污染土壤修复技术研究现状与趋势

王敬

（恒诚（天津）认证服务有限公司，天津市 301911）

1 概述

随着我国城市化进程的不断推进，导致我国土壤污染问题日趋严重，造成了严重的生态问题，影响了耕地质量，进而对食品安全和人类健康造成影响[1]。总体来说，我国当前土壤污染问题非常严重，尤其是国民经济水平较高的地区，土壤污染问题突出。现阶段我国农业态势良好，但是农业生产中造成的土壤污染问题也相当严重，数据显示，我国农业内源性污染问题比较严重，化肥和农药的利用率都比较低，农膜回收率也不到2/3，化肥使用量不断增加，化肥中含有多种重金属元素，对于土壤环境质量和环境安全都造成相当大的影响[2]。土壤中的重金属、农药残留，会造成重金属和农药在农作物中富集，直接威胁农作物的质量和安全，对人体健康造成不利的影响；在矿山开采过程中，附近的土地非常容易受到污染，导致周围人群以及周边农作物的使用人员出现疾病；工业生产中的废弃物排放依然是土壤污染的重要来源，污染物的种类也在不断增多[3]。在各种因素的影响下，我国土壤污染当前呈现出混合型和综合型的特点。土壤污染范围在不断扩大，污染面积不断扩大，呈现出由农村向城市、由局部到整体的趋势，对农作物质量和人体健康造成威胁。

为了解决土壤污染问题，我国采取了大量措施，对污染土壤进行修复，旨在解决农业生产、生态湿地和重金属污染等方面的问题。随着土壤污染日趋复杂，传统的土壤修复技术已不能够满足实际需求，而引进国外土壤修复技术的成本又非常高，因此，我国急需加强土壤修复技术的研究，通过加大投入，从技术研究、设备研发两方面提高土壤修复技术的水平，且在满足当前土壤修复要求的前提下，对土壤修复技术进行进一步优化，提高其普适性和应用性，尤其是要针对化学药物、重金属等方面的土壤污染问题，要加大技术开发力度，降低土壤修复成本，提升土壤修复效益，同时，要降低土壤修复工作对于正常生产的影响，在保证农业生产效益的前提下，提高农业生产的安全性。对于矿区等土壤污染较为严重的区域，则需要制定针对性的修复策略，通过合理应用土壤修复方式和设备，提高土壤修复工作的实效。

2 土地污染修复技术研究

当前土壤修复技术主要包括工程修复技术、物理-化学修复技术、生物技术以及联合修复技术等[4]，下面对土壤污染修复技术的研究进行探讨。

2.1 工程修复技术

2.1.1 客土法

客土法是指通过在“健康”土壤地方取土，移入表层污染土壤中，对污染土壤进行修复，从而解决表层土壤的污染问题，避免植物根系等受到污染，降低污染的危害。这种方法主要适合在污染程度较低，能够比较容易取得“健康”土壤的区域，在应用客土技术时，客土的理化性质和原土要一致，这种方法能够对盐碱地、土壤质地过沙过黏等性状不良土壤进行改良，具有良好效果。在实际运行过程中，由于底部土壤可能会向客土层进行转移，因此可能会发生二次污染的问题。针对这一问题，研究人员进行了改良，通过在原污染土壤中加入改良剂对重金属进行固定，阻止其向新表层土壤中转移，从而避免了二次污染问题[5]。

2.1.2 换土法

换土法也是利用“健康”土壤来对污染土壤进行修复，和客土法的区别是，其直接用“健康”土壤替换掉污染土壤，从而对被污染土壤进行修复。在应用换土法时，需要对被转移的污染土壤进行跟踪监测，确保被污染土壤得到合理的处置，不出现违规倾倒污染土壤的问题。

2.1.3 深耕翻土法

这种方法是通过将表层和深层土壤进行翻动混合，从而降低表层土壤中污染物含量的一种方法，在土层较深并且污染较强的土壤修复中，这种技术具有良好的效果。若是针对农业土壤进行修复，在应用该方法进行修复以后，需要增加施肥量，从而保证耕层具有充足的养分，满足农作物生长需求。

2.2 物理-化学修复技术

2.2.1 玻璃化修复技术

玻璃化修复技术的原理为：通过对污染土壤进行高温熔融处理，使其中的重金属形成较为稳定的玻璃态物质，去除污染。这种土壤污染修复技术在飞灰、污泥中重金属的固定和资源化修复中具有重要应用，具有比较高的修复效率，在污染土壤的抢救性修复中也有重要应用。但该方法对污染土壤处理时工程量较大，需投入较高的成本，且由于玻璃化修复技术需在较高的温度下进行，较高的温度会对土壤的理化性质造成较大的影响，甚至会使土壤失去原有的生产能力，因此该方法在实际应用中有明显的局限性。

2.2.2 热处理修复技术

热处理修复技术是指通过加热污染土壤，使土壤中含有的挥发性较高的污染物受热挥发，从而实现土壤的修复。通过应用热处理修复技术，还能够将土壤中半挥发性、沸点较低的有机污染物去除掉。以污染土壤修复地点作为分类标准，可以将其分为原位和异位两类。原位修复是在地下进行的，处于“黑箱”状态，相较于原位修复，异位修复更加可控，修复过程的温度、停留时间都可以通过设备进行直接调控。

2.2.3 电动修复技术

在污染介质的两端施加直流电，从而形成电场，受到电场力的作用，污染物会向两侧迁移，然后可以对其进行集中收集处理，从而对污染土壤进行修复。在出现之初，电动修复技术主要应用于重金属污染的修复，在有机污染土壤修复中也得到了重要应用。在电动修复技术中，电解反应阳极区域会产生H+形成酸性带，阳极区域的铅、镉等重金属离子在电场力的作用下，会迁移到阴极，从而将阳极污染物去除；在阴极区域会产生OH-，OH-会和金属离子生成沉淀，这样会降低阴极区域的修复效率。通过加入能够抑制产生氢氧化物沉淀的物质，可以提高重金属的去除效果，如醋酸、EDTA或加入阳离子交换膜等[6]。在应用电动修复技术时，通过对阴阳两极的pH进行针对性的调节，能够有效的提高污染的修复效率。电动修复技术的优点在于，在使用过程中不会对土壤造成扰动，而且操作简单，绿色环保。在低渗污染土壤和污泥的修复中具有良好的效果。该技术的缺点在于，通过应用该技术进行土壤污染修复会对土壤的理化性质造成破坏，而且实际应用过程中通常需要和其它技术联合使用。

2.2.4 固化/稳定化技术

固化/稳定化技术，是指通过技术手段来改变重金属的形态，使其迁移性降低，从而实现对土壤重金属污染的控制，当前这种方法在重金属土壤污染质量中具有良好的应用效果。在这种技术中，通常采用化学改良剂、稳定剂等化学药剂，利用这些药剂和重金属之间的吸附、络合以及离子迁移等措施，对重金属在土壤中的迁移能力进行控制，降低其生物有效性，从而达到控制土壤中重金属污染的效果。在这种技术中，常用的稳定剂包括无机化学稳定剂和有机化学稳定剂两大类，如赤泥、石灰和天然沸石等无机化学稳定剂，生物炭、泥炭和堆肥等有机化学稳定剂[7]。固化/稳定化修复技术的优点是成本比降低、而且操作简单，但是一些土壤稳定剂会扰动土壤，影响土壤的营养均衡，当前该技术的主要方向是开发价格低廉、容易获取且没有二次污染的稳定剂，纳米吸附材料是重要的研究方向。

2.2.5 土壤淋洗技术

在土壤重金属吸附技术中，土壤淋洗技术应用较早，该方法的主要原理是，通过特殊成分的化学淋洗液，通过水力学或者是机械搅动土壤颗粒的方式，将土壤中的污染物清洗掉。土壤淋洗技术能够在不破坏土壤结构的前提下，将土壤中多种形态的重金属去除，因此不会造成次生污染。在土壤淋洗技术中，最关键的是选择淋洗剂，常用的淋洗剂包括螯合剂、酸/碱溶液、络合剂、表面活性剂等，其中应用最为广泛的是生物表面活性剂，这是由于这类表面活性剂不仅能够促进污染物降解，其自身也能够被生物降解。该技术的修复效果主要受到淋洗剂和淋洗方式的影响，该技术易实施，修复周期短，且不会造成次生污染，这些优点使其获得了广泛应用。淋洗吸附技术中引入现代超分子化学技术是未来的重要方向。

2.3 生物修复技术

2.3.1 植物修复技术

植物修复技术是利用某些植物具有积累、转化和转移土壤污染物的能力，通过大量种植此类植物，使土壤中污染物被吸附、转移、贮存至植物茎叶，收割茎叶做无害化处理来达到土壤修复的目的。目前这种技术经过多年研究，已在土壤污染治理中获得应用。当前研究结果显示，具有超富集能力的植物超过700种，如铅超富集植物有香根草、酸模等，镉超富集植物有鱼腥草、龙葵等；铜超富集植物包括酸模、鸭拓草等。植物修复技术绿色环保，不会造成污染，但是由于植物生长周期长，生物量小，因此导致用这种技术进行土壤修复需要较长的周期，而且修复的深度较低。在当前的技术条件下，采用单一的植物修复技术，不能够完全满足土地污染修复的要求。因此，需要寻找、培育具有更强积累能力的植物，从而植物修复技术的能力。

2.3.2 动物修复技术

动物修复技术，是指通过土壤环境中的低等动物来吸收、降解和转移土壤中含有的重金属，从而实现土壤的修复。当前，动物修复技术的应用较少，相关研究主要是利用蚯蚓、鼠类等来修复土壤污染。动物修复技术具有一定的局限性，在动物新陈代谢过程中，其已收集的重金属会通过粪便重新被排放到土壤中，同时，动物对于重金属的耐受程度是有限的，当其体内的重金属超出其承受范围，会出现逃逸甚至死亡的情况。此外，应用动物修复技术进行土壤修复，还会带来新的环境风险，举例来说，通过蚯蚓来进行土壤修复时，蚯蚓活动会产生蚯蚓孔，从而造成明显的优势流现象，会提高重金属离子在土壤中垂直向下的迁移速度，这会造成地下水受到污染的可能性增加。在未来的研究过程中，需要对动物、土壤以及周边环境的作用关系进行研究，从而更好的实现应用。

2.3.3 微生物修复技术

微生物修复技术是利用某些微生物的特性，将土壤中含有重金属的物理特性进行改变，从而对重金属在土壤环境中的迁移与转化进行控制，降低污染物活性，或将污染物转化为无毒物质，从而实现土壤的修复。微生物修复技术来修复土壤时，主要过程分为三步，分别是微生物富集、吸附和转化。微生物处理技术具有多方面的优势，包括微生物修复费用低、修复效率比较高，而且不容易产生二次污染，但由于微生物遗传稳定性差、易变异，污染将污染物全部去除，并且对污染物的吸附容量有限，因此，要实现微生物修复技术的广泛应用，需要对微生物细胞和重金属离子之间的影响机制进行深入的研究，同时，基因工程菌的构建也是其重要方向。

2.4 联合修复技术

联合修复技术，是将若干单项土壤修复技术相互组合，形成的一种复合型的土壤修复技术，在联合吸附技术中，各种单项土壤修复技术发挥各自优势，从而提高土壤的修复效果和效率。

常见的联合修复技术包括，生物联合修复技术、基因工程联合修复技术以及物理-化学联合修复技术等。在当前的技术条件下，对于多环芳烃污染土壤的修复，生物联合修复技术具有广泛应用，可以起到良好的效果；在动植物联合修复技术中，蚯蚓修复技术的研究最多，蚯蚓体内可以携带多种微生物，蚯蚓在土壤中活动还能够提高微生物活性，从而提高修复效果；植物-微生物修复技术利用了植物和根际微生物之间的共生关系，通过发挥这两种技术手段的优势，能够提高修复效果。物理-化学联合修复技术，基于污染物的特性来实现污染物的分离、固化，从而对污染土壤进行修复。单项物理、化学修复技术的缺点明显，不仅技术成本高，而且还容易造成发生次生污染，对土壤结构造成破坏，因此应用受到限制。

3 污染土壤修复技术的趋势

3.1 环境友好型趋势

在进行污染土壤修复过程中，要降低对土壤环境的影响，尽量降低次生污染，保护土壤生态环境。因此，在让污染修复技术应用过程中，要充分应用太阳能等可再生资源，提高土壤微生物资源的修复能力，促进污染土壤的自我吸附，这是污染土壤修复技术未来的重要方向。对于耕地土壤污染问题，需要消除农作物生产中的外在元素，提高土壤修复能力，保障土壤功能，避免发生二次污染。未来，无公害土壤修复技术是污染土壤修复的重要方向，应加强相关研究，提高无公害土壤修复技术水平。在常规生物土壤修复技术的研究过程中，可以通过应用细胞工程、生物酶工程，提高修复技术的水平，提高土壤修复效率。

3.2 原位土壤修复趋势

在传统的土壤修复技术中，常采用将污染土壤挖掘出来，转移到其它地方净化的方式，即离场异位修复，这种修复技术的成本较高，而且只能够对表层土壤进行修复，在深层土壤修复中的应用效果较差。因此，未来原位土壤修复技术将是重要的方向，通过原位土壤修复技术，包括稳定化技术、生物修复技术等，实现对污染土壤的修复，不需要进行土壤的转移，成本更低。

3.3 多项修复技术联合

单项土壤修复技术具有局限性，通过多项修复技术联合使用，可以取各单项修复技术的长处，提高土壤污染修复的效果。其中，生物联合修复技术应用最为广泛，不仅成本低，而且对环境友好。通过应用联合修复技术，修复效果通常要优于单个修复技术叠加，因此，加强联合修复技术的研究具有重要意义。但是在实际应用过程中，优于各单项修复技术存在局限性，从而导致联合修复技术应用时面临较多的问题，如何解决这些问题是联合修复技术的重点。

4 结语

对污染土壤进行治理已经迫在眉睫。当前，工程修复技术、物理-化学修复技术和生物修复技术，还有兼具各单项修复技术的联合修复技术，在污染土壤修复中取得了一定的效果。为了达到更好的污染土壤修复效果，还需要继续加强土壤修复技术的研究，提高土壤污染修复效率，更大程度上避免次生污染，降低污染修复成本。