導(dǎo)讀：《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率近20%，重污染企業(yè)用地、工業(yè)廢棄地、采礦區(qū)等土壤污染點(diǎn)位超標(biāo)率高于30%，嚴(yán)重威脅人體健康和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全。
土壤污染已成為世界性環(huán)境問題。20世紀(jì)70年代開始，歐美等工業(yè)化國家為解決工礦企業(yè)遺留、搬遷等形成的“棕色地塊”，陸續(xù)啟動(dòng)了污染場地、農(nóng)田土壤、礦業(yè)開發(fā)污染土壤的治理項(xiàng)目，污染土壤修復(fù)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。美國于20世紀(jì)80年代建立了“超級基金(Superfund)”項(xiàng)目用以支持土壤污染治理，研發(fā)了一系列污染土壤治理與修復(fù)技術(shù)，并逐漸進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。
與西方發(fā)達(dá)國家相比，我國土壤污染現(xiàn)狀更為嚴(yán)峻?！度珖寥牢廴緺顩r調(diào)查公報(bào)》顯示，耕地土壤點(diǎn)位超標(biāo)率近20%，重污染企業(yè)用地、工業(yè)廢棄地、采礦區(qū)等土壤污染點(diǎn)位超標(biāo)率高于30%，嚴(yán)重威脅人體健康和農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全。上世紀(jì)改革開放初期，由于我國對土壤污染問題重視程度不夠，技術(shù)發(fā)展起步較晚，目前設(shè)備化能力薄弱，產(chǎn)業(yè)化程度很低，與國際上先進(jìn)的污染土壤修復(fù)技術(shù)水平相比存在較大差距。但由于其在城市發(fā)展轉(zhuǎn)型、區(qū)域產(chǎn)業(yè)布局與農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全保障中的重要作用，已引起了政府和全社會(huì)的廣泛關(guān)注。
本研究采用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法，以經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)規(guī)律為核心，重點(diǎn)對比國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展水平、發(fā)展階段及差距，實(shí)現(xiàn)土壤修復(fù)技術(shù)體系的量化與系統(tǒng)分析，闡述我國污染土壤修復(fù)技術(shù)的未來發(fā)展情況。
1、數(shù)據(jù)與方法
1.1技術(shù)初選
目前，污染土壤修復(fù)的技術(shù)體系已基本形成，如采用物理方法的氣體抽提/熱脫附等有機(jī)物分離技術(shù)，采用化學(xué)方法的固化/穩(wěn)定化等重金屬污染物鈍化技術(shù)，采用生物方法的功能微生物降解等有機(jī)物削減技術(shù)，還有很多對各種方法進(jìn)行組合的集成技術(shù)。同時(shí)，適合不同地區(qū)及國家的土壤環(huán)境管理政策與法規(guī)也陸續(xù)實(shí)施，逐漸形成了以風(fēng)險(xiǎn)控制為核心的制度管理體系。
根據(jù)國內(nèi)外文獻(xiàn)與專利報(bào)道，檢索到的污染土壤修復(fù)技術(shù)類型很多，但大多數(shù)是在原創(chuàng)技術(shù)基礎(chǔ)上經(jīng)過改進(jìn)和調(diào)整的衍生技術(shù)。因此，參照國內(nèi)外的技術(shù)分類方法，對改進(jìn)、調(diào)整及組合了的衍生技術(shù)進(jìn)行歸類和剔除，并兼顧各類技術(shù)的重要性和典型性，篩選出12種重要技術(shù)，其技術(shù)主要特點(diǎn)和應(yīng)用范圍詳見表1。
1.2文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)方法
本研究以ISIWebofScience的ScienceCitationIndexExpanded引文索引數(shù)據(jù)庫與作為外文相關(guān)文獻(xiàn)檢索的數(shù)據(jù)源，以CNKI中國期刊全文數(shù)據(jù)庫、萬方數(shù)據(jù)庫及維普數(shù)據(jù)庫作為中文相關(guān)文獻(xiàn)檢索的數(shù)據(jù)源，以ISIDerwentInnovationsIndex專利創(chuàng)新索引數(shù)據(jù)庫作為外文專利檢索的數(shù)據(jù)源，以中國知識(shí)產(chǎn)權(quán)局?jǐn)?shù)據(jù)庫與CNKI中國期刊全文數(shù)據(jù)庫作為中文專利檢索的數(shù)據(jù)源。
利用關(guān)鍵詞設(shè)計(jì)檢索式，檢索式如下：
TS=(SoilVaporExtractionandSoil)ORTS=(ThermalDesorp-tionandSoil)ORTS=(Incinerationandsoil)ORTS=
(InSituChemicalOxidationandsoil)ORTS=(ElectrokineticＲemediationand(heavymetalororganic))ORTS=
(Bioremediationandsoilandpollution)ORTS=
((soilflushingorsoilwashingorsoilleaching)and(heavymetaloromeorCrorcadmiumor
CdorleadorPbornickelorNiorarsenicorAsormercuryorHgorcopperorCuorzincorZn))ORTS=
((solidificationorstabilization)andsoiland(heavymetaloromeorCrorcadmiumor
CdorleadorPbornickelor
NiorarsenicorAsormercuryorHgorcopperorCuorzincorZn))ORTS=
(phytoremediationandsoiland(heavymetaloromeorCrorcadmiumorCdorleadorPbornickelor
NiorarsenicorAsormercuryorHgorcopperorCuorzincorZn))ORTS=((oxidationordeoxidizationorreductionorredox)andheavymetalandsoil)ORTS=
((contaminatedsitesorcontaminatedsoilorcontaminatedland)and
(GuidanceDocumentorreferencemanualorordinanceorGuidelinesorguide)and
(protectionormanagementorEnvironmentalprotectionact))，及其中文形式。
檢索1982—2012年間污染土壤修復(fù)的相關(guān)研究論文與專利。檢索結(jié)果中需剔除中英文重復(fù)、一稿多發(fā)、會(huì)議論文及非學(xué)術(shù)類的查詢結(jié)果。共檢索到研究論文共18015篇，其中，（英文論文11990篇，中文論文6025篇），專利共11000件，其中，（英文專利10234件，中文專利766件），并針對各單項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)。
2、結(jié)果與分析
2.1國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展歷程
2.1.1國際技術(shù)發(fā)展歷程
污染土壤修復(fù)技術(shù)從20世紀(jì)80年代開始一直保持了持續(xù)發(fā)展，但不同種類技術(shù)的發(fā)展歷程有所差異。從國際研究論文數(shù)量的絕對增長量來看(圖1)，植物修復(fù)從90年代末成為研究熱點(diǎn)，近10年增幅超過10%。氣體抽提、焚燒等技術(shù)在經(jīng)歷了一個(gè)技術(shù)高峰期后，研發(fā)投入持續(xù)減少。而生物修復(fù)、化學(xué)淋洗等技術(shù)一直維持相對穩(wěn)定的研究數(shù)量。
如圖2所示，基于近10年的發(fā)文量與發(fā)文增幅的比較分析，植物修復(fù)、固化/穩(wěn)定化、電動(dòng)力修復(fù)是近10年的新增熱點(diǎn)；生物修復(fù)、化學(xué)淋洗和制度控制作為傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)，其論文量增幅不大，但累計(jì)發(fā)文量較大，說明該類技術(shù)一直受到關(guān)注。
美國作為污染土壤修復(fù)技術(shù)的領(lǐng)先國家，其技術(shù)發(fā)展趨勢最值得關(guān)注。對美國污染場地管理與修復(fù)基金資助的污染土壤修復(fù)項(xiàng)目進(jìn)行總結(jié)(《SuperfundRemedyReport》)，可以看出發(fā)達(dá)國家的技術(shù)發(fā)展趨勢、應(yīng)用程度與成熟度。
從污染物分類的治理技術(shù)來看，重金屬污染修復(fù)技術(shù)逐漸成為熱點(diǎn)，比重超過60%。這一方面是由于有機(jī)污染場地不斷減少，另一方面是有機(jī)污染物的自然降解使得低濃度污染場地集中治理的必要性減輕。但重金屬污染持續(xù)性加重，新增污染面積擴(kuò)大，使得重金屬修復(fù)技術(shù)得到大幅度發(fā)展和應(yīng)用。同時(shí)，物理技術(shù)減少，化學(xué)/生物及協(xié)同技術(shù)比重增加，原位修復(fù)技術(shù)應(yīng)用數(shù)量不斷增加。
2.1.2國內(nèi)技術(shù)發(fā)展歷程
對國內(nèi)技術(shù)逐年的文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果來看，國內(nèi)技術(shù)主要從20世紀(jì)90年代開始，先期發(fā)展的技術(shù)包括化學(xué)淋洗、固定化、氧化/還原調(diào)控等以藥劑研發(fā)為主的技術(shù)，以及焚燒、氣體抽提等以設(shè)備或工藝引進(jìn)的技術(shù)。本世紀(jì)初，隨著國際植物修復(fù)成為研究熱點(diǎn)，以及國內(nèi)土壤修復(fù)相關(guān)政策與指導(dǎo)意見的出臺(tái)，植物修復(fù)與制度控制成為國內(nèi)關(guān)注的主要技術(shù)。
從近10年的絕對發(fā)文量來看，從2000年之后，植物修復(fù)、生物修復(fù)等技術(shù)的研究較為集中。從研究論文的相對增速來看，除論文總量相對較少的電動(dòng)力修復(fù)、固化/穩(wěn)定化技術(shù)外，植物修復(fù)技術(shù)是目前國內(nèi)主要關(guān)注的研究熱點(diǎn)，論文增幅遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他技術(shù)與總體平均水平(圖5)。
2.2技術(shù)水平評價(jià)
2.2.1技術(shù)發(fā)展階段
國內(nèi)外研究論文與專利數(shù)量的總體趨勢體現(xiàn)了污染土壤修復(fù)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢及階段性變化。因此，根據(jù)污染土壤修復(fù)的主要12項(xiàng)技術(shù)檢索結(jié)果，國際上從20世紀(jì)80年代末開始有污染土壤修復(fù)相關(guān)研究論文的集中發(fā)表，截至2012年共發(fā)表了11990篇，年發(fā)文量呈逐年上升發(fā)展趨勢，且可劃分為3個(gè)階段(圖6)。
階段一，國際研究為滯漲期，相關(guān)論文從1989年的1篇增長到1997年的398篇，年均增長約為58篇/年，國內(nèi)研究此時(shí)開展很少；階段二，從1997—2002年，國際研究進(jìn)入成熟期，期間論文的發(fā)表量相對穩(wěn)定；階段三，從2002—2012年，國際研究又進(jìn)入一個(gè)快速增長期，增幅為58篇/年，該階段，中文研究也進(jìn)入了一個(gè)快速發(fā)展期，論文增幅為92篇/年，并在2012年發(fā)表總量與國際研究論文數(shù)量持平。這與該時(shí)期我國科研投入力度加大有關(guān)，且受到科研考評機(jī)制等因素的影響?？梢钥闯?，我國已跨越第一階段，直接進(jìn)入快速成長期。
從相應(yīng)技術(shù)專利的年獲得數(shù)量來看，與技術(shù)研究相對應(yīng)，國際技術(shù)的推廣與應(yīng)用也存在3個(gè)階段：階段一，20世紀(jì)80年代初研發(fā)的氣體抽提及熱脫附技術(shù)，專利數(shù)量快速增加；階段二，在90年代中期進(jìn)入實(shí)用階段，此時(shí)我國仍存于技術(shù)追蹤與基礎(chǔ)研究；階段三，部分新興技術(shù)開始應(yīng)用后，從21世紀(jì)初期開始，國際技術(shù)專利年獲得數(shù)量呈現(xiàn)遞減的趨勢，技術(shù)步入產(chǎn)業(yè)化階段，同階段中文專利數(shù)量盡管較少，但已進(jìn)入到了一個(gè)相對的快速發(fā)展期。
2.2.2技術(shù)研究程度比較
基于污染土壤修復(fù)的12項(xiàng)主要技術(shù)國內(nèi)外首篇研究論文報(bào)道年份的統(tǒng)計(jì)分析(圖7)，國際研究時(shí)間平均超國內(nèi)約12年，根據(jù)技術(shù)研發(fā)投入、成熟程度、產(chǎn)業(yè)化情況，大致可分為三類研究方向。
第一類研究方向，起步早(20世紀(jì)90年代之前)，時(shí)間間隔長(＞15年)，該類研究相對成熟，已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化和設(shè)備化，如氣體抽提；第二類研究方向，時(shí)間間隔較短(＜10年)、原理簡單、技術(shù)難度不大、研究成本低、易于追蹤，僅從論文數(shù)量開看，該類研究國內(nèi)外差別不大，如生物修復(fù)、化學(xué)淋洗；第三類方向，時(shí)間間隔約10～15年，具有新的思路和方法，便于實(shí)施應(yīng)用，有可能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化突破，如礦化穩(wěn)定化，電動(dòng)力修復(fù)等技術(shù)，值得大力跟蹤研發(fā)。
從中英文專利的首篇報(bào)道年份的時(shí)間差距來看，國際相關(guān)專利始于20世紀(jì)80年代末。經(jīng)10余年的發(fā)展，在20世紀(jì)90年代已經(jīng)形成完整的修復(fù)技術(shù)體系，涵蓋了工藝、材料和設(shè)備等。而我國專利發(fā)展是始于本世紀(jì)初期，技術(shù)均有一定程度的發(fā)展，但發(fā)展程度不均，尚未形成技術(shù)體系(圖8)。
2.2.3技術(shù)應(yīng)用程度比較
我國針對污染土壤修復(fù)的國際專利數(shù)量相對較少。從在中國優(yōu)先權(quán)使用的國際專利的聚類分析看來，結(jié)果并無顯著的聚類特征。但在工藝與裝備方面，熱脫附及相關(guān)熱處理技術(shù)的專利較多，一方面該類技術(shù)在國際上已完全步入產(chǎn)業(yè)化階段，另一方面該類技術(shù)是目前我國有機(jī)污染場地修復(fù)的首選技術(shù)(圖10)。在藥劑與功能材料方面，以重金屬淋洗、穩(wěn)定化等藥劑為主，也包括部分有機(jī)污染場地生物修復(fù)中的功能菌株與菌劑。這是由于研究投入相對較小，應(yīng)用與產(chǎn)業(yè)化程度較低的藥劑與材料研發(fā)占據(jù)了主要地位。雖然國內(nèi)植物修復(fù)技術(shù)論文研究數(shù)量最多，但多集中在理論研究，工程實(shí)用性不足，產(chǎn)業(yè)化仍有待發(fā)展。國內(nèi)污染土壤修復(fù)技術(shù)的專利技術(shù)要點(diǎn)少、應(yīng)用范圍窄，這已成為我國污染土壤修復(fù)技術(shù)發(fā)展的瓶頸。
從專利景觀圖的分布來看(圖10)，國際專利的技術(shù)體系已經(jīng)成型，基本上涵蓋了有機(jī)污染物降解與重金屬鈍化的主流修復(fù)技術(shù)，包括傳統(tǒng)的物化技術(shù)和生物修復(fù)技術(shù)，以及新型的有機(jī)污染電動(dòng)力修復(fù)技術(shù)。
與國際技術(shù)發(fā)展態(tài)勢有所不同，國內(nèi)專利技術(shù)主要集中在有機(jī)物的熱脫附工藝以及重金屬的穩(wěn)定化藥劑方面。雖然有機(jī)物污染土壤的生物修復(fù)和重金屬污染土壤植物修復(fù)的研究論文年發(fā)表量遠(yuǎn)高于其他技術(shù)，但這兩類的專利數(shù)量較少(圖10)。這表明我國對生物修復(fù)技術(shù)與植物修復(fù)技術(shù)的研究更側(cè)重于理論探索或室內(nèi)實(shí)驗(yàn)，實(shí)用性缺乏，并且重復(fù)性工作較多。導(dǎo)致本現(xiàn)象的深層次原因可能還與我國的科研投入體制和成果考核體系有關(guān)，如這2項(xiàng)技術(shù)的科研條件要求不高，研究成本較低，容易刊發(fā)研究論文。整體而言，越是需要高標(biāo)準(zhǔn)、高投入、大團(tuán)隊(duì)來進(jìn)行研發(fā)的技術(shù)，國內(nèi)與國外的差距越大。
雖然生物修復(fù)技術(shù)等是國際重要的主流修復(fù)技術(shù)，但是國內(nèi)研發(fā)出的技術(shù)仍有很多缺欠，如理論上創(chuàng)新不足，產(chǎn)業(yè)化方面實(shí)用性較差。為改善生物技術(shù)效率不高的問題，我國應(yīng)重點(diǎn)發(fā)展組合型強(qiáng)化生物修復(fù)技術(shù)，即將其他的高效修復(fù)方法與生物技術(shù)相結(jié)合，形成協(xié)同性生物修復(fù)技術(shù)。
此外，我國是農(nóng)業(yè)大國，但耕地近1/5的超標(biāo)率，這要求我國修復(fù)技術(shù)發(fā)展與選擇時(shí)，要充分重視農(nóng)田土壤的修復(fù)與風(fēng)險(xiǎn)防控。近年來，以鈍化(穩(wěn)定化)、植物修復(fù)、生物修復(fù)為代表的農(nóng)田污染土壤修復(fù)技術(shù)研發(fā)，論文發(fā)表量較高（圖1和圖4），且隨著我國科技部、環(huán)保部和農(nóng)業(yè)部等對農(nóng)田污染土壤修復(fù)技術(shù)研發(fā)提供了持續(xù)性資助，國內(nèi)外在技術(shù)研發(fā)上差距不大。但根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，國內(nèi)外農(nóng)田污染土壤修復(fù)技術(shù)，普遍存在成熟度低、技術(shù)實(shí)用性差、成本較高等問題，技術(shù)研發(fā)仍處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，輔以小規(guī)模田間實(shí)驗(yàn)，尚未進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。因此，針對我國農(nóng)田污染土壤面積大、土壤理化性質(zhì)與污染物差別顯著等問題，應(yīng)以風(fēng)險(xiǎn)防控與安全利用為目標(biāo)，著重解決技術(shù)的適用性與成本等難題。
2.3我國技術(shù)發(fā)展態(tài)勢評價(jià)
根據(jù)上述國際技術(shù)的研究現(xiàn)狀、技術(shù)發(fā)展的階段性，以及技術(shù)的起始時(shí)間、發(fā)展歷程、產(chǎn)業(yè)化程度和應(yīng)用推廣范圍的分析，可以將主要的污染土壤修復(fù)技術(shù)分為三大類(表2)：I類技術(shù)相對成熟，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，該類技術(shù)包括有機(jī)污染物治理的氣體抽提、熱脫附和生物(通風(fēng))堆，以及重金屬治理的固化/穩(wěn)定化和氧化/還原調(diào)控等技術(shù)；II類技術(shù)正逐漸成熟，開始進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段，該類技術(shù)包括有機(jī)污染物治理的原位氧化和生物修復(fù)，以及重金屬治理的化學(xué)清洗和植物萃取等技術(shù)；III類技術(shù)目前已有研究基礎(chǔ)，但仍處于探索階段，包括有機(jī)污染物的物化強(qiáng)化修復(fù)和化學(xué)淋洗技術(shù)，以及重金屬植物阻隔和電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)。
借鑒國際污染土壤修復(fù)技術(shù)的發(fā)展經(jīng)驗(yàn)，基于國內(nèi)技術(shù)的研發(fā)能力與水平(表3)，考慮我國污染農(nóng)田和污染場地大量并存的國情與技術(shù)需求，應(yīng)該：（1）發(fā)展針對有機(jī)污染的氣體抽提/熱脫附和生物修復(fù)、針對重金屬污染的穩(wěn)定化和化學(xué)清洗等推廣技術(shù)；（2）發(fā)展針對有機(jī)污染治理的植物降解、針對重金屬治理植物萃取等示范技術(shù)；（3）引領(lǐng)針對有機(jī)污染的物化強(qiáng)化修復(fù)、針對重金屬污染的植物阻隔等儲(chǔ)備技術(shù)。同時(shí)，研發(fā)高級氧化、脫附增溶、微生物調(diào)控、氧化/還原調(diào)控、化學(xué)活化和電動(dòng)力修復(fù)等關(guān)鍵技術(shù)，與重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)相互組合，進(jìn)而形成強(qiáng)化型、協(xié)同型的高效技術(shù)，以此構(gòu)建適合我國國情的污染土壤修復(fù)技術(shù)體系。
3、結(jié)論
1)我國污染土壤修復(fù)技術(shù)研究始于20世紀(jì)90年代末期，由于起步較晚，無論是理論探索，還是技術(shù)研發(fā)，均與國外發(fā)達(dá)國家有較大差距，且在產(chǎn)業(yè)化領(lǐng)域更為突出。
2)發(fā)達(dá)國家污染土壤修復(fù)的技術(shù)成熟期始于20世紀(jì)90年代，因此中外技術(shù)的絕對差距并不十分巨大，制定和建立合理的國家鼓勵(lì)政策與市場引導(dǎo)機(jī)制，有可能在10～15年內(nèi)接近或趕上發(fā)達(dá)國家的總體水平。
3)與水、氣介質(zhì)相比，土壤具有更顯著的生態(tài)環(huán)境特征，因此在未來技術(shù)體系構(gòu)建中，應(yīng)更注重考慮我國的國情要素，在技術(shù)范圍選擇時(shí)，要充分體現(xiàn)農(nóng)田土壤的修復(fù)與生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)防控。
4)在國外技術(shù)走向成熟、國內(nèi)水平快速提高的大形勢下，我國的污染土壤修復(fù)技術(shù)研發(fā)應(yīng)并重系統(tǒng)集成與技術(shù)原創(chuàng)，既要重點(diǎn)支持適合產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的協(xié)同性系統(tǒng)技術(shù)，又要著眼于戰(zhàn)略發(fā)展的原始性創(chuàng)新技術(shù)。
5)在今后一段時(shí)間內(nèi)，我國應(yīng)重點(diǎn)研發(fā)抽提脫附、生物修復(fù)、植物降解、電動(dòng)力修復(fù)、穩(wěn)定化、化學(xué)清洗、植物萃取、植物阻隔等污染土壤修復(fù)技術(shù)，分別滿足推廣、示范和儲(chǔ)備等層面的需求。
作者單位：1. 中國科學(xué)院沈陽應(yīng)用生態(tài)研究所 2.南方科技大學(xué)工程技術(shù)創(chuàng)新中心 3.中國環(huán)境科學(xué)研究院土壤污染與控制研究室 4.中國科學(xué)院文獻(xiàn)情報(bào)中心 5.中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心 6.北京大學(xué)城市與環(huán)境學(xué)院 7.中山大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院
中國鄉(xiāng)村發(fā)現(xiàn)網(wǎng)轉(zhuǎn)自:《環(huán)境工程學(xué)報(bào)》2017 年06 期
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