基于植物修復的土壤污染治理技術研究

朱繼強

（上格環境科技（上海）有限公司 上海 200062）

引言

土地是自然生態環境的構成要素，也是人類文明發展延續的重要物質基礎。植物土壤生態體系則是陸地生態環境體系可以自行循環的綜合平臺，也是無機質和有機質進行交換的中介系統。隨著工農業的迅速發展，滲入土壤內部的污染元素總量已極大超出土體環境的自我凈化能力，導致嚴重的土壤污染[1]。

20世紀80年代，人們第一次采取植物治理措施來修復土壤污染。植物治理措施的內容含有對重金屬影響的土體進行處理以及使用植物固定開展處理作業，清除水源和大氣的污染，清除具有放射性的元素，利用植物以及植物的根系菌類群落來徹底消除有機污染物[2]。

1 植物修復機理

現在，國內利用植物修復技術清除生態環境污染的研究基本上是圍繞土壤污染的修復開展的。利用植物生物作用進行污染修復，其機理是根據植物可以吸收以及超過正常量對一類或者多類化學元素進行積累的原理，根據植物和其共同存在的微生物系統，包含有植物對于毒害元素的吸取和消化，根部系統制造物質和土體內部存在的微型元素對于毒害物質的吸收效果等多種影響，對自然生態條件中的污染物質開展高效處理[3]。因為土壤中包含的污染物質的區別，其治理修復的原理也有所區別，而目前在土體影響處理領域比較關注的是有機毒害物質以及重金屬的土體毒害的植物修復方法。植物修復機理見下圖所示。

圖1 植物修復技術機理

2 污染土壤的植物修復措施

根據植物恢復措施的全部污染物質種類，能夠把植物恢復分成有機污染物質以及重金屬的植物恢復措施，在自然環境內部不少植物都可以富集土體內部的重金屬元素，大部分可以處理土體內部存在的毒害物質的植物存在一個共性，也就是說植物的地面以上的組織存在的重金屬污染物質的比例比植物地面以下組織的重金屬比例更大，對于土壤中的有機污染物質進行清除可以利用揮發機理把污染物質進行有效釋放，比如說牛毛草利用其根部系統對于土壤中含有的多環芳烴進行吸附，同時可以利用植物揮發作用將多環芳烴中的萘進行有效清除，通過研究分析可以得出結論，大部分植物在對土壤中的污染物質進行富集清除的時候，其自身生產過程尚未發生較為明確的毒害情況[4]。

2.1 重金屬污染土壤植物修復措施

通常，重金屬在污染土壤介質內部的自然消化周期比較長，周期都是幾百年甚至上千年，所以重金屬對于土壤的污染程度很難被外界察覺，具有較強的隱蔽特性、長周期特性以及無法逆轉的特性，而對于重金屬污染的土壤進行清除在國內外土壤污染修復領域都是十分棘手的問題。

一般植物恢復措施是采取植物開展土壤毒害元素清除和減少的影響處理措施，例如通過在受到重金屬污染的土體內部種植可以對重金屬污染物質擁有特別耐受性質以及富集功能的超大富集的植物，能夠在短時間內把數量較多的污染物質富集以及吸收到植物內部，并且通過植物內部的輸送系統轉移到植物地表之上的部分，然后利用人工或者機械進行植物收割，再進行焚燒后對殘余的重金屬物質進行有效回收處理，進而達到減少污染土壤內部重金屬比例的效果，最終完成了污染土壤處理的目的。

因為重金屬無法被降解處理，因此如果想要在土壤中把重金屬進行徹底清理，僅僅可以把重金屬從一種形式轉變為另外一種形式，因此對于重金屬進行植物恢復的方式包含兩類，第一類為利用植物自身的生長機理對重金屬在污染土體內部的存在方式進行調整，讓重金屬進行固定，減緩重金屬在污染土壤內部的生物可利用特性以及移動能力，第二種是利用植物的揮發作用和吸收作用，實現對重金屬含量的減少、凈化以及清除的效果。通常依靠植物對重金屬影響的土體修復的影響階段以及原理，其恢復措施能夠被總結為三類，第一類是植物的吸收措施，第二類是植物穩定措施，第三類是植物揮發措施，幾種植物修復技術的優缺點對比如表1所示。

表1 植物修復技術對比

2.2 有機污染物污染土壤植物修復措施

采取植物對于土體內部有機毒害元素的原理以及植物進行重金屬影響修復比較起來更為復雜，主要包含揮發性影響、分解影響、轉換影響、消化影響以及吸取影響?？紤]到土體內部的有機毒害元素不會在植物的組織中得到消化，而且當植物內部進行輸送的過程，很大程度上受到有機污染元素親水類型、可溶解類型以及極性和分子量類型的影響。如果有機的毒害物質自身親水程度很強，則能夠受到植物消化的成分就會相應變少。

通常植物對于自然條件下土體內部的有機類型的毒害物質進行清除的措施包括三種，植物與其地下組織微型生物種群共同影響、植物地下組織生產酶元素以及分泌元素、植物自身完全吸收有機類型的污染元素。利用植物對受影響的土體內部的有機類型的毒害元素進行及時消化的情況下，有機類型的毒害元素能夠在植物作用下完全得到消化，當有機污染物被吸收到植物內部后，有的物質自身狀態和性質都不會出現任何轉變，僅僅停留在植物內部組織中，不過很多元素則會在植物成長循環過程時出現一定水平的轉移或者分解現象，進而轉變成為對植物缺少危害的其他元素繼續保持在植物自身內部，有的物質能夠全部得到降解進而礦化成為水和二氧化碳。

植物的根部生態系統分泌物質以及分解的產物給微生物的繁殖制造了必須的營養來源，因此在根系周圍出現了較多的微生物群落，進而可以讓植物根系區域中存在的有毒有害物質加快降解過程，并且可以使用生物對于有毒有害的有機物質導致的污染土壤進行有效修復，如果想要從目前單純的土壤根部體系生態環境向全范圍的土壤植物生態體系分析變化，一方面必須將植物根部系統微型的生物種群對于土體內部有機類型的毒害物質的分解進行細致分析，一方面仍舊需要對植物在土體內部的有機類型的毒害物質的分解以及穩定方面起到的積極影響開展分析。

3 污染土壤治理應用分析

2016年4月至2016年10月，本人主持寧波某制藥廠土壤污染治理修復項目，在該市環境保護相關部門對受到影響的區域進行認真研究分析的前提下，進行了土體毒害元素影響程度的現場檢測以及評價作業，在進一步確定污染范圍和程度后開展治理工作。本項目治理工期為半年，工程費用470萬。

在受污染的土體區域開展現場檢測之前，應當對檢測的孔洞進行去人，根據土體區域的面積大小，確定了60個基本孔洞，并且收集了80個土樣進行相關檢測。

在本項目中因為污染物質主要為重金屬元素同時還包含少量的揮發性有機物質，因此應當利用植物恢復措施對受污染的土體進行清理作業，同時又考慮項目的方便性、經濟性和有效性，選用熱解吸技術配合植物修復技術治理土壤污染物。

土壤污染物主要為重金屬Cd，土壤中的Cd能夠分為鐵錳氧化元素的組合形式、有機元素形式、殘余物質形式、碳酸鹽的結合形式、DTPA能夠提取的形式、交換形式、可還原形式、水溶形式，其中碳酸鹽的組合形態以及可互換形式的比例會在很大程度上對植物進行Cd的吸收帶來影響。根據篩選研究可知十字花科蕓薹屬的作物內部中許多種類或者基因類型都存在比較理想的消化累計Cd的能力，國內種植面積較大的油菜也屬于該種植物，因此在本次項目中選擇具有積累Cd特性并且還有比較高的生物量的油菜基因型進行土壤重金屬污染修復。

本地塊的土壤毒害元素主要是重金屬元素同時還含有一部分有機類型元素，該有機類型元素還具有一定的揮發性質，處于防止在進行土體污染物質的清理過程中對周圍居民小區造成不必要的影響的目的，應當對現場清理作業流程進行科學管理，必須經常在車輛行駛路面進行灑水作業，確保不產生揚塵污染，并且要求進出車輛緩行以減少揚塵量，安排專門工作人員對進出施工車輛進行認真清洗。

本項目利用植物修復技術清理大概4000噸受到影響的土壤，熱解吸清理約3800噸受到影響的土壤。整個治理工作通過了上級環境保護管理機構的驗收，并且投入了正常運行。

結語

因為植物修復技術本身的特點，植物修復無法對所有受到污染的土壤進行有效修復，所以在利用植物修復技術進行污染土壤修復工作之前，必須對于治理區域開展植物治理技術應用操作性的檢查分析，掌握受影響土壤的天然環境、作物類型、天氣資料，并且利用取得的樣品對污染土壤的物理學指標、化學指標以及生物學指標進行分析判斷，最后才對能否進行植物修復措施進行確認。