随着科学发展观的深入贯彻落实,国家对环境保护工作越来越重视,对水、大气、土地的污染等监控力度日益加大.“十二五”规划中,节能环保已被列为七大战略性新兴产业之首,其中土壤修复被纳入环保产业的重点发展之列,国家将财政、税收、金融等方面提供政策支持,同时地方政府土壤污染防治意识增强,根据环境管理和土壤污染防治的需要,分别制定了相关配套措施。我国土壤修复技术长期停留在实验室水平,较缺乏经济有效的土壤修复产业化成熟经验。因此加快实验室技术走向工程现场时改善我国土壤环境的迫切要求。国内主要缺乏技术工程化的承载者-具有技术特色的实力型修复企业;其次缺乏修复领域的高层次工程技术人才;第数据公开性差导致污染场地的基础数据不健全;缺乏实用技术的成套设备装置。因此,与国外拥有成熟土壤修复技术公司共同合作,开放适合本土化技术越来越迫切。
土壤修复
政策
2012年3月份出台的《“十二五”规划纲要》将节能环保列为七大战略性新兴产业之首。其中,土壤修复是在
环保产业
的重点发展之列并明确提出要强化
土壤污染防治
监督管理。
在环境产业发达的国家,土壤修复产业占整个环保产业的市场份额高达30%至50%。国内的一些科研机构包括清华大学以及中科院等纷纷开始研究土壤修复项目。事实上,国内土壤修复市场正被国内外看好。国外的一些土壤修复咨询机构,如荷兰DHV集团等也纷纷进入国内,带动了国内修复产业的意识、技术和市场的发展。在北京、上海、南京等经济相对发达且污染场地较多的区域,也迅速涌现了一批土壤修复
工程类企业
。
尽管2011年我国货币信贷政策持续趋紧,但银行等金融机构对环保产业的信贷力度明显增大,2010-2011年以农银租赁、国泰租赁为代表的
融资租赁公司
竞相拓展节能环保市场;私募基金投资者也已经将视野移向以土壤修复为代表的环保领域。应该说环保产业的融资环境良好。
国务院2016年5月印发的《
土壤污染防治行动计划
》提出,到2020年,全国土壤污染加重趋势得到初步遏制,土壤环境质量总体保持稳定,农用地和建设用地土壤环境安全得到基本保障,土壤环境风险得到基本管控。到2030年,全国土壤环境质量稳中向好,农用地和建设用地土壤环境安全得到有效保障,土壤环境风险得到全面管控。到本世纪中叶,土壤环境质量全面改善,生态系统实现良性循环。
到2020年,受污染耕地安全利用率达到90%左右,污染地块安全利用率达到90%以上。到2030年,受污染耕地安全利用率达到95%以上,污染地块安全利用率达到95%以上。
[4-5]
从行业发展来看,自2009年以来,环保产业成长速度明显加快。受此影响,国内土壤修复的产业链也逐步进入有序化和细分化阶段,形成从土壤污染项目的检测到风险评估、再到修复工程的实施、进而还有相应修复设备商的上中下游
产业价值链
。
中国土壤修复市场尚处于起步阶段,据统计,我国约43.75%土壤修复项目规模较小,集中在5000万以下。2亿以上相对大规模项目比例仅占18.75%。与美国和欧洲分别已修复30283处和80700处污染场地项目相比,我国已修复的场地数不超过200个,土壤修复市场尚处萌芽阶段,但发展态势良好。
据中经未来产业研究院发布的《2016-2020年中国土壤修复行业发展前景与投资预测分析报告》显示,2015年全国土壤修复合同签约额达到21.28亿元,比2014年的12.74亿元增长67%。全国从事土壤修复业务的企业数量增长至900家以上,在2014年约500家企业的基础上翻了将近一番。2015年全国土壤修复工程项目超过100个。土壤淋洗、原位加热、微生物化学还原等一批高精尖修复技术被实际运用在土壤地下水修复工程项目中。
数据显示,2015年全国土地出让总收入为3.25万亿,由于60%为拆迁征地成本,土地出让净收入只占到总收入的1/3,按此规模计算,相当于每年投资1000亿元以上。我们预计在2020年前,由
土地出让收益
所得的土壤修复资金在6400亿元左右。另外根据公布的2016年中央财政预算,土壤污染防治专项资金预算达到91亿元,是2015年的1.5倍,预计“十三五”时期还将大幅提升。由于土壤修复资金51%来源于政府投资,我们认为土地出让收益的投入和财政预算的投入可以有效解决当前土壤污染治理投入资金不足问题。
土壤环保已逐步上升成为全国环保工作的重点,一些非上市和上市公司已开始参与各地方政府启动的示范项目。一些经济发达的省份如上海、江苏、北京等走在前列。随着未来土壤修复产业化的全面启动,这些地区的市场将率先扩容,已在这些地区中标示范项目的土壤修复公司有望率先受益。2014年至2020年,国内土壤修复产业的市场规模接近6900亿元。
图1 美国污染土壤修复现状
美国约存在294000 个污染场地,其中,1982-2005 年间,共有1536个场地列入NPL。仅2007 年,美国超级基金项目耗费3.8 亿美元用于土壤修复项目[8]。据估计,美国完成所有污染土壤的修复将需要投资2089 亿,且大部分修复需要经过30~35年。美国于20 世纪80 年代之后进行了大量土壤修复工程。美国超级基金计划所实施的土壤修复技术已成为世界各国了解最新土壤修复技术变化的重要窗口。2002-2005 年财政年度中,60%的污染源处理工程项目采用的是原位修复技术,比1982-2005 年财政年度高了13个百分点。这主要是因为原位修复技术具有无需挖运土壤、修复成本低、适宜对深层污染介质修复、对施工人员健康影响小等特点。对美国1982-2005 年间,977 项土壤修复项目进行统计,如图1所示,浅色部分表示原位修复技术,深色部分表示异位修复技术。原位修复技术462项,占项目总数的48%,异位修复技术515 项,占总数的52%。在所有污染修复项目中,26%采用原位蒸发提取,18%采用异位固化/稳定化,11%采用异位离场焚烧。多项萃取和化学处理技术受到更多关注,而焚烧技术因可能产生二次污染越来越少被采用。如凡科林为代表的生物修复以水基、可生物降解的、混合型
表面活性剂
为主,用于清理、处理油污染类、盐污染类、石蜡污染类等土壤污染治理的表面活性剂,以及其它脱脂类清洗产品等。该公司的产品专业对应性较强,包括含有九种基本土壤微生物的可以高效整治油田、盐污染土壤的产品,在除油方面其产品也具有其特点,产品含有植物提取的溶剂,这与其它同类产品大多含有合成溶剂是不同的,因为植物提取的溶剂对环境保护更为有效。其技术特别是在土地治理方面可选择产品更广泛及应用手段更为专业。
图2 欧洲污染土壤修复现状
据估计,欧洲每年约有21.1亿欧元用于污染土壤的修复及管理工作。图2给出了1978-2007 年间,欧洲部分国家及整个欧洲不同土壤修复技术的运用现状。由图2 可知,欧洲各国根据本国国情,所采用的土壤修复技术存在明显的较大差异。欧洲运用原位和异位热脱附、原位和异位生物处理、原位和异位物化处理技术修复污染场地的项目占所有统计项目的69.17%,其中原位热脱附、原位生物处理和原位物化处理修复技术占35%,异位热脱附、异位生物处理和异位物化处理修复技术占34.17%,二者比重相当,其他修复技术占30.83%。在实际工程中,生物处理技术运用最多,达到35%,其中原位生物处理占18.33%,异位生物处理占16.67%。另外,将污染土壤作为废弃物而非可再生资源处理(包括挖掘处置技术、污染场地管制等)的工程项目在欧洲仍然占有较大比重,达到37%。
四大发展方位:(1)在决策导向上,从基于污染物总量控制转变到基于污染风险评估;(2)在技术上,从单一的修复技术发展到多技术联合的原位修复技术、综合集成的工程修复技术;(3)在设备上,从固定式设备的异位修复发展到移动式设备的原位修复;(4)在应用上,发展到多种污染物复合或混合污染土壤的组合式修复技术;从单一厂址场地走向特大场地;从单项修复技术发展到大气、水体同步监测的多技术多设备协同的场地土壤-地下水一体化修复。六大发展方向:(1)绿色、环境友好的生物修复技术;(2)从单一的向联合/杂交的综合修复技术;(3)从异位向原位修复技术;(4)基于环境功能修复材料(纳米)的修复技术;(5)基于设备化的快速场地修复技术;(6)土壤修复决策支持系统及修复后评估技术。
热解吸附技术是世界上最先进的污染废弃物处理技术之一,主要处理对象为农药污染土壤、油田含油废弃物、罐底油泥等。其作业原理为利用污染废弃物中有机物的热不稳定性,通过非焚烧的间接加热方式实现实现污染物与土壤的分离,并可将废弃物中的固相、油相、水相、气相绝大部分回收利用,从根本上实现无害化处理,因此该技术被广泛应用于全球的油田废弃物处理作业。
3、焚烧法,将污染土壤在焚烧炉中焚烧,使高分子量的有害物质?挥发性和半挥发性,分解成低分子的烟气,经过除尘、冷却和净化处理,使烟气达到排放标准。
检测土壤pH
4、土地填埋法,将废物作为一种泥浆,将污泥施入土壤,通过施肥、灌溉、添加石灰等方式调节土壤的营养、湿度和pH值,保持污染物在土壤上层的好氧降解。对于可以用
土壤酸度计
检测土壤pH值与湿度,用
土壤EC计
检测土壤EC值,查看土壤改良效果。
5、化学淋洗,借助能促进土壤环境中污染物溶解或迁移的化学/生物化学溶剂,在重力作用下或通过水头压力推动淋洗液注入到被污染的土层中,然后再把含有污染物的溶液从土壤中抽提出来,进行分离和污水处理的技术。
6、堆肥法,利用传统的堆肥方法,堆积污染土壤,将污染物与有机物,稻草、麦秸、碎木片和树皮等、粪便等混合起来,依靠堆肥过程中的微生物作用来降解土壤中难降解的有机污染物。
7、植物修复,运用农业技术改善土壤对植物生长不利的化学和物理方面的限制条件,使之适于种植,并通过种植优选的植物及其
根际微生物
直接或间接吸收、挥发、分离、降解污染物,恢复重建自然生态环境和植被景观。
8、渗透反应墙,是一种原位处理技术,在浅层土壤与地下水,构筑一个具有渗透性、含有反应材料的墙体,污染水体经过墙体时其中的污染物与墙内反应材料发生物理、化学反应而被净化除去。
9、生物修复,利用生物,特别是微生物催化降解有机污染物,从而修复被污染环境或消除环境中污染物的一个受控或自发进行的过程。 其中微生物修复技术是利用微生物,土著菌、外来菌、
基因工程菌
,对污染物的代谢作用而转化、降解污染物,主要用于土壤中有机污染物的降解。通过改变各种环境条件如,营养、
氧化还原电位
、共代谢基质,强化
微生物降解
作用以达到治理目的。
各种修复技术的特点及适用的污染类型:
类型
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修复技术
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优 点
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缺 点
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适用类型
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生物修复
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植物修复
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成本低、不改变土壤性质、没有二次污染
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耗时长、污染程度不能超过修复植物的正常生长范围
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重金属、有机物污染等
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原位生物修复
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快速、安全、费用低
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条件严格、不宜用于治理重金属污染
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有机物污染
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异位生物修复
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快速、安全、费用低
|
条件严格、不宜用于治理重金属污染
|
有机物污染
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化学修复
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原位化学淋洗
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长效性、易操作、费用合理
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治理深度受限,可能会造成二次污染
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重金属、苯系物、石油、卤代烃、多氯联苯等
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异位化学淋洗
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长效性、易操作、深度不受限
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费用较高、淋洗液处理问题,二次污染
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重金属、苯系物、石油、卤代烃、多氯联苯等
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溶剂浸提技术
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效果好、长效性、易操作、治理深度不受限
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费用高、需解决溶剂污染问题
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多氯联苯等
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原位化学氧化
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效果好、易操作、治理深度不受限
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使用范围较窄、费用较高、可能存在氧化剂污染
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多氯联苯等
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原位化学还原与还原脱氯
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效果好、易操作、治理深度不受限
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使用范围较窄、费用较高、可能存在氧化剂污染
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有机物
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土壤性能改良
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成本低、效果好
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使用范围窄、稳定性差
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重金属
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物理修复
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蒸汽浸提技术
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效率较高
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成本高、时间长
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VOC
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固化修复技术
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效果较好、时间短
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成本高、处理后不能再农用
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重金属等
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物理分离修复
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设备简单、费用低、可持续处理
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筛子可能被堵、扬尘污染、突然颗粒组成被破坏
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重金属等
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玻璃化修复
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效率较好
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成本高,处理后不能再农用
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有机物、重金属等
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热力学修复
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效率较好
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成本高,处理后不能再农用
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有机物、重金属等
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热解吸修复
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效率较好
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成本高
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有机物、重金属等
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电动力学修复
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效率较好
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成本高
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有机物、重金属等,低渗透性土壤
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换土法
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效率较好
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成本高、污染土还需处理
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有机物、重金属等
|
虽然土壤的修复技术很多,但没有一种修复技术可以针对所有污染土壤。相似的污染状况不同的土壤性质、不同的修复需求,也会限制一些修复技术的使用。另外,大多数修复技术对土壤或多或少带来一些副作用。
随着人们对环境问题的关注和现代农业的推进,农药微生物修复技术将在农药环境污染治理中发挥更大的作用,但在修复过程中也存在以下问题:微生物修复研究在实验室中取得很多理想效果,但将结果应用于土壤污染现场时往往达不到预期效果,甚至与实验室结果相悖;在试验过程中,微生物受外界影响大;还有很多情况下污染物并不能完全降解,可能会产生中间产物,有时中间产物的毒性大于母体化合物的毒性。在今后的研究中,土壤农药污染的微生物修复技术应从以下几个方面加强研究:①对污染修复微生物资源的筛选、收集、保护。②微生物对农药降解途径及代谢机理研究。加强对高残留、危害大、复杂结构农药(如杂环)及新农药降解途径的研究;加强对农药污染修复过程中涉及的共代谢机理的研究。③在降解基因筛选和遗传工程的基础上,加速构建高效修复菌株。④建立科学合理的生物修复
评价指标体系
。⑤加速将理论研究应用到生产实际的成果转化。⑥环境微生物在生态环境中的相互作用及与其他环境生物的联合修复研究。⑦微生物修复技术与其他环境污染治理技术的联合应用。⑧生物修复微生物的分子生物学和分子生态方面的相关研究。