我国污染土壤修复技术及产业现状_赵金艳

发布时间:2021-10-17 06:52:51

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我国污染土壤修复技术及产业现状
赵金艳,李 莹,李珊珊,张 爽
(北京机电院高技术股份有限公司,北京 100027) 摘 要:分析了我国土壤污染现状、土壤修复技术及产业现状,以及我国土壤修复相关政策及标准。提 出目前国内土地污染面积不断扩大,土壤污染日益严重,而与土壤污染、场地修复有关的法律法规缺乏系 统性和具有可操作性的细则,没有一套行之有效的修复技术体系,在大规模的土壤修复工程应用时,尚需 解决诸如资金、政策、标准、技术等很多实际问题。 关键词:污染土壤;重金属污染;土壤修复;技术现状;产业现状 中图分类号:X53 文献标志码:A 文章编号:1006-5377(2013)03-0053-05

1 我国土壤污染现状及污染类型
土壤是人类赖以生存的主要资源之一,*年来,随 着工业的快速发展和城市化规模的不断扩大,矿产资源 的不合理开发及其冶炼排放、长期对土壤进行污水灌溉 和污泥施用、人为活动引起的大气沉降、化肥农药的使 用等原因,造成了土地污染面积不断扩大,土壤污染日 益严重。根据全国土壤污染调查结果,目前我国受污染 的耕地约有1.5亿亩, 占18亿亩耕地的8.3%[1], 多是集中在 经济较发达的地区。 另根据国家环保部门组织的《典型 区域土壤环境质量状况探查研究》显示,珠三角部分城 市有*40%的农田菜地土壤重金属污染超标,其中10% 属严重超标。据估算,全国每年因重金属污染的粮食达 1200万吨,造成的直接经济损失超过200亿元。土壤污 染具有隐蔽性、毒害性、累积性、长期性、多样性和滞 后性的特点,被污染的土壤通过地下水或生物富集作用 直接或间接地影响着人类健康。 土壤污染主要包括重金属污染、农药和有机污染物 等多种类型。其中90%左右被污染土壤都与重金属有关。

2 我国土壤修复相关政策及标准
2.1 现有的相关政策法规 目前,我国涉及土壤保护的法律法规主要有《环境 保护法》、《土地管理法》、《水土保持法》,在水、 大气、固体废弃物污染防治法中,也对土壤环境保护有 所涉及。但这些法律规定分散且不系统,可操作性不 强,不能满足保护土壤环境的实际需要。关于污染场地 的法律责任,中国目前的法律中尚未明确提出。即使是 污染场地、棕色地块、土壤修复等基本概念,都没有法 律法规的确认和统一的界定,只是*年来在一些学术资 料中使用。 鉴于*年来城市工业企业搬迁中土地污染问题的严 峻性和迫切性,有关部门出台了一些专门的规定,如 《关于切实做好企业搬迁过程中环境污染防治工作的通 知》(2004年)、《污染场地土壤环境管理暂行办法》 (2007年)、《关于加强土壤污染防治工作的意见》 (2008年)等,为污染场地的管理提供了一些有益的参 考,在污染场地的管理方面前进了一步,但相对于目前

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的土地污染修复与再开发中的实际问题,这些文件的指 导作用及约束力还远远不够。 此外,《全国土壤环境保护“十二五”规划》已通 过专家论证,并经进一步修改后,将报请国务院审批。 酝酿多年的《土壤污染防治法》也即将出台,该法最终 确定了以“治”为重点、“防治兼顾”的立法方向,有 望从根本上解决土壤污染问题,使土壤污染防治工作步 入法制化轨道。 2.2 现行的土壤标准 在土壤监测标准方面,目前有《土壤环境监测技 术规范》(HJ/T166 -2004)、《地下水环境监测技术 规范》(HJ/T164-2004)、水利部《水环境监测规 范》(SL219-98);在监控标准方面,有《地下水质 量标准》(GB/T14848-93)、《土壤环境质量标准》 (GB15618-1995)、《工业企业土壤环境质量基准》 (HJ/T25-1999),已很少使用。其中我国唯一的《土壤 环境质量标准》中,只包含了八种重金属、两种农药, 且只针对农用地土壤保护,已经相当滞后。上述标准中 的污染物项目难以完全包括所有污染物,尤其是有机污 染物,而且难以满足场地修复的市场需求,也无法对场 地土壤修复的效果进行评价。 我国土壤环境保护标准 正在逐步完善。 针对2010 年上海世博会展览场馆的土壤修复, 制定了 《展览会用 地土壤环境质量评价标准(暂行) (HJ350-20 07)。 》 《土壤环境质量标准》的全面修订工作在紧张进行中, 一系列的场地管理标准也正在征求意见, 准备酝酿出 台, 包括《污染场地风险评估技术导则》 《污染场地土 、 壤修复技术导则》、 《场地环境调查技术规范》和《污 染场地环境监测技术导则》等。其中《污染场地土壤 修复技术导则》(征求意见稿)已于2009年12月发布。 总之,目前我国的土壤污染状况缺乏比较全面系统 的数据,相关标准体系也不完善,在土壤污染监测监 控、环境风险评价及土壤修复技术等方面还未建立完备 的技术指南及标准。

作就显得更为重要和复杂。目前土壤污染的主要修复技 术有工程修复、物理-化学修复、生物修复及联合修复 技术等。 3.1 工程修复技术 土壤的工程修复技术主要包括排土、换土、去表 土、客土和深耕翻土等措施。客土法是向污染土壤内加 入大量的干净土壤,覆盖在表层或混匀,使污染物浓度 降低或减少污染物与植物根系的接触。换土就是把污染 土壤取走,换入新的干净土壤。翻土就是深翻土壤,使 聚集在表层的污染物分散到土壤深层,达到稀释和自处 理的目的。通过这些方法可以降低土壤中污染物的含 量,减少污染物对土壤-植物系统产生毒害,从而使农产 品达到食品卫生标准。翻土用于轻度污染的土壤,动土 比较少,而客土和换土则是用于重污染区的常见方法。 工程措施是比较经典的土壤污染治理措施,它具有 彻底、稳定的优点,但工程量大、投资费用高,会破坏 土体结构,引起土壤肥力下降,并且还要对换出的污土 进行堆放或处理[2]。 3.2 物理-化学修复技术 物理-化学修复是利用污染物或污染介质的物理化 学特性,以破坏(如改变化学性质)、分离或固化污染 物,具有实施周期短、可用于处理各种污染物等优点。 主要包括:热处理技术、土壤固化-稳定化技术、淋洗 技术、氧化还原技术、电动力学修复技术和土壤性能改 良技术等。 (1)热处理技术 热处理技术是指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℃),使有机污染物挥发或分离的过程, 按温度可 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℃) 。该技术是应用 于工业企业场地土壤有机污染物污染的主要物理修复技 术,包括热脱附、微波加热和蒸气浸提等技术。热处理 修复技术适用于处理土壤中挥发性有机污染物、半挥发 性有机污染物、农药、高沸点氯代化合物,不适用于处 理土壤中的重金属(Hg和Se除外)、腐蚀性有机物、活 性氧化剂和还原剂等[3]。该技术已经应用于苯系物、多环 芳烃、多氯联苯和二 英等污染土壤的修复。 (2)固化-稳定化技术 固化-稳定化技术是将污染物在污染介质中固定, 使其处于长期稳定状态,是较普遍应用于土壤污染的快

3 土壤修复技术现状
土壤修复与空气和水污染的治理不同,其耗时长、 耗资大、处置过程更复杂,而且很容易产生二次污染。 再加上我国土壤污染防治面临的形势很复杂:部分地区 土壤污染严重,土壤污染类型多样,呈现新老污染物并 存、无机有机复合污染物并存的局面,因而土壤修复工

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速控制修复方法。该技术可分为原位和异位稳定-固化 修复技术。原位稳定-固化技术适用于重金属污染土壤 的修复,一般不适用于有机污染物土壤的修复;异位 稳定-固化技术通常适用于处理无机污染物质,不适用 于半挥发性有机污染物和农药杀虫剂污染土壤的修复。 该处理技术费用比较低廉,对一些非敏感区的污染土 壤可大大降低污染治理成本。常用的固化稳定剂有飞 灰、石灰、沥青和硅酸盐水泥等,其中水泥应用最为广 泛[4]。但其所需的设备较多,如螺旋转井、混合设备、 集尘系统、大型储存池等。另外,污染物埋藏深度、土 壤pH值和有机质含量等都会在一定程度上影响该技术的 应用以及有效性。 (3)土壤淋洗技术 土壤淋洗技术指借助能促进土壤环境中污染物溶解 或迁移作用的溶剂,通过水力压头推动清洗液,将其注 入被污染土层中,然后再将包含污染物的液体从土层中 抽提出来,进行分离和处理的技术,可分为原位和异位 化学淋洗技术。原位化学淋洗技术适用于水力传导系数 大于10 cm/s的多孔隙、易渗透的土壤,如沙土、砂砾 土壤、冲积土和滨海土,不适用于红壤、黄壤等质地较 细的土壤;异位化学淋洗技术适用于土壤粘粒含量低于 25%、被重金属、放射性核素、石油烃类、挥发性有机 污染物、多氯联苯和多环芳烃等污染的土壤。 常用的淋洗剂有水、酸/碱溶液、络合剂、表面活性 剂、氧化剂和超临界CO2流体等。该技术的关键是提取剂 的选择,既能提取污染物又不破坏土壤结构,但事实上 很难找到。而且,如果处理不当的话,引入的提取剂很 有可能造成二次污染。因此研发高效的表面活性剂,提 高修复效率,降低设备与污水处理费用,防止二次污染 等是该技术重要的研究课题。 土壤淋洗技术的周期短,效率高 。由于该技术需 要用水,所以修复场地要求靠*水源,同时因需要处理 废水而增加了成本。土壤淋洗以柱淋洗或堆积淋洗更为 实际和经济,这对该修复技术的商业化具有一定的促进 作用,该技术在美国、英国、日本等国家已有很多成功 的工程实例,商业化程度较高。 (4)土壤氧化-还原技术 土壤氧化-还原技术是通过向土壤中投加氧化剂或 还原剂,使其与污染物质发生化学反应来实现净化土壤 的目的。通常化学还原法修复对还原作用敏感的有机污 染物是当前研究的热点。例如,纳米级粉末零价铁的强
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脱氯作用已经被接受和运用于土壤与地下水的修复。但 是,目前零价铁还原脱氯降解含氯有机化合物技术的应 用还存在诸如铁表面活性的钝化、被土壤吸附失效等问 题,需要开发新的催化剂和表面激活技术。土壤光催化 降解技术是一项新兴的深度土壤氧化修复技术,可应用 于农药等污染土壤的修复。土壤质地、粒径、氧化铁含 量、土壤水分、土壤pH值和土壤厚度等对光催化氧化有 机污染物有明显的影响[6]。 (5)土壤电动力学修复技术 电动力学修复是通过电化学和电动力学的复合作用 驱动污染物富集到电极区,进行集中或分离的过程。研 究发现,土壤pH值、缓冲能力、土壤组分及污染金属 种类会影响修复的效果。目前,国外科研人员已经发展 了多种土壤电动修复技术,如Lasagna TM技术、ElectroKlean TM电动力学分离技术,并成功应用于污染土壤的 修复[7]。 该技术不需要投入化学药剂,修复过程对环境几乎 没有任何负面影响,修复速度较快、成本较低,特别适 用于小范围的黏质的多种重金属污染土壤和可溶性有机 物污染土壤的修复。但电动力学修复技术对电荷缺乏的 非极性有机污染物去除效果不好,对于不溶性有机污染 物,需要化学增溶,易产生二次污染[8]。 (6)土壤性能改良技术 改良剂能有效降低污染物的水溶性、扩散性和生物 有效性,减轻它们对生态环境的危害。土壤改良技术的 关键是根据土壤物化特性、污染物的类型选择试剂。应 用较多的改良剂有:石灰性物质、有机物质、离子拮抗 剂以及化学沉淀剂等。 总之,土壤物理-化学修复技术虽然各自都有较好 的修复效果,但是各技术都有一定的适用范围的限制; 而且各个修复技术之间缺乏交融性,很少有人将多种方 法融合起来构成一个技术体系,以发挥各自优势,摈弃 各自缺点。 3.3 生物修复技术 生物修复技术是*20年发展起来的一项用于污染土 壤治理的新技术,是指综合运用现代生物技术,使土壤 中的有害污染物得以去除,土壤质量得以提高或改善的 过程。土壤生物修复技术,包括植物修复、微生物修 复、生物联合修复等技术。生物修复技术适用于烃类及 衍生物,如汽油、燃油、乙醇、酮、乙醚等污染物的治 理,不适合处理持久性有机污染物。

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(1)植物修复技术 植物修复技术包括利用植物超积累或积累性功能的 植物吸取修复、利用植物根系控制污染扩散和恢复生态 功能的植物稳定修复、利用植物转化功能的植物挥发修 复、利用植物根系吸附的植物过滤修复技术。可被植物 修复的污染物有重金属、农药、放射性元素等 。其中, 重金属污染土壤的植物吸取修复技术在国内外都得到了 广泛研究,已经应用于砷、镉、铜、锌、镍、铅等重金 属以及与多环芳烃复合污染土壤的修复,并发展出包括 络合诱导强化修复、不同植物套作联合修复、修复后植 物处理处置的成套集成技术。 该技术不仅应用于农田土壤中污染物的去除,而且 还可以应用于人工湿地建设、填埋场表层覆盖与生态恢 复、生物栖身地重建等。这种技术的应用关键在于筛选 具有高产和高去污能力的植物,摸清植物对土壤条件和 生态环境的适应性。然而目前已知的超富集植物虽然体 内重金属的含量高,但绝大多数生长慢、生物量小,且 大多数为莲座生长,很难进行机械操作。 (2)微生物修复技术 微生物修复是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。微生物修复主要应用于地下储油罐 污染地、原油污染海湾、石油泄漏污染地及其废弃物 堆置场,含氯溶剂、苯、菲等多种有机物污染土壤的 生物修复。微生物修复有时并不能去除土壤中的全部污 染物,只有与物理和化学处理方法组成统一的处理技术 体系时,才能真正达到对污染土壤的完全修复。因此如 何提高微生物修复的效率也是当前该领域研究的热点之 一 。 由于人们对基因工程菌应用于环境的潜在风险性仍 存在种种担忧,如美国、日本、欧洲等大多数国家和地 区对基因工程菌的实际应用有严格的立法控制,实际应 用并非易事,因此在研究应用中生态风险与安全评价尤 为重要。在我国微生物修复研究工作主要体现在筛选和 驯化特异性高效降解微生物菌株,提高功能微生物在土 壤中的活性、寿命和安全性,修复过程参数的优化和养 分、温度、湿度等关键因子的调控等方面。 生物修复与其它的污染土壤修复技术相比,具有成 本低、无二次污染、处理效果好、易于管理等优点,日 益受到人们重视。与物理修复技术相比,生物修复技术 的成本往往只占前者的1/100~1/10,而且安全性高,对
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大面积急需治理的受污染农田比较适用。目前,该技术 处于实验室或模拟试验阶段的研究成果较多,商业性应 用有待该技术的进一步成熟和创新性技术的开发。 3.4 联合修复技术 协同两种或两种以上修复方法,形成联合修复技 术,不仅可以提高污染土壤的修复速率与效率,而且 可以克服单项修复技术的局限性,实现对多种污染物 复合/混合污染土壤的修复,已成为土壤修复技术中的重 要研究内容。联合修复技术主要包括微生物/动物-植物联 合修复技术、化学/物化-生物联合修复技术、物理-化学 联合修复技术等。 3.5 小结 目前土壤修复的各种技术都有特定的应用范围和局 限性。尤其是物理、化学的方法,容易导致土壤结构破 坏,土壤养分流失和生物活性下降。生物修复尤其是植 物修复目前是环境友好的修复方法,但土壤污染多是复 合型污染,植物修复也面临技术难题。此外,我国土壤 修复的设备大部分依赖进口,缺乏自主技术。 目前,国内有关污染土壤修复技术的研究还处在起 步阶段,很多试验都处于实验室模拟阶段,而且尚没有 人提出一套行之有效的修复技术体系。大规模的工程应 用时,尚需解决很多实际问题,如投资费用高、环境因 素影响、二次污染控制等。

4 土壤修复产业发展趋势
污染土壤修复产业“十一五”刚刚开始,“十二 五”是预热阶段,“十三五”及以后将有大的发展。然 而对于刚刚起步的土壤污染修复产业来说,尽管市场潜 力巨大,但因资金、政策和标准、技术等因素的困扰, 目前其处境仍十分尴尬。 随着我国城市化进程的加快,土地的增值也刺激了 土壤修复市场的发展。我国的土壤修复产业正被国内外 看好,尽管这一产业目前面临商业模式不成熟、法规标 准缺失等困扰,但仍然成为投资者和研究机构最感兴趣 的话题之一。从国外发达国家的经验来看,土壤修复是 环保投资的重点,美国每年土壤修复的资金可占环保投 资总量的*一半,未来2~3年内,中国的污染场地修复 产业将进入建设高峰期,将会成为新的增长点,土壤修 复产业年均增长率可达到30%。根据“十二五”环保规 划,“十二五”时期我国污染土壤修复融资需求将达到 3150亿元。

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目前,我国污染土壤修复治理资金缺乏有效保障。 当前中国污染土壤调查评估与治理修复工作的资金一般 来自政府相关部门和土地开发商,资金来源有限且没有 保障,修复治理工作难以开展,资金问题成为很多污染 地块再开发的主要*3鲇诶吩颍泄寥牢廴 主体大多是各类国有工厂,经过多轮的改制重组,很多 工厂产权归属关系已经多次变化,即便产权明晰的,也 很难有能力再去支付高额的土壤修复费用。因此,“谁 污染,谁治理”这一环保行业的通行准则,在土壤修复 行业根本行不通。目前少数比较成熟的商业化项目,主 要依托于房地产,由房地产开发商埋单。除此之外,绝 大多数土壤修复项目主要依靠财政拨款或者银行贷款的 方式进行。但今后面对大量的类似项目,完全依靠政府 支付显然并不现实。鉴于此,目前的土壤修复多是场 地的修复,耕地的修复因为难以找到买单人,修复的 很少。 国内的土壤修复多是以工程的形式体现,国内土壤 修复的产业链也正在逐步完善发展。国内的一些科研机 构包括清华大学以及中科院等纷纷开始研究土壤修复项 目。国外的一些土壤修复咨询机构,如荷兰DHV集团等 也纷纷进入国内,带动了国内土壤修复产业的意识、技

术和市场的发展。在北京、上海、南京等经济相对发达 且污染场地较多的区域,也迅速涌现了一批土壤修复工 程类企业。土壤修复产业正在逐步形成上中下游的产业 链,从土壤污染项目的检测到风险评估,再到修复工程 的实施,进而还有相应的修复设备商等等,土壤修复的 产业链正在逐步实现有序化和细分化。 参考文献:
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Polluted Soil RemediationTechnology and Industry Status in China
ZHAO Jin-yan, LI Ying, LI Shan-shan, ZHANG Shuang (Beijing Machinery & Electricity Institute Co., Ltd, Beijing 100027, China) Abstract: The paper analyzes the polluted soil status, soil-remediation technology and industry status in China and the relavant policies and standards of soil-remediation. The paper indicates that the polluted areas of soil in our country are extending and soil pollution is increaaingly serious. Many actual problems, such as funds, policies, standards and technologies are to be settled in the application of large-scale soil- remediation projects. Keywords: polluted soil; heavy metal pollution; soil-remediation; technical status; industry status





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