土壤修复主要技术

土壤污染修复技术分析目前理论上可行的修复技术有物理修复技术、化学修复技术、微生物修复技术、植物修复技术和综合修复技术等几大类，部分修复技术已进入现场应用阶段，并取得了较好的效果。

对污染土壤实施修复，阻断污染物进入食物链，防止对人体健康造成的危害，促进土地资源保护和可持续发展具有重要意义。

目前，有关土壤修复技术的研究发展主要集中于可降解有机物污染和重金属污染土壤的修复两个方面。

1 土壤污染修复技术分类从不同角度，可以对土壤污染修复技术进行不同分类。

（1）按修复位置分土壤污染修复技术可分为原位修复技术和异位修复技术。

原位修复技术指对未挖掘的土壤进行治理的过程，对土壤没有太大扰动。

优点是比较经济有效，就地对污染物进行降解和减毒，无须建设昂贵的地面环境工程基础设施和远程运输，操作维护较简单。

此外，原位修复技术可以对深层次土壤污染进行修复；缺点是较难控制处理过程中产生的“三废”。

异位修复技术是指对挖掘后的土壤进行修复的过程。

异位修复又分为原地处理和异地处理两种，原地处理指发生在原地的对挖掘出的土壤进行处理的过程；异地处理指将挖掘出的土壤运至另一地点进行处理的过程。

异位修复技术优点是对处理过程的条件控制较好，与污染物接触较好，容易控制处理过程中产生的“三废”排放；缺点是在处理之前需要挖土和运输，会影响处理过的土壤再使用，且费用通常较高。

（2）按操作原理分物理修复技术和化学修复技术是利用污染物或污染介质的物理或化学特性，以破坏（如改变化学性质）、分离或固化污染物，具有实时周期短、可用于处理各种污染物等优点，但均存在处理成本高，处理工程偏大的缺点。

微生物修复技术指利用微生物的代谢过程将土壤中的污染物转化为二氧化碳、水、脂肪酸和生物体等无毒物质的修复过程。

植物修复技术是利用植物自身对污染物的吸收、固定、转化和积累功能，以及通过为根注：1. 成熟性：F.规模应用；P.中试规模。

2. 污染物类型：a.挥发性；b.半挥发性；c.重碳水化合物；d.杀虫剂；e.无机物；f.重金属。

3. 土壤类型：A.细黏土；B.中粒黏土；C.淤质黏土；D. 黏质肥土；F.淤泥；G.砂质黏土；H.砂质肥土；I.砂土。

4. ¥=低成本；¥+=低到中低成本；¥¥=中等成本；¥¥¥=高成本。

5. 修复时间为每种技术的实际运行时间，不包括修复调查、可行性研究、修复技术筛选、修复工程设计等的时间。

6．“--”表示不确定。

际微生物提供有利于修复进行的环境条件而促进污染物的微生物降解和无害化过程，从而实现对污染土壤的修复。

微生物修复和植物修复均具有处理费用低、可达到较高的清洁水平等优点，但在实际应用过程中存在生物适应性差、所需修复时间较长、受污染物类型限制等不足。

2 污染土壤修复技术及工程实例分析2.1 物理修复技术物理修复技术是指通过对土壤物理性状和物理过程的调节或控制，使污染物在土壤中分离，转化为低毒或无毒物质的过程。

（1）土壤蒸汽浸提修复技术土壤蒸汽浸提技术最早于1984年由美国Terravac公司研制成功并获得专利。

它是通过降低土壤空隙的蒸汽压，将土壤中的污染物转化为蒸汽形成排出土壤的修复技术，可用于去除不饱和土壤中挥发性有机组分（VOCs）污染，适用于高挥发性有机物和一些半挥发性有机物污染土壤的修复，如汽油、笨和四氯乙烯等污染的土壤。

土壤蒸汽浸提修复技术的基本原理是在污染土壤内引入清洁的空气产生驱动力，利用土壤固相、液相和气相间的浓度梯度，在气压降低的情况下，将其转化为气态的污染物排出土壤的过程，土壤蒸汽提取系统示意如图1所示。

利用真空泵将空气从污染土壤中缓慢抽出，从土壤中抽取携带了挥发性污染物的蒸汽，再通过一个气/水分离器和废物处理系统处理后排放。

由于土壤空隙中挥发性污染物分压的不断降低，原来溶解在土壤中或被土壤颗粒吸附的污染物不断的挥发出来以维持空隙中污染物的浓度。

土壤蒸汽浸提修复技术可操作性强，设备简单，容易安装；对土壤结构破坏小；处理周期短，通常6~24个月即可；可以处理固定建筑物下的污染土壤；可以与其他技术结合使用。

该技术的缺点是只能处理不饱和的土壤，对饱和土壤和地下水的处理还需要其他技术。

图1 土壤蒸汽提取技术示意（引自美国环境保护署）（2）玻璃化修复技术玻璃化修复技术是指利用热能在高温下把固态污染物熔化为玻璃状或玻璃—陶瓷状物质，借助玻璃体的致密结晶结构，使固化体永久稳定。

污染物经过玻璃化作用后，其中有机污染物将因热解而被摧毁，或转化为气体逸出，而其中的放射性物质和重金属则被牢固地束缚于已熔化的玻璃体内。

玻璃化修复技术即适用于原位处理，也适用于异位处理。

原位玻璃化是指向污染土壤插入电极，对污染土壤固体组分施加1600~2000℃的高温处理，使有机污染物和部分图2 原位玻璃化技术示意（引自Iskandar et al.，1997）无机污染物如硝酸盐、硫酸盐和碳酸盐等得以挥发或热解，而从土壤中去除的过程，无机物污染（如重金属和放射性物质等）被包覆在冷却后形成化学性质稳定的、不渗水的坚硬玻璃体中；热解产生的水分和热解产物由气体收集系统收集后作进一步的处理。

该技术通常需要6~24个月才能完成，适用于修复含水量较低、污染物埋深不超过6m的土壤，处理对象包括放射性物质、有机物、无机物等多种干湿污染物，但不适于处理可燃有机物含量超过5%~10%的土壤（见图2）。

异位玻璃化技术是指将污染土壤挖出，利用等离子体、电流或其他热源在1600~2000℃高温下熔化土壤及其污染物，有机污染物在此高温下被热解或蒸发而去除，产生的水汽和热解产物收集后由尾气处理系统进行进一步处理后排放。

熔化物冷却后形成的玻璃体将无机污染物包覆起来，使其失去迁移性。

该技术可用于破坏、去除污染土壤、污泥等泥土类物质中的有机物和大部分无机污染物，但实施过程中需控制尾气中有机物及一些挥发性重金属，同时需进一步处理玻璃化后的残渣，否则可能导致二次污染问题（见图3）。

图3 异位玻璃化示意图（引自G. M. Pierzynski，1997）（3）固化/稳定化技术固化/稳定化技术是指运用物理或化学的方法将土壤中的有害污染物固定起来，或者将污染物转化成化学物质不活泼的形态，阻止其在环境中迁移、扩散等过程，从而降低污染物质的毒害程度的修复技术。

通常用于重金属和放射性物质污染土壤的无害化处理，但其修复后场地的后续利用可能使固化材料老化或失效，从而影响其固化能力，触水或结冰/解冻过程会降低污染物的固定化效果。

固化/稳定化技术可分为原位固化/稳定化和异位固化/稳定化。

原位固化时，通过钻孔装置和注射装置，将修复物质（如膨润土、干泥、灌浆、水泥等）注入土壤。

然后利用大型搅拌装置进行混合（图4）。

处理后的土壤留在原地，其上用清洁土壤覆盖。

该技术不适合有机污染土壤的修复，在实施过程中一般需要3~6个月，具体应视修复目标值、待处理土壤体积、污染物浓度分布情况及地下土壤特性等因素而定。

图4 固定/稳定化修复技术示意（a）原位固定/稳定化修复（b）异位固定/稳定化修复异化固化/稳定化是将污染土壤挖出，与粘结剂（如水泥、火山灰、沥青和各种聚合物等）混合形成凝固体而达到物理封锁或发生化学反应形成固体沉积物，从而达到降低污染物活性的目的。

该技术属于非常成熟的土壤修复技术之一，主要用于无机污染（包括放射性物质）土壤的修复，一般不适于处理有机物和农药污染，不能保证污染物的长期稳定性，且处理过程会显著增加产物体积。

通常采用移动装置在现场进行浸提操作，一台处理单元日处理能力一般为7.6~380m3。

（4）热力学修复技术热力学修复技术指利用高温所产生的一些物理和化学作用，如挥发、燃烧、热解，去除或破坏土壤中有毒物质的过程。

该技术常用于处理有机污染的土壤，如挥发性有机物、半挥发性有机物、农药、高沸点氯代化合物，也适用于部分重金属污染的土壤，如挥发性金属汞。

但热处理技术不适用于大多数无机污染物、腐蚀性有机物、活性氧化剂和还原剂等。

其原理是通过直接或间接热交换，将污染介质及其所含的有机污染物加热到足够的温度（150~540℃），使污染物从污染介质挥发或分离的过程，按温度高低可分为低温热处理技术（土壤温度为150~315℃）和高温热处理技术（土壤温度为315~540℃）。

该技术适用于处理土壤中挥发性有机物、半挥发性有机物、农药、高沸点氯代化合物。

热处理技术的热源有很多：加热的空气、明火以及可以与土壤直接或间接接触的热传导液体等，在欧美国家，热处理技术应用比较广泛。

该技术的缺点是黏粒含量高的土壤处理比较困难，处理含水量高的土壤耗电量多。

（5）电动力学修复技术电动力学修复技术最早是美国路易斯安那周立大学研究出的一种净化土壤污染的方法，通过向土壤施加直接电流（每平方米几安培），在点解、电迁移、扩散、电渗透、电脉等共同作用下，使土壤溶液中的离子向电极附近富集从而达到去除的过程。

其基本原理与电池类似，是利用插入土壤中的两个电极在污染土壤两端加上低压直流电场，在低强度直流电的作用下，土壤中的带电颗粒在电场内作定向移动，土壤污染物在电极附近富集或被收集回收，如图5所示。

目标污染物包括大部分无机污染物、放射性物质及吸附性较强的有机物。

图5 电动力修复原理示意电动力学修复技术可以用以抽地下水和土壤中的金属离子，也可以对土壤中的有机物进行去除。

重金属离子等带电污染物可主要通过电迁移作用去除，而有机污染物的清洗主要依赖于土壤间隙水分的电渗流动。

此外，污染物还可吸附于胶体颗粒上，随其电脉得到迁移。

电动力学修复速度较快、成本较低，特别适用于小范围的黏质的多种金属污染土壤和可溶性有机物污染土壤的修复；对于不溶性有机污染物，需要化学增溶，易产生二次污染。

影响土壤电动力学修复效率的因素很多，包括电压和电流大小、土壤类型、污染物性质、洗脱液组成和性质、电极材料和结构等。

该技术特别适合于低渗透的黏土和淤泥土壤或异质土壤的修复。

但当土壤含水率低于10%时，该技术的处理效果大大降低，且在电场的作用下，可能产生有害副产品。

大量研究证明，该技术具有高效性，设计重金属、放射性核素、有毒阴离子、非水相液体、氰化物、石油烃、炸药、有机/离子混合污染物、卤代烃、非卤化污染物、多核芳香烃等污染物的修复，但最适合的是金属污染物的修复。

（6）客土、换土技术客土是指在被污染的土壤上覆盖上非污染的土壤，从而避免污染土壤中的污染物进入食物链。

但客入的清洁土层需要一定厚度，要能满足植物根系的生长，以避免其伸到污染土层。

换土则是将部分或全部污染土壤挖除而换上非污染土壤。

实践证明，这是治理土壤污染特别是重金属污染切实有效的方法。

一般情况下，换土的厚度越大，降低作物中污染物含量越显著。