[科普中國]-土壤污染修復(fù)技術(shù)

土壤污染修復(fù)技術(shù)則是指采用化學(xué)、物理學(xué)和生物學(xué)的技術(shù)與方法以降低土壤中污染物的濃度、固定土壤污染物、將土壤污染物轉(zhuǎn)化成為低毒或無毒物質(zhì)、阻斷土壤污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)移途徑的技術(shù)總稱。

目前，理論上可行的修復(fù)技術(shù)有植物修復(fù)技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)、物理修復(fù)技術(shù)和綜合修復(fù)技術(shù)等幾大類。部分修復(fù)技術(shù)，如可降解有機(jī)污染物和重金屬污染土壤的修復(fù)等方面已進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用階段，并取得了較好的效果。對(duì)污染土壤實(shí)施修復(fù)阻斷污染物進(jìn)入食物鏈，防止對(duì)人體健康造成危害，促進(jìn)土地資源保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展具有重要意義

一、技術(shù)分類從不同角度，可以對(duì)土壤污染修復(fù)技術(shù)進(jìn)行不同分類。

(一) 按修復(fù)土壤的位置分土壤污染修復(fù)技術(shù)可分為原位修復(fù)技術(shù)(insitu technologies)和異位修復(fù)技術(shù)(ex-situ technologies)。

原位修復(fù)技術(shù)指對(duì)未挖掘的土壤進(jìn)行治理的過程，對(duì)土壤沒有太大擾動(dòng)。其優(yōu)點(diǎn)是比較經(jīng)濟(jì)有效，就地對(duì)污染物進(jìn)行降解和減毒。無需建設(shè)昂貴的地面環(huán)境工程基礎(chǔ)設(shè)施和遠(yuǎn)程運(yùn)輸，操作維護(hù)較簡單。此外，原位修復(fù)技術(shù)可以對(duì)深層次土壤污染進(jìn)行修復(fù)。缺點(diǎn)是控制處理過程中產(chǎn)生的“三廢”比較困難。

異位修復(fù)技術(shù)指對(duì)挖掘后的土壤進(jìn)行修復(fù)的過程。異位修復(fù)分為原地(on site)處理和異地(off site)處理兩種，原地處理指發(fā)生在原地的對(duì)挖掘出的土壤進(jìn)行處理的過程，異地處理指將挖掘出的土壤運(yùn)至另一地點(diǎn)進(jìn)行處理的過程。其優(yōu)點(diǎn)是對(duì)處理過程的條件控制較好、與污染物接觸較好。容易控制處理過程中產(chǎn)生的“三廢”的排放；缺點(diǎn)是在處理之前需要挖土和運(yùn)輸，會(huì)影響處理過的土壤的再使用且費(fèi)用通常較高。

(二) 根據(jù)操作原理分類Adriano(1997)則將修復(fù)技術(shù)分為物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)和生物修復(fù)技術(shù)。

物理修復(fù)技術(shù)和化學(xué)修復(fù)技術(shù)是利用污染物或污染介質(zhì)的物理或化學(xué)特性，以破壞(如改變化學(xué)性質(zhì))、分離或同化污染物具有實(shí)施周期短、可用于處理各種污染物等優(yōu)點(diǎn)。但均存在處理成本高，處理工程偏大的缺點(diǎn)。

微生物修復(fù)技術(shù)指利用微生物的代謝過程將土壤中的污染物轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水、脂肪酸和生物體等無毒物質(zhì)的修復(fù)過程。植物修復(fù)技術(shù)是利用植物自身對(duì)污染物的吸收、固定、轉(zhuǎn)化和積累功能，以及通過為根際微生物提供有利于修復(fù)進(jìn)行的環(huán)境條件而促進(jìn)污染物的微生物降解和無害化過程，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)污染土壤的修復(fù)。微生物修復(fù)和植物修復(fù)均具有處理費(fèi)用較低、可達(dá)到較高的清潔水平等優(yōu)點(diǎn)，但均存在所需修復(fù)時(shí)間較長、受污染物類型限制等不足1。

二、選擇原則根據(jù)土壤污染類型在選擇土壤污染修復(fù)技術(shù)時(shí)必須考慮修復(fù)的目的、社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況、修復(fù)技術(shù)的可行性等方面。就修復(fù)的目的而言，有的是為了使污染土壤能夠在安全地被農(nóng)業(yè)利用，而有的則是限制土壤污染物對(duì)其他環(huán)境組分(如水體和大氣等)的污染，而不考慮修復(fù)后能否被農(nóng)業(yè)利用。不同修復(fù)目的可選擇的修復(fù)技術(shù)不同，就社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況而言，有的修復(fù)工作可以在充足的經(jīng)費(fèi)支撐下進(jìn)行，此時(shí)可供選擇的修復(fù)技術(shù)比較多；有的修復(fù)工作只能在有限的經(jīng)費(fèi)支撐下進(jìn)行。此時(shí)可供選擇的修復(fù)技術(shù)就有限。土壤是一個(gè)高度復(fù)雜的體系，任何修復(fù)方案都必須根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況而制定，不可完全照搬其他國家、地區(qū)和其他土壤的修復(fù)方案。因此，在選擇修復(fù)技術(shù)和制定修復(fù)方案時(shí)應(yīng)該考慮如下原則：

(一) 因地制宜原則土壤污染修復(fù)技術(shù)的選擇受到很多因素影響：環(huán)境條件、污染物來源和毒性、污染物目前和潛在的危害、土壤的物理化學(xué)性質(zhì)、土地使用性質(zhì)、修復(fù)的有效期、公眾接受程度以及成本效益等。所以，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)要根據(jù)實(shí)際情況選擇適合的技術(shù)方法。

(二) 可行性原則針對(duì)不同類型的污染土壤在選擇修復(fù)方法時(shí)應(yīng)考慮兩方面可行性：經(jīng)濟(jì)可行性，應(yīng)考慮污染地的實(shí)際情況和經(jīng)濟(jì)承擔(dān)能力，花費(fèi)不宜太高；技術(shù)可行性，所采用的技術(shù)必須可靠、可行，能達(dá)到預(yù)期的修復(fù)目的。

(三) 保護(hù)耕地原則我國地少人多。耕地資源緊缺，選擇修復(fù)技術(shù)時(shí)，應(yīng)充分考慮土壤的二次污染和持續(xù)利用問題，避免處理后土壤完全喪失生產(chǎn)能力，如玻璃化技術(shù)、熱處理技術(shù)和固化技術(shù)等。

三、技術(shù)策略針對(duì)受重金屬、農(nóng)藥、石油、POPs等中輕度污染的農(nóng)業(yè)土壤，應(yīng)選擇能大面積應(yīng)用的、廉價(jià)的、環(huán)境友好的生物修復(fù)技術(shù)和物化穩(wěn)定技術(shù)，實(shí)現(xiàn)邊修復(fù)邊生產(chǎn)，以保障農(nóng)村生態(tài)環(huán)境、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境和農(nóng)民居住環(huán)境安全；針對(duì)工業(yè)企業(yè)搬遷的化工、冶煉等各類重污染場(chǎng)地土壤，應(yīng)選擇原位或異位的物理、化學(xué)及其聯(lián)合修復(fù)工程技術(shù)，選擇土壤-地下水一體化修復(fù)技術(shù)與設(shè)備，形成系統(tǒng)的場(chǎng)地土壤修復(fù)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)規(guī)范，以保障人居環(huán)境安全和人群健康；針對(duì)各類礦區(qū)及尾礦污染土壤，應(yīng)著力選擇能控制生態(tài)退化與污染物擴(kuò)散的生物穩(wěn)定化與生態(tài)修復(fù)技術(shù)。將礦區(qū)邊際土壤開發(fā)利用為植物固碳和生物質(zhì)能源生產(chǎn)的基地，以保障礦區(qū)及周邊生態(tài)環(huán)境安全和飲用水源2。

四、發(fā)展趨勢(shì)(一) 向綠色的土壤生物修復(fù)技術(shù)發(fā)展

利用太陽能和自然植物資源的植物修復(fù)、土壤中高效專性微生物資源的微生物修復(fù)、土壤中不同營養(yǎng)層食物網(wǎng)的動(dòng)物修復(fù)、基于監(jiān)測(cè)的綜合土壤生態(tài)功能的自然修復(fù)，將是21 世紀(jì)土壤環(huán)境修復(fù)科學(xué)技術(shù)研發(fā)的主要方向。農(nóng)田耕地土壤污染的修復(fù)技術(shù)要求能原位地有效消除影響到糧食生產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的微量有毒有害污染物，同時(shí)既不能破壞土壤肥力和生態(tài)環(huán)境功能，又不能導(dǎo)致二次污染的發(fā)生。發(fā)展綠色、安全、環(huán)境友好的土壤生物修復(fù)技術(shù)能滿足這些需求，并能適用于大面積污染農(nóng)地土壤的治理，具有技術(shù)和經(jīng)濟(jì)上的雙重優(yōu)勢(shì)。從常規(guī)作物中篩選合適的修復(fù)品種，發(fā)展適用于不同土壤類型和條件的根際生態(tài)修復(fù)技術(shù)已成為一種趨勢(shì)。應(yīng)用生物工程技術(shù)如基因工程、酶工程、細(xì)胞工程等發(fā)展土壤生物修復(fù)技術(shù)，有利于提高治理速率與效率，具有應(yīng)用前景。

(二) 從單項(xiàng)向聯(lián)合、雜交的土壤綜合修復(fù)技術(shù)發(fā)展

土壤中污染物種類多，復(fù)合污染普遍，污染組合類型復(fù)雜，污染程度與厚度差異大。地球表層的土壤類型多，其組成、性質(zhì)、條件的空間分異明顯。一些場(chǎng)地不僅污染范圍大、不同性質(zhì)的污染物復(fù)合、土壤與地下水同時(shí)受污染，而且修復(fù)后土壤再利用方式的空間規(guī)劃要求不同。這樣，單項(xiàng)修復(fù)技術(shù)往往很難達(dá)到修復(fù)目標(biāo)，而發(fā)展協(xié)同聯(lián)合的土壤綜合修復(fù)模式就成為場(chǎng)地和農(nóng)田土壤污染修復(fù)的研究方向。

(三) 從異位向原位的土壤修復(fù)技術(shù)發(fā)展

將污染土壤挖掘、轉(zhuǎn)運(yùn)、堆放、凈化、再利用是一種經(jīng)常采用的離場(chǎng)異位修復(fù)過程。這種異位修復(fù)不僅處理成本高，而且很難治理深層土壤及地下水均受污染的場(chǎng)地，不能修復(fù)建筑物下面的污染土壤或緊靠重要建筑物的污染場(chǎng)地。因而，發(fā)展多種原位修復(fù)技術(shù)以滿足不同污染場(chǎng)地修復(fù)的需求就成為近年來的一種趨勢(shì)。例如，原位蒸氣浸提技術(shù)、原位固定-穩(wěn)定化技術(shù)、原位生物修復(fù)技術(shù)、原位納米零價(jià)鐵還原技術(shù)等。另一趨勢(shì)是發(fā)展基于監(jiān)測(cè)的發(fā)揮土壤綜合生態(tài)功能的原位自然修復(fù)。

(四) 基于環(huán)境功能修復(fù)材料的土壤修復(fù)技術(shù)發(fā)展

黏土礦物改性技術(shù)、催化劑催化技術(shù)、納米材料與技術(shù)已經(jīng)滲透到土壤環(huán)境和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，并應(yīng)用于污染土壤環(huán)境修復(fù)，例如利用納米鐵粉、氧化鈦等去除污染土壤和地下水中的有機(jī)氯污染物。但是，目標(biāo)土壤修復(fù)的環(huán)境功能材料的研制及其應(yīng)用技術(shù)還剛剛起步，具有發(fā)展前景。但是，對(duì)這些物質(zhì)在土壤中的分配、反應(yīng)、行為、歸趨及生態(tài)毒理等尚缺乏了解，對(duì)其環(huán)境安全性和生態(tài)健康風(fēng)險(xiǎn)還難以進(jìn)行科學(xué)評(píng)估。基于環(huán)境功能修復(fù)材料的土壤修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用條件、長期效果、生態(tài)影響和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)有待回答。

(五) 基于設(shè)備化的快速場(chǎng)地污染土壤修復(fù)技術(shù)發(fā)展

土壤修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用在很大程度上依賴于修復(fù)設(shè)備和監(jiān)測(cè)設(shè)備的支撐，設(shè)備化的修復(fù)技術(shù)是土壤修復(fù)走向市場(chǎng)化和產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)。植物修復(fù)后的植物資源化利用、微生物修復(fù)的菌劑制備、有機(jī)污染土壤的熱脫附或蒸氣浸提、重金屬污染土壤的淋洗或固化、穩(wěn)定化、修復(fù)過程及修復(fù)后環(huán)境監(jiān)測(cè)等等都需要設(shè)備。尤其是對(duì)城市工業(yè)遺留的污染場(chǎng)地，因其特殊位置和土地再開發(fā)利用的要求，需要快速、高效的物化修復(fù)技術(shù)與設(shè)備。開發(fā)與應(yīng)用基于設(shè)備化的場(chǎng)地污染土壤的快速修復(fù)技術(shù)是一種發(fā)展趨勢(shì)。一些新的物理和化學(xué)方法與技術(shù)在土壤環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域的滲透與應(yīng)用將會(huì)加快修復(fù)設(shè)備化的發(fā)展，例如，冷等離子體氧化技術(shù)可能是一種有前景的有機(jī)污染土壤修復(fù)技術(shù)（未發(fā)表資料），將帶動(dòng)新的修復(fù)設(shè)備研制。

(六) 向土壤修復(fù)決策支持系統(tǒng)發(fā)展

污染土壤修復(fù)決策支持系統(tǒng)是實(shí)施污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)管理和修復(fù)技術(shù)快速篩選的工具。污染土壤修復(fù)技術(shù)篩選是一種多目標(biāo)決策過程，需要綜合考慮風(fēng)險(xiǎn)削減、環(huán)境效益與修復(fù)成本等要素。歐美許多土壤修復(fù)研究組織如CLARINET、EUGRIS、NATOPCCMS等針對(duì)污染場(chǎng)地管理和決策支持進(jìn)行了系統(tǒng)研究和總結(jié)。一些輔助決策工具如文件導(dǎo)則、決策流程圖、智能化軟件系統(tǒng)等已陸續(xù)出臺(tái)和開發(fā)，并在具體的場(chǎng)地修復(fù)過程中被采納?；陲L(fēng)險(xiǎn)的污染土壤修復(fù)后評(píng)估也是污染場(chǎng)地風(fēng)險(xiǎn)管理的重要環(huán)節(jié)，包括修復(fù)后污染物風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、修復(fù)基準(zhǔn)及土壤環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)等內(nèi)容。土壤污染類型多種多樣，污染場(chǎng)地錯(cuò)綜復(fù)雜，需要發(fā)展場(chǎng)地針對(duì)性的污染土壤修復(fù)決策支持系統(tǒng)及后評(píng)估方法與技術(shù)。

五、土壤污染修復(fù)技術(shù)展望隨著危害生態(tài)安全和人體健康的土壤污染問題日漸凸現(xiàn)，重金屬、農(nóng)藥、持久性有機(jī)污染物和有機(jī)金屬化合物等持久性有毒物質(zhì)污染土壤的修復(fù)已成為土壤學(xué)界和環(huán)境學(xué)界的研究熱點(diǎn)。發(fā)展適合的土壤污染與修復(fù)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估理論與方法，以及發(fā)展能適合大規(guī)模應(yīng)用的低成本污染土壤修復(fù)技術(shù)是當(dāng)今國際性土壤修復(fù)研究和發(fā)展的趨勢(shì)。

未來土壤污染修復(fù)的方向性研究主要可能同繞以下幾方面開展：

(一) 場(chǎng)地土壤污染診斷、痕量毒害污染物鑒別及源解析，包括：土壤環(huán)境復(fù)合/混合污染的化學(xué)、生物學(xué)及生態(tài)毒理學(xué)診斷，土壤環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)，新型痕量毒害污染物的監(jiān)測(cè)和鑒別，污染源識(shí)別與解析途徑和方法等。

(二) 污染場(chǎng)地、土壤污染風(fēng)險(xiǎn)表征和修復(fù)決策支持系統(tǒng)，包括：土壤污染物的形態(tài)和生物有效性，土壤污染的空間分布特征，不同土地利用方式下污染土壤的生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)和健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，優(yōu)先修復(fù)點(diǎn)位的確定方法，修復(fù)決策支持系統(tǒng)，“風(fēng)險(xiǎn)降低環(huán)境效益-成本”三位一體的評(píng)估模型等。

(三) 土壤污染修復(fù)的過程、機(jī)理及其管理，包括：土壤污染的生物修復(fù)、物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)及其聯(lián)合修復(fù)等過程和機(jī)理，自然緩解修復(fù)過程和機(jī)理，修復(fù)過程的條件化、效應(yīng)指示和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，土壤修復(fù)原理與規(guī)范，土壤修復(fù)政策、法律和法規(guī)等。

(四) 土壤修復(fù)材料、關(guān)鍵技術(shù)和設(shè)備的開發(fā)、集成、示范和管理，包括：環(huán)境友好型土壤修復(fù)材料和制劑的研究方法、篩選、結(jié)構(gòu)表征和功能指示，修復(fù)效果、穩(wěn)定性及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，修復(fù)后土壤資源綜合管理，修復(fù)材料與生物修復(fù)資源的綜合利用和安全處理，成套關(guān)鍵技術(shù)集成、示范和推廣應(yīng)用等。

(五) 研發(fā)綠色與環(huán)境友好的生物修復(fù)、聯(lián)合修復(fù)、原位修復(fù)、基于環(huán)境功能修復(fù)材料的修復(fù)、基于設(shè)備化的快速場(chǎng)地修復(fù)、土壤修復(fù)決策支持系統(tǒng)及修復(fù)后評(píng)估等技術(shù)。在土壤污染機(jī)制研究和實(shí)際修復(fù)案例集成分析的基礎(chǔ)上，逐步形成重金屬、農(nóng)藥、POPs、放射性核素、生物性污染物、新興污染物及其復(fù)合污染土壤的修復(fù)技術(shù)體系，建立土壤修復(fù)技術(shù)規(guī)范、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和管理政策，以推動(dòng)土壤環(huán)境修復(fù)技術(shù)的市場(chǎng)化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，提升我國這一新興產(chǎn)業(yè)在國際環(huán)境修復(fù)市場(chǎng)中的競爭力。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

吳俊文 - 博士 - 廈門大學(xué)