周 駿，閆國杰，施曙東

(上海浦東路橋建設(shè)股份有限公司，上海 201210)

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土壤修復(fù)技術(shù)進(jìn)展及國外發(fā)展趨勢(shì)

周 駿，閆國杰，施曙東

(上海浦東路橋建設(shè)股份有限公司，上海 201210)

土壤環(huán)境作為人類生產(chǎn)生活的重要物質(zhì)載體，在城市化進(jìn)程快速發(fā)展的背景下，由于工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)灌溉等活動(dòng)，必然加劇污染源不斷進(jìn)入土壤環(huán)境，進(jìn)而造成土壤、地下水質(zhì)量的持續(xù)污染和惡化。目前，國內(nèi)的土壤修復(fù)技術(shù)主要是以實(shí)驗(yàn)研究為主，大規(guī)模的工程化應(yīng)用尚未廣泛實(shí)現(xiàn)。而國外發(fā)達(dá)國家的土壤修復(fù)技術(shù)研究及工藝運(yùn)營相對(duì)較為成熟，具有規(guī)?；こ虘?yīng)用的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

污染土壤；修復(fù)技術(shù)；國外發(fā)展趨勢(shì)

土壤污染是指由于人類活動(dòng)產(chǎn)生的各種污染物通過各種途徑輸入土壤，其數(shù)量和速度超過了土壤的凈化能力，導(dǎo)致土壤的組成、結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化，從而使土壤的生態(tài)平衡受到破壞，正常功能失調(diào)，導(dǎo)致土壤的環(huán)境質(zhì)量下降，影響作物的正常生長發(fā)育，并產(chǎn)生一定的水和大氣次生污染的環(huán)境效應(yīng)，最終將危及人體健康以及人類生存和發(fā)展的現(xiàn)象。

目前，土壤修復(fù)技術(shù)主要包括污染土壤工程修復(fù)技術(shù)、物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)。

1 國內(nèi)修復(fù)技術(shù)

1.1 污染土壤工程修復(fù)技術(shù)

工程修復(fù)主要包括挖取土、混合土、交換土和深耕翻土等。主要是將污染土壤通過深翻到土壤底層，或者在污染土壤上覆蓋新圖，或者將污染土壤挖走換上未被污染土壤的方法。該方法可以降低土壤中污染物的濃度，但不會(huì)較少污染物的總量，是一種較為普通的修復(fù)方法。該技術(shù)處理穩(wěn)定、無污染、技術(shù)可靠成熟；但是具有工作量大、不能徹底去除土壤中的污染物等缺點(diǎn)，并且要對(duì)污染土壤進(jìn)行儲(chǔ)放和處理。

1.2 污染土壤物理修復(fù)技術(shù)

物理修復(fù)是指通過各種物理作用過程將環(huán)境中的污染物從污染土壤中去除或者分離的技術(shù)。以熱處理技術(shù)為主的物理修復(fù)是應(yīng)用較為廣泛的，主要包括土壤蒸氣浸提、微波/超聲加熱、熱脫附等技術(shù)。

1.2.1 土壤蒸氣浸提技術(shù)

土壤蒸氣浸提(SVE)技術(shù)是將新鮮空氣通過注射井注入污染區(qū)域，利用真空泵產(chǎn)生負(fù)壓，注入的空氣流經(jīng)污染區(qū)域時(shí)，解吸并夾帶土壤孔隙中的VOCs經(jīng)由抽取井流回地上。該技術(shù)是一種原位修復(fù)技術(shù)，對(duì)土壤中揮發(fā)性有機(jī)污染物具有較高的去除效率，因而適用于生產(chǎn)有機(jī)物的化工廠、石油污染嚴(yán)重的場(chǎng)地。有人研究發(fā)現(xiàn)，蒸氣浸提技術(shù)應(yīng)用于苯系物等輕組分石油烴類污染物，對(duì)該污染物的去除率可達(dá)90%[1]。

1.2.2 熱脫附技術(shù)

熱脫附技術(shù)是指通過直接或者間接的熱交換，使得土壤中的有機(jī)物組分升溫至足夠的溫度，使其發(fā)生蒸發(fā)作用并與土壤介質(zhì)分離的過程。該技術(shù)具有污染物處理范圍寬(尤其對(duì)PCBs等含氯有機(jī)物的處理，可減少二噁英的生成)、設(shè)備可移動(dòng)、修復(fù)后土壤可再生利用程度高等優(yōu)點(diǎn)，尤其是在以持久性有機(jī)物污染為主的土壤修復(fù)過程中[2]。

1.3 污染土壤化學(xué)修復(fù)技術(shù)

污染土壤的化學(xué)修復(fù)技術(shù)發(fā)展較早，一般具有修復(fù)周期短的特點(diǎn)。主要的化學(xué)修復(fù)技術(shù)有固化/穩(wěn)定化修復(fù)技術(shù)、氧化還原修復(fù)技術(shù)、淋洗/浸提修復(fù)技術(shù)、電動(dòng)修復(fù)技術(shù)等。

1.3.1 固化/穩(wěn)定化技術(shù)

固化/穩(wěn)定化技術(shù)是將污染土壤與某些具有聚結(jié)作用的黏結(jié)劑混合，進(jìn)而達(dá)到污染物在污染介質(zhì)中固定，使其處于長期穩(wěn)定狀態(tài)，是較普遍應(yīng)用于土壤重金屬污染的快速控制修復(fù)方法。固化技術(shù)是指通過物理化學(xué)、熱力學(xué)過程將土壤中的污染物(主要是重金屬離子)固定起來或者用惰性基材將其密封包實(shí)，或者將污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化成化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定的形態(tài)，進(jìn)而阻止其在土壤環(huán)境中遷移、釋放和擴(kuò)散過程的發(fā)生；而穩(wěn)定化技術(shù)是將污染物轉(zhuǎn)化為不易溶解、遷移能力更弱或者毒性更小的化學(xué)形態(tài)來實(shí)現(xiàn)無害化的過程，降低對(duì)土壤環(huán)境的危害。張新艷等[3]研究表明：作為摻入固化劑中的沸石能夠促進(jìn)含汞廢棄物的穩(wěn)定化過程，當(dāng)沸石的用量為0.3 g/g以上時(shí)，固化體浸出汞濃度低于國家標(biāo)準(zhǔn)，與未添加沸石相比，其處理效率增加近一倍。

1.3.2 氧化還原修復(fù)技術(shù)

氧化還原修復(fù)技術(shù)是指通過向污染土壤中添加化學(xué)氧化劑(Fenton試劑、臭氧、雙氧水、高錳酸鉀等)或者還原劑(二氧化硫、氧化亞鐵、氣態(tài)硫化氫等)，使其與重金屬、有機(jī)物等污染物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成毒性更低或者易降解的小分子物質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)土壤凈化的過程。Thomton[4-5]針對(duì)硫化氫原位修復(fù)六價(jià)鉻土壤污染進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)在以氮?dú)庾鳛檩d氣的情況下，當(dāng)六價(jià)鉻濃度為200 mg/kg，讓200 mg/kg和2000 mg/kg的硫化氫流經(jīng)土壤柱進(jìn)行反應(yīng)；最后用去離子水淋洗土壤柱以分析六價(jià)鉻的去除效率，結(jié)果顯示90%的六價(jià)鉻失活。大量研究發(fā)現(xiàn)：具有強(qiáng)氧化性的1.5%高錳酸鉀對(duì)TCE和PCE均有很高的去除效果[6-7]；通過控制臭氧和萘酚的濃度比在5:1時(shí)，目標(biāo)污染物的去除率可達(dá)到80%[8]。

1.3.3 淋洗/浸提修復(fù)技術(shù)

淋洗/浸提修復(fù)技術(shù)是指將含有沖洗助劑的水溶液、酸/堿溶液、絡(luò)合劑等淋洗劑注入到污染土壤中，進(jìn)而通過一系列的物化反應(yīng)過程將污染物質(zhì)從土壤洗脫出來的過程。研究表明：以磷酸鉀作為基本淋洗劑，結(jié)合其它不同淋洗劑進(jìn)行組合淋洗可顯著提高砷的去除率。在濃度為0.5 mmol/L、液固比為4 mL/g、淋洗時(shí)間為8 h及pH為4.3的最佳淋洗條件下，單獨(dú)使用磷酸鉀可使砷的去除率達(dá)到74%左右，若加入0.5 mmol/L的磷酸二氫鉀和氫氧化鈉混合劑進(jìn)行二次淋洗，去除率可提高15%[9-10]。

1.3.4 電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)

電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)是在直流電壓形成的電場(chǎng)作用下，通過電化學(xué)和電動(dòng)力學(xué)的復(fù)合作用(以電滲透、電遷移、電泳和擴(kuò)散為主)驅(qū)動(dòng)污染物沿電場(chǎng)方向富集到電極區(qū)，再將電極區(qū)集聚的污染物進(jìn)行集中處理或者分離；或者通過電動(dòng)效應(yīng)增加土壤中的有機(jī)污染物、營養(yǎng)物和降解菌之間的傳質(zhì)作用，提高土著或者外源微生物的降解效率，該技術(shù)是一種新興的原位修復(fù)技術(shù)。周東美等[11]通過添加幾種表面活性劑對(duì)含銅污染土壤的處理效果，研究結(jié)果表明添加乳酸可使銅的去除率高達(dá)76%。BOCOS等[12]通過在電場(chǎng)中添加0.2 mmol/L的檸檬酸等類Fenton試劑，研究其對(duì)菲、芘、熒蒽以及嘧霉胺降解率的影響，發(fā)現(xiàn)該體系比單一Fenton試劑的去除效率通過22%。

1.4 污染土壤生物修復(fù)技術(shù)

污染土壤生物修復(fù)技術(shù)是指利用土壤中的植物、動(dòng)物和微生物等生物吸收、降解和轉(zhuǎn)化土壤中的污染物質(zhì)，使得其含量降低到一定水平或者轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)的方法。根據(jù)污染土壤生物修復(fù)主體的不同，可以分為植物修復(fù)技術(shù)、動(dòng)物修復(fù)技術(shù)、微生物修復(fù)技術(shù)。顯然，生物修復(fù)技術(shù)相比較于其他修復(fù)技術(shù)，具有經(jīng)濟(jì)成本低、無二次污染、能耗低、環(huán)境安全，適用于大面積的土壤修復(fù)工程。

1.4.1 植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)技術(shù)是指利用植物、植物及其根際微生物體系對(duì)某種或者某些化學(xué)元素的忍耐和超量積累等特性，將污染土壤中的污染物質(zhì)降解轉(zhuǎn)化為無毒物質(zhì)的方法，是降低土壤中重金屬濃度和毒性的修復(fù)技術(shù)。包括利用植物植物吸取修復(fù)、植物穩(wěn)定修復(fù)、植物降解修復(fù)、植物揮發(fā)修復(fù)、植物過濾修復(fù)等技術(shù)。該技術(shù)適用于以重金屬(砷、鎘、銅、鋅、鎳、鉛)和多環(huán)芳烴為主的污染土壤類型。研究表明，對(duì)土壤中的汞等重金屬具有活化作用的氨基酸、碳水化合物等物質(zhì)可增大植物根部汞的吸收量[13-14]；有關(guān)硫代硫酸鹽等螯合劑強(qiáng)化植物修復(fù)土壤污染的研究發(fā)現(xiàn)，硫代硫化物可活化汞和提高植物根部對(duì)汞等重金屬的吸收量[15]。

1.4.2 動(dòng)物修復(fù)技術(shù)

動(dòng)物修復(fù)技術(shù)是指通過土壤中的某些低等動(dòng)物群的直接或者間接作用，主要包括進(jìn)食、消化、排泄、分泌和挖掘等活動(dòng)，提高土壤中重金屬的活性，進(jìn)而促進(jìn)整個(gè)土壤體系中各群體對(duì)重金屬的吸收降解，達(dá)到修復(fù)土壤的目的。土壤中的蚯蚓等大型土生動(dòng)物通過自身的新陳代謝作用吸收或富集土壤中的污染物，將部分污染物分解為低毒或無毒產(chǎn)物。Gudbrandsen等[16]利用蚯蚓對(duì)土壤中的汞等重金屬降解實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，土壤中的蚯蚓對(duì)汞具有很強(qiáng)的耐受性，在汞污染高達(dá)幾百ppm環(huán)境里，仍具有很高的存活率。

1.4.3 微生物修復(fù)技術(shù)

微生物修復(fù)技術(shù)是指利用具有獨(dú)特生理特性的功能微生物群(主要包括土著微生物、外源微生物和基因工程菌等)，基于微生物自身的新陳代謝功能將土壤中污染物濃度降低一定水平，從而達(dá)到去除污染物質(zhì)的修復(fù)方法。這其中涉及到由于微生物可以改變土壤環(huán)境的理化性質(zhì)而降低有機(jī)污染物的有效性，間接起到污染土壤的修復(fù)作用。Wiatrowski等[17]通過厭氧細(xì)菌Shewanella oneidensis MR-1與土壤中汞的相互作用機(jī)理發(fā)現(xiàn)，在該厭氧菌的表面還原汞，實(shí)現(xiàn)了汞等重金屬的降解。

2 國內(nèi)外土壤修復(fù)治理的發(fā)展趨勢(shì)

目前，國外土壤修復(fù)的趨勢(shì)已經(jīng)有著較為清晰的發(fā)展方向。在污染土壤修復(fù)決策上，已從基于污染物總量控制的修復(fù)目標(biāo)發(fā)展為基于污染風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的修復(fù)導(dǎo)向；在修復(fù)的工程設(shè)備儀器上，已從基于固定式設(shè)備的離場(chǎng)修復(fù)發(fā)展為移動(dòng)式設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)；在污染土壤的修復(fù)技術(shù)上，已從修復(fù)周期較短的物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和物理化學(xué)修復(fù)發(fā)展為生物修復(fù)、植物修復(fù)和基于監(jiān)測(cè)的自然修復(fù)，即從單一修復(fù)技術(shù)發(fā)展為聯(lián)合修復(fù)技術(shù)；從適用于工業(yè)企業(yè)場(chǎng)地污染土壤的離位肥力破壞性物化修復(fù)技術(shù)發(fā)展到適用于農(nóng)田耕地污染土壤的原位肥力維持性綠色修復(fù)技術(shù)。

2.1 土壤修復(fù)治理具體流程

階段一：資料調(diào)查階段

通過已知資料、對(duì)有關(guān)人員的訪談及現(xiàn)場(chǎng)勘察等方法，對(duì)目標(biāo)場(chǎng)地存在土壤污染的可能性進(jìn)行調(diào)查和評(píng)估。并且通過現(xiàn)場(chǎng)勘察，可以確定污染可能性較高的場(chǎng)所，制定階段二的調(diào)查計(jì)劃。該階段需要收集的資料包括：過去場(chǎng)地用途的相關(guān)資料、工廠生產(chǎn)等相關(guān)資料、以前土壤污染調(diào)查資料。

階段二：取樣詳細(xì)調(diào)查階段

通過檢測(cè)土壤樣品掌握目標(biāo)場(chǎng)地的土壤污染情況。該階段一般先實(shí)施確認(rèn)有誤污染的概況調(diào)查，如存在污染，則進(jìn)一步進(jìn)行詳細(xì)調(diào)查。有時(shí)候需要進(jìn)行修復(fù)方案的確定，還需要針對(duì)實(shí)施范圍進(jìn)行調(diào)查。目前的調(diào)查方法主要有表層土壤調(diào)查和鉆孔調(diào)查，并結(jié)合地下水流動(dòng)解析等方法，制定恰當(dāng)?shù)男迯?fù)計(jì)劃及修復(fù)方案。

階段三：修復(fù)及監(jiān)測(cè)階段

根據(jù)污染場(chǎng)地土壤治理修復(fù)方案里確定的具體修復(fù)模式和技術(shù)路線，實(shí)施污染場(chǎng)地的具體土壤修復(fù)工程，使其濃度達(dá)到修復(fù)方案所確定的目標(biāo)值。

土壤修復(fù)治理的具體流程示意圖見圖1。

圖1 土壤修復(fù)治理具體流程示意圖

2.2 國外土壤修復(fù)的發(fā)展歷程及趨勢(shì)

歐美等發(fā)達(dá)國家在土壤修復(fù)治理上主要?dú)v程：20世紀(jì)80年代以前以挖掘填埋、客土、固化/穩(wěn)定化為主的物化處理修復(fù)；20世紀(jì)80年代至今，土壤修復(fù)治理主要以物化修復(fù)技術(shù)為基礎(chǔ)，逐漸與高效低費(fèi)用的生物處理技術(shù)相結(jié)合。

以日本在土壤修復(fù)治理方面為例，主要污染類型包括重金屬污染、揮發(fā)性有機(jī)物污染、油污染等。

2.2.1 重金屬污染修復(fù)

根據(jù)目標(biāo)場(chǎng)地的布局、土壤性質(zhì)和需修復(fù)土量，可選用性價(jià)比高的淋洗設(shè)備進(jìn)行土壤修復(fù)。處理流程及工藝：在滾筒洗滌器內(nèi)將污染土壤和水混合，通過沖擊、磨耗等作用從粗粒徑沙粒表面剝離和分散重金屬等污染物，進(jìn)一步向混合泥漿中添加酸或者堿進(jìn)行清洗，將重金屬溶解后從土壤中抽提，并通過添加沉淀劑、螯合劑等化學(xué)試劑進(jìn)行適當(dāng)處理，抽提后的土壤經(jīng)過中和處理后成為凈化土壤；而后，經(jīng)過后續(xù)的分級(jí)工序，通過震動(dòng)篩、脫水篩和旋風(fēng)分離篩等設(shè)備分離出粗粒和微粒。其中，粗粒經(jīng)過檢測(cè)分析得到凈化土，進(jìn)行回收再利用；分離出的細(xì)微粒主要通過泡沫浮選法、磁選法和重選法進(jìn)行金屬回收利用。

主要工藝流程：清洗(清洗洗滌器)→分級(jí)(震動(dòng)篩、脫水篩、旋風(fēng)分離篩)→泡沫浮選、磁選、重選→金屬回收

2.2.2 揮發(fā)性有機(jī)物污染修復(fù)

專用鐵粉修復(fù)技術(shù)通過添加專用鐵粉土壤修復(fù)劑，利用其對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物的吸附、裂解等過程實(shí)現(xiàn)污染物的去除過程。技術(shù)上主要特點(diǎn)：微小的專用鐵粉添加量即可實(shí)現(xiàn)修復(fù)；與揮發(fā)性有機(jī)物的反應(yīng)速率快；與普通鐵粉相比，不會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的中間體；對(duì)目標(biāo)有機(jī)物的處理具有廣泛性和無選擇性。

厭氧微生物修復(fù)技術(shù)是指利用天然存在的或者篩選培養(yǎng)的厭氧功能微生物群(包括土著微生物、外源微生物和基因工程菌等)，以人為優(yōu)化生長環(huán)境的條件為背景，促進(jìn)或者強(qiáng)化微生物代謝功能，從而達(dá)到降低有毒污染物活性或者降解成無毒物質(zhì)的修復(fù)技術(shù)。

微泡+臭氧修復(fù)技術(shù)是通過微泡和臭氧的剝離、氧化作用對(duì)污染土壤中的揮發(fā)性有機(jī)物進(jìn)行分解和修復(fù)的過程。

2.2.3 油污染修復(fù)

低溫?zé)崽幚硇迯?fù)技術(shù)是利用熱源將油污染土壤中油分揮發(fā)出來并收集，實(shí)現(xiàn)分離分解的處理過程，處理后的土壤可在原地進(jìn)行再利用。適用于高濃度油污染場(chǎng)地。

生物修復(fù)技術(shù)是向油污染土壤中注入營養(yǎng)鹽，使得土壤中微生物活化，進(jìn)而通過微生物的新陳代謝等活動(dòng)實(shí)現(xiàn)分解油分的修復(fù)技術(shù)，其處理后的土壤仍可在原地再利用。適用于擴(kuò)散油污染的場(chǎng)地。

3 結(jié) 語

目前國內(nèi)的土壤修復(fù)技術(shù)主要包括污染土壤工程修復(fù)技術(shù)、物理修復(fù)技術(shù)、化學(xué)修復(fù)技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)等，針對(duì)不同的土壤污染類型可選擇合適的修復(fù)技術(shù)。隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，污染土壤修復(fù)具有巨大的市場(chǎng)前景和市場(chǎng)需求，但我國在土壤修復(fù)技術(shù)、工程化實(shí)踐運(yùn)用、修復(fù)和監(jiān)測(cè)設(shè)備上起步較晚，加之國內(nèi)的法律、監(jiān)管體系還不完善，因而需要進(jìn)一步加快技術(shù)研發(fā)進(jìn)程和制定相關(guān)的法律規(guī)程、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。

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Study on Progresses of Soil Remediation Technologies and Development Trend Aboard

ZHOUJun,YANGuo-jie,SHIShu-dong

(Shanghai Pudong Road & Bridge Construction Co., Ltd., Shanghai 201210, China)

Based the rapid development of urbanization process, the soil environment, as an important carrier of production and living, was contaminated seriously accompanied by industrial production and agriculture irrigation, leading to the worse contaminated fertilizer and groundwater environment. At present, the technologies for contaminated soils remediation at home was staying mainly laboratory investigation and large-scale engineering application was not realized. However, the advanced remediation technologies and engineering practical experience were relatively mature aboard.

contaminated soil; remediation technology; development trend aboard

周駿(1991-)，男，碩士研究生，專業(yè)方向?yàn)樗幚砑夹g(shù)。

X53

A

1001-9677(2016)022-0012-04