由土壤中有機物含量過高而引起的土壤污染稱為土壤有機污染。土壤中有機污染物按溶解性難易可分成為兩類：① 易分解類，如：有機磷農藥、三氯乙醛；② 難分解類，如：有機氯等。部分有機污染物在生物和非生物，特別是微生物的作用下，可轉化為無害物質，但仍然有相當一部分，不易轉化，造成農作物減產，並在植物中殘留，成為植物殘毒。
基本介紹
- 中文名：土壤有機污染
- 外文名：Organic pollution of the soil
- 分類：易分解類、難分解類
- 修復技術：物理、化學以及生物修復
- 原因：有機物含量過高
- 危害：造成農作物減產
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修復技術
由於化石燃料的燃燒、石油的泄漏、工業污水和污泥的農用、工農業固體廢物的堆放以及農藥的廣泛使用，致使鄰苯二甲酸酯、多環芳烴、有機氯和有機磷農藥等有機污染物直接或間接進入土壤環境，並因脂溶性易被土壤顆粒吸附而長時間殘留於土壤中。這些有機物中有不少是致癌、致畸或致突變物質，存留於土壤中不僅可以使農作物減產甚至絕收，而且還可以通過植物或動物進入食物鏈，給人類生存和健康帶來嚴重影響。因而土壤有機污染物的修復研究和治理技術開發亦是當前國內外環境保護研究的熱點。總結國內外近幾十年來有關土壤有機污染的治理或修複方法，可歸納為物理、化學以及生物修復等3種，其中生物修復法因具有成本低、無二次污染、可大面積套用等特點而受到人們的重視，處理效果也相對較好。
物理修復技術
(1) 客土、換土法
客土、換土法是最為常見的物理治理方法。該方法是將受到有機污染的土壤運走，送到指定地點填埋並處理，然後填回乾淨土壤，以降低有機污染物的含量。這種方法所需費用高，且只是對污染物進行了轉移，容易造成二次污染，所以只適應於特殊情況下的土壤處理。
(2) 通風去污法
通風去污法主要是針對石油泄漏造成的土壤烴污染而發展起來的一種新方法。由於有機烴類有著較高的揮發性，因此可通過在污染地區打井，並引發空氣對流加速污染物的揮發而清除土壤污染。鄭遠揚報導，美國一空軍基地因燃料泄漏造成的土壤污染就是用這一方法進行了成功治理。由於通風去除效率受到多種因素的影響，因而現有的相關研究還不能對其去污機理有一個很好的解釋，仍需就這一方法進行更深入的研究。
(3) 熱處理法
熱處理法是通過工程措施將污染土壤移出，採用各種加熱方法將揮發性有機污染物趕出土壤，而後對其進行收集並處理的一種異位修複方法。根據這一原理，美國有人開發了一種低溫熱處理系統，並在伊利諾斯州得到了套用，結果顯示對揮發性有機物的有效去除率達到了99.9%。
化學修復技術
(1) 焚燒法
焚燒法是最為常用的有機污染土壤的治理方法。該方法是通過工程措施把污染土壤集中起來，並利用有機污染物高溫易分解的特點通過焚燒達到去除污染的目的。不過處理后土壤理化性質受到破壞，且處理費用高，易造成二次污染。
(2) 真空分離法
真空分離法是通過在有機污染土壤地區開挖豎井，利用壓差原理和空氣對污染物的吸附作用，注入空氣介質，使含有污染物的混合氣體從另一豎井排出，經由活性炭的處理後實現污染土壤的治理。這種方法對揮發性污染物的處理效果較好，但對於半揮發性污染物的處理效果不太理想。
(3) 水蒸氣剝離法
水蒸氣剝離法是一種使土壤中有機污染物脫離土壤吸附的有效方法，已套用於範圍廣泛的污染土壤顆粒微粒的去除。它是進行大規模土壤多環芳烴污染治理的基礎技術的一部分。其基本實驗流程為：高溫水蒸氣通入泥漿反應器，在水蒸氣的剝離作用下，含有污染物的土壤顆粒裂解成更小的微粒，吸附在土壤上的有機污染物隨即與土壤脫離，在高溫環境下，脫附的有機污染物和土壤微粒隨著水蒸氣離開反應器。國外部分專家也就這一方法對有機污染物的淨化效率和去除效果進行了研究發現其有著如下的優點：處理所需的溫度較低(150～320℃)；處理過程時間短(只需幾秒鐘)；PAHs的分離效果好(約95%的高沸點多環芳烴化合物能得到淨化處理)以及處理后土壤的物理性質並不改變，可被重新利用等，不過也有能耗較大的缺點。
(4) 化學清洗法
化學清洗法是指用一定的化學溶劑清洗被有機物污染的土壤，將有機污染物從土壤中洗脫下來，從而達到去除污染物的方法。
① 表面活性劑清洗法
表面活性劑清洗法是利用表面活性劑改進憎水性有機化合物的親水性能而促進吸附在土壤上的有機污染物的解吸和溶解，因而被廣泛套用於土壤有機物污染的化學或生物治理中。
② 有機溶劑清洗法
有機溶劑清洗法是通過萃取的原理來清除土壤中的有機污染物。已有研究表明，有機溶劑清洗法治理被農藥(如滴滴涕)污染的土壤效果較好，在溶劑，土壤比為1：6時去除農藥效果可達到99%。
③ 超臨界水蒸氣萃取法
超臨界萃取技術是基於土壤中的有機污染物含量低、基體複雜、不易直接分析等特點而發展起來的。研究表明它對於複雜樣品中的微量有機污染物的萃取顯示出了高效、快速、後處理簡單的優點，因而被用於土壤污染物的清除，是一種具有發展前景的技術。
(5) 光化學降解法
由於光化學降解法具有高效和污染物降解完全等傳統處理方法沒有的優點，日益受到人們的重視。光降解法套用於環境控制領域始於20世紀80年代後期，且主要用於水污染的治理。光降解用於土壤污染的治理主要集中在農藥的降解研究上，因為農藥中一般含有C-C、C-H、C-O和C-N等鍵，而這些鍵的解離正好在太陽光的波長範圍內，容易吸收光子而發生光解反應。目前國內這方面的工作主要集中在降解動力學及其影響因素方面的研究上。因此，光化學降解技術在土壤污染的治理方面的套用與研究還不多，有待於進一步的加強。
(6) 化學柵防治法
化學柵是一種既能透水又具有較強的吸附或沉澱污染物能力的固體材料。能夠用於去除有機污染物的是吸附柵，其材料一般有活性炭、泥炭、樹脂、有機表面活性劑和高分子合成材料等。土壤有機污染的化學柵防治法是把吸附柵放置於污染土壤次表層的含水層，使污染物吸附在固體材料內，從而達到控制有機污染物的擴散並對污染源進行淨化的目的。化學柵是近十年來開始受到人們的重視，並套用於土壤污染防治的新方法。不過在化學柵的實際套用中存在化學柵的老化以及化學柵模型的精度有待進一步提高等問題，因而受到了一定限制。
生物修復技術
生物修復技術就是利用某種特定的生物(動物、植物和微生物)的生命代謝過程，較快地吸走或降解土壤中的污染物質，以達到淨化土壤的目的。生物修復法有著物理方法和化學方法無可比擬的優越性，其優點為修復時間較短，人類直接暴露在這種污染物下的機會減少；處理費用低，處理成本只是物化方法的1/2～1/3：處理效果好，不會造成二次污染，不破壞植物生長所需要的土壤環境；處理操作簡單，可以就地進行處理等。根據生物修復技術所採用的主要生物類型，生物修復法又可分為植物修復、微生物修復以及動物修復法等3種。
(1) 植物修復法
有機污染的植物修復是利用植物在生長過程中吸收、降解、鈍化有機污染物的一種原位處理污染土壤的方法，是一種經濟、有效、非破壞型的修複方式，被認為是一種有潛力的優美的自然的土壤修復技術。植物對有機污染土壤的生物修復作用主要表現在植物對有機污染物的直接吸收、植物釋放的各種分泌物或酶類對有機污染物生物降解的促進作用以及植物根際對有有機污染物礦化作用的強化等方面。
① 植物對有機污染的直接吸收作用
植物可從土壤中直接吸收有機污染物。進入植物體內的有機污染物，一部分在植物根部富集或遷移到植物其它部分，並在植物的生長代謝活動中發生不同程度的轉化或降解，而後轉化成對植物無害的物質；一部分通過植物的蒸騰作用揮發到大氣中；一部分被完全降解、礦化成二氧化碳和水。植物吸收是利用植物去除環境中中等親水性有機污染物的一個重要機制，有關有機污染的植物吸收研究，主要集中在多環芳烴、農藥以及環境中的大多數BTEX化合物、含氯溶劑和短鏈的脂肪化合物的去除方面。上述研究發現，PAHs主要集中在多年污染粘土上生長的草的根部；而萘通過紫花苜蓿和牛毛草的根系吸收後由植物揮發所占的比例可達32%-45%；且不同農作物和樹苗均可促進芘的降解，種植8周后即可使土壤中74%的芘消失。可見，植物吸收在土壤有機污染(尤其是PAHs污染)的修復中發揮著重要的作用，不過這一方法的修復效果取決於植物的吸收效率、蒸騰速率以及污染物在土壤中的濃度等因素，因而對於不同的污染物而言所選用的植物及其它環境因素均需具體分析。
② 植物釋放的分泌物和酶對有機污染物的直接或催化降解
植物可釋放一些物質到土壤中，以利於降解有毒化學物質，並可刺激根際微生物的活性，同時為有機污染物提供大量共代謝基質。這些物質包括酶及一些有機酸，它們與脫落物(糖、醇、蛋白質等)一起為根際微生物提供重要的營養物質，促進根際微生物的生長和繁殖，從而使有機污染物的降解增加，特別是對污染土壤中多環芳烴的去除。另外，植物釋放到根際的酶還可以直接降解有機污染物，如硝酸還原酶、脫鹵素酶以及漆酶等對含硝基的有機污染物、農藥、含氯有機物等的降解就已被一些研究所證實。不過不同的植物釋放的分泌物和脫落物在組成和數量上差異極大，且游離在土壤中的酶會在不利環境下(如低pH、高重金屬濃度等)被摧毀或鈍化等，因而效果不太穩定。
③ 植物根際強化有機污染物的礦化作用
在自然界中，植物和真菌共生是一種普遍的現象。植物根際對礦化作用的強化，與菌根菌和共生菌有關。雖然土壤微生物本身能降解PAHs等多種有機污染物，但由於吸附動力學、可降解PAHs的微生物群落、電子受體競爭能力等方面的限制，土壤中的PAHs降解非常緩慢，而植物根區的菌根具有獨特的酶系統和代謝途徑，且根區周圍的微生物群落結構複雜，因而可以降解不能被細菌和真菌單獨降解的有機污染物。大量研究表明，植物(如黑麥草、韭蔥，玉米、三葉草和豇豆)、根際菌根均能提高污染土壤中部分污染物(如多環芳烴、農藥等)的降解速率及降解率，增加根際污染物的礦化率和強化污染土壤的修復效果。由於並非所有植物的根際菌群均能夠加速污染物的降解或轉移，而不同的真菌和不同的植物所形成的菌根產生的根際效應又不一樣，因此，選擇有針對性的土壤真菌孢子以及合適的共生作物，接種形成有效的菌根將是利用植物根際降解土壤有機污染物的重要研究領域。
(2) 微生物修復法
微生物修復法是利用微生物的氧化、還原、分離以及轉移污染物的能力而去除和解毒土壤，從而使污染的土壤部分或完全恢復到原初狀態。套用微生物修復有機污染的方法有3種：原位修復技術、異位修復技術和原位-異位修復技術。
① 原位修復技術
原位修復技術是在不破壞土壤基本結構的情況下，在原位和易殘留部位進行的生物處理，其修復過程主要依賴於被污染地自身微生物的自然降解能力和人為創造的合適降解條件。該技術適用於滲透性好的不飽和土壤的生物修復，主要包括以下幾種方法。
投菌法：直接向遭受污染的土壤中接入外源的污染物降解菌，並提供這些細菌生長所需的營養物質，如常量和微量營養元素，從而達到將污染物就地降解的目的。已有的研究表明，投加特性降解真菌或細菌可不同程度地分別提高土壤PAHs或2-氯苯酸的降解效率。
生物培養法：是通過定期向土壤投加氧或過氧化氫以及營養物作為微生物氧化的電子受體，以滿足土壤中降解菌和土著微生物的代謝活動，從而將污染物完全礦化為二氧化碳和水的方法。這一方法在處理阿拉斯加Prince Willian海灣石油泄露事故時得到了成功套用。
生物通氣法：這是一種強迫氧化的生物降解方法。在污染的土壤上打至少兩口井，安裝上鼓風機和抽真空機，將空氣強排入土壤，然後抽出，土壤中有毒揮發物質也隨之去除。在通入空氣時另加入適量的氨，可為微生物提供氮源而增加其活性。早期有人利用生物修復法處理過石油對土壤所造成的污染，發現通氣法帶入的氧量很大，可使生物降解過程明顯加快。不過生物通氣法由於受到土壤結構的制約，因而它只適合於具有多孔結構的土壤污染的處理。
農耕法：這一方法是通過對污染土壤進行耕耙，在處理過程中施入肥料，進行灌溉，用石灰調節酸度等儘可能為微生物代謝污染物提供一個良好環境，保證污染物在各個層次上的降解。該方法結合農業措施，經濟易行，不過操作時污染物易發生遷移，因而只適應於土壤滲透性差，土壤污染較淺，污染物較易降解的土壤污染處理。
② 異位修復技術
異位修復技術則要求把污染的土壤挖出，集中它處進行生物修復處理。不過這種污染介質的移動是低限度的，更強調人為控制和創造更加最佳化的降解環境，一般適合於污染物含量極高、面積較小的地塊。
預製床法：這一方法的基本操作流程是在不泄漏的平台上鋪上石子和砂子，將受污染的土壤以15～30 cm的厚度平鋪在平台上，加上營養液和水，或加入表面活性劑，定期翻動充氧，並對滲濾液回灌，以完全清除污染物。該方法實質上是農耕法的一種延續，但是它降低了污染物的遷移。
堆肥法：是生物治理的重要方式，是傳統堆肥和生物治理的結合，可用於受到石油、洗滌劑、多環芳烴、農藥等污染土壤的修復處理。它是依靠自然界廣泛存在的細菌、放線菌、真菌等微生物，有控制地促進可被生物降解的有機物向穩定的腐殖質轉化的生物化學過程，是一種有機物高溫降解的固相過程。一般方法是將土壤和一些易降解的有機物如糞肥，稻草，泥炭等混合堆制，並配合機械翻動和壓力系統充氧，另加石灰調節酸度，經發酵處理使大部分污染物降解。國內外利用堆肥法對多環芳烴污染以及石油烴類物質污染土壤進行的處理或研究較多，並取得了較好的效果。目前堆肥法主要包括風道式堆肥處理、好氣靜態堆肥處理和機械堆肥處理3種，其中以機械式堆肥最易控制，可以間歇或連續運行。
生物反應器法：是用於處理污染土壤的特殊反應器，通常為臥式鼓狀的、氣提式、分批或連續培養，可建在污染現場或異地處理場地。生物反應器法的工藝類似於污水生物處理方法，其基本流程為把污染土壤移到生物反應器中，加3～9倍的水混合使呈泥漿狀，同時加必要的營養物質和表面活性劑，泵入空氣充氧，劇烈攪拌使微生物與污染物充分混合，降解完成後，快速過濾脫水。有關生物反應器法對污染土壤的處理，近年來的模擬研究越來越多，尤其集中在土壤中多環芳烴和臨苯二甲酸酯污染的降解效果和調控因子方面，可以看出，生物反應器法的處理效果和修復效率都優於其它方法，是污染土壤生物修復的最佳技術。因為它能滿足污染物生物降解所需的最適宜條件，獲得最佳的處理效果，但費用極高，並且對高分子量的多環芳香烴治理效果不理想，因而仍停留在實驗階段。
厭氧處理法：已有的研究證明，厭氧處理法對某些污染物如三硝基甲苯、多氯聯苯、有機氯農藥的處理效果更為理想。近年來，已有人把這一方法套用到土壤鄰苯二甲酸酯和多環芳烴污染的修複試驗和降解動力學研究上，發現鄰苯二甲酸酯類中烴基側鏈越短的降解率越高，降解動力學符合一級方程，對多環芳烴而言，不同PAHs組分的降解率不同，且混合成分比單一組分降解得更快。但由於厭氧處理條件難於控制，並且易產生中間代謝污染物，實際套用比好氧處理使用少。
③ 原位-異位修復技術
原位-異位修復技術是為了克服單一修復技術的缺點，更大提高污染土壤修復效果而在實踐中廣泛採用的一種修復技術，一般必須保持原位修復技術的基本特徵。只有當估計僅僅在原位進行修復存在有較大的難度，或者目標場所中污染物質的濃度過高，甚至可能對引入生物產生一定的毒害作用時才考慮採用工程輔助手段，將實施修復場所中的部分污染物質引出，然後將其轉移到生物反應器或其它淨化設施中進行淨化。
(3) 動物修復法
利用土壤中的一些大型動物如蚯蚓和某些鼠類等對土壤中有機污染物的吸收和富集以及自身的代謝轉化，使有機污染物分解為低毒或無毒產物。有關這方面的研究，主要體現在對農藥污染的去除方面。此外，土壤中還存在著豐富的小型動物種群，如線蟲綱、稗蟎屬、蜈蚣目、蜘蛛目、土蜂科等，均對土壤中的污染農藥有一定的吸附和富集作用，可以從土壤中帶走部分農藥。
危害
土壤有機污染主要包括化學農藥污染、焦化類有機污染物污染及石油類有機污染物污染等。噴施於農作物上的農藥，除部分被植物吸收或逸入大氣外，約有一半散落在農田土壤中。農作物從土壤中吸收農藥，在植物根、莖、葉、果實和種子中積累，通過食物鏈進入人體。受污染的糧食、蔬菜隨食物進入人體後，會導致倦乏、頭疼、食欲不振等症狀，還會降低人體免疫力、危害神經中樞、誘發肝臟酶的改變以及致畸、致癌等。
多環芳烴是焦化類工業場地土壤中最常見的有機污染物，包括萘、蒽、菲、芘等150餘種化合物。多環芳烴具有致癌、致畸和致突變性，且其毒性隨著苯環的增加而增加。目前己知的500多種致癌化合物中，有200多種是多環芳烴及其衍生物。其中，苯並芘、蒽等具有強致癌性。多環芳烴很容易吸附在土壤顆粒上，並通過消化道、呼吸道、皮膚進入人體，從而誘發皮膚癌、肺癌、直腸癌、膀胱癌等。
石油類物質滲入土壤的量超過土壤的自淨容量後，積累的油類物質將長期殘留於其中，破壞土壤結構、影響土壤通透性；還會黏著在植物根繫上，阻礙植物根系對養分和水分的吸收，引起根系腐爛，影響農作物生長或者穿透到植物組織內部，破壞植物正常生理機能，嚴重影響土壤的生產力和農作物產量。石油中的苯、甲苯、二甲苯等單環芳烴危害較大，其急性中毒主要作用於人體神經系統，慢性中毒主要作用於造血組織和神經系統。如果較長時間與較大濃度污染物接觸，還會引起噁心、頭疼、眩暈等症狀。
