污染土壤修復是指通過物理、化學、生物、生態學原理，並採用人工調控措施，使土壤污染物濃(活)度降低，實現污染物無害化和穩定化，以達到人們期望的解毒效果的技術措施。理論上可行的修復技術有植物修復、微生物修復、化學修復、物理修復和綜合修復等幾大類。有些修復技術已經進入現場套用階段並取得了較好的效果。污染土壤實施修復，對阻斷污染物進入食物鏈，防止對人體健康造成危害，促進土地資源保護和可持續發展具有重要意義。關於該技術的研發主要集中於可降解有機污染物和重金屬污染土壤的修復兩大方面。
基本介紹
- 中文名：污染土壤修復
- 外文名：Contaminated soil restoration
- 適用領域範圍：土壤修復
- 修復技術：物理修復技術、化學修復技術等
- 影響因子：染物性質、環境因子、生物體本身
- 目的：促進土地資源保護和可持續發展
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修復技術
物理修復技術
物理分離修復技術主要是套用在污染土壤中無機污染物的修復技術上，它最合適用來處理小範圍的污染土壤，從土壤、沉積物、廢渣中分離重金屬，恢復正常功能。它的基本原理是根據土壤介質及污染物的物理特徵，採用不同的方法將污染物質從土壤中分離出來，包括：依據粒徑大小採用過濾或微過濾的方法進行分離：依據分布、密度大小採用沉澱或離心分離；依據磁性特徵採用磁分離手段：依據表面特性採用浮選法進行分離等。多數物理分離修復技術都有設備簡單，費用低廉，可持續高產等優點，但是在具體分離過程中，要考慮技術的可行性和各種因素的影響。包括要求污染物與土壤顆粒的物理特徵的差異顯著，特別是當土壤中有較大比例的黏粒、粉粒和腐殖質存在時很難操作等等。
蒸汽浸提修復技術是指利用物理方法通過降低土壤孔隙的蒸汽壓，把土壤中的污染物轉化為蒸汽形式而加以去除的技術，又可分為原位土壤蒸汽浸提技術、異位土壤蒸汽浸提技術和多相浸提技術。氣提技術適用於地下含水層以上的包氣帶土壤；多相浸提技術適用於包氣帶好地下含水層。該技術適用於高揮發性化學污染土壤的修復。原位土壤蒸汽浸提技術適用於處理蒸汽壓大於66.66Pa的揮發性有機化合物，如揮發性有機鹵代物或非鹵代物，也可適用於除去土壤中的油類、重金屬、多環芳烴或二惡英等污染物：異位土壤蒸汽浸提技術適用於修復含有揮發性有機鹵代物和非鹵代物的污染土壤；多相浸提技術適用於處理中、低滲透型地層中的揮發性有機物。其顯著特點是可操作性強，處理污染物的範圍廣，可由標準設備操作，不破壞土壤結構以及可回收利用有潛在價值的廢棄物等。但在原位土壤蒸汽浸提技術的套用中，上下層土壤的異質性，特別是低滲透性和高地下水位的土壤等都成為其套用的限制因素。
穩定/固化修復技術指通過固態形式在物理上隔離污染物或者將污染物轉化成化學性質不活潑的形態，通過降低污染物的生物有效性來消除或降低污染物的危害；可分為原位穩定、固化修復技術和異位穩定/固化修復技術。原位穩定/固化修復技術通常適用於重金屬污染土壤的修復，一般不適用於有機污染物污染土壤的修復：異位穩定/固化修復技術通常適用於處理無機污染物質，不適用於半揮發性有機物和農藥殺蟲劑污染土壤的修復。其中，固化是指利用水泥一類的物質與土壤相混合將污染物包被起來，使之成顆粒狀或大塊狀存在，進而使污染物處於相對穩定的狀態。封裝可以是對污染土壤進行壓縮，也可以是由容器來進行封裝。穩定是利用磷酸鹽、硫化物和碳酸鹽等作為污染物，將有害化學物質轉化成毒性較低或遷移性和生物有效性較低的物質。但是該技術只是暫時地降低了污染物在土壤中的毒性，並沒有從根本上去除其污染物，當外界條件改變時，這些污染物質還有可能釋放出來污染環境。特別要注意在處理過程中使用過量處理劑泄漏的二次污染問題。
熱處理修復技術是指通過直接或間接熱交換，將污染介質及其所含的有機污染物加熱到足夠的溫度(150～540℃)，使有機污染物從污染介質揮發或分離的過程，按溫度可分成低溫熱處理技術(土壤溫度為150～315℃)和高溫熱處理技術(土壤溫度為315～540℃)。熱處理修復技術適用於處理土壤中揮發性有機物、半揮發性有機物、農藥、高沸點氯代化合物，不適用於處理土壤重金屬、腐蝕性有機物、活性氧化劑和還原劑等。玻璃化修復技術是對土壤及其污染物進行1600～2000℃的高溫處理，使有機物和一部分無機化合物，如硝酸鹽、磷酸鹽和碳酸鹽等以揮發或熱解的形式從土壤中去除的過程。許多因素對這一技術的套用效果產生影響，包括：埋設的導體通路(管狀、堆狀)：礫石含量超過20%；土壤加熱引起的污染物向清潔土壤的遷移；易燃易爆物質的積累；土壤或污泥中可燃有機物的質量比例；固化的物質對今后土地利用與開發的影響等。
電動力學修復技術的基本原理，包括土壤中污染物的電遷移、電滲析、電泳和酸性遷移等電動力學過程。電動力學修復技術通常有幾種套用方法；原位修復，直接將電極插入受污染土壤，污染修復過程對現場的影響最小；序批修復，污染土壤被輸送至修復設備分批處理；電動柵修復，在受污染土壤中依次排列一系列電極用於去除地下水中的離子態污染物。與挖掘、上壤沖洗等異位技術相比電動力學技術對現有景觀、建築和結構等的影響，不會破壞土壤本身的結構，而且該過程不受土壤低滲透性的影響，並對有機污染物和無機污染物都有效。挖掘是指通過機械、人工等手段，使土壤離開原位置的過程。一般包括挖掘過程和挖掘土壤後的處理、處置和再利用過程。在場地修復的各個階段和多種修復技術實施過程中都可採用挖掘填埋技術。但必須注意的是污染土壤異地轉以後的擴散和二次污染的問題。
針對受到重金屬污染的土壤進行修復，採用的物理修複方法主要有，重金屬污染土壤電動修復，這是一種新興的技術，處於實驗室和小規模試驗研究階段，這種方法套用了離子的電動力學和電滲析原理，所以有的學者也稱之為電滲析土壤修復，這種技術是在土壤處於酸性條件下，使用直流電對重金屬進行清除處理，試驗表明，在對土壤酸性條件下鉛和鎘都可被有效地清除，如果在土壤中使用鹽酸溶液，則可對鉛和鎘達到很高比例的清除。這種技術的優點是在一些特殊的山區使用比較方便，因為對於土壤的處理，僅僅限於兩個電極之間，不涉兩極及以外地區的土壤。這種方法對於質地黏重的土壤效果良好，因為黏土表面有負電荷，同時在飽和及不飽和的土壤中都可套用。
化學修復技術
化學淋洗修復技術是指藉助能促進土壤環境中污染物溶解或遷移作用的化學/生物化學溶劑，在重力作用下或通過水力壓頭推動清洗液，將其注入被污染土層中，然後再把包含有污染物的液體從土層中抽提出來，進行分離和污水處理的技術。清洗液是包含化學沖洗助劑的溶液，具有增溶、乳化效果，或改變污染物的化學性質。提高污染土壤中污染物的溶解性和它在液相中的可遷移性是實施該技術的關鍵。化學淋洗技術主要圍繞著用表面活性劑處理有機污染物，用螯合劑或酸處理重金屬來修復被污染的土壤。開展修復工作時，既可在原位進行修復，也可在異位進行修復。化學淋洗修復技術適用於各種類型污染物的治理，如重金屬、放射性元素以及許多有機物，包括具有低辛烷/水分配係數的有機化合物、石油烴、羥基類化合物、易揮發有機物、PCBs以及多環芳烴等。
對地下水具有污染效應的化學物質經常在土壤下層較深較大範圍內呈斑塊狀擴散，這使常規的修復技術往往難以奏效。一個較好的方法是構建化學活性反應區或反應牆，當污染物通過這個特殊區域的時侯被降解或固定，這就是原位化學還原與還原脫氯修復技術，多用於地下水的污染治理，是歐美等已開發國家新興起來的用於原位去除污染水中有害成分的方法。原位化學還原與還原脫氯修復技術需要構建一個可滲透反應區並填充化學還原劑，修復地下水中對還原作用敏感的污染物和一些氯代試劑，當這些污染物遷移到反應區(可滲透反應牆)時，或者被降解，或者轉化成固定態，從而使污染物在土壤環境中的遷移性和生物可利用性降低。通常這個反應區設在污染土壤的下方或污染源附近的含水土層中。常用的還原劑有SO2、H2S氣體等。一般在污染地下水的過流斷面上，把原來的土壤挖掘出來，代之以一個可滲透反應的牆。可滲透反應牆牆體可以由特殊種類的泥漿填充，加入其他被動反應材料，如降解易揮發有機物的化學品，滯留重金屬的螯合劑或沉澱劑，以及提高微生物降解作用的營養物質等。理想的牆體材料除了要能夠有效進行物理化學反應外，還要保證不造成二次污染。
原位化學氧化修復技術主要是通過摻進土壤中的化學氧化劑與污染物所產生的氧化反應，使污染物降解或轉化為低毒、低移動性產物的一項修復技術。原位化學氧化技術不需要將污染土壤全部挖掘出來，而只是在污染區的不同深度鑽井，將氧化劑注入土壤中通過氧化劑與污染物的混合、反應使污染物降解或導致形態的變化。成功的原位氧化修復技術離不開向注射井中加入氧化劑的分散手段，對於低滲土壤可以採取創新的技術方法，如土壤深度混合、液壓破裂等方式對氧化劑進行分散。常用的氧化劑包括KMnO4、H2O2和臭氧氣體等。KMnO4與有機物反應產生MnO2、CO2和中問有機產物，沒有環境風險，MnO2比較穩定，容易控制；不利因素在於對土壤滲透性有負而影響。H2O2可以利用Fenton反應開展原位化學氧化技術產生的自由基(HO-)能無選擇性地攻擊有機物分子中的C-H鍵，對有機溶劑如酯、芳香烴以及農藥等有害有機物的破壞能力高於H2O2本身。但由於H2O2進入土壤後立即分解成水蒸氣和氧氣，所以要採取特別的分散技術避免氧化劑的失效。
原位覆蓋技術是用帶有清潔劑的化學修復劑來覆蓋污染土壤。可以通過灌溉將其澆灌或噴灑在污染土壤的表層；或通過注入並把液態化學修復劑注入亞表層土壤中。如果試劑會產生不良環境效應，或者所使用的化學試劑需要回收再利用，則可以通過水泵從土壤中抽提化學試劑。非水溶性的改良劑或抑制劑可通過人工撒施、注入、填埋等方法施入污染土壤。如果土壤溫度較大並且污染物質主要分布在土壤表層，則適合使用人工撒施的方法。為保證化學穩定劑能與污染物充分接觸，人工撒施之後還需要採取普通農業技術(例如耕作)把固態化學修復劑充分注入污染土壤的表層，有時甚至需要深耕。如果非水潛性的化學修復劑顆粒比較細，可以用水、緩衝液或是弱酸配製成懸濁液，用水泥槍或者近距離探針注入污染土壤。對於封鎖地表污染物和顯著地減少地底垃圾移動，覆蓋是一種可信賴的技術。如果地面沒有被凍結或沒有飽和，覆蓋可以在任何實際地點被建造並且相對迅速地被建造完成。大部分有效的單層覆蓋物是由混凝土或瀝青組成。覆蓋物的厚度由估算居民數量、本地氣候條件、污染物的類型和土壤條件決定。定期為瀝青和混凝土線路提供地表保養，可以提高它們的壽命和效力。單層的覆蓋只可以在一個較窄的地點條件和運用範圍下適用。例如，南黏士或自然界土壤混合製造的瀝青覆蓋物是否被使用取決於最終修復完成的時間長度。另一個使用單層覆蓋的潛在可能存在於這樣的地區：土壤水分蒸發蒸騰損失總量大幅度超過降雨量的地區；或者被污染和近期可使用的地下水水源距離較遠的地區。在這些情況下，可以考慮使用極低滲透性的土壤或者將覆蓋物混合在凍結可達深度以下的自然土壤中，這樣上層的土壤可以保護覆蓋層不乾裂。最初的6個月必須經常檢測，因為問題常在這期間出現。使用幾年後，應該有規律地進行定期檢查。
溶劑浸提修復技術是一種利用溶劑將有害化學物質從污染土壤中提取出來或去除的技術。PCBs等油脂類物質不溶於水，易吸附或黏貼在土壤上，處理比較困難。溶劑浸提技術能夠克服這些困難，處理土壤中的PCBs與油脂類污染物占溶劑浸提修復技術是利用批量平衡法，將污染土壤挖掘出來並放黃在一系列提取箱(除出口外密封很嚴的容器)內，在其中進行溶劑與污染物的離子交換等化學反應。溶劑的類型依賴於污染物的化學結構和土壤特性。監測表明，土壤中的污染物基本溶解於浸提劑時，再藉助泵的力量將其中的浸出液排出提取箱並引導到溶劑恢復系統中。按照這種方式重複提取過程，直到目標土壤中污染物水平達到預期標準。同時，要對處理後的土壤引入活性微生物群落和富營養介質，快速降解殘留的浸提液。
生物修復技術
廣義的生物修復指一切以利用生物為主體的環境污染的治理技術。
它包括利用植物、動物和微生物吸收、降解、轉化土壤和水體中的污染物，使污染物的濃度降低到可接受的水平，或將有毒有害的污染物轉化為無害的物質，也包括將污染物穩定化，以減少其向周邊環境的擴散。生物修復也曾被稱為生物恢復、生物清除、生物再生和生物淨化等。一般分為微生物修復、植物修復和動物修復三種類型。根據生物修復的污染物種類，它可分為有機污染生物修復和重金屬污染的生物修復和放射性物質的生物修復等。
微生物修復技術是指通過微生物的作用清除土壤中的污染物，或是使污染物無害化的過程。它包括自然和人為控制條件下的污染物降級或無害化的過程。微生物對有機污染土壤的修復是以其對污染物的降解和轉化為基礎，主要包括好氧和厭氧兩個過程。完全的好氧過程可使土壤中的有機污染物通過微生物的降解和轉化而成為CO2和H2O，厭氧過程的主要產物為有機酸與其他產物。然而有機污染物的降解是一個涉及許多酶和微生物種類的分步過程，一些污染物不可能被徹底降解，只是轉化成毒性和移動性較弱或更強的中間產物。
影響因子
污染物的性質
污染物在土壤中常以多種形態貯存，不同的化學形態有效性不同。此外，污染的方式(單一污染或複合污染)、污染物濃度的高低也是影響修復效果的重要因素。有機污染物的結構不同，其在土壤中的降解差異也較大。
環境因子
了解和掌握土壤的水分、營養等供給狀況，擬訂合適的施肥、灌水、通氣等管理方案，補充微生物和植物在對污染物修復過程中的養分和水分消耗，可提高生物修復的效率。一般來說，土壤鹽度、酸鹼度和氧化還原條件與生物可利用性及生物活性有密切關係，也是影響污染土壤修復效率的重要環境條件。
對有機污染土壤進行修復時，添加外源營養物可加速微生物對有機污染物的降解。對PAHs污染土壤的微生物修復研究表明，當調控C：N：P為120：10：l時，降解效果最佳。此外，採用生物通風、土壤真空抽取及加入H2O2等方法對修復土壤添加電子受體，可明顯改善微生物對污染物的降解速度與程度。此外，即使是同一種生物通風系統，也應根據被修復場地的具體情況而進行設計。
生物體本身
微生物的種類和活性直接影響修復的效果。由於微生物的生物體很小，吸收的金屬量較少，難以後續處理，限制了利用微生物進行大面積現場修復的套用。因此，在選擇修復技術時，應根據污染物的性質、土壤條件、污染的程度、預期的修複目標、時間限制、成本、修復技術的適用範圍等因素加以綜合考慮。微生物雖具有可適應特殊污染場地環境的特點，但土著微生物一般存在生長速度慢、代謝活性不高。在污染區域中接種特異性微生物並形成生長優勢，可促進微生物對污染物的降解。
發展趨勢
1、向綠色與環境友好的土壤生物修復技術發展
利用太陽能和自然植物資源的植物修復、土壤中高效專性微生物資源的微生物修復、土壤中不同營養層食物網的動物修復、基於監測的綜合土壤生態功能的自然修復，將是21世紀土壤環境修復科學技術研發的主要方向。農田耕地土壤污染的修復技術要求能原位地有效消除影響到糧食生產和農產品質量的微量有毒有害污染物，同時既不能破壞土壤肥力和生態環境功能，又不能導致二次污染的發生。發展綠色、安全、環境友好的土壤生物修復技術能滿足這些需求，並能適用於大面積污染農地土壤的治理，具有技術和經濟上的雙重優勢。從常規作物中篩選合適的修復品種，發展適用於不同土壤類型和條件的根際生態修復技術已成為一種趨勢。套用生物工程技術如基因工程、酶工程、細胞工程等發展土壤生物修復技術，有利於提高治理速率與效率．具有套用前景。
2、從單項向聯合、雜交的土壤綜合修復技術發展
土壤中污染物種類多，複合污染普遍，污染組合類型複雜，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、條件的空間分異明顯。一些場地不僅污染範圍大、不同性質的污染物複合、土壤與地下水同時受污染，而且修復后土壤再利用方式的空間規劃要求不同。這樣，單項修復技術往往很難達到修複目標，而發展協同聯合的土壤綜合修復模式就成為場地和農田土壤污染修復的研究方向，例如：不同修復植物的組合修復，降解菌一超積累植物的組合修復，真菌-修復植物組合修復，土壤動物-植物-微生物組合修復，絡合增溶強化植物修復，化學氧化-生物降解修復，電動修復-生物修復，生物強化蒸氣浸提修復，光催化納米材料修復等。
3、從異位向原位的土壤修復技術發展
將污染土壤挖掘、轉運、堆放、淨化、再利用是一種經常採用的離場異位修復過程。這種異位修復不僅處理成本高，而且很難治理深層土壤及地下水均受污染的場地，不能修復建築物下面的污染土壤或緊靠重要建築物的污染場地。因而，發展多種原位修復技術以滿足不同污染場地修復的需求就成為近年來的一種趨勢。例如，原位蒸氣浸提技術、原位固定一穩定化技術、原位生物修復技術、原位納米零價鐵還原技術等。另一趨勢是發展基於監測的發揮土壤綜合生態功能的原位自然修復。
4、基於環境功能修復材料的土壤修復技術發展
黏土礦物改性技術、催化劑催化技術、納米材料與技術已經滲透到土壤環境和農業生產領域，並套用於污染土壤環境修復，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氯污染物。但是，目標土壤修復的環境功能材料的研製及其套用技術還剛剛起步．具有發展前景。但是，對這些物質在土壤中的分配、反應、行為、歸趨及生態毒理等尚缺乏了解，對其環境安全性和生態健康風險還難以進行科學評估。基於環境功能修復材料的土壤修復技術的套用條件、長期效果、生態影響和環境風險有待回答。
5、基於設備化的快速場地污染土壤修復技術發展
土壤修復技術的套用在很大程度上依賴於修復設備和監測設備的支撐，設備化的修復技術是土壤修復走向市場化和產業化的基礎。植物修復後的植物資源化利用、微生物修復的菌劑製備、有機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一穩定化、修復過程及修復後環境監測等等都需要設備。尤其是對城市工業遺留的污染場地，因其特殊位置和土地再開發利用的要求，需要快速、高效的物化修復技術與設備。開發與套用基於設備化的場地污染土壤的快速修復技術是一種發展趨勢。一些新的物理和化學方法與技術在土壤環境修復領域的滲透與套用將會加快修復設備化的發展，例如，冷電漿氧化技術可能是
一種有前景的有機污染土壤修復技術(未發表資料)，將帶動新的修復設備研製。
6、向土壤修複決策支持系統及後評估技術發展
污染土壤修複決策支持系統是實施污染場地風險管理和修復技術快速篩選的工具。污染土壤修復技術篩選是一種多目標決策過程，需要綜合考慮風險削減、環境效益與修復成本等要素。歐美許多土壤修復研究組織如CLARINET、EUGRIS、NATOPCCMS等針對污染場地管理和決策支持進行了系統研究和總結。一些輔助決策工具如檔案導則、決策流程圖、智慧型化軟體系統等已陸續出台和開發，並在具體的場地修復過程中被採納。基於風險的污染土壤修復後評估也是污染場地風險管理的重要環節，包括修復後污染物風險評估、修復基準及土壤環境質量評價等內容。土壤污染類型多種多樣，污染場地錯綜複雜，需要發展場地針對性的污染土壤修複決策支持系統及後評估方法與技術。
