7.4污染土壤的生物修复技术分析

环境修复7.4污染土壤生物修复环境修复污染土壤生物修复的概念和分类污染土壤生物修复的概念污染土壤生物修复:生物修复技术是在生物降解的基础上发展起来的一种新兴的清洁技术，它是传统的生物处理方法的发展。是利用生物（包括动物、植物和微生物），通过人为调控，将土壤中有毒有害污染物吸收、分解或转化为无害物质的过程。环境修复土壤生物修复的特点污染土壤生物修复技术的特点:与物理、化学修复污染土壤技术相比，它具有成本低，不破坏植物生长所需要的土壤环境，环境安全，无二次污染，处理效果好，操作简单、费用低廉等特点，是一种新型的环境友好替代技术。环境修复异位微生物修复2原位微生物修复3植物修复4土壤修复的生态围隔阻控工程5生物修复过程的评价1环境修复7.4.1生物修复过程的评价以充分的证据来表明微生物是减少污染物浓度的主体，是生物修复的重要一环。这些评价方法可为法规制定者和提供生物修复服务的商家提供一种手段，来证明其所提出的或正在进行的原位生物修复项目的真实性。研究者可以利用这一方法评价现场试验的结果。环境修复生物修复过程的评价方法一般地说，污染土壤生物修复的评价方法应包括以下3个方面的内容：①记录生物修复过程中污染物的减少；②以试验结果表明现场污染环境中的微生物具有转化污染物的能力；③用一个或多个例证表明试验条件下被证明的生物降解潜力在污染场地条件下是否仍然存在。环境修复现场生物修复的监测在试验条件下被证明的生物降解潜力是否在场地条件下仍然存在比较困难，因为试验条件往往比现场条件优越。有两种技术用于现场生物修复的监测，即样品测定和试验运行。但模型法更有助于对污染物归宿的进一步理解。更为详细的试验方案取决于多组因素，如污染物、场地地质特征．以及评价要求的严格水平等，因此需进一步工作。环境修复现场生物修复的监测样品测定细菌总数原生动物数无机碳浓度细菌的适应性细菌活性率环境修复7.4.1.1样品测定1、选择对照点进行采样分析，以此作为生物修复技术评价的参照点。对照点选择的标准是：①具有与处理点类似的水力地质条件特征；②未受污染或不受生物修复系统影响的地带。2、以生物修复系统开始运行前样品的分析结果作为对照，以此作为生物修复技术修复效果评价的参照值。然后，将生物修复过程各个时段采集样品的分析结果与运行前的结果作比较，来考察系统运行的动态状况。此方法只适合于工程生物修复系统环境修复7.4.1.2细菌总数细菌种群测定的第一步是采样。原则上，最好的样品包括团体基质(土壤和支撑地下水的岩石)及与之相连的孔隙水。细菌种群测定的第二步是细菌总数分析。a.微生物直接计数法微生物直接计数法是一种传统技术，是通过用普通显微镜观察样品进行细菌计数。b.INT活性试验法INT活性试验法可以通过鉴定电子迁移中的细菌活性的方法增强直接的显微镜计数。环境修复c.平板计数法平板计数法也是一种细菌计数的方法。这种方法可以定量计数—组固定在固体介质(如营养基质)上的细菌。d.MPN技术MPN(most-probabale-number)技术也取决于介质中细菌的生长状况。细菌计数是以统计学方法完成的e.脱氧聚核苷酸探针采用现代生物化学和分子生物学方法，使现场样品细菌计数与鉴定更为精确。f.脂肪酸分析脂肪酸分析是另一种细菌鉴定技术。这种技术利用存在于细胞膜中的脂肪酸特征进行细菌鉴定。环境修复7.4.1.3原生动物数原生动物捕食细菌，所以原生动物数量的增加表明细菌总数的增加。因此，原生动物种群数量增长所伴随的污染物量的减少这一结果可为生物修复提供有效佐证。环境修复7.4.1.4细菌活性率细菌活性增加通常表明生物修复正在进行，细菌活性是一个关键信号。对生物修复成功判定的一个重要指标是潜在生物转化率。当潜在生物转化率足够大时，表明系统能迅速去除污染物或防止污染物的迁移。细菌活性越大，说明潜在生物转化率越高，这一结果可为生物修复的成功运行提供证据。环境修复7.4.1.5细菌的适应性污染点的细菌经过一段时间驯化后，能产生代谢污染物的能力，其结果是使原本在溢漏时不能够转化的或转化非常低的污染物被代谢降解。这一特性被称为代谢适应性，它为现场的污染生物修复提供了可能。适应性可以导致能够代谢污染物的细菌总数增加，或个体细菌遗传性或生理特性发生改变。环境修复7.4.1.6无机碳浓度降解有机污染物时，除了需要更多微生物外，在降解过程中细菌会产生无机碳，通常为气态二氧化碳、溶解态二氧化碳或HCO3-。因此，当样品中含有丰富的水和无机碳气体时表明系统存在生物降解活性。气态二氧化碳浓度可以用气相色谱法检测，水样中的二氧化碳可进行无机碳分析。环境修复7.4.2污染土壤的异位修复技术异位微生物修复是将受污染的土壤、沉积物移离原地，在异地利用特异性微生物和工程技术手段进行处理，最终污染物被降解，使受污染的土壤恢复原有的功能的过程。主要的工艺类型包括土地填埋、生物农耕、预备床、堆腐和泥浆生物反应器。环境修复污染土壤的异位修复技术类型技术方法描述适用性土地填埋将污泥施入土壤，通过施肥、灌溉、添加石灰等方式调节土壤的营养、湿度和pH，保持污染物在土壤上层好氧降解广泛用于油料工业的油泥处理土壤耕作将污染土壤撒于地表（约0.5m），通过定期农耕的方法改善土壤结构，供给氧气、水分和无机营养，促进污染物降解适用于可降解的有机污染物，如杀虫剂/除草剂，挥发/半挥发性、含卤和非卤有机污染物和多环芳烃。不适于二噁英/呋喃和多氯联苯预备床将土壤运输到一个经过各种工程准备的预备床上进行生物处理，处理过程中通过施肥、灌溉、控制pH等方式保持对污染物的最佳降解状态，有时也加入一些微生物和表面活性剂适用于挥发/半挥发性、含卤和非卤有机污染物、多环芳烃及爆炸性污染物。堆腐堆积污染土壤，通过翻耕和施加一定数量的稻草、麦秸、碎木片和树皮等增加土壤透气性和改善土壤结构，促进污染物微生物分解适用于挥发/半挥发性、非卤有机污染物和多环芳烃。泥浆生物反应器污染土壤和水混合成泥浆在带有机械搅拌装置的反应器内通过人为调控温度、pH、营养物和供氧等促进专性微生物最大限度地降解污染物适用于杀虫剂/除草剂，挥发/半挥发性、含卤和非卤有机污染物、多环芳烃、二垩英/呋喃等有机污染物。环境修复7.4.2.2土地填埋土地填埋:将废物作为一种泥浆，将污泥施入土壤，通过施肥、灌溉、添加石灰等方式调节土壤的营养、湿度和pH，保持污染物在土壤上层的好氧降解。用于降解过程的微生物通常是土著土壤微生物群系。为了提高降解能力,亦可加入特效微生物,以改进土壤生物修复的效率。环境修复7.4.2.2土壤耕作垫层砂砾层污染土壤集污沟监测井护道松土机土壤耕作属于好氧生物降解处理，使用土壤为微生物生长基质，为加速微生物的降解需要人为促进通风（翻耕、加蓬松剂）、加入营养液（化肥、粪肥）、调节pH（加入石灰、明矾、磷酸）等手段加以调控。环境修复可应用土壤耕作处理的污染物污染物来源有机化学污染物市政污泥、化工厂残留物、杂酚油污泥、食品加工厂污泥、石油化工有害废物、纺织厂污泥、炼油厂污泥、造纸厂污泥等苯、甲苯、乙苯、二甲苯；汽油、柴油、石油；五氯酚；多氯联苯；多环芳烃（蒽、菲、二苯并呋喃、萘、苯并[a]蒽等）；农药环境修复7.4.2.3预备床预备床就是将受污染的土壤从污染地区挖掘起来进行异地处理，防止污染物向地下水或更广大地域扩散。这种方法的技术特点是需要很大的工程，即将土壤运输到一个经过各种工程准备(包括布置衬里，设置通气管道等)预备床上堆放，形成上升的斜坡，并在此进行生物恢复的处理，处理过程中通过施肥、灌溉、控制pH等方式保持对污染物的最佳降解状态，有时也加入一些微生物和表面活性剂，处理后的土壤再运回原地环境修复处理床挖掘堆置法预备床的设计应满足处理高效和避免污染物外溢的要求，通常具有淋滤液收集系统和外溢控制系统，从系统中渗流出来的水要收集起来，重新喷散或另外处理。环境修复预备床技术的优点可以在土壤受污染之初限制污染物的扩散和迁移，减少污染范围。但用在挖土方和运输方面的费用显著高于原位处理方法，另外在运输过程中可能会造成进一步的污染物暴露，还会由于挖掘而破坏原地点的土壤生态结构。环境修复7.4.2.4堆腐法堆腐修复工艺就是利用传统的积肥方法，堆积污染土壤，将污染土壤与有机物(施加一定数量的稻草、麦秸、碎木片和树皮等)、粪便等混合起来，依靠堆肥过程中微生物的作用来降解土壤中难降解的有机污染物。可以通过翻耕和增加土壤透气性和改善土壤结构，同时控制湿度、pH和养分，促进污染物分解。环境修复堆腐法条形堆:将污染土壤或污泥与疏松剂混合后，用机械压成条通过对流空气运动供氧，每天翻耕保持微生物的好氧状态静态堆:通过布置在堆下的通风管，通过鼓风机强制性通气保持微生物的好氧状态，静态堆一般为6m高，封闭操作可控制水分和尘土飞扬反应器堆:使用先进的传送和混合设备传送污染土壤及促进通气，该系统以最佳控制气流，但最小空间，但是欠灵活性，设备的维护也较为复杂和昂贵环境修复静态堆示意图静态堆环境修复7.4.2.5泥浆生物反应器泥浆生物反应器是用于处理污染土壤的特殊反应器,可建在污染现场或异地处理场地。污染土壤用水调成泥浆,装入生物反应器内,通过控制一些重要的微生物降解条件,提高处理效果。驯化的微生物种群通常从前一批处理中引入到下一批新泥浆。处理结束后通过水分离器脱除泥浆水分并循环再用。泥浆生物反应器模型:土壤、水悬浮混合液采样口探头空气CO2收集器直接传动混合器环境修复泥浆生物反应器修复过程流程图空气进口压缩机压.滤机固体排除澄清池浓缩池反应器阶段1反应器阶段2反应器阶段3泥浆混合器循环滤液预处理的固体该方法采用批式运行，在第一单元中混合土壤、水、营养、菌种、表面活性剂等物质，最终形成含5％～40％的泥水混合相，然后进入第二单元进行初步处理，完成大部分的生物降解，最后在第三单元中进行深度处理。环境修复7.4.3污染土壤的原位修复技术原位处理法:污染土壤不经搅动、在原位和易残留部位之间进行原位处理。最常用的原位处理方式是进入土壤饱和带污染物的生物降解。可采取添加营养物、供氧(加H2O2)和接种特异工程菌等措施提高土壤的生物降解能力，亦可把地下水抽至地表,进行生物处理后，再注入土壤中，以再循环的方式改良土壤。特点:该法适用于渗透性好的不饱和土壤的生物修复。在处理污染的过程中土壤的结构基本不受破坏，对周围环境影响小，生态风险小；工艺路线和处理过程相对简单，不需要复杂的设备，处理费用较低；但是整个处理过程难于控制。环境修复污染土壤的原位修复技术类型技术方法描述适用性投菌法直接向污染土壤接入外源的污染降解菌,同时提供这些细菌生长所需营养不同的菌种可处理不同的污染物质生物通风在不饱和土壤中通入空气，并注入营养液，为微生物降解提供充足的氧气、碳源和能源，促进其最大限度地降解适用于挥发/半挥发性、含卤和非卤和多环芳烃等有机污染物生物搅拌向土壤饱和部分注入空气，从土壤不饱和部分吸出空气，加大气体流动性为微生物供氧，促进其最大限度地降解适于无机污染物、腐蚀性和爆炸性污染物工程螺钻用工程螺钻系统使表层污染土壤混合，并注入含有营养和氧气的溶液，促进微生物最大限度地降解适用于杀虫剂/除草剂，挥发/半挥发性、含卤和非卤有机污染物、多环芳烃、二垩英/呋喃、多氯联苯等有机污染物泵出生物将污染的地下水抽出经地表处理后与营养液按一定比例配比后注入土壤，促进微生物最大限度地降解慢速渗滤通过污染土壤区内布设垂直井网，将营养液和氧气缓慢注入土壤表层，促进微生物最大限度地降解农耕法对污染土壤进行耕耙处理，在处理进程中施入肥料,进行灌溉,加入石灰,从而为微生物降解提供良好的环境土壤污染较浅,污染物又较易降解时可以选用环境修复7.4.3.1生物强化法生物强化(enhanced—bioremediahon)是基于改变生物降解中微生物的活性和强度而设计的。它可分为培养土著菌的生物培养法和引进外来菌的投菌法。环境修复培养土著菌的生物培养法选用土著菌的理由:其原因一方面是出于土著菌降解污染物的潜力巨大，另一方面也