土壤污染問題與生態環境保護措施研究

李 祥，趙文艷，甘 曉

（三益（山東）測試科技有限公司，山東 棗莊 277800）

土壤是覆蓋地球巖石表面的有機和無機材料的薄層，其中，有機部分包括植物和動物腐爛的遺骸；無機部分則由巖石碎片組成。土壤也可以定義為由于巖石材料的原位風化或水、風、冰等運輸的礦物質積累而覆蓋陸地表面的細土[1]。土壤是土地的主要組成部分，作為一種資源，它具有不可再生的性質，人類的生存依賴于健康的土壤，因此對土壤的保護非常重要。盡管土壤發揮著重要作用，但由于迅速增長的人口壓力和治理不力等因素，加劇了土壤資源的退化，土壤污染問題日益嚴重。在此背景下，針對常見土壤污染問題進行治理，并對相關保護措施和技術的前景、應用及推廣進行深度研究迫在眉睫。

1 常見土壤污染問題與生態環境保護措施

1.1 常見土壤污染問題

造成土壤污染的污染物主要包括各種化學污染物、物理污染物、生物污染物和放射性污染物[2]。按照不同污染物的性質和表現形式，常見土壤污染問題如表1所示。

表1 常見土壤污染問題

1.2 常見土壤治理措施

土壤治理涉及有關土壤利用的決策過程中采用的一系列政策、措施等，這是一個跨領域的問題，需要考慮到所有人類活動以及它們對土壤的影響及管理，良好的土壤治理有助于實現可持續發展。在土壤治理中，常見的土壤治理技術措施如表2所示。

2 土壤污染治理及生態環境保護措施的技術前景

2.1 土壤治理技術發展現狀

對土壤的錯誤利用造成了土壤質量在幾個世紀以來不斷下降，據估計，世界上三分之一的耕地已經受到土地退化的影響，而由于不可持續的管理做法，每年有10到1 200萬公頃的肥沃土壤流失[3]。在此背景下，土壤治理必須使用恰當的技術。為了確保環境治理工作不會造成不必要的環境破壞，而是與全球努力保持一致，以實現更可持續的未來，我們必須研發更加全面的土壤污染治理技術和措施。

現階段，我國土壤修復技術的發展速度較快，已形成很多不同種類的技術方法。自2010年以來，我國土壤修復相關專利年公開量整體呈不斷上升的趨勢，2010年，我國土壤修復專利公開量為47件，2021年升至1 764件[4]。此外，我國不斷出臺土壤修復方面的政策并提高相關的財政支出，以2021年為例，我國在土壤修復方面的財政支出超過50億元。由此可見，我國土壤治理技術取得了令人矚目的進步，由此催生的土壤修復行業也取得了較為可觀的社會和經濟效益。

2.2 土壤治理技術發展前景

歷經數十年的發展，污染土壤修復技術已經發生了翻天覆地的變化，而更高的修復標準也對其發展指明了方向。未來，土壤修復技術必然會更加強調綠色環保與生態保護。土壤修復的目的在于保持土壤的良好條件，進而維持基于土壤的生態平衡與生態和諧。在生態環境保護理念不斷優化的背景下，土壤修復技術不但要能修復土壤，還要更加綠色、環保，并能充分實現生態修復的目標，土壤修復技術必然會向更加綜合的方向發展，比如近年來，納米技術為土壤修復提供了非常有效且具有成本效益的工具。

土壤很容易受到重金屬和不同類型化合物的污染，這些化合物主要來自農業生產中使用的不同類型的肥料和殺蟲劑等。被重金屬污染的土壤是世界范圍內與環境相關的重大問題，重金屬污染土壤凈化技術，例如生物、物理和化學方法等，大部分效率較低且成本較高。近年來，納米技術因為其靈活、有效，在污染土壤凈化和環境修復方面的潛力備受關注，因為其具有巨大的比表面積和大量吸收重金屬的能力，可將有害成分轉化為無毒物質，可用于減少或沉淀、升級致命金屬，例如將Cr(VI)轉化為穩定的Cr(III)。

3 土壤污染治理及生態環境保護措施的技術應用

3.1 常見土壤修復技術的優缺點

盡管大多數土壤污染治理技術切實改善和修復了土壤污染，但是，傳統的土壤修復技術會對環境產生一些負面影響，包括土壤條件的變化、有毒副產品的產生、加速土壤侵蝕等，可以說這些技術或多或少存在一定的問題。例如，使用熱力修復技術進行土壤治理時，將受污染的土壤加熱到高溫是一項能源密集型技術，且土壤礦物質和有機物有可能在高溫下被完全破壞，進而限制了土壤和生態系統恢復原始狀態的能力。雖然熱修復技術可以有效去除污染，但高溫對生態系統（即植物生長和土壤生物）和重新綠化工作的影響尚未得到破解。

另一方面，植物修復作為污染土壤修復的環保方法已被公眾廣泛接受。與傳統的物理及化學修復方法相比，植物修復可節省約60%～80%的成本。在實際應用中，植物修復能夠在不干擾自然土壤功能的情況下，減少大部分土壤污染物。該技術不僅可以去除土壤中的污染物，還可以減少微量元素的浸出，從而減少水在土壤剖面中的滲透作用。此外，植物修復還帶來了額外的好處，例如碳封存、土壤侵蝕控制、薪材生產、生物多樣性保護以及景觀的美學價值，非常適合修復大面積及中等污染的土壤。

盡管植物修復在減少污染物方面具有許多優點，但從環境健康的角度來看，它們通過食物鏈運輸并在生物組織中累積的風險不能忽視。例如，電子廢物污染場地的土壤通常含有高濃度的微量金屬，其通過食物鏈進行生物累積的風險很高，特別是在使用具有可食用果實的植物物種的情況下，可能會對人類健康造成威脅。尤其是微量金屬不能被生物途徑破壞，而是在植物體內發生不同氧化狀態或絡合狀態之間的轉化。因此，該技術需要為來自污染場地的“富含污染物的植物”找到合適的處置方法。

3.2 優化常見的土壤修復技術

以熱解吸修復技術為例，該技術涉及對被污染的土壤施加熱量，目的是使碳氫化合物揮發/解吸，然后通過吹掃氣體或真空將碳氫化合物帶走，并最終通過焚燒或碳吸附對其進行破壞。其中，熱脫附可分為低溫熱脫附（LTTD，100～300 ℃）和高溫熱脫附（HTTD，300～550 ℃）。理論上，熱解吸僅由烴類脫附組成，但實際上，熱解吸系統通常通過多種機制實現烴類脫除，包括氧化、焚燒和熱解反應（熱裂解等）。在熱解吸修復中，如果土壤濕度低且碳氫化合物含量高，則可以進行燃料和熱量回收，然后必須重新潤濕處理過的土壤以控制灰塵。在使用帶有轉鼓和直接加熱的干燥機（或窯爐）的熱解吸工藝中，被污染的土壤通常需要通過過量氧氣的明火燃燒器進行加熱。

在逆流操作中，加熱器位于固體離開熱解吸單元的一端，燃燒氣體逆著固體的方向流動；進入轉鼓的土壤首先在缺氧區加熱，發生污染物碳氫化合物的解吸；然而，當固體接近出口時，土壤會進入富氧區，在那里剩余的碳氫化合物和熱解過程中產生的任何焦炭都被燃燒和破壞。這些機制的優勢取決于溫度和氧氣分布：含氧量低的區域中的重質烴可以在相應的溫度下進行熱解（熱裂解等），而高溫含氧區域中的烴可能會被焚燒。在這些過程中，土壤在熱解吸裝置中被挖掘和加熱，解吸的碳氫化合物通過吹掃氣體從主反應器室被帶走并焚燒或吸附到活性炭上，以進行最終處置和空氣污染控制。

由于熱解吸修復技術往往側重于熱處理對污染物的影響以及該技術滿足處理目標的能力，通常不考慮熱處理對土壤的影響。通常熱解吸修復后的土壤用于建筑、回填等應用，而不是用于農業用途或重新綠化。因此，對熱解吸修復技術進行優化，需要考慮環境兼容性和可持續性。具體來說，可將傳統的加熱升溫方式改為陰燃，陰燃是一種無焰燃燒過程，如果燃料和氧氣需求得到滿足，就會傳播一種自我維持的放熱燃燒波，將土壤污染物轉化為熱量、二氧化碳和水，從而無需額外的燃料來完成土壤的修復工作。與現有技術相比，盡管陰燃產生的溫度在空間和時間上有所不同，但平均溫度依然能夠達到600～1 100 ℃ 。由于陰燃前沿的自我維持性質，隨著處理土壤體積的增加，其燃燒過程將變得更加節能。在實際中，為維持陰燃反應，理想的TPH范圍估計為原油31.2～104 g·kg-1、煤焦油28.4～142 g·kg-1。

4 土壤污染治理及生態環境保護措施的技術推廣

要構成“土壤污染”，有毒物質或污染物的濃度必須高到足以對植物生長、動物健康和人類生命造成不利影響。在這方面，《中華人民共和國土壤污染防治法》對“土壤污染”有明確的立法說明，將“土壤污染”定義為“對土壤的任何物理或化學變化，導致其使用者發生變化并使其無法在未經處理的情況下進行有益利用。”因此，土壤治理必須在土地開發的利益和由此產生的對土壤的不利影響之間取得平衡。在土壤污染治理及生態環境保護措施的技術推廣方面，需要政府、企業和民間組織共同努力，由政府提供政策指導、企業提供技術支持、民間組織進行宣傳，三管齊下，讓土壤修復技術得到最大化的推廣和普及。

5 結語

在保護土壤、治理污染方面，除了必須的政策和立法措施，還必須有相應技術來有效治理和修復土壤，進而保護依賴健康土壤的植物、動物和人類生命。本文對現有的土壤污染治理技術進行了分析，論述了技術發展的前景、應用和推廣，旨在為我國的土壤污染治理和生態環境保護工作提供一些思考和借鑒。