運用生物技術臺州市路橋區修復污染土壤原理及成效

摘要：電力設備、電子電器廢棄物的拆解，在推動當地經濟發展的同時，不當拆解也會帶來了土壤環境的污染問題。近年來，浙江省臺州市路橋區高度重視拆解污染土壤修復，積極與高校和研究院所合作，充分運用生物技術修復污染土壤，大力發展苗木基地，利用植物分解吸附土壤中的高污染有毒物質。本著學以致用，豐富和拓展課外知識，臺州中學科技實驗興趣小組利用課余和假期，與臺州市土壤污染修復試驗基地科研人員開展面對面交流，深入了解和掌握土壤有機物污染修復的原理、具體操作方法及成效。

關鍵詞：土壤修復；PCBs污染；生物技術

浙江省臺州市路橋區曾是電力設備、電子電器廢棄物的拆解集散地之一，不當拆解帶來了當地局部土壤的有機物污染。為此，路橋區政府一方面新建臺州市金屬資源再生產業基地，從源頭上消除不當拆解帶來的污染；另一方面開展污染土壤修復。2010年7月，路橋區與杭州高博環保科技公司和南京土壤研究所合作，對其中受污染的土壤進行修復試點。之后，在2013年又與浙江大學合作，建立土壤污染修復試驗基地。為了解當地污染土壤修復的相關原理及成效，臺州中學科技實踐興趣小組事先查閱了國內外相關研究資料，實地走訪了當地土壤修復試驗基地，認真聽取浙江大學派駐實驗基地的研究人員的情況介紹，并參與相關實驗操作，全面了解污染土壤修復的原理及成效。

一、局部土壤多氯聯苯等有機物污染緣由

多氯聯苯（Polychlorinated biphenyls），化學式C12H10-m-nClm+n，是一類典型的氯代芳香族化合物。根據氯原子數目及其在苯環上位置的不同，共有209種同系物，分子結構如圖1所示。

PCBs因具有耐酸、耐堿、耐腐蝕、蒸汽壓和水溶性較低、絕緣性和熱穩定性好等優點，被廣泛應用于工業生產和軍事設施中，主要用作變壓器和電容器的絕緣油、潤滑油、油漆、塑化劑等。土壤是PCBs主要的富集場所，主要源自含PCBs廢水的排放、含PCBs固體廢物的滲漏、垃圾焚燒、遠距離遷移的大氣沉降等。

路橋電力設備、電子電器廢棄物的拆解始于上世紀80年代初，不當拆解帶來了當地局部土壤的有機物污染。2007年5月，受浙江省國土資源廳委托，省地質調查院對該區局部污染地塊展開土地質量調查，發現存在多氯聯苯等有機物超標現象。這期間，路橋區開展了多次大規模的行業整治，力求消除不當拆解帶來的土壤有機物污染問題。同時，積極借鑒“鎮海治理模式”，在路橋濱海工業發展區新建了臺州市金屬資源再生產業基地，從源頭上消除拆解業帶來的有機物污染。

二、土壤多氯聯苯污染的三種修復技術

少量的多氯聯苯一般不會引起急性中毒，而是慢慢地侵入人體，可引起皮膚損害和肝臟損害等中毒癥狀，甚至融入細胞DNA中，導致遺傳因子紊亂，促使癌癥的發生。近年來，國內外學者對PCBs污染土壤修復展開了廣泛的研究，并開發了多種修復技術。目前已經產業化的修復技術按修復原理分為物理修復、化學修復和生物修復。

（—）物理修復技術分析

1. 安全填埋法。此法是將PCBs污染土壤挖掘并運輸至安全填埋場，達到PCBs與水環境、大氣環境隔絕的目的，該法適用于PCBs污染程度較重的土壤。

2. 深井注入法。深井注入法是一種并不提倡的技術，存在著環境風險和技術不可控制，注入深井的PCBs可能會污染地下水。

3. 熱脫附法。此法是將PCBs污染土壤在隔絕空氣、密封的條件下加熱，達到PCBs的沸點后，PCBs以蒸汽形式從土壤中釋放出來。該法工藝簡單，可操作性強，適用于PCBs污染嚴重的土壤，但存在高溫破壞土壤結構、能耗高、成本高等缺點。

4. 溶劑淋洗法。此法可分為有機溶劑淋洗和表面活性劑淋洗。溶劑淋洗法適用于PCBs事故性泄漏且污染土壤量不大的情況，但存在著淋洗劑易揮發、廢液處理難度大、產生二次污染等缺點。

（二）化學修復技術分析

1. 高溫焚燒技術。此技術廣泛用于處理持久性有機污染物，需要870～1200℃的高溫，是一種異位修復PCBs污染土壤的技術。

2. 水泥窯技術。水泥窯技術需要高溫、高堿環境和長停留時間。在高溫高堿條件下，PCBs中C-X鍵極易斷裂，氯原子可以與金屬陽離子結合，生成氯化物，實現對PCBs的去除。

3. 等離子體焚燒技術。此技術是使電流通過低壓氣體流產生等離子體，局部溫度高達5000～15000 ℃，能使PCBs徹底分解為原子態，冷卻后生成水、二氧化碳和一些水溶性的無機鹽。

4. 氧化技術。一是超臨界氧化技術是基于高溫、高壓條件下超臨界水的高溶解性而發展起來的一種技術。二是電化學氧化技術是在酸性環境下，電池通電后在陽極產生氧化性物質，這些物質協同酸能夠進攻包括PCBs等有機化合物。三是熔融鹽氧化技術。該法需設置一個堿性熔鹽床，在900～1000℃條件下，使PCBs斷裂C-X鍵，氯原子與金屬陽離子結合，轉化為無機鹽。

5. 還原技術。一是溶劑化電子技術是在溶劑化溶液中，通過自由電子中和鹵代化合物，達到脫鹵的目的。二是催化氫化技術是對PCBs進行脫氯的一種技術。三是零價金屬還原技術，此技術分為納米鐵還原技術和雙金屬還原技術。

6. 化學脫氯技術。此技術是通過取代PCBs上的氯原子或分解PCBs，阻止PCBs向土壤遷移或揮發至其它環境介質的一類技術統稱。

7. 穩定化技術。穩定化技術需要加入粘合劑，例如硅酸鹽水泥、水泥窯粉灰、飛灰、腐殖酸等，將有毒有害物質轉化為難溶解、低遷移、低毒性的物質。

（三）生物修復技術分析

1. 微生物修復。微生物修復是指利用微生物的生命代謝活動，減少壤環境中有毒有害物的濃度或使其完全無害化，從而使污染了的土壤環境能夠部分地或完全地恢復到原初狀態的過程。這是較為理想的一種治理污染的途徑，具有處理費用低、對環境影響小、效率高等優點。微生物修復PCBs污染土壤，分兩種代謝模式：一是直接降解PCBs，以PCBs為碳源和能源；二是共代謝作用，需要加入底物，而共代謝是現在降解PCBs最主要的途徑

2. 植物修復。植物修復PCBs的機理相對復雜，它是多種機制協同作用的結果。一般說來，植物修復PCBs有3種機制：一是植物直接吸收PCBs，將其轉化為無生物毒性的物質累積在植物組織細胞中；二是釋放可降解PCBs的酶，分直接作用和間接作用，主要還是間接作用，提高PCBs的生物活性，然后微生物降解；三是植物與根際微生物協同作用。根際由生長發育和生理代謝活動，形成一個不同于非根際土壤的微生態系統，植物根際是土壤、植物、微生物相互作用的場所，也是土壤水分、養分、污染物進入植物體的門戶。在根際環境中進行的酸堿反應、氧化還原反應、絡合解離反應、生化反應、活化固定、吸附解吸等，能改變PCBs污染物的生化有效性和生物毒性。

3. 植物-微生物聯合修復。植物修復PCBs污染土壤，與微生物有著緊密的聯系，很多植物與微生物存在著共生關系，根際區域微生物的密度和活性均強于非根際區域。因此，植物-微生物聯合修復技術有很好的應用前景。在根際區域，細胞分裂能力強，新陳代謝快，分泌出大量物質，為微生物提供了適宜生存的微生態環境。植物源源不斷地向根部輸送氧氣，釋放可作為微生物生長底物的根系分泌物，促進微生物對PCBs的降解。

4. 動物-微生物聯合修復。動物-微生物聯合修復技術主要是利用土壤中動物（例如蚯蚓等）的運動，增加土壤中氧氣的含量，同時，動物分泌的一些物質可以促進土壤中微生物的生長，增強微生物的活性，促進微生物對PCBs的降解。但是由于PCBs具有強生物毒性，動物對其耐受性差，使得動物-微生物聯合修復技術具有一定的局限性。

三、多氯聯苯土壤污染的生物修復技術及成效

從2010年開始，路橋區專門劃撥財政專項資金用于局部污染土壤的修復。由路橋區環保局與杭州高博環保科技公司和南京土壤研究所合作合作，先后分兩期實施土壤污染修復示范區塊的建設：一期修復土壤面積7400平方米，完成污染土壤控制區塊種植結構的調整，停止種植可食用農產品；二期完成示范區塊12500平方米的土壤修復工作，全部達到農用地標準。

據臺州市土壤污染修復試驗基地的浙江大學研究人員介紹，綜合分析物理、化學、生物三種土壤修復方法的優劣對比（見圖2），物理、化學修復適合處理少量極高濃度PCBs污染土壤的修復，修復時還易帶來土壤功能的破壞和產生二次污染，而生物技術可以彌補物理化學修復技術的不足。

針對當地土壤有機物污染修復的特點（見圖3），確定主要采用生物修復技術，用厭氧脫氯—好氧降解相組合的工藝處理。生物修復技術以微生物（菌）為主，植物為輔進行。微生物修復的原理：首先經過生物厭氧脫氯反應，PCBs的“三致毒性”被大幅降低。而后PCBs經過好氧生物降解后，被完全解毒和礦化。植物修復的原理是利用菌類和美人蕉、香蒲、旱傘草等根系發達、吸附性強的植物，將土壤中的高污染有毒物物吸附和分解，使土壤生態功能得到恢復。修復實驗基地的土壤PCBs 85%是通過生物降解，6%通過植物吸收，余下的通過物理化學等其他方式降解。實驗基地的修復工作取得了預期的效果，一期土壤修復于2010年年底完成，二期土壤修復于2012年年底完成，全部通過驗收合格，達到農用地標準。

另外，路橋區政府先后引進了臺州市綠苑園藝有限公司等45家花卉苗木公司，建了5000多畝花木園區，種植珊瑚樹、女貞、印度芥菜以及堇科類等吸收能力好、生命力強的花木，有效地控制土壤和空氣污染，綠化美化了環境。多家花卉苗木公司在實踐中，摸索出了一條生態修復與經濟效益雙贏的發展模式。如大禾園林有限公司在近千畝苗木基地內，種植了羅漢松、紅豆杉、竹柏、茶梅等名貴樹種，產生了較好的經濟效應。經過幾年的環境整治修復，2015年7月23日～24日，省環保廳驗收組對路橋局部土壤有機物污染整治工作進行了驗收，認定被修復的土壤已達到安全水平。

污染土壤的修復是以去污染、復質量、再利用、保安康為目的。土壤修復往往是控污、減污、降毒、化險的綜合凈化過程，達到使土壤恢復生產力和美化環境。“萬物土中生”，土壤質量決定萬物的質量。為保障居民的食物安全和身體健康，需要重視土壤資源的保護和土壤污染的修復。一方面，要大力宣傳“綠水青山就是金山銀山”科學發展觀，貫徹“創新、協調、綠色、開放、共享”的發展新理念，堅決摒棄和升級帶有環境污染的拆解產業，從源頭上杜絕和減少污染。另一方面政府和全社會要大力支持土壤污染防控修復技術的研究，發展適合我國國情的實用性修復技術與設備，以推動土壤環境修復技術的市場化和產業化發展。

（科技興趣實驗小組成員：陳之豪（執筆）、李科穎、陳佳一，指導老師：陳清妹、林偉）

責編/劉紅偉

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