土壤生物修复技术分述——微生物篇

土壤生物修复技术——微生物篇生物修复是指在人为作用下，利用活有机物(微生物、植物和小型动物等)促进环境中有毒有害物质的降解或固定，减少其对环境危害的技术。1989年，美国阿拉斯加海域收到大面积石油污染以后才首次大规模应用生物修复技术。除美国外，欧洲各国、加拿大等在植物修复方面也有很大的进展。生物修复是较为理想的一种治理污染的途径，具有处理费用低，对环境影响小、污染高等优点，包括动物修复技术和植物修复技术。1.1.泥浆生物反应器泥浆生物反应器挖出的土壤加水制成浆状，然后与降解微生物和营养物质在反应器中混合。添加适量的表面活性剂或分散剂可以促进吸附的有机污染物解离，从而促进降解。降解微生物可以是原来就存在于土壤的微生物，也可以是接种的微生物。要严格控制条件以利于泥浆中有机污染物的降解。处理后的泥浆经脱水处理。脱出的水要进一步处理，以除去其中的污染物，然后可以被循环使用。(案例)在1992-1993年，美国的德克萨斯州，曾采用该技术处理了一个被多环芳烃、多氯联苯、苯和氯乙烯污染的土壤。共处理了大约3.0×105t土壤和污泥，每吨土壤的处理费用约60英镑。经过11个月的处理以后，苯浓度从608mg˙kg-1降低到6mg˙kg-1，氯乙烯浓度从314mg˙kg-1降低到16mg˙kg-1。2.2.生物堆制法生物堆制法基于处理床技术的异位生物处理过程，通过使土堆内的条件最优化而促进污染物的生物降解。挖出的污染土壤被堆成长条形的静态对。添加必要的养分和水分于污染土堆中，必要时加入适量表面活性剂，土堆上还可以安装有喷淋营养物的管道。(案例)加拿大魁北克省曾采用此法对有机污染的土壤进行示范性处理。污染点为黏质土，土壤中矿物油和油脂浓度为14000mg˙kg-1。约500m3的污染土壤被转移到一个清洁沥青台上，定期添加养分。由于土壤质地较黏，所以混入泥炭和木屑以改善通透性和结构。处理费用大约为每立方土壤3英镑。34周的处理以后，72%以上的石油烃被降解，添加泥炭和木屑显著提高了降解率。3.3.土地耕作法土地耕作法原位土地耕作是通过耕翻土壤(但不挖掘和搬运土壤)，补充氧和营养物质以提高土壤微生物的活性，促进污染物的生物降解。异位土地耕作法指将污染土壤挖掘搬运到另一个地点，将污染土壤均匀撒到土地表面，通过耕作方式使污染土壤与表层土壤混合，从而促进污染物生物降解的方法。(案例)在德国莱茵河附近的一个炼油厂污染物的土壤曾采用此法进行修复。34周后，土壤中石油烃的浓度从12980mg˙kg-1降低至1273mg˙kg-1降低了90%以上)。4.4.生物通气法生物通气法生物通气法是将氧气流导入不饱和土层中，增强土著细菌的活性，促进土壤中有机污染物的自然降解。生物通气主要促进燃油污染物的降解，也可以通过土壤的生物活化作用促使挥发性有机物以蒸气的形式缓慢挥发，工艺如图示。(案例)美国犹他州的一个空军基地，曾采用生物通气法处理被喷气燃油污染的5000m3的土壤，其石油烃含量高达10000mg˙kg-1。处理历经24个月，处理后土壤石油烃的含量降低到6mg˙kg-1，总费用约60万美元。5.5.生物注气法生物注气法通过空气注气井将空气压入饱和层中，使挥发性污染物随气流进入不饱和层进行生物降解，同时也促进饱和层的生物降解。生物注气法适用于被挥发性有机污染物和燃油污染土壤的处理。空气注气法更适合于处理被小分子有机污染的土壤，对大分子有机物污染的土壤较不适用，工艺如图13-30示。生物修复技术还存在哪些问题生物修复技术还存在哪些问题生物泥浆反应器：生物泥浆反应器：由于涉及颗粒大小分离等物理预处理，对土壤结构产生不良影响;过氧化氢、过氧化物等修复助剂的使用，例如通过与土壤有机质的反应，会导致土壤机体的损伤。生物堆腐法：生物堆腐法：与生物泥浆反应器不同的是，该方法尽管对土坡结构和土壤肥力有好处。但是，在处理过程中容易产生气态污染物向大气环境的释放。污染物残余和长的处理时间则是另一问题。生物农耕法：生物农耕法：由于处理床并不厚于0.5m，需要很大的处理空间;由于涉及的处理空间面积很大，挥发性有机污染物(VOCs)的控制是个问题;由于是露天处理，过程控制也是困难的。就大型处理床而言，点的安全性是个大问题。对土壤重金属污染的修复并不适用，应加以严格监测、控制。生物通气法：生物通气法：尽管在大多数非饱和土壤中气体传导率高于水力学传导率，但处理原位系统亚表层中的污染物是否有效则是个大问题。生物通气与营养物的加入，对于土壤有效气孔，是相互矛盾的。该修复系统的有效性还受到渗流区水分含量的限制。水饱和土壤在实施该方法之前，需要降低其水位。对土壤结构和肥力也有一定影响。