污染土壤修復系統和修復污染土壤的方法

周煒強

（廣東新創華科環保股份有限公司，廣東 東莞 523000）

土壤是地球生態環境最主要的組成部分之一，更是人們在自然環境中賴以生存的重要基礎。近年來，我國工農業生產的蓬勃發展及城市化進程的日益推進，導致土壤中的有害物質不斷累積，干擾了植被的正常發育，并通過食物鏈被人體消化吸收，影響大眾的身體健康。因此，土壤污染治理已經成為環境工程領域的重點問題之一。本文將對幾種常見的環境污染土壤修復問題進行總結與思考，并對各種修復方法的未來演變進行預測。

1 國內外土壤污染防治發展形勢

在美國等歐美發達國家，環境產業的開發已經比較完善，在制定標準方面，美國聯邦環境保護局2021年修訂頒布了區域環境篩選準則，規定了對700余種廢物的排放標準限值；英國采用了污染者付費機制，倫敦環境署在2019年修訂頒布了保障人類身體健康及環境的土地質量指導值；加拿大、荷蘭等國都出臺了保障人類身體健康和自然環境的土地質量指導值制定辦法；日本也在制訂土壤質量標準的過程中，規定了鎘、銻、銅、鐵等元素的標準值，尤其是針對農作物生長的土地（水稻田)[1]；韓國在2020年修訂了生態環境標準，規定了21個主要污染物目標的土壤污染預防指標值和土壤污染對策指標值。

在中國的土壤污染防治中，最關鍵的土地恢復服務領域具備過萬億的產業規模，僅土地恢復服務規模產值，估計就已超過5 000億元。中國的土地整理計劃，每年建設項目大約有幾十個，每年投資額在20～30億元左右，且多以中小型建設項目居多（2 000萬元以下)。

2 全國土壤污染狀況及市場需求

在全國范圍開展的土壤污染狀況調查結果表明，我國土地生態環境情況總體不容樂觀，部分地區土壤污染問題嚴重，農田生態環境質量堪憂，工礦業及廢棄地等生態環境問題凸顯。工礦業、農村生活等人為活動造成的土壤環境背景值高，是土地污染以及土壤污染嚴重超標的主要因素。目前我國土地總的污染嚴重超標率為36%，其中輕微、輕度、中等和重度的污染點位比率分別為13%、11%、5%和7%。污染物種類以無機物居多，有機物次之，復合型污染物比例較小。從土壤污染分布現狀來看，中國南部土壤污染狀況較北部嚴重;長江三角洲、珠江三角洲、以及東北地區等老工業基地的局部地區土壤污染情況相對明顯；西南、中南部一帶土地，有色重金屬的超標程度比較嚴重；鎘、鉛等四類無機污染物的比例，呈現出從西北向東南、從東北到西南逐步增加的趨勢。

在環境工業發達的國家，土壤修復行業所占環境工業的市場份額達到30%～50%，而中國土壤修復行業才剛剛起步，具備資格的處理公司基本為零，行業規模遠遠無法適應社會需求。一方面是環境保護、食品安全和新農村可持續發展的需要，另一方面是農村城鎮化的深入，孕育了土壤恢復的龐大市場。雖然我國的行業立法規范和行業標準建立在總體上尚處于初級階段，但是隨著立法效率的明顯提高，我國從宏觀經濟政策層面上支持鄉村土壤污染修復產業長期發展的大背景和大環境基礎是基本確定的[2]。

3 污染土壤治理與修復技術

污染土地治理是指對被破壞的土地實施修復、整治的行為。土壤修復技術是指利用物理、化學和生物技術轉移、吸收、溶解土壤中的有害物質，將其含量減少至環境可接受程度，并使有毒有害的物質逐步轉變為無害物質。污染土壤修復技術主要分為兩類，一類是通過減少有害物質在土地上的存在以及將其同環境結合的形式，減少其在環境上的生化可遷移性和生物可利用度；另一類則是降低土壤中有害物質的含量。具體的治理技術包括物理、化學、植物、微生物等修復技術。物理修復技術有熱脫附、蒸汽浸提技術，以及泥土異地回填等；化學及植物修復技術有植被固定-穩定性科技、氧化修復、化學物質改良、植被表面活性劑清洗和土壤有機質修復技術；植物修復技術一般可以分為植被富集、固化和降解技術；針對植被不同的修復部位，可分為原位修復和異位修復技術。

3.1 物理修復技術

物理修復技術是指利用某種物理過程，使物質（尤其是有機合成物質)在環境中消除或分解的工藝技術。熱加工方法是廣泛應用于工業場所環境中有機污染物的重要自然物理修復技術，包含熱脫附法、微波技術加熱法和蒸汽浸提法等工藝技術，目前已經廣泛應用于苯系物、多環芳烴、多溴聯苯和二惡英等污染土壤的修復。

3.1.1 換土法

換土法是指通過把污染的土壤全部或局部替換成新的不受任何污染影響的土壤，從而修復土壤污染，并提高原土地的環境容量。換土法可進一步分成四種形式：換土地、去地表土、寵土和翻土。（1）換土地是指直接去除原環境污染的土壤，再換上潔凈土壤，此法更適合于小范圍的土壤污染，特別是存在可擴散或難分解的高輻射性環境污染的土地。而在修復過程中，相關人員必須考慮并妥善解決置換出的污染土壤，以免產生二次污染。（2）去地表土指 直接在原位移除被環境污染的地表土壤。（3）寵土則是指直接將潔凈的新土壤覆在被環境污染的舊土壤上面，從而減少了土壤污染物直接觸及植物根部的面積，減少污染物的含量，進而減少污染。（4）翻土是指將被環境污染的表土翻至深層，使積聚在表層中的污染物質得以擴散至較深的土壤中，以此稀釋污染物，該法適用于較深地層的土壤[3]。對于置換出的土壤，主要采用以下方式進行處理。

（1)燃燒：即利用有氧燃燒氧化或消除有機廢物。優勢：污染物去除干凈，能處理環境污染程度高的泥土，占用面積較小。劣勢：由于土壤的比熱值很低，且一般都無法維持自發燃燒，所以必須增加能源（煤粉等)，因此生產成本較高；對重金屬物質等無機污染物處理不利。該方法在國外比較普遍，尤其是日本、瑞士這些國土資源緊張但相對富裕的發達國家。此外在許多發達國家，污染土壤不能進入廢物填埋場，所以焚燒法也有一定的使用率，但是在國內，由于價格較高，所以在經濟欠發達區域使用非常少。

（2)填埋：進入垃圾填埋場進行填埋。優勢：成本低廉。劣勢：污染地下水、損壞垃圾填埋場堆體的微生物條件、降低處置效能、占用建筑面積太大等。

（3)土壤固化/穩定性處理：指使用特定方式將污染土壤凝固/穩定，而不對周圍環境產生危險的處理過程。優勢：環境影響小，占地面積小。劣勢：價格高昂。該處理方案是所有土壤修復方案中費用最高的一種，處理一噸土往往需要上千美元。但是該法可以很好地降低重金屬和放射性污染土地的環境危害，被認為是處理污染濃度很高、污染非常嚴重的土地的終極處理方式。

（4)生物化處理：對污染土壤進行處理之后再進行生物化處理，如利用植物的基質進行處理等。優勢：環境影響小，價格低廉。劣勢：該法可用于污染程度相對較輕的土壤，但需要與其他的處理方式相配合。

3.1.2 熱修復法

熱修復法屬于物理修復法，技術成熟、工藝簡便。由于該方法消耗時間較長，導致實際運行費用較高，所以使用范圍比較窄。

3.1.3 玻璃化技術

玻璃化（Vitrification)工藝，是指將被重金屬污染的土壤放在高溫和高壓的自然環境中，使其成為玻璃態材料，使其重金屬污染保持在其中，從而減少土地中重金屬污染的危害。該法工作量很大且費用偏高，但能夠從根源上緩解重金屬的危害。該法最大的優點是見效較快，所以可應用于受重金屬危害較嚴重的土地搶救性治理項目。

3.1.4 電修復法

電還原法是指將低壓直流電場通入被環境污染的土地兩端，通過溶質電泳和介質電滲，將有機物質或重金屬定向轉移至電極附近富集或者被收集回收，以此恢復環境。電修復技術一般應用于遭受重金屬破壞后的環境恢復中。錢署強等人[4]進行的田間以及試驗室調查證明了該法不但適用于修補受無機污染物污染嚴重的土壤作業中，而且還適用于修補遭受較低濃度的有機物、如苯、乙酸、苯酚、二甲苯等污染嚴重的土壤作業中。

3.2 化學修復技術

相比于物理修復，污染土壤的化學修復技術發展較早，目前主流技術有土地凝固-穩定化工藝技術、淋洗技術、化學氧化還原技術、光催化作用的分解技術等。

3.2.1 淋洗法

淋洗法是指利用注水方式清洗殘存于土壤孔隙介質中的有害物質，并把滲入地底的土壤沖洗液進行處置后，恢復土地功能的方式。需要修復的污染土壤會依性質的不同而在采用淋洗方法時有所不同，比如砂土，因其黏性差、無法有效吸收污染，所以通常都只須對其采用初始淋洗；而粘性較好的粘土，因其對污染有很好的吸收能力，就需要對其進行更進一步的恢復處理。工作人員通常會在對污染土壤采用初始淋洗處置時，選擇使用清水、無機或有機溶液為初始淋洗液，而考慮到在土壤修復程序中，可能會由于初始淋洗液而產生二次污染，所以通常都會優先選用清水來當作初始淋洗液。一般而言，初始淋洗法的水量消耗較小，在操作時也不會直接與污染物質發生接觸，所以工作人員在處理土壤污染時要根據實際情況謹慎選用淋洗液。

3.2.2 提取法

提取法是指利用生化藥物與土壤中所含的物質進行化學反應，以產生新型的水溶性液晶聚合物，然后利用物理或生化手段將其從混和提取液中分離出來的方法。該法已被廣泛用于修復被重金屬破壞的土壤環境工程中，而國內目前對相關領域的研究尚處于試驗階段。

3.2.3 重金屬穩定固化技術

（1）將土壤中被重金屬污染的土樣利用破碎機加以破碎，使之得以充分發生反應；通過土木篩后，再投入攪拌器進行均勻混合；最后通過專業重金屬測量儀分析污染土樣，算出總投入量，并在混合過程中添加相應比例水分。

（2）根據第一步分析的土壤污染性質，制定土壤重金屬穩化學生產配方，在進行土壤重金屬穩化學生產反應時，平衡土壤中的有機重金屬危害產物，將其固化穩定后排除。

（3）再次評估處理后的土地：達標時可對土地加以回填或重新使用；如果不合格，可以再利用土壤重金屬儀器，根據保留物質開展進一步研究，或者重新配置土壤重金屬穩化學制備設備，使之最終達標。

3.3 微生物及植物修復技術

微生物修復技術是指利用微生物的功能去除土地或水域中的污染，或者將污染無害化的技術過程。它包括修復天然及人為造成的污染，將污染降級或進行無害化的再處理過程。這種生態修復技術已在被農藥或石油等污染的土壤修復中獲得應用。

3.3.1 生物通氣法

生物通氣法是把壓縮的空氣強行通進污染土壤中，并將水中的可揮發性有機質一并抽出，直接進入大氣層，然后再通過排入廢氣的設施對其進行后續處置，這也是一個利用強迫氧化分解的方式進行土壤降解的方法。這種技術通常應用在地下水層上部透氣性很好和被易于揮發的有機質破壞的土壤治理項目中，也可用于修復疏松多孔的土壤，這類土壤有利于細菌的增殖發育。一般在采用通氣方法進行土壤處理時，工作人員需要先在污染土地上打至少兩口水井，在注入氣體前先通入高壓，作為細菌發生快速分解的氮源，以加強修復作用。

3.3.2 植物修復法

植物修復法是使用水生植物來吸附破壞土壤環境的有害物質的方法。該法使有害物質富集轉移到植株上的枝條和果實部分，或使用植株根部特定的細菌系和酶系統絡合污染土壤中的有機重金屬，以減少植株生物毒性和泥土中有機重金屬的活力，也減少了土壤中的有機重金屬直接擴散或被淋濾時再次污染土壤的可能性。該法重點應用于修復重金屬污染土壤或有機物污染土壤。目前，國內外在這方面的應用比較緩慢，主要還是利用植株根部的細菌群體降解土壤有機質的方法進行修復。

4 污染土壤修復技術展望

總體而言，因為監管不足以及政策法規不健全，目前國內修復污染土壤仍然是以回填法為主，未來技術相對完善的焚燒法也將慢慢成為主流；生物化處理雖然也面臨一定困難，但一直都是很關鍵的技術，生物穩定法嚴格來說效果無法持久且成本較高，所以市場也相對小眾；一般重金屬污染過的土壤都是在挖走后進行修復處理，治理后的土壤在達到標準后再進行填埋處理，而針對不同土壤的重金屬污染通常是通過重金屬穩定固化技術進行修復。

5 結語

近十余年來，通過在世界范圍內進行科學研究與應用，研究人員已基本建立了包括土地物理修復、化學修復、生態修復等技術的污染土壤修復工程技術體系，并積累了在各種污染土壤修復中的綜合應用工程技術經驗。在土壤污染種類呈現多樣性、污染場地的綜合環境影響更加復雜的背景下，相關人員未來還應發展建設針對環境污染土壤進行修復利用的決策支持系統和事后評價體系，并盡早形成合理的、對大多數污染土壤環境和種類都有效的一般性評估指標。研究人員未來的一個重點任務是加大對治理基準的研發，以保障對污染環境治理結果評估的科學化。