运用生物技术台州市路桥区修复污染土壤原理及成效
关键词：土壤修复；PCBs污染；生物技术
浙江省台州市路桥区曾是电力设备、电子电器废弃物的拆解集散地之一，不当拆解带来了当地局部土壤的有机物污染。为此，路桥区政府一方面新建台州市金属资源再生产业基地，从源头上消除不当拆解带来的污染；另一方面开展污染土壤修复。2010年7月，路桥区与杭州高博环保科技公司和南京土壤研究所合作，对其中受污染的土壤进行修复试点。之后，在2013年又与浙江大学合作，建立土壤污染修复试验基地。为了解当地污染土壤修复的相关原理及成效，台州中学科技实践兴趣小组事先查阅了国内外相关研究资料，实地走访了当地土壤修复试验基地，认真听取浙江大学派驻实验基地的研究人员的情况介绍，并参与相关实验操作，全面了解污染土壤修复的原理及成效。一、局部土壤多氯联苯等有机物污染缘由
多氯联苯（Polychlorinated biphenyls），化学式C12H10-m-nClm+n，是一类典型的氯代芳香族化合物。根据氯原子数目及其在苯环上位置的不同，共有209种同系物，分子结构如图1所示。
PCBs因具有耐酸、耐碱、耐腐蚀、蒸汽压和水溶性较低、绝缘性和热稳定性好等优点，被广泛应用于工业生产和军事设施中，主要用作变压器和电容器的绝缘油、润滑油、油漆、塑化剂等。土壤是PCBs主要的富集场所，主要源自含PCBs废水的排放、含PCBs固体废物的渗漏、垃圾焚烧、远距离迁移的大气沉降等。
图1 PCBs的化学结构路桥电力设备、电子电器废弃物的拆解始于上世纪80年代初，不当拆解带来了当地局部土壤的有机物污染。2007年5月，受浙江省国土资源厅委托，省地质调查院对该区局部污染地块展开土地质量调查，发现存在多氯联苯等有机物超标现象。这期间，路桥区开展了多次大规模的行业整治，力求消除不当拆解带来的土壤有机物污染问题。同时，积极借鉴“镇海治理模式”，在路桥滨海工业发展区新建了台州市金属资源再生产业基地，从源头上消除拆解业带来的有机物污染。
二、土壤多氯联苯污染的三种修复技术
少量的多氯联苯一般不会引起急性中毒，而是慢慢地侵入人体，可引起皮肤损害和肝脏损害等中毒症状，甚至融入细胞DNA中，导致遗传因子紊乱，促使癌症的发生。近年来，国内外学者对PCBs污染土壤修复展开了广泛的研究，并开发了多种修复技术。目前已经产业化的修复技术按修复原理分为物理修复、化学修复和生物修复。
（—）物理修复技术分析
1. 安全填埋法。此法是将PCBs污染土壤挖掘并运输至安全填埋场，达到PCBs与水环境、大气环境隔绝的目的，该法适用于PCBs污染程度较重的土壤。
2. 深井注入法。深井注入法是一种并不提倡的技术，存在着环境风险和技术不可控制，注入深井的PCBs可能会污染地下水。
3. 热脱附法。此法是将PCBs污染土壤在隔绝空气、密封的条件下加热，达到PCBs的沸点后，PCBs以蒸汽形式从土壤中释放出来。该法工艺简单，可操作性强，适用于PCBs污染严重的土壤，但存在高温破坏土壤结构、能耗高、成本高等缺点。
4. 溶剂淋洗法。此法可分为有机溶剂淋洗和表面活性剂淋洗。溶剂淋洗法适用于PCBs事故性泄漏且污染土壤量不大的情况，但存在着淋洗剂易挥发、废液处理难度大、产生二次污染等缺点。
（二）化学修复技术分析
1. 高温焚烧技术。此技术广泛用于处理持久性有机污染物，需要870～1200℃的高温，是一种异位修复PCBs污染土壤的技术。
2. 水泥窑技术。水泥窑技术需要高温、高碱环境和长停留时间。在高温高碱条件下，PCBs中C－X键极易断裂，氯原子可以与金属阳离子结合，生成氯化物，实现对PCBs的去除。
3. 等离子体焚烧技术。此技术是使电流通过低压气体流产生等离子体，局部温度高达5000～15000 ℃，能使PCBs彻底分解为原子态，冷却后生成水、二氧化碳和一些水溶性的无机盐。
4. 氧化技术。一是超临界氧化技术是基于高温、高压条件下超临界水的高溶解性而发展起来的一种技术。二是电化学氧化技术是在酸性环境下，电池通电后在阳极产生氧化性物质，这些物质协同酸能够进攻包括PCBs等有机化合物。三是熔融盐氧化技术。该法需设置一个碱性熔盐床，在900～1000℃条件下，使PCBs断裂C－X键，氯原子与金属阳离子结合，转化为无机盐。
5. 还原技术。一是溶剂化电子技术是在溶剂化溶液中，通过自由电子中和卤代化合物，达到脱卤的目的。二是催化氢化技术是对PCBs进行脱氯的一种技术。三是零价金属还原技术，此技术分为纳米铁还原技术和双金属还原技术。
6. 化学脱氯技术。此技术是通过取代PCBs上的氯原子或分解PCBs，阻止PCBs向土壤迁移或挥发至其它环境介质的一类技术统称。
7. 稳定化技术。稳定化技术需要加入粘合剂，例如硅酸盐水泥、水泥窑粉灰、飞灰、腐殖酸等，将有毒有害物质转化为难溶解、低迁移、低毒性的物质。
（三）生物修复技术分析
1. 微生物修复。微生物修复是指利用微生物的生命代谢活动，减少壤环境中有毒有害物的浓度或使其完全无害化，从而使污染了的土壤环境能够部分地或完全地恢复到原初状态的过程。这是较为理想的一种治理污染的途径，具有处理费用低、对环境影响小、效率高等优点。微生物修复PCBs污染土壤，分两种代谢模式：一是直接降解PCBs，以PCBs为碳源和能源；二是共代谢作用，需要加入底物，而共代谢是现在降解PCBs最主要的途径
2. 植物修复。植物修复PCBs的机理相对复杂，它是多种机制协同作用的结果。一般说来，植物修复PCBs有3种机制：一是植物直接吸收PCBs，将其转化为无生物毒性的物质累积在植物组织细胞中；二是释放可降解PCBs的酶，分直接作用和间接作用，主要还是间接作用，提高PCBs的生物活性，然后微生物降解；三是植物与根际微生物协同作用。根际由生长发育和生理代谢活动，形成一个不同于非根际土壤的微生态系统，植物根际是土壤、植物、微生物相互作用的场所，也是土壤水分、养分、污染物进入植物体的门户。在根际环境中进行的酸碱反应、氧化还原反应、络合解离反应、生化反应、活化固定、吸附解吸等，能改变PCBs污染物的生化有效性和生物毒性。
3. 植物－微生物联合修复。植物修复PCBs污染土壤，与微生物有着紧密的联系，很多植物与微生物存在着共生关系，根际区域微生物的密度和活性均强于非根际区域。因此，植物－微生物联合修复技术有很好的应用前景。在根际区域，细胞分裂能力强，新陈代谢快，分泌出大量物质，为微生物提供了适宜生存的微生态环境。植物源源不断地向根部输送氧气，释放可作为微生物生长底物的根系分泌物，促进微生物对PCBs的降解。
4. 动物－微生物联合修复。动物－微生物联合修复技术主要是利用土壤中动物（例如蚯蚓等）的运动，增加土壤中氧气的含量，同时，动物分泌的一些物质可以促进土壤中微生物的生长，增强微生物的活性，促进微生物对PCBs的降解。但是由于PCBs具有强生物毒性，动物对其耐受性差，使得动物－微生物联合修复技术具有一定的局限性。
三、多氯联苯土壤污染的生物修复技术及成效
从2010年开始，路桥区专门划拨财政专项资金用于局部污染土壤的修复。由路桥区环保局与杭州高博环保科技公司和南京土壤研究所合作合作，先后分两期实施土壤污染修复示范区块的建设：一期修复土壤面积7400平方米，完成污染土壤控制区块种植结构的调整，停止种植可食用农产品；二期完成示范区块12500平方米的土壤修复工作，全部达到农用地标准。
据台州市土壤污染修复试验基地的浙江大学研究人员介绍，综合分析物理、化学、生物三种土壤修复方法的优劣对比（见图2），物理、化学修复适合处理少量极高浓度PCBs污染土壤的修复，修复时还易带来土壤功能的破坏和产生二次污染，而生物技术可以弥补物理化学修复技术的不足。
针对当地土壤有机物污染修复的特点（见图3），确定主要采用生物修复技术，用厌氧脱氯—好氧降解相组合的工艺处理。生物修复技术以微生物（菌）为主，植物为辅进行。微生物修复的原理：首先经过生物厌氧脱氯反应，PCBs的“三致毒性”被大幅降低。而后PCBs经过好氧生物降解后，被完全解毒和矿化。植物修复的原理是利用菌类和美人蕉、香蒲、旱伞草等根系发达、吸附性强的植物，将土壤中的高污染有毒物物吸附和分解，使土壤生态功能得到恢复。修复实验基地的土壤PCBs 85%是通过生物降解，6%通过植物吸收，余下的通过物理化学等其他方式降解。实验基地的修复工作取得了预期的效果，一期土壤修复于2010年年底完成，二期土壤修复于2012年年底完成，全部通过验收合格，达到农用地标准。
台州市土壤污染修复试验基地工程师林伟向同学们介绍土壤修复的物理、化学、生物三种方法及原理
同学们在台州市土壤污染修复试验基地开展科研实践
台州市土壤污染修复试验基地（位于路桥区峰江街道）
台州市土壤污染修复试验基地工程师林伟带领同学们参观实验室，并作操作方法具体指导另外，路桥区政府先后引进了台州市绿苑园艺有限公司等45家花卉苗木公司，建了5000多亩花木园区，种植珊瑚树、女贞、印度芥菜以及堇科类等吸收能力好、生命力强的花木，有效地控制土壤和空气污染，绿化美化了环境。多家花卉苗木公司在实践中，摸索出了一条生态修复与经济效益双赢的发展模式。如大禾园林有限公司在近千亩苗木基地内，种植了罗汉松、红豆杉、竹柏、茶梅等名贵树种，产生了较好的经济效应。经过几年的环境整治修复，2015年7月23日～24日，省环保厅验收组对路桥局部土壤有机物污染整治工作进行了验收，认定被修复的土壤已达到安全水平。
污染土壤的修复是以去污染、复质量、再利用、保安康为目的。土壤修复往往是控污、减污、降毒、化险的综合净化过程，达到使土壤恢复生产力和美化环境。“万物土中生”，土壤质量决定万物的质量。为保障居民的食物安全和身体健康，需要重视土壤资源的保护和土壤污染的修复。一方面，要大力宣传“绿水青山就是金山银山”科学发展观，贯彻“创新、协调、绿色、开放、共享”的发展新理念，坚决摒弃和升级带有环境污染的拆解产业，从源头上杜绝和减少污染。另一方面政府和全社会要大力支持土壤污染防控修复技术的研究，发展适合我国国情的实用性修复技术与设备，以推动土壤环境修复技术的市场化和产业化发展。
（科技兴趣实验小组成员：陈之豪（执笔）、李科颖、陈佳一，指导老师：陈清妹、林伟）
责编/刘红伟
参考文献
[1] 周际海，袁颖红等.土壤有机污染物生物修复技术研究进展[J]. 生态环境学报，2015年24期.
[2]吴大付，任秀娟等.污染土壤的植物修复.河南科技学院学报[J].2015年4月.
[3]郭彦容，曾辉.生物质碳修复有机污染土壤的研究进展[J].土壤，2015年47期.
[4]王晓峰，张磊.有机污染土壤的微生物修复研究进展[J].中国农学通报， 2013年29期.
[5] 冯俊生，张俏晨.土壤复原修复技术与应用进展[J].生态环境学报，2014年43期.
[6] 张雪莲.电子垃圾拆解业中多氯联苯含量分析及植物修复研究[J].南京林业大学学报，2008年5月.
[7] 黄春雷，宋明义等.峰江地区基本农田质量调查工作报告[R].杭州：浙江省地质调查院，2010年4月.