土壤污染的生態(tài)修復(fù)方法

1、二、土壤污染土壤污染概述土壤污染的概念全國科學技術(shù)名詞審定委員會：土壤污染(soil portion)是指對人類及動、植物有害的化 學物質(zhì)經(jīng)人類活動進入土壤，其積累數(shù)量和速度超過土壤凈化速度的現(xiàn)象。中國農(nóng)業(yè)百科全書土壤卷：土壤污染(soil pollution)是指人為活動將對人類和其他生命體 有害的物質(zhì)施加到土壤中，致使某種有害成分的含量明顯高于土壤原有含量，而引起土壤環(huán) 境質(zhì)量惡化的現(xiàn)象。土壤污染的過程土壤環(huán)境中污染物的輸入、積累和土壤環(huán)境的自凈作用是兩個相反而又同時進行的對立 統(tǒng)一的過程，在正常情況下，兩者出于動態(tài)平衡狀態(tài)。人類的各種活動產(chǎn)生的污染物質(zhì)，通過各種途徑輸入土壤(包括施入土壤

2、的肥料、農(nóng)藥)， 其數(shù)量和速度超過了土壤環(huán)境的自凈作用的速度，打破了污染物在土壤環(huán)境中的自然動態(tài)平 衡，使污染物的積累過程占據(jù)優(yōu)勢，導致土壤環(huán)境正常功能的失調(diào)和土壤質(zhì)量的下降；或者 土壤生態(tài)發(fā)聲明顯變異，導致土壤微生物區(qū)系的變化，土壤酶活性的減?。煌瑫r，由于突然 土壤環(huán)境中污染物的遷移轉(zhuǎn)化，從而引起大氣、水體和生物的污染，并通過食物鏈，最終影 響到人類的健康。土壤污染有三大特點：隱蔽性和潛伏性它對動物和人體的危害往往通過農(nóng)作物包括糧食、蔬菜、水果或牧草，即通過食物鏈逐級積 累危害，人們往往身受其害而不知所害，不像大氣、水體污染一杯人直接覺察。不可逆性和長期性土壤一旦遭到破壞就極難恢復(fù)，重金屬元

3、素對土壤的污染是一個不可逆過程，而許多有機化 學物質(zhì)的污染也需要一個相當長的降解時間。后果的嚴重性然而土壤對污染物并非時被動的接受過程，它也有凈化功能土壤的自凈作用（1）自凈作用的概述土壤的自凈作用是指在自然因素作用下，通過土壤自身的作用，是污染物在土壤環(huán)境中的數(shù) 量、濃度或形態(tài)發(fā)生變化，活性、毒性降低的過程正是由于土壤具有這種特殊功能，少量有機污染物進入土壤后，經(jīng)生物化學降解可減低其會 活性，變?yōu)闊o毒物質(zhì)；進入土壤的重金屬元素通過吸附、沉淀、配合、氧化還原等化學作用 變?yōu)椴蝗苄曰衔铮沟媚承┲亟饘僭貢簳r退出生物循環(huán)，脫離食物鏈。（2）根據(jù)作用機理，分為四類。物理凈化作用土壤是一個多相的疏

4、松多孔體，猶如天然的大過濾器。固相中的各類膠體物質(zhì)-土壤膠體又具有很強的表面吸附能力，進入土壤中的難溶性貴污染 物被土壤機械阻留；可溶性污染物被土壤水分稀釋，減少毒性，或被土壤固相表面吸附。需要指出的是，物理進化作用只能使污染物在突然中的濃度降低，而不能從整個自然環(huán) 境中消除，只是污染物的轉(zhuǎn)移。某些污染物比如：農(nóng)藥可揮發(fā)或轉(zhuǎn)化成氣態(tài)物質(zhì)在土壤空隙 中遷移、擴散，以致遷移如大氣，。物理化學凈化作用污染物的陽、陰離子與土壤膠體上原來吸附的陽、陰離子之間的離子交換吸附作用。一般土 壤中帶負電荷的膠體比較多，土壤對陽離子或帶正電荷的污染物的凈化能力較高。但是，物理化學作用也只能使污染物在土壤溶液中的離

5、子濃（活）度降低，相對地減輕 危害，而沒有從根本上將污染物從土壤環(huán)境中消除。該作用只是暫時的、不穩(wěn)定的，同時， 對于土壤本身來說，污染物在土壤環(huán)境中的積累過程，將產(chǎn)生嚴重的潛在威脅?；瘜W凈化作用污染物進入土壤后，進過一系列的化學反應(yīng)，如：凝聚與沉淀反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)、絡(luò)合 螯合反應(yīng)、酸堿中和反應(yīng)、水解和分解反應(yīng)等等，使污染物轉(zhuǎn)化成難溶性、難解離性物質(zhì)， 使危害程度和毒性減少，或者分解為無毒物或營養(yǎng)物質(zhì)稱為化學凈化作用。酸堿和氧化還原 反應(yīng)起主導作用。但是對于穩(wěn)定的化學物。如PCB（多氯聯(lián)苯）、稠環(huán)芳烴、有機氯農(nóng)藥，以及塑料、橡膠等 合成材料，則很難被化學凈化。生物凈化作用有機污染物在微生物及其

6、酶作用下，通過生物降解、被分解為簡單的無機物而消散的過程。 土壤生物（微生物、土壤動物）對污染物的吸收、降解、分解和轉(zhuǎn)化過程與作物對污染物的 生物性吸收、遷移、轉(zhuǎn)化是土壤最重要的凈化功能。土壤的生物凈化才是真正的凈化。雖然能夠凈化大部分有機物以及一些無機污染物，但 是，微生物不能凈化重金屬，反而可能使重金屬在土體中富集，這也就是重金屬為土壤環(huán)境 最危險污染物原因?？傊寥赖淖詢糇饔檬歉鞣N化學過程共同作用、相互影響的結(jié)果，其過程相互交錯，其強 度的綜合構(gòu)成了土壤環(huán)境容量的基礎(chǔ)。盡管土壤環(huán)境具有上述多種凈化作用，而且也可通過 多種措施來提高土壤環(huán)境的凈化能力。但是土壤自凈能力也是有一定限度的，這

7、就涉及到土 壤環(huán)境容量的問題，這里不再多講。土壤污染物種類（1）土壤環(huán)境污染物質(zhì)：輸入土壤環(huán)境中的足以影響土壤環(huán)境正常功能，降低作物產(chǎn)量和 生物學量，有害于人體健康的那些物質(zhì)。主要是指城鄉(xiāng)工礦企業(yè)所排放的對人體、生物體有害的“三廢”物質(zhì)，以及化學農(nóng)藥、病源 微生物等。（2）分為四類無機污染物（見圖）有機污染物（見圖）土壤生物污染定義：一個或幾個有害的生物種群從外界環(huán)境侵入土壤，大量繁衍，破壞原來的動態(tài)平衡， 對人類健康和土壤生態(tài)系統(tǒng)造成不良影響。例如：未處理的糞便、垃圾、城市生活污水、醫(yī)院污水、飼養(yǎng)場和屠宰場的污物等。尤其是 傳染病醫(yī)院未經(jīng)消毒處理的污水和污物。固體廢棄物與放射性污染固體廢棄物

8、包括工業(yè)廢渣（煤灰、碎瓦碎塊、玻璃、塑料）、污泥、城市垃圾等放射性污染由于原子能工業(yè)的發(fā)展，核技術(shù)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、醫(yī)學廣泛使用，使用過程中 的核泄露造成的污染。土壤污染的現(xiàn)狀據(jù)統(tǒng)計資料表明，1980年全國受“三廢”污染的農(nóng)田面積為267萬hm2,1988年為670 萬hm2,1998年污染農(nóng)田數(shù)量2000萬hm2，約占耕地面積的1/5，造成直接經(jīng)濟損失200億 元，其中由于重金屬污染而引起的糧食減產(chǎn)達1000萬t/a，直接經(jīng)濟損失達100多億元。2000年全國2.2億kg糧食調(diào)查發(fā)現(xiàn)，糧食中重金屬Pb、Cd、Hg、As超標率占10%，在 北京、沈陽、廣州、天津、南京、蘭州和上海等重點地區(qū)，土壤及

9、地下水污染已經(jīng)導致癌癥 等疾病的發(fā)病率和死亡率比沒有污染的對照區(qū)高數(shù)倍到10多倍。全國出產(chǎn)的主要農(nóng)產(chǎn)品中， 農(nóng)藥殘留超標率高達16%20%，問題相當嚴重。據(jù)趙其國院士介紹，江蘇省最近的監(jiān)測表明，小麥、大米、面粉中的鉛檢出率88.1%， 超標率為21.4%，農(nóng)殘超標70%，其中甲胺磷超標50%，甲拌磷超標30%，樂果超標10%。在 南京，目前優(yōu)質(zhì)一等耕地所占比例已不到10%，40%的耕地只能說是勉強合格。秦淮河流域 地區(qū)汞超標，沿江地區(qū)則鎘污染超標。像江心洲、八卦洲地區(qū)建議不能再種植大米、蔬菜、 果品等農(nóng)產(chǎn)品，應(yīng)該以生態(tài)建設(shè)為主，像秦淮河流域則不太適合種植大米等農(nóng)產(chǎn)品。圖片（關(guān)于土壤污染）打機農(nóng)

10、嫡幟化物檢井琵打油有機洗爵刑者鮑耽繁類伉慈對物及育勤物質(zhì)農(nóng)萌1/和她用煉焦、煉油、宕成苯附、橡般，化肥 也責、出金,印染等業(yè)廢水，肥料 g墟*工業(yè)康水，廢氣 fi油開采.垸油、械湖管蒯油 城山河蟲、機械業(yè)抒水展肥、城市再水、河泥、 垃圾 人【合成品及牛產(chǎn)匚業(yè)窿胃、度水 建市沔水、食妹、斜棗,紙梁HI h fJR元素itWrf/心 f (嫌料、布冶嫌 llltlt冶虬電敏、M.化肥.電電葬.WH, 她等r貌康水卻污此，理修、豚等L業(yè)踱水.汽油防爆燃燒排氣，農(nóng)峨 制忙煉油 農(nóng)約、 油漆.g等業(yè)茂水和污泥蔡科等很康水和污泥 隧約、玻牌等x*水.en,賺 弟水等1業(yè)的辨放物除:此 掇動力、國位*1產(chǎn)勻

11、I一業(yè)地水叩能.核動力r何位素生產(chǎn)等匚的書做藥蘇化物革舞相)的石油仃機洗涂劑有麻眥牛物名瓠聯(lián)茉類仃機懸浮物及禹氟物質(zhì)冶煉，臧件酸納、雄酸和磷肥 紙喉纖維.化學耳【0位水 破強，石油燈危洗、電健 農(nóng)為生產(chǎn)和施川煉、嫁油，什成羊的、梆股. 電魅、南僉、印染魯】：業(yè)傲浦, 打精、煉爆等工業(yè)廢水* 石油開采*煉油危油管 城市瀉水,機械匚業(yè)污水 廄肥、城市拷水、溶泥.垃圾 婦產(chǎn)1業(yè)廢氣、神 想由污水、食髭.哪-抵聚她財三、土壤修復(fù)技術(shù)污染土壤修復(fù)的目的在于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 毒性較低或無毒的物質(zhì)、阻斷土壤污染物在生態(tài)系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)移途徑，從而較小土壤污染物對 環(huán)境、人

12、體或其它生物日的危害。污染土壤修復(fù)技術(shù)分類按修復(fù)位置分類根據(jù)其位置變化與否分為原位修復(fù)技術(shù)(in-situ technologies)和異位修復(fù)技術(shù)(ex-situ technologies )又稱易位或非原位修復(fù)技術(shù)。原位修復(fù)技術(shù)(in-situ technologies)對未挖掘的土壤進行治理的過程，對土壤沒有什么 擾動，這是歐洲最廣泛采用的技術(shù)。異位修復(fù)技術(shù)(ex-situ technologies)對挖掘后的土壤進行處理的過程。又可細分為原地 (on site)處理和異地(off site)處理。按操作原理分類物理修復(fù)技術(shù)化學修復(fù)技術(shù)植物修復(fù)技術(shù)生物修復(fù)技術(shù)污染土壤修復(fù)技術(shù)分述物理修復(fù)

13、技術(shù)土壤蒸氣提取技術(shù)(soil vapor extraction,SVE)固化/穩(wěn)定化技術(shù)(solidification/stabilization)玻璃化技術(shù)(vitrification)熱處理技術(shù)(thermal treatment)電動力修復(fù)技術(shù)(electrokinetic technologies)稀釋(dilution)和覆土(covering with clean soil)化學修復(fù)技術(shù)土壤淋洗技術(shù)(soil flushing/washing)原位化學氧化技術(shù)(in-site chemical oxidation)化學脫鹵技術(shù)(chemical dehalogenation)溶劑

14、提取技術(shù)(solvent extraction)農(nóng)業(yè)改良措施(agricultural remediation)植物修復(fù)技術(shù)植物提取作用(phytoextraction)通過植物根系吸收污染物并將污染物富集于植物體內(nèi)，而后將植物體收獲、集中處置的 過程。作為植物提取修復(fù)用的植物必須對土壤中的一種或集中重金屬具有特別強的吸收能力，即所 謂超富集植物。適合植物提取技術(shù)處理的污染物：金屬(Ag、Cd、Co、Cr、Cu、Hg、Mo、Ni、Pb、Zn、As、 Se)、放射性核素(90Sr、137Cs、239Pu、238U、234U)、非金屬(B)。截至1998年，世界上發(fā)現(xiàn)金屬超富集植物430余種，其中

15、鎳富集植物最多，達317種，銅 37種，鉆28種，鉛14種，鎘只有一種。國內(nèi)發(fā)現(xiàn)的超富集植物：螟蚣草(As)，東南景天(Zn)，商陸(Mn)根際降解作用(rhizodegradation)土壤中的有機污染物通過根際微生物的活動而被降解的過程。根際中聚集了大量的細菌、真菌等微生物和土壤動物。植物在生長過程產(chǎn)生分泌物，分泌物 可以增加根際微生物群落并促進微生物的活性，從而促進微生物的降解。根際分泌物的降解 會導致根際污染物的共代謝。根際降解包含以下幾個過程：好氧代謝、厭氧代謝、腐殖質(zhì)化作用。處理對象：TPH (總石油)、多環(huán)芳烴、苯、農(nóng)藥、含氯溶劑、五氯苯酚、多氯聯(lián)苯、表面活 性劑等。植物降解作用

16、(phytodegradation)被吸收的污染物通過植物體內(nèi)代謝過程而降解的過程，或污染物在植物產(chǎn)生的化合物的 作用下在植物體外降解的過程。其主要機理是植物吸收和代謝。植物降解的主要對象是有機污染物，例如：含氯溶劑(TCE)，除草劑(阿特拉津、苯達松)、 殺蟲劑(有機磷農(nóng)藥)、炸藥(TNT)等。植物穩(wěn)定化作用(phytostabilization)通過根系的吸收和富集、根際表面的吸附或植物根圈的沉淀作用而產(chǎn)生的穩(wěn)定化作用； 或利用植物或植物根系保護污染物，使其不因風、侵蝕、淋溶以及土壤分散而遷移的穩(wěn)定化 作用。植物穩(wěn)定化作用通過根際微生物活動、根際化學反應(yīng)或土壤性質(zhì)或污染物性質(zhì)的化學變 化而

17、作用。植物穩(wěn)定化技術(shù)處理對象是重金屬物質(zhì)，如As、Cr、Cd、Cu、Pb、Zn、Hg等。植物揮發(fā)作用（phytovolatilization）污染物被植物吸收后，在植物體內(nèi)代謝和運轉(zhuǎn)，然后以污染物或改變了得污染物形態(tài)向 大氣釋放的過程。植物揮發(fā)作用對某些金屬污染的土壤有潛在的修復(fù)效果。目前研究最多的 是汞和硒的植物揮發(fā)作用。（目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可以產(chǎn)生植物揮發(fā)的植物有：楊樹（含氯溶劑）、紫云英（TCE）、黑刺槐 （TCE）印度芥（Se）、芥屬雜草（Hg）。（下點對應(yīng)植物的圖片）該方法使用范圍小，并有一定的二次污染風險，應(yīng)用受一定限制。（4）生物修復(fù)技術(shù)泥漿相生物反應(yīng)器（slurry phase bi

18、oreactor）溶解在水相中的有機污染物容易被微生物利用，而吸附在固體顆粒表面的有機污染物不 容易被利用，因此將污染土壤制成漿狀更有利于污染物的生物降解。泥漿相處理在泥漿反應(yīng) 器中進行。挖出的土壤加水制成泥漿，然后與降解微生物和營養(yǎng)物質(zhì)在反應(yīng)器中混合，添加 適當?shù)谋砻婊钚詣┗蚍稚┛梢源龠M吸附的有機污染物的解離，從而促進降解速度。處理后 的泥漿被脫水，脫出的水要進一步處理以除去其中的污染物，然后可以被循環(huán)使用。實例：1992到1993年之間，美國的德克薩斯州曾采用該技術(shù)處理了一處被多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、 苯和氯乙烯污染的土壤。共處理大約30萬t 土壤和污泥，每噸土壤的處理費用大約是60 英鎊。

19、處理系統(tǒng)包括：通氣系統(tǒng)、液態(tài)氧供應(yīng)系統(tǒng)、化學物質(zhì)供應(yīng)系統(tǒng)、清淤及混合設(shè)備及 生物反應(yīng)器，經(jīng)過十一個月的處理之后，苯濃度從608mg/kg降低到6mg/kg，氯乙烯從314m/kg 降低到16mg/kg。生物堆制法（biopiles）土地耕作法（land farming）翻動條垛法（Windrow turning）屬于異位生物處理過程。將污染土壤與膨松劑混合以改善結(jié)構(gòu)和通氣狀況，堆成條垛。 垛高12m，條垛地面要鋪設(shè)防滲底墊以紡織滲漏液對土壤的污染。通常往土垛中添加一些 物質(zhì)如木片、樹皮或堆肥，以改善垛內(nèi)的排水和空隙狀況。用機械進行翻堆，翻堆可以促進 均勻性，為微生物活動提供新鮮表面，促進排水，改善通氣狀況，從而促進生物降解。處理對象：揮發(fā)性、半揮發(fā)性、鹵化和非鹵化有機污染物、多環(huán)芳烴等污染