生物修復技術在土壤污染治理中的應用

趙冬梅

(煙臺云灃生態環境產業發展股份有限公司，山東 煙臺 264006)

土壤污染治理中可使用的修復技術較多，如化學、物理、生物等修復技術，其中生物修復技術具有污染小、修復效果好的優勢，受到了高度關注。土壤污染治理生物技術主要包括微生物、植物、動物等修復技術，在實際應用中取得了顯著效果。生物聯合修復技術進一步提高了土壤污染治理成果與效率。

1 土壤污染類型

有機物污染。農業種植過程中，由于不合理或過量使用化肥與農藥，會造成農田土壤有機物污染。工業生產中大量排放生產廢水、固體廢棄物等，將導致土壤有機物含量超標，形成較為嚴重的土壤有機物污染問題。

重金屬污染。重金屬污染來源非常廣泛，如工業排放的廢水或農藥化肥中重金屬含量過高、空氣中重金屬顆粒沉淀等都會導致鉛、鋅、汞、鎘等在土壤中的含量超標。由于重金屬在土壤中流動性差，長年累月的積累會形成較為嚴重的重金屬污染問題。重金屬如果被農作物吸收，將危及食品安全。

核污染。土壤核污染發生的概率極低，目前核技術在科研、電力生產中得到了應用，形成了一定的土壤核污染風險。如果土壤中含有放射性物質，有引發放射性傷害的可能性。

病原微生物。在土壤污染中較為常見。人類與動物的排泄物中含有大量的病原微生物，如果不經處理直接用于農田中，將導致土壤遭受污染。生活與醫院用水如果沒有經過嚴格處理，直接排放到土壤環境中，會使土壤中含有過量的病原微生物，使土壤成為傳播疾病的源頭，一旦人與這些污染土壤有接觸，則容易感染病菌。如果在病原體污染的土壤上種植蔬菜，蔬菜將成為病菌傳播的源頭。

2 生物修復技術在土壤污染治理中的應用

土壤污染的主要原因與人類的生產活動有關，如有機物污染是由于農藥化肥的過量使用，重金屬污染主要是因工業生產導致，產生大量含有重金屬的廢棄物，這些廢棄物堆積在土壤環境中，將造成污染。土壤中的有機污染物、重金屬、病原微生物等在氣候環境的影響下逐漸滲透至土壤深處，范圍逐漸擴大化，污染也越發嚴重，甚至會造成水體污染，如果治理不及時被重金屬污染的土壤則需要經過長達上百年的凈化，因此要重視土壤污染治理，提高土壤污染治理的成效。

2.1 微生物修復技術

從微生物本身來看，其繁殖能力好，在短時間內可以大量繁殖，每克土壤中的微生物達到了幾億，甚至是幾百億，使其在土壤污染治理中發揮了重要作用。一是吸附，微生物為了生存繁殖，需要吸收土壤中的營養，借助自身進行吸附，從而吸收土壤中的污染物質。二是降解，主要發揮作用的是真菌和細菌，通過其降解土壤中的有機物，實現污染治理效果。三是沉淀與溶解，微生物在土壤中進行代謝活動，產生大量的有機酸，從而溶解與沉淀土壤中的污染物。目前，基于微生物的生物修復技術主要有兩種類型，一種是原位修復，其充分利用土壤中的微生物，使用生物攪拌、農耕法等，進行土壤污染物質的治理，如果土壤中的污染物較為特殊，還可使用投菌法，增加土壤中的微生物含量，以達到增強修復效果的作用。另一種是異位修復，主要包括土地填埋法、預備床法等。

2.2 植物修復技術

植物修復是借助植物的功能性進行污染土壤的治理。植物在生長過程中通過光合作用吸收土壤中的營養物質，同時也富集了土壤中的污染物質，實現了土壤中污染物質的轉化或轉移，從而達到了土壤修復的目的。植物修復技術在實際應用中具有很大的優勢，治理污染過程中對生態環境無任何影響，治理費用較低。但是該修復技術應用也有一定的局限性，其有著特定的修復對象，修復時間長，修復效率較低。植物吸收了土壤中的污染物，還需要進行相應的處置，存在處置不善導致二次污染的問題，因此該修復技術在實際應用中受到了一定的限制。該技術可用于重金屬與有機污染土壤的修復，具體修復方式見圖1。一是植物提取。需使用富集能力強的植物，在植物完成吸取后將地上植物收獲，并進行有效的處置，方可完成土壤污染物的治理。二是植物揮發。植物根系吸收土壤中的污染物后植物進行轉化吸收，產生揮發物質釋放到空氣環境中，即可完成污染物治理。三是植物穩定。植物將自身吸收的污染物質轉化為無毒無害物質。四是植物過濾。植物修復主要依靠根系的活動，根系利用自身的吸收、吸附功能形成過濾作用，去除土壤中的重金屬物質。植物修復技術充分利用了植物根系，如喬木類、草類、水生物等，這些植物有著共同性的特點，即根系發達，可以快速生長深入至土壤中，容易收割，可保證植物修復效果。

圖1 植物修復方式圖Fig.1 Phytoremediation method

2.3 動物修復技術

土壤中存在著多種動物類型，如原生動物、環節動物、無脊椎動物等，這些動物日常活動在土壤中，依靠土壤與植物生存，在其活動過程中會形成對土壤污染物的治理作用。通過土壤動物生理特性的挖掘與利用，調節土壤的功能性，實現了土壤的凈化效果。如常見的蚯蚓，其具有翻耕土壤、改善土壤條件的作用，其對土壤中的重金屬也有著治理功效。一是蚯蚓直接食用，對重金屬有著良好的耐受力，可形成富集作用。二是間接作用，蚯蚓在日常活動中，增強了重金屬的活性，促使其被植物根系富集、吸收。

2.4 其他修復技術

植物與動物修復技術在土壤污染物治理中具有一定的局限性。植物修復技術在實際應用中受到自然環境、氣候條件等方面的干擾。植物健康生長具有一定的不確定性，這會影響最終的土壤凈化成果，因此土壤生物修復技術還需進一步研發，不斷提升生物修復技術水平。目前，采用了植物+微生物修復技術，整合了兩種生物修復技術的優勢，發揮出了更好的凈化效果。植物生長過程中，其根系釋放了眾多的營養物質，為微生物提供了生存所需的碳水化合物，而微生物在土壤中的活動，有利于土壤發育與肥力提升，為植物健康成長創造了有利的環境。該技術對土壤重金屬有著良好的凈化功效，技術應用的關鍵是菌株的篩選，可以在重金屬污染土壤中提取菌株，進行菌株培養，將菌株大量投放在重金屬污染的土壤中，以確保植物+微生物的土壤修復成效。目前，已研發出了混合菌株，進一步提升了該技術的應用效果。

3 應用生物修復技術的注意事項

3.1 做好土壤污染程度評估

土壤在未被污染的情況下自身是一個完整的生態系統，植物、動物、微生物依賴于土壤生存，一旦土壤遭受污染，整個生態系統將遭到破壞，植物、微生物雖然能生存，但是會形成不良的生態效應，尤其是被重金屬污染的土壤，在污染較輕的情況下對植物生長影響較小，一旦超出植物承受的極限，植物的生長會受到很大的影響，土壤中的重金屬元素在植物根部吸收的影響下流動至植物的果實中。基于此，對土壤污染程度進行評價，可從其對土壤生態系統的影響入手，科學分類并歸納總結，為土壤污染治理提供依據。

3.2 增強降解作用

生物修復技術主要是利用各種生物特性，與土壤中的污染物進行反應，如植物根系的吸收、葉子的揮發或是微生物生存的需要，吸收、降解、溶解、沉淀污染物等，這些都可達到治理污染土壤的目的，其中降解菌對于土壤中的污染物有著降解作用，在土壤污染治理中需提升真菌與細菌的降解作用。對污染土壤進行污染物檢測，評估土壤的污染程度，進行降解菌的選擇，制定科學、嚴謹的降解計劃，增強降解菌治理污染土壤的效果。

3.3 注意微生物的選用

生物修復污染土壤需要一定的時間，土壤污染類型、程度的不同，采用的生物修復技術與治理方案也有著較大的差異。土壤污染類型眾多，污染程度較高，這增加了修復難度，尤其是微生物選用不當將會直接導致微生物投入使用后的大量死亡。要為微生物創造良好的生存條件，如加入氧氣或投入適量的營養鹽，激發微生物的活力，以保證污染土壤治理效果。在選用微生物時，應對污染土壤成分進行分析，針對性的培養微生物，提高污染土壤治理的精確性與科學性，以實現土壤污染治理效果。

3.4 強化綠色環保理念

土壤污染治理采用生物修復技術是為了避免產生二次污染問題。要樹立綠色環保理念，發揮微生物修復技術、植物修復技術及復合生物修復技術的優勢，實現綠色環保治理，全面提升土壤污染治理效果。在實際治理中，需要面對被重金屬、放射性物質、病原微生物等污染的土壤，應貫徹落實綠色環保理念，在確保自身安全的條件下防止污染物擴散。

4 生物修復技術的應用發展趨勢

4.1 農田土壤恢復

我國人均耕地面積較少，部分農田受到了重金屬污染，由于生態環保意識不足，過量使用農藥化肥或無法降解的塑料薄膜對農田產生了不良影響。農田在遭受污染后生產能力下降，應用生物技術可快速治理有機物污染，尤其是一些污染積累較多、污染面積大的農田，可以充分利用生物技術，在短時間內完成污染土壤的恢復，這將是生物技術未來發展的重要方向。

4.2 點源污染治理

點源污染治理是指固定排放點的土壤污染，其污染最為嚴重，治理難度也最大，如工業區的點源污染。工廠在長期生產過程中會持續不斷地排放污水或其他污染物，這些污染物質有著特定的排放渠道與堆放場所，尤其是固體廢棄物不規范堆放，形成了較大的土壤點源污染問題，需要生物技術具有強大、快速的修復能力，才能對點源污染形成有效的控制。

4.3 難降解有毒污染物的治理

生物修復技術的降解、溶解能力有限，土壤中存在著難以降解且有毒的污染物，污染治理難度較大。我國在土壤污染物治理中聯合采用了多種技術，如化學、物理修復技術等，獲得了良好的凈化效果，這是生物技術未來發展的方向之一。與其他修復技術的聯合應用，可提升生物修復技術效果。

5 結語

土壤污染治理中可使用的修復技術較多，生物修復技術是其中一種。應不斷提升生物修復技術水平，獲得更好的治理成效。