及环境监测等方法都需要设备支持，因此急需快速有效的设备使土地被迅速、高效地再开发利用。基于设备化的污染土壤快速修复技术的发展与应用是一种发展趋势。

4 结语

随着社会的不断发展，我国的环境受到了严重污染，土壤重金属污染更是十分严重。重金属不仅污染土壤，而且间接地危害了人体健康，进行重金属污染土壤的修复与治理迫在眉睫。本文对重金属污染土壤的修复方法技术进行了探讨，其中物理修复、化学修复及生物修复是目前最为常用的土壤重金属修复技术。实际应用中，根据不同的重金属污染和土壤环境特点，选择合理的修复技术，以高效利用资源，提高修复效率，减少修复过程对环境的影响，并优化土壤质量。污染土壤的修复治理至关重要，加强土壤与水的一体化修复，将“制度控制”的修复方法进行推广，直接从源头控制污染物，使得联合修复、原位修复及异位修复得到更深入的研究，并要大力发展污染土壤修复设备，使我国经济发展从原来高速发展逐渐转变为快速和高质量发展。