技术介绍

1 技术名称

技术名称：土壤植物修复

英文名称：Soil Phytoremediation

2 技术适用性

2.1 适用的介质

污染土壤。

2.2 可处理的污染物类型

重金属(如砷、镉、铅、镍、铜、锌、钴、锰、铬、汞等)，以及特定的有机污染物(如石油烃、五氯酚、多环芳烃等)。

2.3 应用限制条件

不适用于未找到修复植物的重金属，也不适用于2.2 中指明之外的有机污染(如六六六、滴滴涕等)污染土壤修复;植物生长受气候、土壤等条件影响，本技术不适用于污染物浓度过高或土壤理化性质严重破坏不适合修复植物生长的土壤。

3 技术介绍

3.1 原理

利用植物进行提取、根际滤除、挥发和固定等方式移除﹑转变和破坏土壤中的污染物质，使污染土壤恢复其正常功能。目前国内外对植物修复技术的研究和推广应用多数侧重于重金属元素，因此狭义的植物修复技术主要指利用植物清除污染土壤中的重金属。

3.2 系统构成和主要设备

系统构成和主要设备：主要由植物育苗、植物种植、管理与刈割系统、处理处置系统与再利用系统组成。富集植物育苗设施、种植所需的农业机具(翻耕设备、灌溉设备、施肥器械)、焚烧并回收重金属所需的焚烧炉、尾气处理设备、重金属回收设备等。

3.3 关键技术参数或指标

关键技术参数包括：污染物类型，污染物初始浓度，修复植物选择，土壤pH 值，土壤通气性，土壤养分含量，土壤含水率，气温条件，植物对重金属的年富集率及生物量，尾气处理系统污染物排放浓度，重金属提取效率等。

(1)污染物初始浓度：采用该技术修复时，土壤中污染物的初始浓度不能过高，必要时采用清洁土或低浓度污染土对其进行稀释，否则修复植物难以生存，处理效果受到影响。

(2)土壤pH：通常土壤pH值适合于大多数植物生长，但适宜不同植物生长的pH值不一定相同。

(3)土壤养分含量：土壤中有机质或肥力应能维持植物较好生长，以满足植物的生长繁殖和获取最大生物量以及污染物的富集效果。

(4)土壤含水率：为确保植物生长过程中的水分需求，一般情况下土壤的水分含量应控制在确保植物较好生长的土壤田间持水量。

(5)气温条件：低温条件下植物生长会受到抑制。在气候寒冷地区，需通过地膜或冷棚等工程措施确保植物生长。

(6)植物对金属的富集率及生物量：由于主要以植物富集为主，因此，对于生物量大且有可供选择的超富集植物的重金属(如砷、铅、镉、锌、铜等)，植物修复技术的处理效果往往较好。但是，对于难以找到富集率高或植物生物量小的重金属污染土壤，植物修复技术对污染重金属的处理效果有限。

4 技术应用基础和前期准备

修复前应进行相应的可行性试验，目的在于评估该技术是否适合于特定场地的修复以及为修复工程设计提供基础参数。试验参数包括：土壤中污染物初始浓度、气候条件、土壤肥力等，并根据已有的研究成果确定修复植物生长情况、植物对重金属的年富集率及生物量等。

5 主要实施过程

(1)对污染土壤进行调查与评价(包括污染土壤中重金属的含量与分布，土壤pH 值、土壤有机质及养分含量、土壤含水率、土壤孔隙度、土壤颗粒均匀性等);(2)提出修复目标，制定修复计划;(3)为了缩短修复周期，可采用洁净土稀释污染严重的土壤或将其转移至污染较轻地方进行混合;(4)选取合适的修复植物并育苗;(5)污染场地田间整理、植物栽种、管理与刈割，管理时需根据土壤具体情况进行灌溉、施肥和添加金属释放剂;(6)植物安全焚烧。

6 运行维护和监测

该技术田间管理相对简单，仅需对植物生长过程进行相应的灌溉和施肥等农业措施。为掌握污染土壤中污染物的年去除率，运行过程中需定期对污染土壤中污染物浓度等相关指标进行监测。同时为避免二次污染，应对焚烧炉、尾气处理设施和重金属提取效果进行定期监测，以便及时采取相应的应对措施。

7 修复周期及参考成本

该技术处理周期较长，一般需3-8 年。其处理成本与工程规模等因素相关。在美国应用的成本约为25-100 美元/吨，国内的工程应用成本约为100-400 元/吨。

应用案例

8 国外应用情况

该技术修复成本相对低廉，相关配套设施已能够成套化生产制造，在国外已广泛应用于重金属、放射性核素、卤代烃、汽油、石油烃等污染土壤的修复，技术相对比较成熟，国外部分应用案例信息如表1所示。

9 国内典型案例

9.1 国内应用情况

我国对植物修复技术处理重金属的实验研究起步较早，相继开展了铜、铅、锌、镉和砷等污染土壤的植物修复研究。1999年起国内开展了砷的超富集植物筛选和砷污染土壤的植物修复研究，用于砷污染农田土壤修复。本技术在国内发展已比较成熟，已广泛用于重金属污染土壤的修复。2009年，利用化学-植物修复技术处理日本遗弃化学武器引起的农田有机砷污染土壤，对该技术进行了工程应用示范，用于修复数百公顷有机砷污染土壤。

9.2 国内案例介绍

(1)工程背景：某地因开矿和尾矿大坝损坏引起农田大面积砷污染，经场地调查与风险评估，砷污染土壤面积总计约1000余亩。先期进行了17 亩蜈蚣草治理砷污染土壤示范工程，直接采用种植蜈蚣草、蜈蚣草+桑树套种技术，将污染土壤修复至30mg/kg 以下。

(2)工程规模：17亩。

(3)主要污染物及污染程度：土壤污染物为砷，另有铅、锌和镉污染。砷的检出浓度超出国家环境标准5-10 倍，最高超出50 倍以上。

(4)土壤理化特性：土壤pH 值范围为3.8～7.0，大部分区域呈酸性，重污染区pH值低至3.8。

(5)技术选择：主要进行重金属污染与酸污染修复。在进行砷、铅等复合污染土壤的植物修复过程中，应充分考虑修复植物对这些重金属的抗性、耐性和富集性，以及酸污染对修复植物的毒害，搭配适宜的富集植物蜈蚣草以修复重金属复合污染与酸污染土壤。富集砷的蜈蚣草晾干后采用焚烧方式处理。

(6)工艺流程及关键设备：富集植物育苗设施、种植所需的农业翻耕设备、灌溉设备、施肥器械、焚烧炉、尾气处理设备等。

(7)主要工艺及设备参数：

主要包括场地调查、育苗、移栽、田间管理、刈割和安全焚烧。蜈蚣草采用孢子育苗，育苗温室温度控制在20~25℃，湿度60~70%。种植密度约7000株/亩。在田间种植条件下，

蜈蚣草叶片含砷量高达0.8%。蜈蚣草生长至0.5m时收割，年收割4次。收获的蜈蚣草晾干后，通过添加重金属固定剂，进行安全焚烧处理。

(8)成本分析：

包含建设施工投资、设备投资、运行管理费用。处理成本约2-3万元/亩。运行过程中的主要能耗为灌溉、焚烧和尾气处理的电耗，另外有田间管理的人工成本。

(9)修复效果：污染土壤中砷的浓度降低至修复目标30mg/kg 以下，满足修复要求。