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有机污染土壤修复

/remediation of soils contaminated by organic contaminants/
条目作者莫测辉

莫测辉

最后更新 2022-01-20
浏览 212
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对被有机物污染的土壤采取物理修复、化学修复和生物学技术等措施,使存在于土壤中的有机污染物浓度减少、毒性降低或完全无害化,使得土壤能够部分或者全部恢复到原始状态。


英文名称
remediation of soils contaminated by organic contaminants
所属学科
农业资源与环境

1994年,在墨西哥召开的第15届世界土壤科学大会上提出组建国际土壤修复专业委员会。1998年,在巴黎召开的第16届世界土壤科学大会上,国际土壤修复专业委员会的正式成立,正式拉开了土壤有机污染修复的序幕。自此之后,“土壤修复”这一名词也在全球广泛应用。

有机污染土壤修复技术包括物理修复、化学修复、生物修复、物理-化学联合修复、化学-生物联合修复等技术。其中,生物修复包括植物修复、微生物修复、动物修复、植物-微生物联合修复等。

有机污染土壤物理修复指采用工程措施(包括客土、换土、去表土、深翻土等)、热解吸、气相抽提、水泥窑协同处理技术等一系列物理过程,将有机污染物从土壤中去除或分离的技术。其中热解吸和土壤气相抽提技术已经应用于苯系物、多环芳烃多氯联苯和二􀅁英等有机污染土壤的修复。

有机污染土壤化学修复指利用加入到土壤中的化学修复剂与污染物发生一定的化学反应,使有机污染物被降解、毒性被去除或降低的修复技术。根据不同有机污染物的性质,通过淋洗技术、化学氧化/还原、光催化氧化、电化学修复和微波分解技术使土壤中的有机污染物发生分解、转化和降解化学反应。

化学淋洗技术。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,然后将包含有污染物的液体从土层中抽提出来,进行分离和污水处理的技术。

化学氧化修复技术。主要通过掺进土壤中的化学氧化剂与污染物所产生的氧化反应,达到使污染物降解或转化为低毒、低移动性产物的修复技术。常用的化学氧化剂包括芬顿(Fenton)试剂、臭氧、过氧化氢高锰酸钾等。

化学还原法。运用化学还原法修复对还原作用敏感的有机污染物。例如,采用纳米级粉末零价铁的强脱氯作用修复有机氯化合物污染土壤已被接受和推广。

利用微生物、植物及其他生物吸收、代谢、转化等作用,使土壤中有机污染物浓度减低至可接受的水平;或将有毒、有害污染物去除或转化为无害物质,最终使土壤质量得以提高或改善的技术。有机污染土壤生物修复技术包括微生物修复、植物修复和动物修复及生物联合修复技术。其中,微生物修复、植物修复及微生物-植物联合修复的研究和应用最为广泛。相对于传统的物理、化学修复技术,生物修复成本低、应用范围广、对土壤环境的影响较小,是一种高效、生态协调及无二次污染的治理方法。

微生物修复。利用天然存在功能微生物或工程菌,在人为优化的适宜条件下,将土壤中有毒有害有机污染物降解和转化,降低或消除土壤中污染物,最终达到修复受污染土壤的技术。

植物修复。利用植物在生长过程中对土壤中有机污染物的吸收、吸附、降解、过滤、挥发和积累等过程来净化土壤污染的技术。其作用原理主要包括:①利用植物对土壤中有机污染物的直接吸收累积和代谢。②植物对污染物的固定和挥发。③植物根系释放根系分泌物促进污染物降解,并强化根际微生物群里代谢活性和降解作用。

动物修复。在人工优化条件下,土壤动物种群及其肠道微生物对土壤有机污染物的吸收、分解、转化,最终使土壤有机污染物浓度降低、毒性减小或消失的过程。例如,蚯蚓不仅可以通过其湿润的体壁吸收可溶性化学物质,或通过吞食泥土来完成吸收,且可以促进土壤中邻苯二甲酸酯盐、多环芳烃等有机污染物的降解,加入蚯蚓后多环芳烃的降解率可达80%。

生物联合修复。指植物根系的根际细菌、植物内生菌、真菌、丛植菌根等与植物形成共生系统及独特的酶降解体系,从而实现对土壤有机污染物的转化、去除和修复。在植物-微生物共生系统中,植物根系可为微生物提供栖息地,同时其根系分泌物还能为微生物提供丰富的碳源,强化微生物降解有机污染物的能力;另一方面,微生物的存在也可促进植物对营养物质的吸收和利用,以及对有机污染物胁迫的抵抗。

物理修复、化学修复和微生物修复在有机污染土壤修复方面均有应用。针对大中城市污染工业企业关闭和搬迁后遗留场址土壤有机污染的修复,主要采用物理和化学修复技术,包括热脱附技术、水泥窑协同处理技术、氧化-还原技术、化学淋洗等。针对有机污染农田土壤则主要采用生物修复技术,尤其是植物和微生物修复技术。国际上已针对不同有机污染物分离筛选获得大量高效降解菌,包括各种细菌、植物内生菌、丛枝菌根、普通真菌、大型真菌等。同时,研究人员也探讨和发展了植物修复技术。例如,发现禾本科植物如黑麦草、高羊茅可被应用于多环芳烃(PAHs)污染土壤修复;豆科植物紫花苜蓿是一种理想的修复多氯联苯(PCBs)的植物材料。随着生物技术的发展,利用生物工程和基因技术的强化微生物、植物及二者联合修复土壤有机污染的研究成为当前的热点问题。

  • 国家自然科学基金委员会化学科学部组编,王春霞,朱利中,等.环境化学学科前沿与展望.北京:科学出版社,2011.
  • 周启星,宋玉芳,等.污染土壤修复原理与方法.北京:科学出版社,2004.
  • 周际海,袁颖红,朱志保,等.土壤有机污染物生物修复技术研究进展.生态环境学报,2015(2):343-351.

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