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    土壤修复技术在有机污染地块的应用研究

    时间：2023-01-16 21:45:12来源：百花范文网本文已影响人

    张建宾，李 亮，张佳庆

    （1.中节能大地环境修复有限公司，北京市 100085；
    2.中节能大地（杭州）环境修复有限公司北京分公司，浙江 杭州 310000）

    随着工业的发展，有机污染问题日益突出。由于种种原因，导致土壤中含有大量有机污染物，这些污染物对土壤的理化性质、生态系统等均会造成影响，因此需要相关部门的重视并进行调查。随着科技的发展，各种土壤修复技术应运而生，相关工作人员可合理运用各项修复技术，对有机污染地块予以治理，同时还应做好多种防范措施，提高其有效性。基于此，相关人员应对有机污染地块的修复进行更加深入的研究。

    土壤中的污染物可分为无机污染物和有机污染物两大类，污染来源包括酸雨、工业废水、尾气排放等，土壤的有机污染，是通过大气与水污染结合或单独对土壤土质产生的影响，特别是随着农业水平的提高，大量化肥与农药的广泛运用，使土壤的污染越来越严重，例如有机农药、工业油废水、苯并芘类或洗涤剂等，普遍都是废气排放、污水排放、农药残留等积累而引发的。其中，生活污水与工业废水的排放都会对土壤造成污染，虽然合理利用污水进行灌溉确有增产效果，但若过量排放，就会因为其内部含有的重金属、氰化物等有害物质在农田中扩散，对土壤产生污染；
    废气主要来源于工业生产中有毒废气的排放，其污染面更大，如二氧化硫、氟化物、氮氧化物、气溶胶粉尘、烟尘等通过沉降或降水进入土壤，对土壤造成破坏；
    化肥农药则是由于使用过量，造成硝酸盐、硝态氮、杀虫剂、除草剂等药物残留，既破坏了土壤结构，又加重了土壤的毒性，使农作物受到伤害，如减产或品质的大幅度降低。此外，还会污染地下水与地表水，经不断扩散后，还会随降雨、蒸发等影响土壤周边的大气质量。有毒有害的农作物、被污染的大气，都会给人类、动物甚至整个自然界，埋下各种隐患，因此，相关人员应通过土壤修复技术，对其进行治理[1]。

    2.1 物理修复技术

    2.1.1 换土隔离法

    换土隔离法包括换土与隔离两种方式，都属于物理修复的主要方式，也是当前农田修复使用较为广泛的两种方式。换土法是用新鲜的且未受到污染的土壤，直接替换掉原有的有机污染地块，并对原有土壤中残留的污染物进行稀释，通过环境自身的修复能力消除原有污染物，而不需要采用其他化学添加剂、微生物、种植植物等。隔离法则是通过黏土或人工合成的惰性材料，将受到污染的土块与周边环境进行隔离，这种方式并没有去除或降解污染土壤本身的污染物质，而只是防止其扩散，避免了由于地下水与土壤的迁移导致的传播。这种方式可被运用于各项有机烃类污染地块的控制，尤其适用于渗透性较差的地块。此两种方式成本较低，但工作量较大。由于没有对污染物进行根治，因此还存在二次污染的风险[2]。

    2.1.2 热脱附法

    热脱附法主要运用于高温环境，通过高温来降低土壤的黏度与吸附性，并增加土壤地块的溶解度，促进挥发性或半挥发性化合物的降解与去除，该方法对存在于地下环境内的混合体，如轻质非水相液体或重质非水相液体等去除效果较好。传统的热脱附法很容易受到污染材料的影响而提高能耗，而当前推出了新型的微波加热法，这种方式加热速度快，耗能较少且热效率较高，适用于快速修复作业或重度污染修复作业中。通过微波加热，可对有机污染地块进行内外同时加热，进一步促进了其内部有机物的挥发与降解，且热脱附法对土壤环境没有较高要求，因此拥有更广泛的适用范围，但由于受到土壤含水率、渗透性等的影响，且其投资成本与运行费用较高，因此在实际修复工作中应灵活选择修复方式。

    2.1.3 通风去污法

    通风去污法可有效修复石油泄漏的污染地块。这种通风去污方式的原理是在液体污染物泄露后，会在土壤中发生横向或纵向迁移，最后会残留在土壤颗粒内部，再加上油污染中的有机烃类占比较高，因此可在受污染地区打井，引导空气流动，对底层土壤进行通风处理，通过空气流通清除土壤内部的有机烃类污染物。在实践运用中，可在污染地区表面打几口井，使空气通过井体向地下流通，并进行抽气。同时通过在井内加装净化过滤装置，避免有害空气对大气造成二次污染。

    通风去污法的运用效果与空气速率有关，因此在进气井的设计中，应着重考虑其形状，避免设计成影响空气流通的弯曲井，而应设计成直线井型，增加空气的流通速率。此外，还应避免对土壤地下水源等造成影响，因此，挖掘时需提前做好规划，探寻地下水源的具体位置，以便进行规避。该种方式去除有机烃类污染物的效率较高，但对于其他污染物则难以发挥出好的效果[3]。

    2.1.4 气相抽提法

    气相抽提法是通过真空泵产生负压力，在空气流通过污染区域时，使土壤空隙内的挥发性与半挥发性有机污染物能够随着气流被抽离，全部被收集到抽提设备内，进行统一处理，这种方式可有效去除土壤中的有机污染物，但很容易受到周边环境温度的影响。实验表明，利用气相抽提法对苯、甲苯、乙苯等污染物的修复率分别为89%、71%、30%。因此气相抽提法对于苯与甲苯的修复效果是最好的。该方法所涉及的设备较为简单，一般仅需要一台空气泵，且现场安装流程较少，对修复场地的干扰与影响也较小，修复时间短、成本低。但对于土壤本身的特性，例如含水量、渗透性、均质性等要求较高，因此需要提前对土壤进行广泛勘察。

    2.2 化学修复技术

    化学修复技术是通过化学物质或化学反应，将有机污染地块中的污染物进行分解的方式，一般可应用于高浓度污染地块的修复，例如淋洗技术、等离子体技术等，但在运用中也应考虑各种方式的适用性与局限性，并根据土地环境合理应用。

    2.2.1 土壤淋洗技术

    土壤淋洗技术是通过水体将土壤内部吸附在细小土壤颗粒表面的污染物进行分离。起源于上世纪90年代的移动式土壤冲洗装置，可对不受控制的危险污染废物进行冲洗。土壤淋洗技术使用的溶液不同于一般的萃取剂，其主要包含有机化合物、酸以及带有张力活性的物质，将其与水融合，可去除土壤内的污染物。先提取被污染的土壤，再通过搅拌与洗涤的方式将土壤颗粒进行沉淀与填埋，还可通过在萃取剂中加入螯合剂或调节pH值等方法，提高去除效果。该方式在应用过程中，通过萃取剂内化合物的反应，可大幅降低土壤内部的污染。该方式成本较低，见效较快，能够大批量应用于有机污染地块的修复，还可以有效避免二次污染，影响范围较小，是当前应用较为广泛的一种化学处理方式。

    2.2.2 等离子体技术

    等离子体技术在运用中，通常是通过电离气体，释放大量的高能量电子、自由基与光子等，这种电中性的等离子体与正离子的电子密度相等，且在外源施加的电场中，空间内部会形成更多的电子与离子，其产生的活性物质将会大面积作用于土壤与空气等污染物分子中。研究表明，这种等离子处理方式，通过介质的阻挡可将放电等离子体更持久地留在所处理的土壤表面，并实现对土壤的消毒。在当前运用中，也可采用低温等离子体对土壤内的硝基苯酚进行降解，对其他难以降解、难以控制的污染物，通过利用等离子体技术可较为明显地改善其性能，且能耗较低，效率更高。但应注意的是，该方式在运用中对设备的精度、严密性等要求较高，因此成本较高，目前并没有得到大范围应用[4]。

    2.2.3 氧化还原修复法

    化学氧化还原修复法，可对非氯代有机烃污染的土壤进行修复。具体操作是向该类土壤中喷洒或注入氧化还原剂，使污染物质发生化学反应，将污染物质转化为无毒或毒性较小的物质，实现净化泥沙水体的目标。当前使用较为广泛的氧化还原剂主要有高锰酸钾、过氧化氢、臭氧、二氧化氯等，可运用于地下水与土壤的修复。该方式效率较高，对污染物的性质与浓度没有要求，但如果药剂投放过多会造成二次污染，且化学反应的热量还会影响周边的土壤环境，若密闭工作不到位，还可能引起工作人员中毒。

    2.2.4 化学栅防治法

    化学栅是近年来的一项新兴技术，是加装一种既可以透水，还可以有吸附作用的固体材料，例如活性炭、树脂、泥炭等合成材料，可将这种固体装置放在废弃物或污染物堆积或土壤的含水表层内，起到吸附污染物的作用，以控制污染物的扩散，达到净化土壤的目的。化学栅可分为沉淀栅、吸附栅与混合栅，一般重金属污染可采用沉淀栅；
    有机物污染可采用吸附栅；
    混合物污染可采用混合栅。该方法见效较快，而且可以避免对水源产生影响，但费用较高，还会对周边环境产生二次污染，缺乏一定的操作性与灵活性，因此应合理甄选。

    2.3 生物修复技术

    2.3.1 微生物修复法

    生物修复技术中的微生物修复法是采取一定措施促进微生物修复作用，降解或去除土壤中的有毒有害物质，包括对土壤中的微生物进行生物刺激，或投加高效率的降解微生物，即生物强化，例如芽孢杆菌、棒杆菌、诺卡氏菌等都可以修复土壤中的有害物质。也可以通过堆肥的方式，将土壤内部的污染物转化为营养物质，并将其分解成其他不具备污染力的小分子，也是目前一种新型的微生物修复措施。另外也有学者提出，可通过微生物固定法，对受到油污排放与油水污染的土壤，通过筛选并运用聚丙烯酰胺作为氮源与碳源，再采用海藻酸钠与添加剂，对土壤中的聚丙烯酰胺进行降解。当前这种微生物修复措施早已经实施，运用中也不会产生二次污染，但其修复时间较长，对污染环境的要求较为苛刻，因此不适用于所有情况，具备一定的针对性与选择性。

    2.3.2 生物清洁法

    生物清洁法包括三种方法，第一种是预制床法。具体是在不易泄漏的平台上铺沙子，并将受污染的土壤通过另一层平台进行平铺，再添加一定的营养液与水或是表面活性剂，定期进行充氧或翻动，并将渗透水进行回灌，从而达到清除污染物的目的，进一步降低污染物的扩散。第二种是生物反应器法，该方法是将已经被污染的土壤迁移到生物反应器内，与土壤本身质量3倍以上的水混合，处理为泥浆状态，同时再添加营养物质或表面活性剂，并使用空气泵充氧，再配合较为剧烈的搅拌，使土壤内部的微生物与污染物充分融合，等降解完毕后迅速进行过滤与脱水处理。这种方式见效较快，流程相对较少，但成本较高，对于含有多环芳香烃的污染物作用较小，仅适用于实验阶段。第三种是厌氧处理。这种方式成本较低，但对于三硝基甲苯多氯联苯等污染物的处理效果不理想，还应做进一步研究[5]。

    2.3.3 植物修复法

    植物修复法是指依靠某些植物的超耐性、超量吸收特性，或通过其根际微生物，对受污染的土壤进行处理，再经过植物与微生物的协同运作，吸收并降解土壤内的有毒有害物质，并将各种有机污染物降解为无毒物质，达到净化环境与修复土壤的目的。由于植物本身具备挥发与萃取的作用，相对于其他技术，影响与破坏范围更小，同时还可以通过植物来增加土壤的活性与肥力。

    当前有学者种植了狐尾草、狗尾草、蟋蟀草等，用于污染土壤的修复处理，其中狐尾草与狗尾草的修复效果最好，还可促进植物的根际作用，对土壤内的多环芳烃进行较高程度的降解与转化。也可以通过种植三叶草、黑猫草或狗牙根等，对土壤中的石油污染物进行降解。植物修复方法的成本较低，不会产生二次污染，适合土壤本身的生长环境，但同时由于植物只生长在土壤表层，修复深度有限，因此同样对土壤场地的环境要求较为苛刻。

    总之，有机污染土地会对作物、人体与周边环境造成损害与影响，在有机污染地块的土壤修复中，工作人员应根据污染情况与作业要求，合理选用生物修复法、物理修复法与化学修复法。每一种方式都拥有自身的局限性，且要求的作业与环境要求也存在差异。因此，在使用前需要严格勘察土体情况，灵活选择修复方式。

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