環境學院 黃曉龍 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(zhou)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(wen)题日益受(shou)到人们的关注(zhu)，介(jie)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(zong)结了其(qi)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(shi)用性以(yi)及有关关键技术参数，并对其(qi)发展前景(jing)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(zhou)重要的意义。城市土壤环境是一个(ge)系统，由土壤的内(na)部环境、外(wai)部环境及其(qi)界面环境组成[1]。城市土壤环境是一个(ge)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(shou)城市化和工业化的冲击(ji)而同时具有独(du)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(wen)题:一是与土俱(ju)来(lai)的，由土壤内(na)源性物质引(yin)起，如铝毒、盐碱化等，可以(yi)产生土壤肥力障碍与粮(liang)食安全问(wen)题；二是由于外(wai)源性物质进入(ru)土壤内(na)部环境后造(zao)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(yi)引(yin)起土壤污染与安全健康问(wen)题。可见，土壤内(na)部环境污染是土壤环境系统问(wen)题之一，但是可能伴随着(zhou)对外(wai)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(zong)结了近多年来(lai)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(qi)有关的通气性、排水性、持水量和肥力状况有显(xian)著差异。此外(wai)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(qi)中填埋是处理废物的常用方法，其(qi)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(gong)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(mi)度大，人流量大，人踩车压，以(yi)及各种机械的频(pin)繁使用 ，土壤密(mi)度逐(zhu)渐(jian)增大，特别是公园、道路等人为活动频(pin)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(xiang)碱性的方向(xiang)演变，pH 值比城市周围的自然土壤高，并以(yi)中性和碱性土壤所占比例较大。土壤反(fan)应多呈中性到弱碱性，弱碱性土不仅降低了土壤中铁、磷(lin)等元素(su)的有效性，而且也抑制了土壤中微生物的活动及其(qi)对其(qi)他(ta)养分的分解。
1.1.4城市土壤固体入(ru)侵物多，有机质含量低，矿质元素(su)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(qi)常常会使植(zhi)物的根(gen)无法穿越而限(xian)制其(qi)分布的深度和广(guang)度。土壤中固体类夹(jia)杂物含量适(shi)当时，能在一定(ding)程度上提高土壤(尤其(qi)是粘重土壤)的通气透水能力，促进根(gen)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(xiao)失，取而代之的是沥青、混凝土地面和建筑物等人工景(jing)观。城市土壤表面的硬(ying)化、生物栖息地的孤立(li)、人为干扰与土壤污染的加重等，造(zao)成城市土壤生物群落结构单一，多样(yang)性水平降低，生物的种类、数量远(yuan)比农业土壤、自然土壤少，且受(shou)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(yi)上城市土壤的特点，导致城市土壤极易受(shou)到污染且污染严重。
工業廢氣、廢液、廢渣的排放，人們亂排汙水，亂倒垃圾，亂堆水泥、石灰、爐渣等廢物殘渣，導致土壤酸化、鹽堿化，理化性質變壞，土壤汙染日益嚴重，直接影響土壤的組分和性質[4]。
1.2.1有机物污染
    由于工业化与城市化进程的加快以(yi)及大气污染、水体富营(ying)养化的恶化，关注(zhu)的城市土壤无机污染物转到过量的N和P等植(zhi)物营(ying)养元素(su)，以(yi)及氧化物和硫化物，包括S02和NO等有害气体经(jing)过反(fan)应形成的酸雨和金属氧化物粉尘等降水和降尘进入(ru)城市土壤。
1.2.2重金属污染
    全球范围内(na)只有不到2%的地表为城市所覆盖(gai)，但80%的工业和生活污染物来(lai)源于城市，这其(qi)中的很大一部分污染物都直接或间接地进入(ru)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(wai)源输入(ru)速(su)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
物理修複石最先發展起來(lai)的修複技術之一，包括蒸(zheng)汽浸(jin)提修複技術、固化/穩定(ding)化修複技術、熱力學修複技術、熱解吸修複技術、電動力學修複技術等。其(qi)中電動力學修複技術能較好(hao)的應用在土壤重金屬汙染的修複中。
2.1.1蒸(zheng)汽浸(jin)提修复技术
    （1）技术原理。基本原理是在污染土壤内(na)引(yin)入(ru)清洁(jie)空(kong)气
产生驱动力，利用土壤固相、液相和气相之间的浓(nong)度梯度，在气压降低的情况下，将其(qi)转化为气态的污染物排出土壤外(wai)的过程。土壤蒸(zheng)气浸(jin)提利用真空(kong)泵(beng)产生负(fu)压驱使空(kong)气流过污染
的土壤孔隙而解吸并夹(jia)带有机组分流向(xiang)抽(chou)取井，最终于地上进行处理。为增加压力梯度和空(kong)气流速(su)，很多情况下在污染土壤中也安装若干空(kong)气注(zhu)射井。
    （2）应用及属性。该(gai)技术适(shi)用于高挥发性化学污染土壤的修复。其(qi)显(xian)著特点是：可操作性强，处理污染物的范围宽，可由标准(zhun)设备操作，不破坏土壤结构以(yi)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(xian)制因素(su)，例如在原位土壤蒸(zheng)气浸(jin)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(qi)限(xian)制因素(su)。
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(chi)，利用插入(ru)土壤的两个(ge)电极在污染土壤两端(duan)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(gen)据各自所带电荷的不同而向(xiang)不同的电极方向(xiang)运动：阳极附近的酸开始向(xiang)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(yi)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(yang)就将溶解到土壤溶液中的污染物吸收至土壤表层得以(yi)去除。污染物去除过程主要涉及电迁(qian)移、电渗析、电泳和酸性迁(qian)移带4种电动力学现象(xiang)。
（2）電動力學修複技術在土壤中金屬修複方麵有很大優勢(shi)，其(qi)優點可以(yi)歸(gui)納(na)為：1）電動力學技術對現有景(jing)觀、建築和結構等的影響最小；2電動力學技術改變土壤中原有成分的pH使金屬離子活化，土壤本身的結構不會遭到破壞，而且該(gai)過程不受(shou)土壤低滲透性的影響；3）電動力學技術中金屬離子從根(gen)本上完全被驅除而不是通過向(xiang)土壤中引(yin)入(ru)新的物質與金屬離子結合產生沉澱物實行的；4）對於不能原位修複的現場，可以(yi)采用異位修複的方法；5）可能對飽和層和不飽和層都有效；6）水力傳導性較低特別是黏(nian)土含量高的土壤適(shi)用性較強；7）對有機和無機汙染物都有效。
电动力修复具有处理速(su)度快、成本低等特点，特别适(shi)应于处理密(mi)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(qian)移过程机理及限(xian)制因素(su)、怎样(yang)对影响电修复过程的主要因素(su)进行简单而快速(su)的判定(ding)等。
2.2化学修复
    污染土壤的化学修复是利用加入(ru)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(ding)的化学反(fan)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(jiu)的修复措(cuo)施(shi)， 因为它只改变了重金属在土壤中存在的形态， 金属元素(su)仍保(bao)留在土壤中， 容易再度活化危害植(zhi)物。
2.2.1化学淋洗技术
化學淋洗修複技術是指(zhi)借助能促進土壤環境中汙染物溶解或遷(qian)移作用的化學/生物化學溶劑，在重力作用下或通過水力壓頭推(tui)動清洗液，將其(qi)注(zhu)入(ru)到被汙染土層中，然後再把(ba)包含有汙染物的液體從土層中抽(chou)提出來(lai)，進行分離和汙水處理的技術[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(qian)移性，是实施(shi)该(gai)技术的关键。到目前为止，化学淋洗技术主要围绕着(zhou)用表面活性剂处理有机污染物，用螯(ao)合剂或酸处理重金属来(lai)修复被污染的土壤。开展修复工作时，既可以(yi)在原位进行修复，也可进行异位修复。化学淋洗技术又(you)可分为原位淋洗技术和异位淋洗技术。
原位化學淋洗技術修複汙染土壤有很多優點，如長效性、易操作性、高滲透性、費用合理性(依賴於所利用的淋洗助劑)，並且適(shi)合治理的汙染物範圍很廣(guang)。在美國猶他(ta)州(zhou)希爾空(kong)軍基地開展的小規模(mo)現場試驗中，采用清洗液中加表麵活性劑十二磺(huang)基丁二酸鈉的方法去除了土壤中大約99%殘留的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(ba)污染土壤挖掘出来(lai)放在容器中，用溶于水的化学试剂来(lai)清洗、去除污染物，再处理含有污染物的废水或废液；然后，洁(jie)净的土壤可以(yi)回填或运到其(qi)他(ta)地点。
用1.0g/L的十二烷基苯磺(huang)酸鈉溶液為淋洗劑，對含苯酚10.1mg/kg的模(mo)擬汙染土壤樣(yang)品及現場土壤樣(yang)品(苯酚437.25mg/L)進行的淋洗研究表明，該(gai)淋洗液可有效去除模(mo)擬汙染土壤樣(yang)品及現場土壤樣(yang)品中苯酚，洗脫率為93.97%[8]。
2.2.2溶剂浸(jin)提技术
    溶剂浸(jin)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(lai)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(qi)他(ta)方法难(nan)以(yi)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(cui)取研究，结果表明：当pH值越低，Tween80溶液的浓(nong)度越高时，其(qi)对重金属的萃(cui)取效果越好(hao)，对重金属的萃(cui)取能力依次为Cu>Cd>Zn>Pb；当pH值越低，TritonX-100溶液的浓(nong)度越低时，其(qi)对重金属去除效果越好(hao)，对重金属的萃(cui)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(chan)进土壤中的化学氧化剂与污染物所产生的氧化反(fan)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(lai)，而只是在污染区的不同深度钻井，将氧化剂注(zhu)入(ru)土壤中，通过氧化剂与污染物的混合、反(fan)应使污染物降解或导致形态的变化。成功(gong)的氧化修复技术离不开向(xiang)注(zhu)射井中加入(ru)氧化剂的分散手段，对于低渗土壤，可以(yi)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(zhi)利用還原劑使無任務還原成難(nan)溶態，使其(qi)遷(qian)移性和生物可利用性降低。對地下水具有汙染效應的化學物質經(jing)常在土壤下層較深較大範圍內(na)呈斑塊狀擴散，這使常規的修複技術往(wang)往(wang)難(nan)以(yi)奏效。一個(ge)較好(hao)的方法，是構建化學活性反(fan)應區或反(fan)應牆(qiang)，當汙染物通過這個(ge)特殊區域的時候(hou)被降解或固定(ding)，這就是原位化學還原與還原脫氯修複技術[11]。
陳宜菲等[12]以(yi)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(wu)氯苯酚的脱氯规律。结果表明，五(wu)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(xie)同催化的作用。

3.结论
相对于其(qi)他(ta)污染土壤修复技术来(lai)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(mo)的实地应用还是十分有限(xian)。在通常情况下，都是根(gen)据污染物类型和城市土壤特征，当生物修复法在速(su)度和广(guang)度上不能满足污染土壤修复的需要时才(cai)选择物理、化学修复方法。
目前，国内(na)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(shi)不容乐观，一些城市的生产、生活安全已经(jing)受(shou)到土壤污染的严重威(wei)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(zhou)研究的不断(duan)拓(tuo)展和新技术成果的不断(duan)推(tui)广(guang)应用，物理、化学修复技术能够在我国未来(lai)的城市污染土壤修复工作中发挥越来(lai)越重要的作用。

参考文献：
[1]　骆永明.土壤环境的生物地球化学过程、质量演变和风险管理研究展望[J].土壤学报,2008,45(5):846-851.
[2] 骆永明.中国土壤环境污染态势(shi)及预防(fang)、控制和修复策略[J].环境污染与治,2009,12:27-31.
[3] 张蕊,刘鸿,石娜.城市土壤特点及其(qi)改良措(cuo)施(shi)[J].现代农业科技.2010,6:302-315.
[4] 黄勇,郭庆荣,万洪富等.城市土壤重金属污染研究综述[J].热带地理,2005（1）：14-18.
[5] 肖锦华.中国城市土壤重金属污染研究进展及治理对策[J].环境科学与管理.2009,4:25-28.
[6] 周启星.污染土壤修复的技术再造(zao)与展望[J].环境污染治理技术与设备,2002, 3(8): 36~40.
[7] 于颖,周启星.污染土壤化学修复技术研究与进展[J].环境污染治理技术与设备.2005,11:2-6.
[8] 高士祥,高松亭,韩朔睽.表面活性剂清洗法在污染土壤修复中的应用[J].环境科学.2000,21(1)∶84~86.
[9] 周启星,宋玉芳.污染土壤修复原理与方法[M].北京:科学出版社,2004.
[10] [5] 张永, 廖柏寒, 曾清如等. 两种表面活性剂对污染土壤中重金属的萃(cui)取研究［J］. 农业环境科学学报, 2006, 25:248-250.
[11] KaoC.M.,ChenY.L.,Chen S.C., eta.l Enhanced PCEdechlorination by biobarrier systems under different redoxconditions.WaterResearch,2003, 37(20): 4885~4894.
[12] 陈宜菲,陈少瑾等.零价金属对土壤中五(wu)氯苯酚的脱氯研究.山东化工.2006,35:5-7.