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土壤生物修复有哪些?微生物修复有哪些?

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浏览:- 发布日期:2019-10-29 14:20:18【

 广义的生物修复:指一切以利用生物为主体的环境污染的治理技术。它包括利用植物、动物和微生物吸收、降解、转化土壤和水体中的污染物,使污染物的浓度降低到可接受的水平,或将有毒有害的污染物转化为无害的物质,也包括将污染物稳定化,以减少其向周边环境的扩散。

 

狭义的生物修复:

 

是指通过微生物的作用清除土壤和水体中的污染物,或是使污染物无害化的过程。它包括自然的和人为控制条件下的污染物降解或无害化过程。

 

一般分为植物修复动物修复微生物修复三种类型。根据生物修复的污染物种类,它可分为有机污染生物修复和重金属污染的生物修复和放射性物质的生物修复等。

 

微生物修复:即利用微生物将环境中的污染物降解或转化为其他无害物质的过程。

 

动物修复:指通过土壤动物群的直接(吸收、转化和分解)或间接作用(改善土壤理化性质,提高土壤肥力,促进植物和微生物的生长)而修复土壤污染的过程。

 

生物修复起源于有机污染的治理,最初的生物修复是从微生物利用开始的。人类利用微生物制作发酵食品已经有几千年的历史,利用好氧或厌氧微生物处理污水已有100多年的历史,但利用生物修复技术处理现场有机物才有30年的历史。首次记录实际使用生物修复是在1972年,于美国宾夕法尼亚洲的Ambler清除管线泄露的汽油。最初,生物修复的应用范围仅限于实验阶段,直到1989年美国阿拉斯加海域受到大面积石油污染以后,才首次大规模应用生物修复技术。

 

随着近年来生物修复技术的飞速发展,生物修复的内涵丰富。除了传统的生物修复外,还发展起来了真菌修复、植物修复以及生态修复。

 

原位生物修复

 

原位生物修复技术即原位处理法:指污染土壤或水体不经搬动或输送,在其原位和易残留部位之间进行原位处理。污染物降解的主体——微生物一般采用土著微生物,有时也加入经过驯化和培养的微生物以及商品化的适宜微生物菌剂。菌剂如属液体,可适当稀释后用各种播撒器均匀撒入受污染水体或土壤中。对流动水体,为了防止菌体随水流失,可先使之吸附在各类填料及载体上,如玉垒菌布菌时先将菌吸附于分子筛上,然后将附菌载体均匀撒至河底淤泥上。添加营养物可仿照农业中施肥的方法予以实施,固体营养物如属水溶性,可兑水后喷洒。处理地表水石油污染时可先将营养包埋于亲油性介质,投放后可使NP营养缓慢释放,以提高其利用率。

 

“生物通风堆”

在采用人工复氧强化技术时,除了可采用传统的受污染水体布设气管,以风机曝气外,德国Messer公司的BIOX纯氧曝气系统可省去风机,它将纯氧置于储罐中,液氧经气化器、减压阀和计量装置后通过布气管将氧气以微气泡形式释放,其他还有AIRE-O2曝气器、轴向流液下曝气器、复叶推流式曝气器等,它们的充氧能力和动力效率较高,且可防止河面漂浮物的不利影响。在有条件的地方,还可结合河道景观的改造,设置人工瀑布、喷水器等增氧。推出专利产品河道曝气船,除了可改善景观外,还可将船开至溶氧较低的河段游动供氧,机动灵活性较高。在土壤生物修复中,可通过真空或加压进行土壤曝气,其被称之为“生物通风堆”(见图),其可补充土壤中的氧气,并有助于排出二氧化碳。


异位生物修复和原位——异位联合修复技术

对土壤或严重污染的水体,有时只能采用较为昂贵的异位生物修复。如对受污染的土壤采用挖掘堆置处理,为防止污染物向地下水或更广大地域扩散,将土壤运输到一个经过各种工程准备(包括设置衬里,布置通风管道等)的场所堆放,并在此进行生物修复,从系统中渗漏出来的水要收集起来,重新喷洒至土壤堆上或另外处理,土堆中可投入一些填充剂,如木片、树皮、木屑等。它们可改善土壤结构,使之疏松通气,又可保持一定的温度,有利于降解污染物的微生物生长繁殖,处理后的土壤应运回原地。

 

对严重污染的河道水体或土壤还可采用反应器方法处理。上海铁道大学与佛欣河道治理公司在真如港水体的治理;上海工程成套总公司与日本大和工业株式会社,丸红株式会社在俞泾港水体的治理中均采用将黑臭河水用泵输入置于河边的生物反应器中,经净化处理后的水再返回河道。反应器类似于污水处理的接触氧化池,池内放置活化煤,活性木质纤维素,发泡聚丙烯等填料,同时可接种高效降解菌群,使之在填料上生长形成生物膜。反应器内布设曝气管道,人工曝气复氧以提高处理速率,并尽可能减小反应器的容积和缩短水力停留时间。

生物修复应用实例

 

对一面积为200m2,深度为8m的受石油烃类化合物污染的地区进行原位生物修复处理,采用的是地下水抽取和过滤系统。具体方法是从一个8m深的中心井和10个分布在处理地区周围的井中抽取地下水,然后用泵以30m3/h的流速输入一个50m3/h的曝气反应器中,反应一段时间后再输进颗粒滤糟中,经过滤后重新渗入地下。在此过程中,采用了注入表面活性剂和营养物,以及曝气和接种优势微生物等强化措施以促进污染物的降解。经过15周处理,土样中石油烃类化合物的浓度从136mg/l123mg/l降低到20mg/l32mg/l。测定注入地下的水和抽出的地下水中溶解氧的浓度,结果表明进水中的溶解氧为8.4mg/l,而出水中的溶解氧为2.4mg/l,说明在土壤中也在进行着较强的好氧生物修复过程。

 

土壤生物修复技术——微生物土壤修复

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. 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)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608 mg˙kg-1降低到6 mg˙kg-1,氯乙烯浓度从314 mg˙kg-1降低到16 mg˙kg-1


冲洗-生物反应器法流程示意图

2. 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14000 mg˙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。

生物堆处理法示意图

 

3. 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12980 mg˙kg-1降低至1273 mg˙kg-1降低了90%以上)

 

土地耕作法

4.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10000 mg˙kg-1。处理历经24个月,处理后土壤石油烃的含量降低到6 mg˙kg-1,总费用约60万美元。

生物通气法流程示意图

  5.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。

   

 

注-抽生物通风工艺略图片

  生物修复技术还存在哪些问题

  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: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: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: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。

    

工业污染图