污染土壤修复标准及修复效果评定方法的探讨

中国农学通报2010,26(21):341-345

ChineseAgriculturalScienceBulletin

污染土壤修复标准及修复效果评定方法的探讨

崔芳1,袁博2

(1宝鸡文理学院/陕西省灾害监测与机理模拟重点试验室,陕西宝鸡721013;

2

西安理工大学水利水电学院,西安710048)

摘要:污染土壤修复标准制定的目的是在保证污染土地再利用的前提下,使受到较为严重污染土壤环境中的污染物降低或削减到不足以导致较大的生态损害和健康危害。在分析中国土壤环境质量标准不

足的基础上,结合一些发达国家土壤修复标准以及中国土壤污染的实际情况,概述建立污染土壤修复标准应从清洁技术因素、土壤背景值因素、标准法规可调控因素和污染生态毒理学评价方面综合考虑。针对污染土壤修复效果评定的研究,简述植物毒性评定法、陆生无脊椎动物评定法、土壤微生物评定法和生物标记评定法等常用污染土壤修复效果评定方法,并对评定方法的发展前景进行展望。关键词:污染土壤;修复标准;修复效果;评定方法中图分类号:X-651,X-53

文献标志码:A

论文编号:2010-1949

TheRemediationStandardsandEvaluationMethodsfor

RemediationEffectivenessofContaminatedSoil

CuiFang1,YuanBo2

ShanxiProvince,BaojiShanxi721013;

(1BaojiUniversityofArts&Sciences/KeyLabofDisasterMonitoringandMechanismSimulatingof

2

Abstract:Thecontaminatedsoilremediationstandardformulation'saimisunderthepremiseofensuringthereuseofcontaminatedland,toreduceorcutthecontaminantswhichcausetoreceiveinthemoreseriouscontaminatedsoilenvironmentisinsufficienttoleadtogreaterecologicaldamageandhealthrisks.Inthispaper,somesuggestionsontheestablishmentofremediationstandardsforcontaminatedsoilssuchascleantechnologyfactors,factorsofsoilbackgroundvalues,standardsandregulationstocontrolpollutionofecologicalfactorsandassessmentoftoxicologicalriskswereputforward,basedontheanalysisofthedisadvantagesofsoilenvironmentalqualitystandardresearchonevaluationmethodsforremediationeffectivenessofcontaminatedsoil,commonlyusedevaluationmethods,suchasphytotoxicitytesting,terrestrialinvertebratetoxicitytesting,soilmicroorganismtoxicitytestingandbiomarkerassessmentmethodsweredescribed.Furthermore,futureresearchdirectionswerealsodiscussed.

Keywords:contaminatedsoil;remediationstandard;remediationeffectiveness;evaluation

method0引言

污染土壤修复标准的最大作用是判断农业土地特别是耕地土壤是否可以改作工业用地、建设用地或其

他用地的法律依据,是耕地土壤保护的科学准则。同

时,污染土壤修复标准的制定和颁布有利于中国在环境法规与标准方面与国际接轨。污染土壤修复标准的

InstituteofWaterResourcesandHydro-electricEngineering,Xi'anUniversityofTechnology,Xi’an710048)

基金项目:陕西省重点试验室项目(09JS073)。

第一作者简介:崔芳,女,1981年出生,河北隆化人,助教,硕士,研究方向:生态修复技术对水体的污染控制。通信地址:721013陕西省宝鸡市高新大道1号宝鸡文理学院地理科学与环境工程系,Tel:0917-3391625,E-mail:[email protected]

通讯作者:袁博,男,1986年出生,陕西洛南人,在读硕士,研究方向:水处理原理与技术。通信地址:710048陕西省西安市金花南路5号西安理工大学水利水电学院,Tel:029-82312233,E-mail:[email protected]。收稿日期:2010-06-25,修回日期:2010-08-16。

中国农学通报http://www.casb.org.cn

制定,对于应急土壤环境事故的处理具有法规准则,有

十分重要的指导作用,特别在正确处理中国环境保护与管理工作中存在的“欠保护”和“过保护”这一矛盾具有极其重要的实践意义。

近年来,污染土壤修复的研究已成为国际上环境工程等相关专业的学科前沿和重要研究内容,污染土

壤修复技术得到迅速发展[1-3]。美国、

德国、荷兰、英国等国家先后投入巨大的人力、财力,深入开展污染土壤

修复研究,在一些技术应用方面已进入商业化阶段。目前,理论和技术上可行的修复技术主要有物理修复、化学修复、生物修复综合修复等几大类。其中,物理方法主要包括物理分离法、溶液淋洗法、固化稳定法、冻融法和电动力法。化学方法主要包括溶剂萃取法、氧化法、还原法和土壤改良剂投加技术等。生物修复方法是污染土壤修复的主体,可分为微生物修复、植物修复和动物修复3种,其中以微生物与植物修复应用最为广泛。同物理化学方法相比,生物修复具有基本保持土壤的理化特性、污染物降解完全、处理成本低和应用广泛的特点。生物修复的局限性包括污染物种类的局限性、受环境因素影响大、修复时间长等。可通过与物理化学方法相结合,来解决生物修复的局限性。

然而,污染土壤修复标准的制定却相对迟缓,很难确定土壤修复到什么程度才是清洁的。在世界范围内,污染土壤修复标准是一个较新的领域,一些发达国家从国家或区域水平上逐步确立或建立污染土壤修复标准。在中国,由于各种因素的影响,直至目前很少开展这方面的研究工作。中国现行的土壤环境质量标准与污染土壤修复标准两者之间存在着许多实质性差异,土壤环境质量标准已不能适应污染土壤修复效果评判的需要。此外,污染土壤修复后,其修复效果是否达到预定的工程目标或修复标准,是否对土壤生态系统和人类健康构成威胁,都需要通过灵敏和有效的诊断方法对污染土壤修复效果进行评定。污染土壤修复标准及修复效果评定方法的建立已成为检验污染土壤修复工程效果的难点,因此,急需专业化和系统化开展这方面的研究。

1污染土壤修复标准的研究

一般认为,污染土壤修复标准是指被技术和法规所确立、确认的土壤清洁水平,通过土壤修复或利用各种清洁技术手段,使土壤环境中污染物的浓度降低到对人体健康和生态系统不构成威胁的技术和法规可接受的水平。这些标准是衡量各污染点或污染场地经过人为修复后清洁程度尺度的表征。由于“清洁”的概念是相对和主观的,对“清洁”进行测度需要考虑实现的

可能性、土壤自身的背景水平、生态系统安全与人体健康影响、经济可承受能力和社会发展水平等多种因素。因此,污染土壤修复标准的建立应该全面考虑、综合设计,特别是要基于对土壤污染生态毒理学深入研究的各种成果[4-5]。

1.1国内研究现状

中国在土壤修复效果的评价中,一直以土壤环境质量标准(GB15618—1995)为依据。污染土壤修复标准尚未建立之前,土壤环境质量标准在一定程度上可以间接作为中国农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场、林地和自然保护区等污染土壤的修复标准。在土壤环境质量标准编写过程中,主要使用“七五”攻关项目有关土壤环境背景值和环境容量的重要研究成果,但随着时间推移和科学技术发展,加之中国近20年经济的飞速发展,环境污染日益加剧,该土壤环境质量标准存在的不足也日益明显,特别是其选择的污染物参数极少,有机污染物只有“DDT”和“六六六”,土壤环境中可能依然有较高浓度的残留,但它们已经属于被禁止使用范畴,一些更为重要的有机污染物却未被包括;重金属污染物也不全,只有Hg、Cd、Pb、As、Cr、Ni、Cu和Zn等8种。这样就使土壤环境质量标准难以适用于当今的污染土壤修复效果评价中[2,6]。

1.2土壤污染修复标准制定的影响因素

随着专家学者的不断研究,包括植物修复、生物修复、物理修复、化学修复及其联合修复技术在内的污染土壤修复技术体系已经形成,并积累不同污染类型场地土壤综合工程修复技术应用经验,出现污染土壤的原位生物修复技术和基于监测的自然修复技术等研究的新热点[7]。但经过修复的土地是否达到清洁标准,是否满足各种用途土地再利用要求,还没有一个评判标准。土壤修复标准方法体系的建立是由多方面因素决定,主要包括清洁技术因素、土壤背景值因素、法规可调控因素、污染生态毒理学依据等[8]。

1.2.1清洁技术因素清洁技术因素应该包括污染土壤修复技术所能达到的清洁水平和现有分析技术发展所能检出的污染物最低限量目标值。

(1)修复技术水平。污染土壤修复标准的制定,首先应该建立在污染土壤修复技术发展的现有水平的基础之上,需要根据技术水平的发展适时地进行适当的目标调整与目标提高。当前,污染土壤修复技术的现

有水平,尽管得到较大发展,

但仍远远不能满足生态系统和人体健康对污染土壤修复所提出的严格要求,是污染土壤修复标准制定的主要瓶颈之一。

(2)仪器可检出水平。制定的污染土壤修复标准

崔芳等:污染土壤修复标准及修复效果评定方法的探讨

·

343·

是否可行,首先应从分析技术上加以保证。换言之,如

果规定的土壤环境中典型污染物及其浓度水平不能通过试验仪器检出,那么任何进一步的工作就无从谈起。因此,要实现对土壤环境中典型污染物的准确识别和对低污染水平污染物的准确测定,就需要发展相应的分析技术、研制标准的分析方法。

1.2.2土壤背景值因素土壤背景值是指基本未受或很少受到人类各类生产生活影响的土壤基本状态和元素存在的自然浓度水平。一般来说,把土壤中的污染物通过修复手段使其降到土壤背景值水平以内是最安全的,也符合土壤本身生态系统特点和功能的要求。值得注意的是,由于成土因素(包括母质、生物、气候、地形和时间等因素)的不同,各地土壤类型和土壤背景值差异很大。

1.2.3标准法规可调控因素自1972年开始,中国一直对环境立法给予极大关注和重视。经过30多年艰苦

努力,一套符合中国国情的环境法规体系已经基本形

成,但是由于中国环境法律体系的建立起步较晚,许多

中国环境立法还需完善。另外,根据周启星等[9]研究,

土壤质量标准存在许多缺陷,用其作为土壤修复效果评价标准暴露出很多问题。因此,建立污染土壤修复标准十分必要。

美国是拥有污染土壤修复标准的国家中,最早颁布并实施污染土壤修复标准的国家,甚至各州已建立较为完善的污染土壤修复标准。例如,美国纽约州早在1998年就制定并颁布烃污染土壤清洁标准(见表[10]

。在欧洲一些国家,出于对土壤环境保护和污染1)

土壤治理与修复的目的,制定了一系列污染土壤的修复标准。例如,丹麦是欧洲制定污染土壤修复标准比较早的国家,分别对土壤中砷、镉、铬和汞等重金属以

[10]

。及PAH提出了必要的污染消减标准(见表2)

1.2.4污染生态毒理评价土壤生态效应是根据土壤中

表1美国纽约州烃污染土壤清洁标准

产品

参数或组分

苯乙苯

汽油

甲苯二甲苯MTBE萘

柴油

蒽芴芘

废油

PCBs卤化有机物

试验室试验条款与号码EPA8021或8020EPA8021或8020EPA8021或8020EPA8021或8020EPA8021或8020

EPA8021EPA8270EPA8270EPA8270EPA8270EPA8021

检出水平/(μg/kg)

[**************]特定化合物特定化合物

通知水平任何数量任何数量任何数量任何数量任何数量任何数量任何数量任何数量任何数量特定化合物特定化合物

行动水平/(μg/kg)

[***********][1**********]0特定化合物特定化合物

清洁水平特定点特定点特定点特定点特定点特定点特定点特定点特定点特定化合物特定化合物

表2丹麦土壤必要的污染消减标准

污染物AsCdCrHgPAH苯并(a)芘联苯(a,h)蒽

污染消减所需达到的水平(干重)/(mg/kg)

[1**********]1

“清洁”。原则上,以健康为依据的清洁标准有2类:一般类型健康风险标准和污染点专性健康风险标准。相

应地,其评价方法有暴露评价和毒性评估2种[8,11-12]。其中,人体对某一污染物的暴露程度可采用化学摄入情况进行表示,暴露特定方式对化学摄入产生重要影响。在已知的某一污染点上,生物体常有若干暴露方式,其中以生活源暴露和工业源暴露最为常见[13]。除以上4点外,污染物的选择、分析检测方法、修复标准的分类和对地下水的保护也应该认真考虑,并加以分析研究[14]。

2污染土壤修复效果评定的研究2.1相关概念与内涵

污染土壤修复效果的评定是土壤修复环境工程必不可少的重要环节。但是,单纯靠化学方法进行土壤

污染物对生态系统不同组分的影响来确定污染土壤修

复基准,以此作为制定污染土壤修复标准的依据。基本思想是通过确定污染土壤对其生命组分能够造成不可逆影响的域值,来确定污染土壤修复到何种程度达

中国农学通报http://www.casb.org.cn

修复效果的评定,不能表征土壤的整体质量特征,因

此需要生态毒理诊断方法作补充。污染土壤修复效果的评定就是结合有效的化学分析手段,通过对土壤生态系统中不同物种的生物组分损伤观察,定性或定量地预测修复后土壤中污染物质对土壤生态系统和人类健康产生有害影响的可能性。即将生物分析与化学分析相结合,把污染土壤生态毒理学诊断的一些方法运用到污染土壤修复效果的判定中,这样可以为土壤修复效果和修复土地再利用风险分析提供最可靠的依据。

2.2污染土壤修复效果评定的主要方法

2.2.1植物毒性评定法利用植物的生长状况监测土壤污染,是从植物生态学角度评定污染土壤修复效果的重要方法。植物毒性评定法包括植物受害状况评定法、植物体内污染物含量评定法、藻类毒性评定法3种[15]。植物受害状况评定主要是通过肉眼观察植物体受污染影响后发生的形态变化;植物体内污染物含量评定主要是通过分析修复后土壤中生长的植物体内污染物的含量来判断污染土壤的修复效果;藻类毒性评定主要是利用藻类作为水生生态系统污染诊断的指示生物,通过适当改进用于评定污染土壤的修复效果。

2.2.2陆生无脊椎动物评定法以不同陆生无脊椎动物毒理试验评价土壤修复状况,是将对土壤污染具有敏感指示作用的物种作为指示动物,将它们暴露于土壤污染物中,以适当的试验系统准确地、精确地记录污染土壤对栖息动物危害与风险,从而达到对土壤修复状况(污染或清洁)的指示作用。用陆生无脊椎动物对修复后的土壤进行评定,不仅是使用存活率的测定,也包括生长、繁殖、动物群落构成等重要参数的分析。

2.2.3土壤微生物评定方法土壤中微生物种类繁多、数量庞大,微生物在土壤功能及重要土壤过程中直接或间接地起重要作用,包括对动植物残体的分解、养分的贮藏转化、水分入渗、气体交换、土壤结构的形成与稳定、有机物的合成及异源生物的降解等。当土壤污染后,污染物可对土壤微生物产生不同影响。因此,微生物学参数可作为评定污染土壤修复效果的指标。2.2.4生物标记评定方法生物标记物可以通过体液、组织或整体生物体来表征对一种或多种化学污染物的暴露或其效应的生化、细胞、生理、行为或能量上的变化,是衡量环境污染物暴露及效应的生物反应。它能同时指示母体污染物与代谢产物的暴露于毒性效应,可将不同层次生物(个体、种群和群落)的系列测定综合,通过生物标记物的短期变化可预测污染物的长期生态效应[8,15]。

3存在问题及研究热点

在土壤污染修复标准研究中以下问题应该值得重视:

(1)由于中国对污染土壤修复标准的研究起步较晚,在概念上常常与土壤环境基准、土壤环境质量基准和污染土壤修复相混淆。这不仅说明中国在这一方向上的研究极为缺乏,而且启示今后需要开展这方面大量和系统地研究。

(2)随着研究的深入,许多阻碍土壤环境修复研究的政策性问题不断显现,主要有:土壤环境修复责任主体难确定;缺乏统筹规划,宏观调配的思想;用于土壤环境修复研究的资金严重缺乏,项目投资到位迟缓,国家投入较小,地方投入有限,难以保证研究规模的扩大;无专项基金的保障,且已有的环境保护专项基金未明确规定使用于土壤环境修复的部分。

(3)污染土壤修复标准的制定研究一般耗资大、费时长,尤其是准确的环境基准资料的获得需要较长时间。因此,国家在资助这类研究项目或课题时,必须有连续的高投入来维持。

近年来,国内外一些学者在土壤污染评价方面做了很多工作,并取得很多重要成果,尤其在利用非化学分析评价方面有很大进展[16]。但是,许多评价方法还局限在对土壤污染的评价上,专门应用于污染土壤修复效果评定的方法很少。当前,污染土壤评定方法大多局限于通过对土壤中单个污染物的残余量的评定,然而土壤中含有多种污染物,造成复合污染。复合污染不是传统概念上的单因子污染的简单相加,其生态效应不仅只决定于化学污染物或污染元素本身的化学性质,更为重要的是与污染物的浓度水平有关,同时还受污染物的作用对象、作用部位以及作用方式的

影响[17]。因此,

今后复合污染土壤修复效果的评定中,应着重通过对污染物浓度水平与污染物毒性效应的研究,以及不同污染物的浓度水平对复合污染中污染物的作用机制、分子机理和复合污染对种群和群落变化影响的研究来对修复效果进行综合评定[18]。

4结语

污染土壤修复标准的制定是一个复杂、系统的工程,除了考虑土壤本身组成、不同的外部条件和复合污染等因素外,还要在污染物的生态毒理学临界水平的系统研究基础上综合考虑污染土壤修复技术发展水平、仪器检出水平和当地土壤的背景含量水平等各种因素。同时,必须结合现有的各种环境保护法规水平,借鉴参考国外成熟的污染土壤修复法规体系。污染土壤的修复效果评定方法研究,不仅提供污染物的生态

崔芳等:污染土壤修复标准及修复效果评定方法的探讨

·

345·

毒性效应信息,更重要的是为污染土壤修复效果的评

判提供方法论。只有这样,才能保证标准制定工作的科学合理性,才能解决中国环境保护工作中“欠保护”和“过保护”的矛盾。

参考文献

[1]孙铁珩,周启星,李培军.污染生态学[M].北京:科学出版社,2001.[2]WangX,ZhouQX.Soilmercurypollutionandremediationtechnique[J].ChinJEcol,2002,21(3):43-46.

[3]

ZhouQX.Technologicalreformerandprospectofcontaminatedsoilremediation[J].TechnEquipEnvironPollControl,2002,3(8):36-40.[4]MoriartyF.Eco-toxicology:TheStudyofPollutantsinEcosystems[M].London:AcademicPress,1999.

[5]

ZhouQX.Soilqualityguidelinesrelatedtocombinedpollutionofchromiumandphenolinagriculturalenvironments[J].HumEcolRiskAssess,1996,2(3):591-607.[6]周启星,罗义,祝凌燕.环境基准值的科学研究与中国环境标准的修订[J].农业环境科学学报,2007,26(1):1-5.

[7]

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.

[8]周启星,魏树和,张倩茹,等.生态修复[M].北京:中国环境科学出版社,2006.

[9]

盘志凤,潘伟斌.论构建中国环境修复法规体系的必要性与原则[J].环境保护科学,2007,33(3):58-60.

[10]周启星.污染土壤修复基准与标准进展及中国农业环保问题[J].农

业环境科学学报,2010,29(1):1-8.

[11]周启星,孔繁翔,朱琳.生态毒理学[M].北京:科学出版社,2004.[12]周启星,程云,张倩茹,等.复合污染生态毒理效应的定量关系分析

[J].中国科学,2003,33(6):566-573.

[13]曲向荣.污染土壤修复标准制定的构想[J].环境保护,2009,20:

47-48.

[14]晁雷,周启星,陈苏.建立污染土壤修复标准的探讨[J].应用生态学

报,2006,17(2):331-334.

[15]晁雷,周启星,陈苏.污染土壤修复效果评定方法的研究[J].环境污

染治理技术与设备,2006,7(4):7-11.

[16]周启星,宋玉芳,孙铁珩.生物修复研究与应用进展[J].自然科学进

展,2004,14(7):721-728

[17]周启星.环境基准研究与环境标准制定进展及展望[J].生态与农村

环境学报,2010,26(1):1-8

[18]周启星.污染土壤修复标准建立的方法体系研究[J].应用生态学

报,2004,15(2):316-320.

中国农学通报2010,26(21):341-345

ChineseAgriculturalScienceBulletin

污染土壤修复标准及修复效果评定方法的探讨

崔芳1,袁博2

(1宝鸡文理学院/陕西省灾害监测与机理模拟重点试验室,陕西宝鸡721013;

2

西安理工大学水利水电学院,西安710048)

摘要:污染土壤修复标准制定的目的是在保证污染土地再利用的前提下,使受到较为严重污染土壤环境中的污染物降低或削减到不足以导致较大的生态损害和健康危害。在分析中国土壤环境质量标准不

足的基础上,结合一些发达国家土壤修复标准以及中国土壤污染的实际情况,概述建立污染土壤修复标准应从清洁技术因素、土壤背景值因素、标准法规可调控因素和污染生态毒理学评价方面综合考虑。针对污染土壤修复效果评定的研究,简述植物毒性评定法、陆生无脊椎动物评定法、土壤微生物评定法和生物标记评定法等常用污染土壤修复效果评定方法,并对评定方法的发展前景进行展望。关键词:污染土壤;修复标准;修复效果;评定方法中图分类号:X-651,X-53

文献标志码:A

论文编号:2010-1949

TheRemediationStandardsandEvaluationMethodsfor

RemediationEffectivenessofContaminatedSoil

CuiFang1,YuanBo2

ShanxiProvince,BaojiShanxi721013;

(1BaojiUniversityofArts&Sciences/KeyLabofDisasterMonitoringandMechanismSimulatingof

2

Abstract:Thecontaminatedsoilremediationstandardformulation'saimisunderthepremiseofensuringthereuseofcontaminatedland,toreduceorcutthecontaminantswhichcausetoreceiveinthemoreseriouscontaminatedsoilenvironmentisinsufficienttoleadtogreaterecologicaldamageandhealthrisks.Inthispaper,somesuggestionsontheestablishmentofremediationstandardsforcontaminatedsoilssuchascleantechnologyfactors,factorsofsoilbackgroundvalues,standardsandregulationstocontrolpollutionofecologicalfactorsandassessmentoftoxicologicalriskswereputforward,basedontheanalysisofthedisadvantagesofsoilenvironmentalqualitystandardresearchonevaluationmethodsforremediationeffectivenessofcontaminatedsoil,commonlyusedevaluationmethods,suchasphytotoxicitytesting,terrestrialinvertebratetoxicitytesting,soilmicroorganismtoxicitytestingandbiomarkerassessmentmethodsweredescribed.Furthermore,futureresearchdirectionswerealsodiscussed.

Keywords:contaminatedsoil;remediationstandard;remediationeffectiveness;evaluation

method0引言

污染土壤修复标准的最大作用是判断农业土地特别是耕地土壤是否可以改作工业用地、建设用地或其

他用地的法律依据,是耕地土壤保护的科学准则。同

时,污染土壤修复标准的制定和颁布有利于中国在环境法规与标准方面与国际接轨。污染土壤修复标准的

InstituteofWaterResourcesandHydro-electricEngineering,Xi'anUniversityofTechnology,Xi’an710048)

基金项目:陕西省重点试验室项目(09JS073)。

第一作者简介:崔芳,女,1981年出生,河北隆化人,助教,硕士,研究方向:生态修复技术对水体的污染控制。通信地址:721013陕西省宝鸡市高新大道1号宝鸡文理学院地理科学与环境工程系,Tel:0917-3391625,E-mail:[email protected]

通讯作者:袁博,男,1986年出生,陕西洛南人,在读硕士,研究方向:水处理原理与技术。通信地址:710048陕西省西安市金花南路5号西安理工大学水利水电学院,Tel:029-82312233,E-mail:[email protected]。收稿日期:2010-06-25,修回日期:2010-08-16。

中国农学通报http://www.casb.org.cn

制定,对于应急土壤环境事故的处理具有法规准则,有

十分重要的指导作用,特别在正确处理中国环境保护与管理工作中存在的“欠保护”和“过保护”这一矛盾具有极其重要的实践意义。

近年来,污染土壤修复的研究已成为国际上环境工程等相关专业的学科前沿和重要研究内容,污染土

壤修复技术得到迅速发展[1-3]。美国、

德国、荷兰、英国等国家先后投入巨大的人力、财力,深入开展污染土壤

修复研究,在一些技术应用方面已进入商业化阶段。目前,理论和技术上可行的修复技术主要有物理修复、化学修复、生物修复综合修复等几大类。其中,物理方法主要包括物理分离法、溶液淋洗法、固化稳定法、冻融法和电动力法。化学方法主要包括溶剂萃取法、氧化法、还原法和土壤改良剂投加技术等。生物修复方法是污染土壤修复的主体,可分为微生物修复、植物修复和动物修复3种,其中以微生物与植物修复应用最为广泛。同物理化学方法相比,生物修复具有基本保持土壤的理化特性、污染物降解完全、处理成本低和应用广泛的特点。生物修复的局限性包括污染物种类的局限性、受环境因素影响大、修复时间长等。可通过与物理化学方法相结合,来解决生物修复的局限性。

然而,污染土壤修复标准的制定却相对迟缓,很难确定土壤修复到什么程度才是清洁的。在世界范围内,污染土壤修复标准是一个较新的领域,一些发达国家从国家或区域水平上逐步确立或建立污染土壤修复标准。在中国,由于各种因素的影响,直至目前很少开展这方面的研究工作。中国现行的土壤环境质量标准与污染土壤修复标准两者之间存在着许多实质性差异,土壤环境质量标准已不能适应污染土壤修复效果评判的需要。此外,污染土壤修复后,其修复效果是否达到预定的工程目标或修复标准,是否对土壤生态系统和人类健康构成威胁,都需要通过灵敏和有效的诊断方法对污染土壤修复效果进行评定。污染土壤修复标准及修复效果评定方法的建立已成为检验污染土壤修复工程效果的难点,因此,急需专业化和系统化开展这方面的研究。

1污染土壤修复标准的研究

一般认为,污染土壤修复标准是指被技术和法规所确立、确认的土壤清洁水平,通过土壤修复或利用各种清洁技术手段,使土壤环境中污染物的浓度降低到对人体健康和生态系统不构成威胁的技术和法规可接受的水平。这些标准是衡量各污染点或污染场地经过人为修复后清洁程度尺度的表征。由于“清洁”的概念是相对和主观的,对“清洁”进行测度需要考虑实现的

可能性、土壤自身的背景水平、生态系统安全与人体健康影响、经济可承受能力和社会发展水平等多种因素。因此,污染土壤修复标准的建立应该全面考虑、综合设计,特别是要基于对土壤污染生态毒理学深入研究的各种成果[4-5]。

1.1国内研究现状

中国在土壤修复效果的评价中,一直以土壤环境质量标准(GB15618—1995)为依据。污染土壤修复标准尚未建立之前,土壤环境质量标准在一定程度上可以间接作为中国农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场、林地和自然保护区等污染土壤的修复标准。在土壤环境质量标准编写过程中,主要使用“七五”攻关项目有关土壤环境背景值和环境容量的重要研究成果,但随着时间推移和科学技术发展,加之中国近20年经济的飞速发展,环境污染日益加剧,该土壤环境质量标准存在的不足也日益明显,特别是其选择的污染物参数极少,有机污染物只有“DDT”和“六六六”,土壤环境中可能依然有较高浓度的残留,但它们已经属于被禁止使用范畴,一些更为重要的有机污染物却未被包括;重金属污染物也不全,只有Hg、Cd、Pb、As、Cr、Ni、Cu和Zn等8种。这样就使土壤环境质量标准难以适用于当今的污染土壤修复效果评价中[2,6]。

1.2土壤污染修复标准制定的影响因素

随着专家学者的不断研究,包括植物修复、生物修复、物理修复、化学修复及其联合修复技术在内的污染土壤修复技术体系已经形成,并积累不同污染类型场地土壤综合工程修复技术应用经验,出现污染土壤的原位生物修复技术和基于监测的自然修复技术等研究的新热点[7]。但经过修复的土地是否达到清洁标准,是否满足各种用途土地再利用要求,还没有一个评判标准。土壤修复标准方法体系的建立是由多方面因素决定,主要包括清洁技术因素、土壤背景值因素、法规可调控因素、污染生态毒理学依据等[8]。

1.2.1清洁技术因素清洁技术因素应该包括污染土壤修复技术所能达到的清洁水平和现有分析技术发展所能检出的污染物最低限量目标值。

(1)修复技术水平。污染土壤修复标准的制定,首先应该建立在污染土壤修复技术发展的现有水平的基础之上,需要根据技术水平的发展适时地进行适当的目标调整与目标提高。当前,污染土壤修复技术的现

有水平,尽管得到较大发展,

但仍远远不能满足生态系统和人体健康对污染土壤修复所提出的严格要求,是污染土壤修复标准制定的主要瓶颈之一。

(2)仪器可检出水平。制定的污染土壤修复标准

崔芳等:污染土壤修复标准及修复效果评定方法的探讨

·

343·

是否可行,首先应从分析技术上加以保证。换言之,如

果规定的土壤环境中典型污染物及其浓度水平不能通过试验仪器检出,那么任何进一步的工作就无从谈起。因此,要实现对土壤环境中典型污染物的准确识别和对低污染水平污染物的准确测定,就需要发展相应的分析技术、研制标准的分析方法。

1.2.2土壤背景值因素土壤背景值是指基本未受或很少受到人类各类生产生活影响的土壤基本状态和元素存在的自然浓度水平。一般来说,把土壤中的污染物通过修复手段使其降到土壤背景值水平以内是最安全的,也符合土壤本身生态系统特点和功能的要求。值得注意的是,由于成土因素(包括母质、生物、气候、地形和时间等因素)的不同,各地土壤类型和土壤背景值差异很大。

1.2.3标准法规可调控因素自1972年开始,中国一直对环境立法给予极大关注和重视。经过30多年艰苦

努力,一套符合中国国情的环境法规体系已经基本形

成,但是由于中国环境法律体系的建立起步较晚,许多

中国环境立法还需完善。另外,根据周启星等[9]研究,

土壤质量标准存在许多缺陷,用其作为土壤修复效果评价标准暴露出很多问题。因此,建立污染土壤修复标准十分必要。

美国是拥有污染土壤修复标准的国家中,最早颁布并实施污染土壤修复标准的国家,甚至各州已建立较为完善的污染土壤修复标准。例如,美国纽约州早在1998年就制定并颁布烃污染土壤清洁标准(见表[10]

。在欧洲一些国家,出于对土壤环境保护和污染1)

土壤治理与修复的目的,制定了一系列污染土壤的修复标准。例如,丹麦是欧洲制定污染土壤修复标准比较早的国家,分别对土壤中砷、镉、铬和汞等重金属以

[10]

。及PAH提出了必要的污染消减标准(见表2)

1.2.4污染生态毒理评价土壤生态效应是根据土壤中

表1美国纽约州烃污染土壤清洁标准

产品

参数或组分

苯乙苯

汽油

甲苯二甲苯MTBE萘

柴油

蒽芴芘

废油

PCBs卤化有机物

试验室试验条款与号码EPA8021或8020EPA8021或8020EPA8021或8020EPA8021或8020EPA8021或8020

EPA8021EPA8270EPA8270EPA8270EPA8270EPA8021

检出水平/(μg/kg)

[**************]特定化合物特定化合物

通知水平任何数量任何数量任何数量任何数量任何数量任何数量任何数量任何数量任何数量特定化合物特定化合物

行动水平/(μg/kg)

[***********][1**********]0特定化合物特定化合物

清洁水平特定点特定点特定点特定点特定点特定点特定点特定点特定点特定化合物特定化合物

表2丹麦土壤必要的污染消减标准

污染物AsCdCrHgPAH苯并(a)芘联苯(a,h)蒽

污染消减所需达到的水平(干重)/(mg/kg)

[1**********]1

“清洁”。原则上,以健康为依据的清洁标准有2类:一般类型健康风险标准和污染点专性健康风险标准。相

应地,其评价方法有暴露评价和毒性评估2种[8,11-12]。其中,人体对某一污染物的暴露程度可采用化学摄入情况进行表示,暴露特定方式对化学摄入产生重要影响。在已知的某一污染点上,生物体常有若干暴露方式,其中以生活源暴露和工业源暴露最为常见[13]。除以上4点外,污染物的选择、分析检测方法、修复标准的分类和对地下水的保护也应该认真考虑,并加以分析研究[14]。

2污染土壤修复效果评定的研究2.1相关概念与内涵

污染土壤修复效果的评定是土壤修复环境工程必不可少的重要环节。但是,单纯靠化学方法进行土壤

污染物对生态系统不同组分的影响来确定污染土壤修

复基准,以此作为制定污染土壤修复标准的依据。基本思想是通过确定污染土壤对其生命组分能够造成不可逆影响的域值,来确定污染土壤修复到何种程度达

中国农学通报http://www.casb.org.cn

修复效果的评定,不能表征土壤的整体质量特征,因

此需要生态毒理诊断方法作补充。污染土壤修复效果的评定就是结合有效的化学分析手段,通过对土壤生态系统中不同物种的生物组分损伤观察,定性或定量地预测修复后土壤中污染物质对土壤生态系统和人类健康产生有害影响的可能性。即将生物分析与化学分析相结合,把污染土壤生态毒理学诊断的一些方法运用到污染土壤修复效果的判定中,这样可以为土壤修复效果和修复土地再利用风险分析提供最可靠的依据。

2.2污染土壤修复效果评定的主要方法

2.2.1植物毒性评定法利用植物的生长状况监测土壤污染,是从植物生态学角度评定污染土壤修复效果的重要方法。植物毒性评定法包括植物受害状况评定法、植物体内污染物含量评定法、藻类毒性评定法3种[15]。植物受害状况评定主要是通过肉眼观察植物体受污染影响后发生的形态变化;植物体内污染物含量评定主要是通过分析修复后土壤中生长的植物体内污染物的含量来判断污染土壤的修复效果;藻类毒性评定主要是利用藻类作为水生生态系统污染诊断的指示生物,通过适当改进用于评定污染土壤的修复效果。

2.2.2陆生无脊椎动物评定法以不同陆生无脊椎动物毒理试验评价土壤修复状况,是将对土壤污染具有敏感指示作用的物种作为指示动物,将它们暴露于土壤污染物中,以适当的试验系统准确地、精确地记录污染土壤对栖息动物危害与风险,从而达到对土壤修复状况(污染或清洁)的指示作用。用陆生无脊椎动物对修复后的土壤进行评定,不仅是使用存活率的测定,也包括生长、繁殖、动物群落构成等重要参数的分析。

2.2.3土壤微生物评定方法土壤中微生物种类繁多、数量庞大,微生物在土壤功能及重要土壤过程中直接或间接地起重要作用,包括对动植物残体的分解、养分的贮藏转化、水分入渗、气体交换、土壤结构的形成与稳定、有机物的合成及异源生物的降解等。当土壤污染后,污染物可对土壤微生物产生不同影响。因此,微生物学参数可作为评定污染土壤修复效果的指标。2.2.4生物标记评定方法生物标记物可以通过体液、组织或整体生物体来表征对一种或多种化学污染物的暴露或其效应的生化、细胞、生理、行为或能量上的变化,是衡量环境污染物暴露及效应的生物反应。它能同时指示母体污染物与代谢产物的暴露于毒性效应,可将不同层次生物(个体、种群和群落)的系列测定综合,通过生物标记物的短期变化可预测污染物的长期生态效应[8,15]。

3存在问题及研究热点

在土壤污染修复标准研究中以下问题应该值得重视:

(1)由于中国对污染土壤修复标准的研究起步较晚,在概念上常常与土壤环境基准、土壤环境质量基准和污染土壤修复相混淆。这不仅说明中国在这一方向上的研究极为缺乏,而且启示今后需要开展这方面大量和系统地研究。

(2)随着研究的深入,许多阻碍土壤环境修复研究的政策性问题不断显现,主要有:土壤环境修复责任主体难确定;缺乏统筹规划,宏观调配的思想;用于土壤环境修复研究的资金严重缺乏,项目投资到位迟缓,国家投入较小,地方投入有限,难以保证研究规模的扩大;无专项基金的保障,且已有的环境保护专项基金未明确规定使用于土壤环境修复的部分。

(3)污染土壤修复标准的制定研究一般耗资大、费时长,尤其是准确的环境基准资料的获得需要较长时间。因此,国家在资助这类研究项目或课题时,必须有连续的高投入来维持。

近年来,国内外一些学者在土壤污染评价方面做了很多工作,并取得很多重要成果,尤其在利用非化学分析评价方面有很大进展[16]。但是,许多评价方法还局限在对土壤污染的评价上,专门应用于污染土壤修复效果评定的方法很少。当前,污染土壤评定方法大多局限于通过对土壤中单个污染物的残余量的评定,然而土壤中含有多种污染物,造成复合污染。复合污染不是传统概念上的单因子污染的简单相加,其生态效应不仅只决定于化学污染物或污染元素本身的化学性质,更为重要的是与污染物的浓度水平有关,同时还受污染物的作用对象、作用部位以及作用方式的

影响[17]。因此,

今后复合污染土壤修复效果的评定中,应着重通过对污染物浓度水平与污染物毒性效应的研究,以及不同污染物的浓度水平对复合污染中污染物的作用机制、分子机理和复合污染对种群和群落变化影响的研究来对修复效果进行综合评定[18]。

4结语

污染土壤修复标准的制定是一个复杂、系统的工程,除了考虑土壤本身组成、不同的外部条件和复合污染等因素外,还要在污染物的生态毒理学临界水平的系统研究基础上综合考虑污染土壤修复技术发展水平、仪器检出水平和当地土壤的背景含量水平等各种因素。同时,必须结合现有的各种环境保护法规水平,借鉴参考国外成熟的污染土壤修复法规体系。污染土壤的修复效果评定方法研究,不仅提供污染物的生态

崔芳等:污染土壤修复标准及修复效果评定方法的探讨

·

345·

毒性效应信息,更重要的是为污染土壤修复效果的评

判提供方法论。只有这样,才能保证标准制定工作的科学合理性,才能解决中国环境保护工作中“欠保护”和“过保护”的矛盾。

参考文献

[1]孙铁珩,周启星,李培军.污染生态学[M].北京:科学出版社,2001.[2]WangX,ZhouQX.Soilmercurypollutionandremediationtechnique[J].ChinJEcol,2002,21(3):43-46.

[3]

ZhouQX.Technologicalreformerandprospectofcontaminatedsoilremediation[J].TechnEquipEnvironPollControl,2002,3(8):36-40.[4]MoriartyF.Eco-toxicology:TheStudyofPollutantsinEcosystems[M].London:AcademicPress,1999.

[5]

ZhouQX.Soilqualityguidelinesrelatedtocombinedpollutionofchromiumandphenolinagriculturalenvironments[J].HumEcolRiskAssess,1996,2(3):591-607.[6]周启星,罗义,祝凌燕.环境基准值的科学研究与中国环境标准的修订[J].农业环境科学学报,2007,26(1):1-5.

[7]

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.

[8]周启星,魏树和,张倩茹,等.生态修复[M].北京:中国环境科学出版社,2006.

[9]

盘志凤,潘伟斌.论构建中国环境修复法规体系的必要性与原则[J].环境保护科学,2007,33(3):58-60.

[10]周启星.污染土壤修复基准与标准进展及中国农业环保问题[J].农

业环境科学学报,2010,29(1):1-8.

[11]周启星,孔繁翔,朱琳.生态毒理学[M].北京:科学出版社,2004.[12]周启星,程云,张倩茹,等.复合污染生态毒理效应的定量关系分析

[J].中国科学,2003,33(6):566-573.

[13]曲向荣.污染土壤修复标准制定的构想[J].环境保护,2009,20:

47-48.

[14]晁雷,周启星,陈苏.建立污染土壤修复标准的探讨[J].应用生态学

报,2006,17(2):331-334.

[15]晁雷,周启星,陈苏.污染土壤修复效果评定方法的研究[J].环境污

染治理技术与设备,2006,7(4):7-11.

[16]周启星,宋玉芳,孙铁珩.生物修复研究与应用进展[J].自然科学进

展,2004,14(7):721-728

[17]周启星.环境基准研究与环境标准制定进展及展望[J].生态与农村

环境学报,2010,26(1):1-8

[18]周启星.污染土壤修复标准建立的方法体系研究[J].应用生态学

报,2004,15(2):316-320.


相关文章

  • 污染场地土壤环境管理与修复对策研究
  • 污染场地土壤环境管理与修复对策研究刘丛 污染场地土壤环境管理与修复对策研究 刘丛 (秦皇岛经济技术开发区环境保护监测站,河北066004) 摘要: 污染场地土壤环境管理与修复是我国环境保护的重要工作,我国污染场地土壤污染的整体形势存在很 多 ...查看


  • 关于土壤污染的概念和3类评价指标的探讨
  • 生态与农村环境学报2006,22(1):87-90 JournalofEcologyandRuralEnvironment 关于土壤污染的概念和3类评价指标的探讨 夏家淇1,骆永明2 (1.国家环境保护总局南京环境科学研究所,江苏南京210 ...查看


  • 土壤污染及其防治
  • 土壤污染及其防治 1前言: 土壤是自然环境重要组成之一,它是处于岩石圈最外面的一层疏松的部分,具有支持植物和微生物生长繁殖的能力,被称为土壤圈.土壤层是处于大气圈.岩石圈.水圈和生物圈之间的过渡带,是联系有机界和无机界的中心环节.它是农业生 ...查看


  • 重金属污染植物修复的概念与应用
  • 重金属污染植物修复的概念与应用 作者:董萌 赵运林 周小梅 库文珍 来源:<科技创新导报>2012年第16期 摘 要:本文对植物修复的概念进行了说明, 并在此基础上综合国内外研究资料, 对该种方法的实际应用进行了举例探讨, 为当 ...查看


  • 白腐菌降解石油污染土壤的研究
  • 大连理工大学 硕士学位论文 白腐菌降解石油污染土壤的研究 姓名:魏薇 申请学位级别:硕士 专业:化学工程 指导教师:修志龙;景丽杰 20050301 摘要 矗油污染对油出周围大面积的土壤造成了严重的危害,在石油污染上壤的各种处理技术中,生物 ...查看


  • 矿区土壤污染与修复
  • 资源与环境 资源开发与市场ResourceDevelopment&Market200723(6) 矿区土壤污染与修复 钟顺清 1,2 (1.衡阳师范学院资源环境与旅游管理系,湖南衡阳4210082;浙江大学环境与资源学院,浙江杭州3 ...查看


  • 我国蔬菜重金属污染现状及研究进展
  • 我国蔬菜重金属污染现状及研究进展 作者:靳辉勇 齐绍武 赵世浩等 来源:<安徽农业科学>2015年第06期 摘要目前蔬菜重金属污染日益严重,通过对我国蔬菜重金属污染的现状.危害.来源及研究进展等方面的论述,探讨了蔬菜重金属污染的 ...查看


  • 土壤修复十讲
  • 土壤修复知识十讲 (上海市环境工程设计科学研究院.上海环境卫生工程设计院)院长 作者:张益,住建部科技委委员.住建部专家委委员.住建部环境卫生标准委员会主任.上海环境院 本文来自<固废观察> 土壤修复十讲之一:土壤修复起源与污染 ...查看


  • 河流生态修复技术分析
  • 摘 要:随着城市化进程的不断加快,河流对促进城市发展及改善人们生活环境具有非常重要的作用.但是随着过度的开发及大量的污染物排入河流中,导致河流的水体受到严重的污染.对我国渔业.农业及流域居民的健康带来巨大的影响,严重限制我国社会经济的快速发 ...查看


热门内容