田原宇指導團隊成員分析實驗數據。
■本報記者 廖洋
《舌尖上的中國》熱播，各色美味的食材映入了大家的眼帘；然而，一直以來「舌尖上的安全」敲響的警鐘卻從未間斷。
大氣和水作為汙染物的載體，可以採取控制汙染源的辦法緩解，而直接關係「舌尖上的安全」的土壤，既是汙染物的載體，也是汙染的本源。近年來，土壤汙染對生態環境、食品安全和人體健康已構成嚴重威脅，治理土壤汙染迫在眉睫。
5月28日，國務院印發《土壤汙染防治行動計劃》，明確提出要求開展土壤汙染的治理與修復，改善區域土壤環境質量。然而，易推廣、成本低、效果好的適用修復治理藥劑和修復技術的匱乏，已成為實施的瓶頸。土壤汙染治理迫切呼籲能夠找準病根的「處方」。
修復「毒地」的「良藥」
面對「毒地」，人們並不是沒有辦法。中國石油大學（華東）教授田原宇告訴《中國科學報》記者，腐植酸是土壤的「良藥」，在修復汙染和退化土壤方面一枝獨秀，修復改良效果好、效益高。
田原宇介紹說，腐植酸是大分子有機弱酸混合物，保持了各種結構成分的自然狀態和生物活性及其豐富的官能團，如共軛雙鍵、羥基、羧基、酚羥基、羰基等多種官能團，不僅能改善土壤結構、增強土壤肥力、恢復土壤種植功能和消減鹽鹼化，還能與重金屬離子形成絡合物，減輕或消除土壤重金屬汙染，是一種最有工業化應用前景的土壤生態修復改良劑。
然而，要得到足夠多的腐殖酸並非易事。「目前，腐植酸產品的主要來源是礦源腐植酸，由於原料有效組分含量低、活性官能團固化，需要對原料不斷活化和純化。而這個過程中要消耗較多的鹼和酸，如此一來將產生大量的高濃有機廢水，會造成生產成本高、環境代價大的困境。」田原宇說：「當下亟須解決高活性和高純度的液體腐植酸修復劑的低成本、清潔製取等難題。」
「生物質快速熱解液」化身優質腐植酸
近三十年新興的生物質快速熱解液化技術是生物質熱化學轉化中獲取液體應用最多的技術，不存在產品規模和消費地域限制，能夠滿足大規模、高效、高值化和清潔無汙染的要求，被公認為是「本世紀生物能最有工業化發展潛力的技術」。
生物熱解液體含氧高達40%以上，酸性大，黏度高，熱值僅有石油燃油的一半，在目前國家原油價格斷崖式下跌的情況下，其作為燃料油不具有競爭優勢。但其富含羧基等活性官能團，廉價優質，無須活化處理，引起了田原宇團隊的關注。
田原宇團隊通過元素組成、結構、官能團及性質分析，首次確定了生物質熱解液體與礦源腐植酸組成和物化性質相同，富含羧基、酚基、酮基、酚羥基等活性官能團，分子量分段清晰，是優質的高活性生物液體腐植酸，極大地拓寬了腐植酸的來源和生物質熱解液體的用途。
與此同時，在中國工程院院士謝克昌的指導下，田原宇團隊通過工藝設備一體化開發了生物質自混合下行循環流化床毫秒熱解多聯產技術，解決了超短接觸熱質傳遞與反應調控、液體帶灰、半焦載體異重返料、鉀離子導致床料結焦死床等難題，建成了國際首套20萬噸/年生物質熱解液化裝置，實現了生物質的大規模綠色高效煉製。
無二次汙染的永久可持續修復
近年來，重金屬汙染物導致的土壤汙染尤為突出，其中受鉻汙染的土壤更是重中之重。鉻汙染處理被認為是鉻化工行業最令人頭痛的問題，也是世界性難題。
國內最常用的鉻汙染土壤修復治理技術是硫酸亞鐵還原法，其不可避免地會引入二次汙染，同時土壤團粒結構破壞，對修復后土壤的種植或綠化帶來了困難。
田原宇團隊傾力解決了這個難題。通過大量的實驗和中試數據，團隊證實了腐植酸中的羥基、酚羥基、羰基等還原性官能團與Cr6+在pH值小於5的條件下，發生還原反應生成Cr3+，Cr3+再與腐植酸中的羧基生成絡合物，實現鉻汙染土壤的原位還原與固定；腐植酸與脫毒後含鉻土壤形成團粒結構，包裹了土壤顆粒，阻隔了土壤顆粒內部殘留Cr3+的滲出，防止了Cr3+的二次氧化和治理土壤的二次反彈；另外通過腐植酸促進土壤團粒結構形成，確保修復土壤恢復其種植和綠化的功能，實現無二次汙染的永久可持續修復。
團隊首次提出了生物腐植酸還原、絡合固定、包裹阻斷和土壤團粒化恢復種植功能四位一體的協同修復鉻汙染土壤的機理，為鉻汙染土壤實現綠色修復提供了理論依據。
我國有近70個主要鉻渣汙染場地和幾百家電鍍、皮革等企業，其造成的嚴重土壤鉻汙染，影響著地下水及飲用水源情況。田原宇團隊與濟南傑興環保技術有限公司、山東科技大學、山東省農業科學院產學研協同合作，首次以生物熱解液體為原料，通過多種添加劑改性和配方優化，成功製取了鉻汙染土壤生物腐植酸綠色修復劑，並在濟南裕興化工廠進行了鉻汙染土壤修復中試示範，修復土壤並委託通標標準技術服務上海有限公司檢測，實現了鉻汙染土壤中99.92%以上的六價鉻還原為三價鉻，有效阻止了鉻離子遷移，無二次汙染，脫毒效果和經濟性良好。
修復土壤放置30天後，土壤中和浸出液中六價鉻均未被檢出，徹底解決了硫酸亞鐵還原法的修復反彈難題。山東省農科院對修復後經進行修復完土壤植物栽種試驗，對土壤營養進行檢驗表明土壤養分豐富，修復後直接種植作物，作物長勢良好，實現了當年治理當年即可種植，為我國70個主要鉻渣汙染場地的土壤修復治理提供了技術支撐。
同時，生物腐植酸鉻汙染土壤綠色修復劑還用於山東北方光學電子有限公司電鍍汙泥治理，效果良好。
業內專家表示，此技術原創性強，在鉻汙染土壤高效修複方面取得了顯著的突破，處於同類研究國際領先水平，建議政府有關部門和行業協會加大推廣力度，使該技術早日大量推廣應用。同時，加強修復后土壤的長期跟蹤監測。
《中國科學報》 (2016-07-26 第6版 前沿)