环境学院 黄晓龙 s1109022

[摘要] 城市土壤是城市生态环境系统的有机组成部分，对城市的可持续发展有着重要的意义。城市土壤环境质量日益恶化，直接或间接影响了城市生态环境质量和居民人体健康。土壤污染问题日益受到人们的关注，介绍了城市土壤的特点及城市土壤污染的产生，特点及危害，展望了污染土壤物理、化学修复技术的研究，总结了其修复取得的成果。对污染土壤的物理、化学修复技术原理、进展与适用性以及有关关键技术参数，并对其发展前景进行了展望。

[关键字] 城市土壤；物理修复；化学修复；研究进展

    A review on Physical and chemical remediation and progress of urban contaminated soils
Abstract：The urban soil is the organic component of urban ecological environment system ,it has important significance on the sustainable development of cities. The urban soil environmental quality deteriorating, directly or indirectly influenced the urban ecological environment quality and residents human's  health. Soil pollution problems has taken people's attention, this paper introduces the characteristics of the urban soil and soil pollution city of generation, characteristics and harm, prospects the pollution soil physical and chemical remediation technologies , sums up the achievements of repair. For the pollution of soil physical and chemical remediation technology principle, development and the applicability and relevant key technical parameters, and the development prospect.
Key words: urban soil; chemical remediation;Physical remediation;progress

前言
    城市土壤是城市生态环境系统的有机组成部分对城市的可持续发展有着重要的意义。城市土壤环境是一个系统，由土壤的内部环境、外部环境及其界面环境组成[1]。城市土壤环境是一个活系统，存在物质循环、能量交换和生命体代谢繁衍。
    当今，处于地球陆地表层的城市土壤环境系统不仅具有自然的特征，而且因深受城市化和工业化的冲击而同时具有独特的城市烙印。自然作用和城市化、工业化活动影响的结果产生两类土壤环境系统问题:一是与土俱来的，由土壤内源性物质引起，如铝毒、盐碱化等，可以产生土壤肥力障碍与粮食安全问题；二是由于外源性物质进入土壤内部环境后造成的，包括“工业三废”物质、生活垃圾、交通运输、大气降雨降尘等[2]。可以引起土壤污染与安全健康问题。可见，土壤内部环境污染是土壤环境系统问题之一，但是可能伴随着对外部环境——水、气、生物、人污染危害的风险，影响区域生态安全、国家环境安全和全球变化。本文较为系统性地总结了近多年来有关城市土壤污染物理化学修复所取得的研究成果并探讨了今后城市土壤污染研究重点。
1.城市土壤特点及城市土壤污染的类型
1.1城市土壤特点
1.1.1城市土壤结构凌乱
    城市土壤土层变异性大，呈现岩性不连续特性，这导致不同土层的结构、质地、有机质含量、pH 值、容重及与其有关的通气性、排水性、持水量和肥力状况有显著差异。此外城市生产和生活中常产生一些废物，如建筑和家庭废弃物、碎砖块、沥青碎块、混凝土等，需要进行处理，其中填埋是处理废物的常用方法，其和自然土壤发生层的土壤碎块混合在一起，改变了土层次序和土壤组成，也影响了土壤的渗透性和生物化学功能。
1.1.2城市土壤紧实度大，通透性差
    紧实度大是城市土壤的重要特征。城市中由于人口密度大，人流量大，人踩车压，以及各种机械的频繁使用 ，土壤密度逐渐增大，特别是公园、道路等人为活动频繁的区域，土壤容重很高，土壤的孔隙度很低，。压实导致土壤结构体破坏、容重增加、孔隙度降低、紧实度增加，持水量减少。
1.1.3城市土壤 pH 值偏高
    城市土壤向碱性的方向演变，pH 值比城市周围的自然土壤高，并以中性和碱性土壤所占比例较大。土壤反应多呈中性到弱碱性，弱碱性土不仅降低了土壤中铁、磷等元素的有效性，而且也抑制了土壤中微生物的活动及其对其他养分的分解。
1.1.4城市土壤固体入侵物多，有机质含量低，矿质元素缺乏
    由于城市土壤很多是建筑垃圾土，建筑土壤中含有大量建筑后留下的砖瓦块、砂石、煤屑、碎木、灰渣和灰槽等建筑垃圾，其常常会使植物的根无法穿越而限制其分布的深度和广度。土壤中固体类夹杂物含量适当时，能在一定程度上提高土壤(尤其是粘重土壤)的通气透水能力，促进根系生长；但含量过多，会使土壤持水能力下降，缺少有机质[3]。
1.1.5城市土壤生物
    城市化的发展使得原有自然生境消失，取而代之的是沥青、混凝土地面和建筑物等人工景观。城市土壤表面的硬化、生物栖息地的孤立、人为干扰与土壤污染的加重等，造成城市土壤生物群落结构单一，多样性水平降低，生物的种类、数量远比农业土壤、自然土壤少，且受到病原生物的侵染，危害人体健康。 
1.2城市土壤污染类型
    由于以上城市土壤的特点，导致城市土壤极易受到污染且污染严重。
工业废气、废液、废渣的排放，人们乱排污水，乱倒垃圾，乱堆水泥、石灰、炉渣等废物残渣，导致土壤酸化、盐碱化，理化性质变坏，土壤污染日益严重，直接影响土壤的组分和性质[4]。
1.2.1有机物污染
    由于工业化与城市化进程的加快以及大气污染、水体富营养化的恶化，关注的城市土壤无机污染物转到过量的N和P等植物营养元素，以及氧化物和硫化物，包括S02和NO等有害气体经过反应形成的酸雨和金属氧化物粉尘等降水和降尘进入城市土壤。
1.2.2重金属污染
    全球范围内只有不到2%的地表为城市所覆盖，但80%的工业和生活污染物来源于城市，这其中的很大一部分污染物都直接或间接地进入城市和周边地区的土壤生态系统中。因此，城市化过程加强了土壤重金属的外源输入速率[5]。
    工业化活动、交通运输、燃煤、生活垃圾等产生的重金属物质通过大气沉降，对城市土壤产生重金属污染，包括Hg、Cd、Cu、Pb等。
2 城市土壤污染修复技术
2.1物理修复
物理修复石最先发展起来的修复技术之一，包括蒸汽浸提修复技术、固化/稳定化修复技术、热力学修复技术、热解吸修复技术、电动力学修复技术等。其中电动力学修复技术能较好的应用在土壤重金属污染的修复中。
2.1.1蒸汽浸提修复技术
    （1）技术原理。基本原理是在污染土壤内引入清洁空气
产生驱动力，利用土壤固相、液相和气相之间的浓度梯度，在气压降低的情况下，将其转化为气态的污染物排出土壤外的过程。土壤蒸气浸提利用真空泵产生负压驱使空气流过污染
的土壤孔隙而解吸并夹带有机组分流向抽取井，最终于地上进行处理。为增加压力梯度和空气流速，很多情况下在污染土壤中也安装若干空气注射井。
    （2）应用及属性。该技术适用于高挥发性化学污染土壤的修复。其显著特点是：可操作性强，处理污染物的范围宽，可由标准设备操作，不破坏土壤结构以及对回收利用废物有潜在价值等此项技术在应用过程中也有一些限制因素，例如在原位土壤蒸气浸提技术的应用中，下层土壤的异质性、低渗透性的土壤、地下水位高等都成为其限制因素。
2.1.2 电动力学修复
    （1）技术原理。电动力学修复技术的基本原理类似电池，利用插入土壤的两个电极在污染土壤两端加上低压直流电场，在低强度直流电的作用下，水溶的或者吸附在土壤颗粒表层的污染物根据各自所带电荷的不同而向不同的电极方向运动：阳极附近的酸开始向土壤毛隙孔移动，打破污染物与土壤的结合键，此时，大量的水以电渗透方式在土壤中流动，土壤毛隙孔中的液体被带到阳极附近，这样就将溶解到土壤溶液中的污染物吸收至土壤表层得以去除。污染物去除过程主要涉及电迁移、电渗析、电泳和酸性迁移带4种电动力学现象。
（2）电动力学修复技术在土壤中金属修复方面有很大优势，其优点可以归纳为：1）电动力学技术对现有景观、建筑和结构等的影响最小；2电动力学技术改变土壤中原有成分的pH使金属离子活化，土壤本身的结构不会遭到破坏，而且该过程不受土壤低渗透性的影响；3）电动力学技术中金属离子从根本上完全被驱除而不是通过向土壤中引入新的物质与金属离子结合产生沉淀物实行的；4）对于不能原位修复的现场，可以采用异位修复的方法；5）可能对饱和层和不饱和层都有效；6）水力传导性较低特别是黏土含量高的土壤适用性较强；7）对有机和无机污染物都有效。
电动力修复具有处理速度快、成本低等特点，特别适应于处理密质和低水力渗透率土壤中的重金属污染物及有机污染物，但许多方面还需要做进一步的研究，如土壤最佳含水率、污染物迁移过程机理及限制因素、怎样对影响电修复过程的主要因素进行简单而快速的判定等。
2.2化学修复
    污染土壤的化学修复是利用加入到土壤中的化学修复剂（如固化剂、有机质、化学试剂、天然矿物等，改变土壤的pH值、Eh等）与污染物发生一定的化学反应，使污染物被降解和毒性被去除或降低的修复技术。化学修复是在土壤原位上进行的， 简单易行。但并不是一种永久的修复措施， 因为它只改变了重金属在土壤中存在的形态， 金属元素仍保留在土壤中， 容易再度活化危害植物。
2.2.1化学淋洗技术
化学淋洗修复技术是指借助能促进土壤环境中污染物溶解或迁移作用的化学/生物化学溶剂，在重力作用下或通过水力压头推动清洗液，将其注入到被污染土层中，然后再把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[6]。
清洗液是包含化学冲洗助剂的溶液，具有增溶、乳化效果，或改变污染物的化学性质。提高污染土壤中污染物的溶解性和它在液相中的可迁移性，是实施该技术的关键。到目前为止，化学淋洗技术主要围绕着用表面活性剂处理有机污染物，用螯合剂或酸处理重金属来修复被污染的土壤。开展修复工作时，既可以在原位进行修复，也可进行异位修复。化学淋洗技术又可分为原位淋洗技术和异位淋洗技术。
原位化学淋洗技术修复污染土壤有很多优点，如长效性、易操作性、高渗透性、费用合理性(依赖于所利用的淋洗助剂)，并且适合治理的污染物范围很广。在美国犹他州希尔空军基地开展的小规模现场试验中，采用清洗液中加表面活性剂十二磺基丁二酸钠的方法去除了土壤中大约99%残留的TCE(trichloroethylene)[7]。
与原位化学淋洗修复技术不同的是，异位化学淋洗修复技术要把污染土壤挖掘出来放在容器中，用溶于水的化学试剂来清洗、去除污染物，再处理含有污染物的废水或废液；然后，洁净的土壤可以回填或运到其他地点。
用1.0g/L的十二烷基苯磺酸钠溶液为淋洗剂，对含苯酚10.1mg/kg的模拟污染土壤样品及现场土壤样品(苯酚437.25mg/L)进行的淋洗研究表明，该淋洗液可有效去除模拟污染土壤样品及现场土壤样品中苯酚，洗脱率为93.97%[8]。
2.2.2溶剂浸提技术
    溶剂浸提修复技术是一种利用溶剂将有害化学物质从污染土壤中提取出来或去除的技术[9]。利用毒性性对较小的有机溶剂提取毒性大，其他方法难以处理的污染物，一般是有机污染物。张永等选取Tween80和TritonX-100两种非离子表面活性剂对重金属污染土壤进行萃取研究，结果表明：当pH值越低，Tween80溶液的浓度越高时，其对重金属的萃取效果越好，对重金属的萃取能力依次为Cu>Cd>Zn>Pb；当pH值越低，TritonX-100溶液的浓度越低时，其对重金属去除效果越好，对重金属的萃取能力依次为Cu>Pb>Zn>Cd[10]。
2.2.3化学氧化修复技术
    化学氧化修复技术主要是通过搀进土壤中的化学氧化剂与污染物所产生的氧化反应，使污染物降解或转化为低毒、低移动性产物的一项修复技术。化学氧化技术不需要将污染土壤全部挖掘出来，而只是在污染区的不同深度钻井，将氧化剂注入土壤中，通过氧化剂与污染物的混合、反应使污染物降解或导致形态的变化。成功的氧化修复技术离不开向注射井中加入氧化剂的分散手段，对于低渗土壤，可以采取创新的技术方法如土壤深度混合、液压破裂等方式对氧化剂进行分散。
2.2.4化学还原与还原脱氯修复技术
一般是指利用还原剂使无任务还原成难溶态，使其迁移性和生物可利用性降低。对地下水具有污染效应的化学物质经常在土壤下层较深较大范围内呈斑块状扩散，这使常规的修复技术往往难以奏效。一个较好的方法，是构建化学活性反应区或反应墙，当污染物通过这个特殊区域的时候被降解或固定，这就是原位化学还原与还原脱氯修复技术[11]。
陈宜菲等[12]以恒温培养为方法，气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)为检测手段，研究了三种零价金属对在不同土壤中五氯苯酚的脱氯规律。结果表明，五氯苯酚可被Fe、Zn、Sn还原降解成四氯苯酚，产物为1，2，3，4-四氯苯酚和1，2，4，5-四氯苯酚；在相同土壤中，脱氯性能与零价金属的还原性成正比关系，Fe-Zn混合物的不同质量比对PCP的降解没有协同催化的作用。

3.结论
相对于其他污染土壤修复技术来讲，物理、化学修复技术发展较早，也相对成熟，但是到目前为止，城市土壤大规模的实地应用还是十分有限。在通常情况下，都是根据污染物类型和城市土壤特征，当生物修复法在速度和广度上不能满足污染土壤修复的需要时才选择物理、化学修复方法。
目前，国内有关城市污染土壤化学修复的研究和应用尚在起步阶段，而我国城市土壤污染形势不容乐观，一些城市的生产、生活安全已经受到土壤污染的严重威胁，有望今后开展大量相关研究并使这些物理、化学修复技术能够在实际中得到应用。相信随着研究的不断拓展和新技术成果的不断推广应用，物理、化学修复技术能够在我国未来的城市污染土壤修复工作中发挥越来越重要的作用。

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