生态修复治理技术在污染土壤中的应用研究

焦诗皓

（南京林业大学，江苏 南京 210037）

土壤被污染不仅会造成农作物减产，而且对农作物造成了严重的影响，若不慎食用了被污染过的土地上生长的有害农作物，会对人体造成严重危害。利用生物技术修复被污染的土地，可以有效地减少污染范围和污染程度。因此，生物处理技术具有广阔的应用前景。

从2019年开始，国家环保总局就对重点工业单位进行了土地普查工作，并于2020年前完成对重点工业企业的土地普查。2021年，国家计划依据两年的调查资料，对受影响地区进行土壤恢复工程。近年来，随着我国环境保护领域的发展，各种新的生物处理技术和手段在国内外层出不穷，但这些新兴技术手段仍然存在着诸多不足，需要相关研究人员的进一步深入研究。

1 生态修复的内涵

生态修复就是利用生物体在环境中的作用，通过自然、化学的手段进行修复，并采用相应的技术手段，使污染的环境得到恢复，恢复成良好的生态环境。目前，生物技术是国际上在处理土地污染时应用最广泛和最有效的技术方法之一[1]。

2 主要污染种类

2.1 有机物污染

由于多种化学杀虫剂在农作物生产活动中的广泛应用，造成土壤中有机污染物的含量不断上升，其危害也在日益加剧。根据降解的难度可将有机污染物大致划分为两类：易腐性和难解性。二氯苯氧乙酸（2，4-D）和有机磷是最常用的可降解有机物，而2，4，5-涕酸甲酯（2，4，5-T））是最典型的有机污染毒物。

2.2 重金属污染

造成土壤中重金属繁多的主要因素是一些地区采用高浓度的重金属废水浇灌农田，另外，一些含重金属灰尘落入土壤，也会增加土壤中重金属的含量，而农田中使用的杀虫剂也含有大量的重金属[2]。在这些重金属污染中，汞污染、铜污染、锌污染、砷污染等都是比较普遍的，因为这些污染并不能被土壤中的微生物降解，反而会被细菌污染。因此，如果土壤中存在大量的重金属污染，那么我们很难从根本上解决土壤的污染问题，这不仅严重影响了土壤的质量，还对土壤中的农作物产生了极大影响，这些农作物的最终消费者是人类，人类吃下这些富含重金属的农作物，就会影响身体健康。

2.3 放射性元素污染

土地中的辐射元素污染，主要是由于核裂变产品的坠落和从事原子能研究的科研单位所产生的带有辐射的液体和固态材料释放出的辐射等造成的污染。这种含辐射的化肥暴露在空气中后，会被雨水和沉淀吸收，从而对环境造成严重的辐射污染。一般来说，受辐射的土地是无法通过土壤本身的自清洁作用恢复的，并且会顺着食物链进入到人体内，危害人体健康。

2.4 化学肥料污染

在农业发展的同时，土地面积也在不断缩小，所以大部分农民都会在种植的农作物上喷洒一些化肥，增加农作物产量，降低土地面积减少带来农作物减产的影响。而农民使用的化肥大部分都是含氮、磷的，这些物质一旦进入土壤中，就会对土地产生很大的负面影响。

2.5 病原微生物污染

土壤易受细菌污染，而造成土壤污染的细菌，主要来自于某些人畜的排泄物中含有的致病细菌。这些被污染的土地会使人感染上病菌，如果吃了这些被污染的土地上生长的农作物，就会对人体产生极大地危害。

3 土壤污染造成的危害

有毒的化学物质会随着沉淀和降雨流入河流、小溪和湖泊，对水体的生态环境造成严重的影响，对水的繁衍也会产生极大的影响。残留在泥土里面的有毒物质会被植物吸收，一旦被人体吃掉，就会对人体健康和人们的生活造成极大危害。受辐射污染的土地会释放出各种辐射，这些辐射能穿透人体，对人体的各种器官造成损害，甚至引发癌症。同时，由于长期不能有效地控制和整治土壤污染，导致环境污染和有毒物质不断地向周围土地、环境蔓延，造成了空气和水环境的污染，对自然环境和生态环境造成了极大地影响，这不仅不利于农作物的栽培，也会使土地面积不断减小，造成土壤退化、水土流失等生态问题，对大自然产生极大的影响。

4 生态修复技术在土壤污染中的应用

4.1 物理修复技术

4.1.1 土壤蒸汽浸提修复技术

通过利用土壤蒸汽浸提修复技术，可以充分减少土壤中的水蒸气压力，从而将污染物质转变为水蒸气，并向外界环境中排放。这种技术主要是通过利用土壤中的固相、液相和气相的密度差来减小土壤中的压力，从而将土壤中的固体污染物转换成气体排放到土壤中。该方法不仅操作简单便捷有效，也不会对土壤结构造成较大破坏。但就目前情况来看，这种方法仅适用于非饱和土壤，不适用于饱和土壤或有地下水的土壤，因为该技术会破坏土壤结构，污染地下水，对饮用地下水的人们造成健康威胁。

4.1.2 玻璃化修复技术

玻璃化修复技术主要是指通过加热的方式将固体杂质在一定温度下熔化成玻璃，这种技术主要用于现场加工处理，而不适合对非均匀土壤的处理。现场玻璃化法是将电极插到被污染的土壤中，在2 000 ℃时对土壤中的固相成分进行加热，从而将有机物和某些无机污染物从土壤中蒸发掉，达到在不破坏土壤结构的基础上去除土壤中有害物质的目的[3]。而这些有害熔融物经过低温处理后，会变成一种透明的玻璃，将有机杂质包裹起来，从而丧失了有害物质的流动性。在此基础上，我们可以对废气中的有机物质和挥发性重金属进行严格的加工处理，并对其进行了进一步的防范治理，以防止二次环境的污染。

4.1.3 固化稳定处理技术

固化稳定处理技术是指采用物理或化学手段，将有毒物质吸附于土壤中，使其处于一种化学稳定的状态，从而防止污染物向周围土地传播，达到减少污染物毒性对土壤造成破坏的目的。这种处理方式可用于处理被重金属、辐射等污染的土地，还可以对其进行进一步的硬化处理，充分利用固化稳定处理技术的纯化效果。不过，因为这种方法对土壤结构存在一定的破坏性，因此该方法的实施时间通常为3～6个月比较适宜，在使用过程中，具体条件要视修复目的而定，同时还应着重对土壤体积、污染物浓度、土壤性质等进行研究，并将其运用于土壤污染物的去除。

4.1.4 热力学修复技术

热力学修复技术主要是利用高温下的物理和化学反应分解土壤中的有机物质。该技术适用于有机物、农药、高沸点氯类物质等有机物的治理。热力学的修补技术不适用于大部分的无机和腐蚀性的有机物。热力学修复技术的工作原理是将污染的媒介和污染物，经过直接或间接传热，使其达到540 ℃，使污染物从媒介中蒸发或被分解，从而去除土壤中的有害物质。常用的热源有空气、明火以及能与泥土直接或间接发生热传导的流体。

4.1.5 电力学修复技术

这项技术最初是美国路易斯安那州立大学研发，是将电通入土壤中，通过迁移、扩散和电渗透等方式，将土壤中的水离子聚集到靠近电极的地方，从而达到对污染物的清除和回收。通过在污染土壤的两端加入低电压的 DC电场，可以有效去除无机、放射性物质和高吸收物质。但是，电力学修复技术去除土壤中的污染物会受到一定条件的影响，影响电力学修复效果的主要原因有：高压、电流、污染物性质、电极材料、电极结构等。

4.2 化学修复技术

4.2.1 化学淋洗技术

化学淋洗技术的应用，是通过将土壤中污染物溶解和迁移的液体冲洗到被污染的土地上，使其附着于土壤中的污染物，再通过喷洒化学助剂将污染物与土壤中的污染物混合，最终将污染物净化并回收。

4.2.2 原位化学氧化技术

原位化学氧化技术是通过向土壤中喷洒一定含量的化学氧化剂，通过氧化剂氧化被污染土壤中的污染物，将污染物分解为无害、低毒性的物质。化学氧化技术并不是将被污染的土地都清洁干净，而是在指定的受影响地区进行钻孔，然后利用水泵将氧化剂注入土壤中，与其进行化学反应，再回收利用，这样做对土壤产生的影响也比较小，且便于操作，手段实施方便。另外，本技术主要用于处理污染程度高的土壤，在污染程度不严重的地区，该技术的经济效益并不理想。

4.2.3 化学脱卤技术

化学除卤技术是将化学药剂加入到被重金属污染的土地中，使其代替卤化物中的卤元素实现降解，这是一种特殊的化学方法，操作简单便捷，易实施，其缺点是某些脱卤剂会与水中的物质发生化学反应，增加了废水处理费用。

4.2.4 溶剂浸提技术

溶剂浸提技术是将土壤中的污染物质通过化学物质进行吸收和附着，并根据其溶解性将有机污染物分离出来。但这种工艺操作起来比较困难，且易引起污染的转移和工艺调整，对其它地区造成污染，因此，在去除土壤污染物中的应用范围不广。

4.2.5 原位化学还原技术

该工艺是利用一种化学还原剂，将污染物质分解成不易溶解的物质。这种技术一般是将液体还原剂和气态还原剂等注入到土壤中，在土壤中创造能发生化学反应的还原环境。常用的硫代硫酸盐、硫化氢等就是可溶解的还原剂。

5 生态修复技术运用的主要措施

5.1 生物修复

5.1.1 原位生物修复

原位生物修复技术是一种常用的技术，其基本工作原理是向受污染的土壤中添加一定的有机物，或是通过控制被污染土地中的氧气供应，加速被污染土地中的微生物降解。土地环境污染破坏范围较大，采取该方法不仅成本较高，而且经济效益也不高，所以一般采取土耕法、投菌法、生物通风法等对土壤进行修复[4]。土壤翻修技术是最经济的方法，并且施工简单，无公害，效果好。但其需要在疏松的泥土进行，缺点是时间长，有毒物质会通过不同的途径扩散到泥土中。研究表明，与添加微生物的技术相比，这种方法可改善受污染土地中原微生物的活性。

5.1.2 异位生物修复

异位生物技术与现场生物技术最大的区别是：异位生物技术是通过将受污染的土地转移到其它地区进行生态恢复。这种方法成本低廉，应用比较广泛，但其最大的弊端就是有毒物质会进入大气层，对环境造成危害。此外，土壤中还含有大量的有毒物质，这些物质不易被分解，久而久之，就会对被污染的土地产生很大的影响。

5.1.3 生物反应器修复

在一般的环境下，生物反应器能够有效解决微生物的分解问题，并且这种处理方式比其他处理方式更有效，但由于费用昂贵，无法得到推广。在被污染的土地上，土著微生物、外源微生物、遗传性细菌等都在目前的石油储备设施和土壤修复领域得到了广泛应用。不过，微生物修复技术也只是针对土壤中一般的有毒成分，并不能完全去除某些难以分解的毒素，因此要对污染土地进行有效修复，就必须结合其他物理、化学等处理技术进行综合治理。

5.2 物理化学修复

5.2.1 物理修复

最常用的物理恢复方式就是把受污染的土地转移到一个指定的地方进行填埋，再用新的未受污染的土地恢复土地的原状；另一种方式则是将干净的清水注入到被严重污染的土壤上，然后用清水清洗掉土壤中的毒素，并在深层挖一口井，将含有剧毒的污水排入泥土中进行清洗，这样可以减少土壤的毒性，净化土地。三是采用透气技术，该技术适用于有害气体含量高、需要使用透气法进行迅速高效处理的土壤修复，其费用很低廉，仅为前面两种工艺的10%。除此之外，还有一些其他的物理修补技术，如热处理和磁性分离等技术。

5.2.2 化学修复

化学修复技术是在土壤中加入改性剂，可以改善一定范围内的土壤环境，减少其对重金属的吸收和沉积，常用的化学试剂是硫酸和石灰等。

5.3 植物修复

5.3.1 植物萃取

植物萃取技术是将一些植物种植在被重金属污染的土地上，再以其自身的生长方式吸收土壤中的重金属毒素，再将其重复栽种直到将重金属毒素去除为止。这种植物对重金属的吸收能力非常强，目前有700多种植物可以吸收铜和汞等重金属，吸收的速度都在1%左右。

5.3.2 植物挥发

该技术利用植物在土壤中的根系，吸附被污染土地中的毒素，再利用自身的化学反应，将其分解成气体，向大气中扩散，减少了对环境的污染[5]。比如印度的小白菜，它的硒含量很高，经过实验证明，印度的芥子在一年内就可以降低48%的含硒量，这种作用是显而易见的。其他农作物在被污染的土地上也有不同的吸附和挥发性作用。

5.3.3 植物降解

植物降解技术在去除某些结构较单一的毒性污染物方面有显著的效果，但在某些情况下对较为复杂的污染物却不能得到很好地利用。所谓的植物生物分解技术，其实就是通过植物与微生物之间的高效协作实现对污染土壤的修复，不过这种技术属于自然现象，它的恢复过程十分缓慢，往往要花费数年的功夫，才能将被破坏的土地恢复到最好的程度。

6 结语

通过对被污染的土壤进行治理，可以实现对生态环境的保护和可持续发展。在应用土壤修复技术时，应从多角度对其进行分类，并根据现有的情况和治理原理进行选择，从而达到治理“三废”的目的。