土壤修復

土壤修復是指利用物理、化學和生物的方法轉移、吸收、降解和轉化土壤中的污染物，使其濃度降低到可接受水平，或將有毒有害的污染物轉化為無害的物質。從根本上説，污染土壤修復的技術原理可包括為：（1）改變污染物在土壤中的存在形態或同土壤的結合方式，降低其在環境中的可遷移性與生物可利用性；（2）降低土壤中有害物質的濃度。

美國在20世紀90年代用於污染土壤修復方面的投資有近1000億美元。污染土壤修復的理論與技術已成為整個環境科學與技術研究的前沿。土壤的修復的過程相當漫長，當前解決土壤污染問題，需要有不同學科的科學家如土壤學、農學、生態學、生物地球化學、海洋科學以及涉及農業、林業、漁業等有關的生產單位和政府決策者的共同努力。

中國土壤污染已對土地資源可持續利用與農產品生態安全構成威脅。全國受有機污染物污染的農田已達3600萬公頃，污染物類型包括石油類、多環芳烴、農藥、有機氯等；因油田開採造成的嚴重石油污染土地面積達1萬公頃，石油煉化業也使大面積土地受到污染；在沈撫石油污水灌區，表層和底層土壤多環芳烴含量均超過600mg/kg，造成農作物和地下水的嚴重污染。全國受重金屬污染土地達2000萬公頃，其中嚴重污染土地超過70萬公頃，其中13萬公頃土地因鎘含量超標而被迫棄耕。正因為如此，中國的污染土壤修復研究，正經歷着由實驗室研究向實用階段的過渡，即將進入一個快速、全面的治理時期。

土壤本來是各類廢棄物的天然收容所和淨化處理場所，土壤接納污染物，並不表示土壤即受到污染，只有當土壤中收容的各類污染物過多，影響和超過了土壤的自淨能力，從而在衞生學上和流行病學上產生了有害的影響，才表明土壤受到了污染。造成土壤污染的原因很多，如工業污泥、垃圾農用、污水灌溉、大氣中污染物沉降，大量使用含重金屬的礦質化肥和農藥等等。

中國現有耕地有近1/5受到不同程度的污染，污染土壤將導致農作物減產，甚至有可能引起農產品中污染物超標，進而危害人體健康。另外，隨着經濟發展與城市化的加速，工礦企業導致的場地污染也十分嚴重。由於產業結構與城市佈局的變化與調整，有些化工、冶金等污染企業紛紛搬遷，加上一些企業的倒閉，污染場地不斷產生。土壤是人類社會生產活動的重要物質基礎，是不可缺少、難以再生的自然資源。沒有處理的污染場地將是化學定時炸彈，一旦大面積爆發將會對國家可持續發展造成難以估量的影響,因此必須對土壤污染的預防和污染土壤修復予以高度重視。因此有必要妥善管理並加以修復，使其得到合理利用。

隨着工業化進程的不斷加快，礦產資源的不合理開採及其冶煉排放、長期對土壤進行污水灌溉和污泥施用、人為活動引起的大氣沉降、化肥和農藥的施用等原因，造成了土壤污染嚴重。2006年7月，國家環保總局局長周生賢在全國土壤污染狀況調查及污染防治專項工作視頻會議中表示，全國土壤污染的總體形勢相當嚴峻。據不完全調查，全國受污染的耕地約有1.5億畝，污水灌溉污染耕地3250萬畝，固體廢棄物堆存佔地和毀田200萬畝，合計約佔耕地總面積的1/10以上，其中多數集中在經濟較發達的地區。嚴重的土壤污染造成巨大危害。據估算，全國每年因重金屬污染的糧食達1200萬噸，造成的直接經濟損失超過200億元。

對於國內土壤污染的具體情況，並沒有明確的官方數據。分析認為，我國的土壤污染尤其是土壤重金屬污染有進一步加重的趨勢，不管是從污染程度還是從污染範圍來看均是如此。據此估計，我國已有六分之一的農地受到重金屬污染，而我國作為人口密度非常高的國家，土壤中的污染對人的健康影響非常大，土壤污染問題也已逐步受到重視。

雖然土壤自身有一定的淨化能力，但當進入土壤的農藥量超過土壤的環境容量時就會形成土壤污染，對土壤生態系統產生嚴重的影響，同時還會通過食物鏈進入人體，對人體的健康造成危害。總之，土壤農藥污染的危害可以概括為以下幾個方面。

對農作物的影晌 土壤中殘留的農藥會通過植物的根系活動逐漸轉移至植物中，使得植物中的農藥殘留量增大，影響農產品的質量，造成農民的經濟效益下降。

對土壤生物的影響 很多農藥都會毒殺土壤中的生物，如蚯蚓等。蚯蚓是一種重要的土壤有利生物。可以使土壤保持疏鬆狀態並能使土壤中的肥力提高，但是部分高毒農藥會殺死蚯蚓。

對土壤微生物的影響 不同的農藥對土壤中微生物的影響也不同。同一種農藥對不同種微生物類羣的影響也不同，但總的來講農藥可影響土壤微生物的種羣和種羣數量。殺菌劑對土壤微生物影響較大，不管是有益微生物還是有害微生物，均被其殺滅或者是抑制生長，如硝化細菌和氨化細菌。此外，土壤中殘留的農藥還對土壤中的微生物數量造成一定的影響，使得土壤生態系統的功能失調，營養成分不平衡、失調或缺乏，對土壤中生物的生長和代謝不利。

對人畜健康的影響 土壤中殘留農藥可被糧食、蔬菜作物吸收，使之遭受污染，並通過食物鏈危害人畜健康。另外，還可隨着土壤表層飲用水進入人或動物體內，對人體的健康造成直接或間接的危害，影響人們的正常生活。

其他影響 土壤中殘留的農藥還會使土壤的物理性狀發生改變。養分不均勻，最終導致農作物的產量和質量下降。土壤長期受農藥影響，最終會使土壤明顯酸化。此外，還會使土壤受重金屬污染，造成不可挽回的損失。當土壤中的殘留農藥通過影響某種生物的數量從而影響了當地的生物鏈就會嚴重影響環境。比如農藥通過稻穗使鳥類數量大減從而使田鼠數量劇增，並進一步影響當地植被物種，破壞環境。除此之物(污水)的任意丟棄排放造成農村生產生活環境的污染。 ^[2] 

隨着科學發展觀的深入貫徹落實，國家對環境保護工作越來越重視，對水、大氣、土地的污染等監控力度日益加大.“十二五”規劃中，節能環保已被列為七大戰略性新興產業之首，其中土壤修復被納入環保產業的重點發展之列，國家將財政、税收、金融等方面提供政策支持，同時地方政府土壤污染防治意識增強，根據環境管理和土壤污染防治的需要，分別制定了相關配套措施。我國土壤修復技術長期停留在實驗室水平，較缺乏經濟有效的土壤修復產業化成熟經驗。因此加快實驗室技術走向工程現場時改善我國土壤環境的迫切要求。國內主要缺乏技術工程化的承載者－具有技術特色的實力型修復企業；其次缺乏修復領域的高層次工程技術人才；第數據公開性差導致污染場地的基礎數據不健全；缺乏實用技術的成套設備裝置。因此，與國外擁有成熟土壤修復技術公司共同合作，開放適合本土化技術越來越迫切。

2012年3月份出台的《“十二五”規劃綱要》將節能環保列為七大戰略性新興產業之首。其中，土壤修復是在環保產業的重點發展之列並明確提出要強化土壤污染防治監督管理。

在環境產業發達的國家，土壤修復產業佔整個環保產業的市場份額高達30%至50%。國內的一些科研機構包括清華大學以及中科院等紛紛開始研究土壤修復項目。事實上，國內土壤修復市場正被國內外看好。國外的一些土壤修復諮詢機構，如荷蘭DHV集團等也紛紛進入國內，帶動了國內修復產業的意識、技術和市場的發展。在北京、上海、南京等經濟相對發達且污染場地較多的區域，也迅速湧現了一批土壤修復工程類企業。

儘管2011年我國貨幣信貸政策持續趨緊，但銀行等金融機構對環保產業的信貸力度明顯增大，2010-2011年以農銀租賃、國泰租賃為代表的融資租賃公司競相拓展節能環保市場;私募基金投資者也已經將視野移向以土壤修復為代表的環保領域。應該説環保產業的融資環境良好。

國務院2016年5月印發的《土壤污染防治行動計劃》提出，到2020年，全國土壤污染加重趨勢得到初步遏制，土壤環境質量總體保持穩定，農用地和建設用地土壤環境安全得到基本保障，土壤環境風險得到基本管控。到2030年，全國土壤環境質量穩中向好，農用地和建設用地土壤環境安全得到有效保障，土壤環境風險得到全面管控。到本世紀中葉，土壤環境質量全面改善，生態系統實現良性循環。 ^[3]  到2020年，受污染耕地安全利用率達到90%左右，污染地塊安全利用率達到90%以上。到2030年，受污染耕地安全利用率達到95%以上，污染地塊安全利用率達到95%以上。 ^[4-5] 

從行業發展來看，自2009年以來，環保產業成長速度明顯加快。受此影響，國內土壤修復的產業鏈也逐步進入有序化和細分化階段，形成從土壤污染項目的檢測到風險評估、再到修復工程的實施、進而還有相應修復設備商的上中下游產業價值鏈。

中國土壤修復市場尚處於起步階段，據統計，我國約43.75%土壤修復項目規模較小，集中在5000萬以下。2億以上相對大規模項目比例僅佔18.75%。與美國和歐洲分別已修復30283處和80700處污染場地項目相比，我國已修復的場地數不超過200個，土壤修復市場尚處萌芽階段，但發展態勢良好。

據中經未來產業研究院發佈的《2016-2020年中國土壤修復行業發展前景與投資預測分析報告》顯示，2015年全國土壤修復合同簽約額達到21.28億元，比2014年的12.74億元增長67%。全國從事土壤修復業務的企業數量增長至900家以上，在2014年約500家企業的基礎上翻了將近一番。2015年全國土壤修復工程項目超過100個。土壤淋洗、原位加熱、微生物化學還原等一批高精尖修復技術被實際運用在土壤地下水修復工程項目中。 ^[6] 

數據顯示，2015年全國土地出讓總收入為3.25萬億，由於60%為拆遷徵地成本，土地出讓淨收入只佔到總收入的1/3，按此規模計算，相當於每年投資1000億元以上。我們預計在2020年前，由土地出讓收益所得的土壤修復資金在6400億元左右。另外根據公佈的2016年中央財政預算，土壤污染防治專項資金預算達到91億元，是2015年的1.5倍，預計“十三五”時期還將大幅提升。由於土壤修復資金51%來源於政府投資，我們認為土地出讓收益的投入和財政預算的投入可以有效解決當前土壤污染治理投入資金不足問題。

土壤環保已逐步上升成為全國環保工作的重點，一些非上市和上市公司已開始參與各地方政府啓動的示範項目。一些經濟發達的省份如上海、江蘇、北京等走在前列。隨着未來土壤修復產業化的全面啓動，這些地區的市場將率先擴容，已在這些地區中標示範項目的土壤修復公司有望率先受益。2014年至2020年，國內土壤修復產業的市場規模接近6900億元。 ^[7] 

中國土壤修復行業的市場格局也初步形成：以北京建工修復為代表的國有企業拿下了北京地區的主要大型項目；以杭州大地環保、北京高能時代為主的民營修復企業則分食長三角等地的中小型項目；

2011年3月，國務院專門批准《湘江流域重金屬污染治理實施方案》，這是迄今為止全國第一個也是唯一獲國務院正式批准的重金屬污染治理試點方案，總投資達595億元。截至2012年9月，永清環保已修復污染土壤超過9.2萬方，成為湘江重金屬污染治理的“主力軍”。

美國約存在294000 個污染場地，其中，1982-2005 年間，共有1536個場地列入NPL。僅2007 年，美國超級基金項目耗費3.8 億美元用於土壤修復項目[8]。據估計，美國完成所有污染土壤的修復將需要投資2089 億，且大部分修復需要經過30~35年。美國於20 世紀80 年代之後進行了大量土壤修復工程。美國超級基金計劃所實施的土壤修復技術已成為世界各國瞭解最新土壤修復技術變化的重要窗口。2002-2005 年財政年度中，60%的污染源處理工程項目採用的是原位修復技術，比1982-2005 年財政年度高了13個百分點。這主要是因為原位修復技術具有無需挖運土壤、修復成本低、適宜對深層污染介質修復、對施工人員健康影響小等特點。對美國1982-2005 年間，977 項土壤修復項目進行統計，如圖1所示，淺色部分表示原位修復技術，深色部分表示異位修復技術。原位修復技術462項，佔項目總數的48%，異位修復技術515 項，佔總數的52%。在所有污染修復項目中，26%採用原位蒸發提取，18%採用異位固化/穩定化，11%採用異位離場焚燒。多項萃取和化學處理技術受到更多關注，而焚燒技術因可能產生二次污染越來越少被採用。如凡科林為代表的生物修復以水基、可生物降解的、混合型表面活性劑為主，用於清理、處理油污染類、鹽污染類、石蠟污染類等土壤污染治理的表面活性劑，以及其它脱脂類清洗產品等。該公司的產品專業對應性較強，包括含有九種基本土壤微生物的可以高效整治油田、鹽污染土壤的產品，在除油方面其產品也具有其特點，產品含有植物提取的溶劑，這與其它同類產品大多含有合成溶劑是不同的，因為植物提取的溶劑對環境保護更為有效。其技術特別是在土地治理方面可選擇產品更廣泛及應用手段更為專業。

據估計，歐洲每年約有21.1億歐元用於污染土壤的修復及管理工作。圖2給出了1978-2007 年間，歐洲部分國家及整個歐洲不同土壤修復技術的運用現狀。由圖2 可知，歐洲各國根據本國國情，所採用的土壤修復技術存在明顯的較大差異。歐洲運用原位和異位熱脱附、原位和異位生物處理、原位和異位物化處理技術修復污染場地的項目佔所有統計項目的69.17%，其中原位熱脱附、原位生物處理和原位物化處理修復技術佔35%，異位熱脱附、異位生物處理和異位物化處理修復技術佔34.17%，二者比重相當，其他修復技術佔30.83%。在實際工程中，生物處理技術運用最多，達到35%，其中原位生物處理佔18.33%，異位生物處理佔16.67%。另外，將污染土壤作為廢棄物而非可再生資源處理（包括挖掘處置技術、污染場地管制等）的工程項目在歐洲仍然佔有較大比重，達到37%。

我國土壤修復技術研究起步較晚，加之區域發展不均衡性，土壤類型多樣性，污染場地特徵變異性，污染類型複雜性，技術需求多樣性等因素，主要以植物修復為主，已建立許多示範基地、示範區和試驗區，並取得許多植物修復技術成果，以及修復植物資源化利用技術成果。物理/化學修復技術中研究運用較多的是：（1）固化-穩定化；（2）淋洗；（3）化學氧化-還原；（4）土壤電動力學修復。目標是污染場地土壤的原位修復技術。聯合修復技術中研究運用較多的是：（1）微生物/動物-植物聯合修復技術；（2）化學/物化-生物聯合修復技術；（3）物理-化學聯合修復技術。目標是混合污染場地土壤修復技術。

四大發展方位：（1）在決策導向上，從基於污染物總量控制轉變到基於污染風險評估；（2）在技術上，從單一的修復技術發展到多技術聯合的原位修復技術、綜合集成的工程修復技術；（3）在設備上，從固定式設備的異位修復發展到移動式設備的原位修復；（4）在應用上，發展到多種污染物複合或混合污染土壤的組合式修復技術；從單一廠址場地走向特大場地；從單項修復技術發展到大氣、水體同步監測的多技術多設備協同的場地土壤-地下水一體化修復。六大發展方向：（1）綠色、環境友好的生物修復技術；（2）從單一的向聯合/雜交的綜合修復技術；（3）從異位向原位修復技術；（4）基於環境功能修復材料（納米）的修復技術；（5）基於設備化的快速場地修復技術；（6）土壤修復決策支持系統及修復後評估技術。

在政府財政支持下我國開展了多個類型場地的修復技術設備研發。儘管可以羅列的土壤及地下水污染的修復技術很多，但實際上經濟實用的修復技術很少。 土壤修復技術歸納起來常用的有以下幾種：

1、熱力學修復技術，利用熱傳導，熱毯、熱井或熱牆等，或熱輻射，無線電波加熱等實現對污染土壤的修復。

2、熱解吸修復技術，以加熱方式將受有機物污染的土壤加熱至有機物沸點以上，使吸附土壤中的有機物揮發成氣態後再分離處理。

熱解吸附技術是世界上最先進的污染廢棄物處理技術之一，主要處理對象為農藥污染土壤、油田含油廢棄物、罐底油泥等。其作業原理為利用污染廢棄物中有機物的熱不穩定性，通過非焚燒的間接加熱方式實現實現污染物與土壤的分離，並可將廢棄物中的固相、油相、水相、氣相絕大部分回收利用，從根本上實現無害化處理，因此該技術被廣泛應用於全球的油田廢棄物處理作業。 ^[8] 

3、焚燒法，將污染土壤在焚燒爐中焚燒，使高分子量的有害物質?揮發性和半揮發性，分解成低分子的煙氣，經過除塵、冷卻和淨化處理，使煙氣達到排放標準。

4、土地填埋法，將廢物作為一種泥漿，將污泥施入土壤，通過施肥、灌溉、添加石灰等方式調節土壤的營養、濕度和pH值，保持污染物在土壤上層的好氧降解。對於可以用土壤酸度計檢測土壤pH值與濕度，用土壤EC計檢測土壤EC值，查看土壤改良效果。

5、化學淋洗，藉助能促進土壤環境中污染物溶解或遷移的化學/生物化學溶劑，在重力作用下或通過水頭壓力推動淋洗液注入到被污染的土層中，然後再把含有污染物的溶液從土壤中抽提出來，進行分離和污水處理的技術。

6、堆肥法，利用傳統的堆肥方法，堆積污染土壤，將污染物與有機物，稻草、麥秸、碎木片和樹皮等、糞便等混合起來，依靠堆肥過程中的微生物作用來降解土壤中難降解的有機污染物。

7、植物修復，運用農業技術改善土壤對植物生長不利的化學和物理方面的限制條件，使之適於種植，並通過種植優選的植物及其根際微生物直接或間接吸收、揮發、分離、降解污染物，恢復重建自然生態環境和植被景觀。

8、滲透反應牆，是一種原位處理技術，在淺層土壤與地下水，構築一個具有滲透性、含有反應材料的牆體，污染水體經過牆體時其中的污染物與牆內反應材料發生物理、化學反應而被淨化除去。

9、生物修復，利用生物，特別是微生物催化降解有機污染物，從而修復被污染環境或消除環境中污染物的一個受控或自發進行的過程。 其中微生物修復技術是利用微生物，土著菌、外來菌、基因工程菌，對污染物的代謝作用而轉化、降解污染物，主要用於土壤中有機污染物的降解。通過改變各種環境條件如，營養、氧化還原電位、共代謝基質，強化微生物降解作用以達到治理目的。

雖然土壤的修復技術很多，但沒有一種修復技術可以針對所有污染土壤。相似的污染狀況不同的土壤性質、不同的修復需求，也會限制一些修復技術的使用。另外，大多數修復技術對土壤或多或少帶來一些副作用。

隨着人們對環境問題的關注和現代農業的推進，農藥微生物修復技術將在農藥環境污染治理中發揮更大的作用，但在修復過程中也存在以下問題：微生物修復研究在實驗室中取得很多理想效果，但將結果應用於土壤污染現場時往往達不到預期效果，甚至與實驗室結果相悖；在試驗過程中，微生物受外界影響大；還有很多情況下污染物並不能完全降解，可能會產生中間產物，有時中間產物的毒性大於母體化合物的毒性。在今後的研究中，土壤農藥污染的微生物修復技術應從以下幾個方面加強研究：①對污染修復微生物資源的篩選、收集、保護。②微生物對農藥降解途徑及代謝機理研究。加強對高殘留、危害大、複雜結構農藥(如雜環)及新農藥降解途徑的研究；加強對農藥污染修復過程中涉及的共代謝機理的研究。③在降解基因篩選和遺傳工程的基礎上，加速構建高效修復菌株。④建立科學合理的生物修復評價指標體系。⑤加速將理論研究應用到生產實際的成果轉化。⑥環境微生物在生態環境中的相互作用及與其他環境生物的聯合修復研究。⑦微生物修復技術與其他環境污染治理技術的聯合應用。⑧生物修復微生物的分子生物學和分子生態方面的相關研究。 ^[9]