土壤和地下水污染:需要解决新旧问题

张明博士是日本地质调查局(AIST)的创新协调员。与他的研究小组一起，他倡导使用跨学科工具对受污染的土壤和地下水进行可持续修复的重要性。他们的研究表明，成本效益和环境友好的技术，如使用微生物降解有机污染物和使用矿物固定重金属，可能是实现可持续修复的关键。

正如我们所知，工业化始于18世纪，并一路铺就了通往现代世界的道路。推动我们进步、经济进步和全球化的催化剂，同时也带来了一个副产品:环境污染。事实上，几个世纪以来，各种工业活动向我们的环境中排放了灰尘、有毒气体和化学物质，给后代留下了“负面遗产”。我们都熟悉全球变暖及其对气候的影响。同样，我们意识到，淡水正成为一种稀缺资源，土地被用于高强度农业和城市化，我们的土壤正受到威胁。因此，我们不应该忽视我们的视线，远离我们的家园，我们的土壤和地下水正在被污染。

如今，加入全球化种族的发展中国家将全力以赴地赶上发达地区。这场比赛中的球员不断变化;然而，他们确实忽略了所产生的污染物量和不正确地处理环境中。这是有助于土壤和地下水中存在的污染物（重金属，有机化合物和其他有毒物质）的不断增加水平。与此同时，发达国家通过发布规定和定义允许存在于陆地和水中的有毒物质浓度的标准，从而从最前面的数十年来修复他们的废物足迹。

污染物：国内和工业
土壤和地下水污染与人类社会密切相关，直接影响人口健康和社会经济活动。有毒污染物可以通过食物链、我们喝的水和我们呼吸的空气进入人体。在离家近的地方，我们有垃圾填埋场，最坏的情况是开放的倾倒场，在那里，来自有机废物、电池、电子产品、塑料等的有毒物质渗入土壤，随着时间的推移，积累并进入淡水溪流。同样，农业中的化肥和农药、纺织工业中的染料、化妆品工业中的添加剂和油、能源和运输工业中的重金属、矿物和放射性废物、医疗保健中使用的抗生素以及食用动物都在环境中留下了长期的印记。

那么，这些溢出到土壤中的物质是如何到达地下水的呢?以开启转储为例。溢出的污染物会被土地吸收，下雨时，这些化合物会被雨水冲走，雨水会把它们埋得更深，或者把它们冲走，加入更大的水池。在农业方面，化肥和农药在灌溉过程中不断被冲走，进入附近人口的饮用水资源，最终导致他们生病。重要的是要记住，并不是倾倒/溢出到土壤中的所有东西都被冲走了。就像一个污点，它留在土地里，积累并不断排放到水中。

如果我们想找到可行和可持续的修复方法，科学和工程之间的合作是必要的。一个很好的例子是使用微生物进行生物化。可以使用矿物质来固定另一个。

工业规模的污染物质(染料、化学品、重金属、挥发性有机化合物等)由于监管的延误和/或意外事故而排放到环境中。各国政府都概述了界定污染物容许水平的立法要求。然而，在一些国家，这比其他国家更严格，这意味着虽然一方面我们在减少污染，但另一方面，处理的数量并不平衡。在废物管理没有严格管制的国家，排入环境的污染物浓度如此之高，以至于生活在受污染土壤和地下水附近的居民的健康一直受到影响。你可能仍然认为这些少量没有与水体的大小相比,但随着时间的推移,这些化学物质,像沙漠中的每一粒沙子,建立成为一个巨大的堆的污染,如果有毒物质不是天然可生物降解、毒性或毒性持续升高。

污染物表征和修复
来自不同地方的废物具有不同的污染物，以及各种土壤类型（桑迪，粉质，泥质，垩黑，壤土和粘土）使土壤和地下水污染的问题更加复杂。一旦污染物污染了土壤，就会很难去除它们，因为这些被吸收到土壤中，并且在某些情况下会改变它们的化学形式。这增加了表征和估计每种污染物的水平以供随后清理的困难。鉴于此，研究人员通过分析化学工具和光谱法开发了污染物鉴定技术。在此之后，选择正确类型的修复治疗。在一些情况下，可能需要除去一种污染物，例如铅，石棉，石油或放射性同位素，而在其他情况下，可能需要同时处理污染物的混合物，因此在清理过程中使用各种顺序去除过程．

跨学科方法
污染物修复方法包括用水和随后的水处理冲洗土壤污染物，化学溶剂将污染物浸出，焚烧以破坏污染物等。这些方法虽然成功，具有相应地使用的硬质和环境有害物质的增加的含义。因此，已经研究了更可持续的修复方法 - 例如使用微生物来分解污染物或将天然可用的材料添加到土壤中以吸附并固定污染物以防止它们蔓延。

明张博士及其小组在日本的地质调查中，AIST，追求可持续解决方案，以消除来自受污染的土壤和地下水的各种类型的污染物。如果我们希望找到可行和可持续的修复方法，他们认为科学和工程之间的合作是必要的。一个很好的例子是使用微生物进行生物化。在这种情况下，右候选人需要鉴定污染物的候选物：是IT古痤疮，细菌，微藻或酵母，或者是那些联盟（一组共生微生物）。正如张博士所证明的那样，已显示细菌结合同时降解二氯甲烷，苯和甲苯，低于其通过有氧生物降解的检测限。在更复杂的条件下包括三种污染物以及四种其他污染物 - 全氯乙烯，三氯乙烯，CIS.-1,2-二氯乙烯-氯乙烯一体化厌氧-好氧生物降解是一种很有前景的生物降解方法。生物修复微生物还被用于增加废物的生物量，随后用于生产营养药品(营养补充剂)和生物肥料，达到一举两得的效果。然而，这个过程依赖于“生物”，而且可能很慢，很难复制，因为微生物受到周围环境的高度影响。因此，必须仔细管理环境条件。

像卡扣陷阱一样，轴承材料能够捕获污染物并保持持有它，直到暴露在正确的条件下释放它。

基于类似的思路，张博士和他的团队正在努力识别能够固定污染物的矿物质。研究小组观察了这些矿物质的化学性质，使它们在捕获特定化合物时与众不同。这是一种非常有用的技术，用于净化生态系统中的重金属污染，如砷、铅和镉，这些重金属普遍存在于垃圾填埋场以及工农业废物中。固定材料，比如自然可用的材料和生物炭，就像捕鼠器一样，将污染物捕获在基质中并锁定在合适的位置。通过这种方法，研究人员能够控制污染物并将其与未受污染的源分离。一旦收集起来，这种固定材料只有在适当的条件下才会释放污染物，并再次使用。

立法和风险沟通
由于环境问题非常复杂，整合不同领域的知识是必要和重要的，因此，对可持续修复进行归档并不是一件容易的事情。在立法一级，国家法律就土壤和地下水污染指定的有毒物质的数量因国而异。例如，在欧洲，指定的有害物质分为重金属、芳香烃、有机氯化合物、多环芳香烃和矿物油。而在日本，指定的有害物质只分为三类，分别是VOCs、重金属、农用化学品和多氯联苯，没有对矿物油的法律规定。因此，在一个国家被认为是高度警戒的污染物，在另一个国家却不是。该规定主要集中在指定的有害物质，这类物质占环境污染的比例较小。然而，较大和较不危险的化学品的管理松散。这在适当的时候会造成环境污染。风险沟通是最重要的;教育公众努力防止这些物质释放到环境中，并使用基于生物的补救技术将减轻资本成本负担，同时保护生态系统和人类健康。 Within their research, Dr Zhang and his group look at nature for solutions and incorporate them into engineering practices.