土壤修復資料

3污染土壤的微生物修復技術(shù)與應(yīng)用近10多年來，微生物修復發(fā)展尤為迅猛，給污染土壤的生物修復技術(shù)帶來了豐富的研究內(nèi)容和發(fā)展前景。土壤微生物修復技術(shù)是在適宜條件下利用土著微生物或外源微生物的代謝活動，對土壤中污染物進行轉(zhuǎn)化、降解與去除的方法。從修復場地來分，土壤微生物修復技術(shù)主要分為兩類，即原位微生物修復(in-situbioremediation)和異位微生物修復(ex-situbioremediation)。污染土壤的原位微生物修復技術(shù)原位微生物修復不需將污染土壤搬離現(xiàn)場，直接向污染土壤投放N、P等營養(yǎng)物質(zhì)和供氧，促進土壤中土著微生物或特異功能微生物的代謝活性，降解污染物。原位微生物修復技術(shù)主要有：生物通風法(bioventing)、生物強化法(enhanced-bioremediation)、土地耕作法(landfarming)和化學活性柵修復法fchemicalactivatedbar)等幾種。生物通風法生物通風又稱土壤曝氣，是基于改變生物降解環(huán)境條件(如通氣狀況等)而設(shè)計的，是一種強迫氧化的生物降解方法。其操作原理是在污染的土壤上至少打2口井，安裝鼓風機和抽空機，將空氣強制注入土壤中，然后抽出土壤中的揮發(fā)性有機毒物。在通入空氣時，可以加入一定量的氧氣和營養(yǎng)液，改善土壤中降解菌的營養(yǎng)條件，提高土著微生物的降解活性，從而達到污染物降解的目的。丁克強等研究了通氣對石油污染土壤生物修復的影響，結(jié)果表明通氣可為石油烴污染土壤中的微生物提供充足的電子受體，可保持土壤pH穩(wěn)定，從而促進了微生物的生物活性，強化了對石油污染物的氧化降解作用。德克薩斯研究院Agrelot等曾采用該方法修復四氯化碳污染土壤也獲得了成功，修復效果則是土壤挖掘法、清洗法的5倍以上，大大降低了修復成本。但在使用此方法時，應(yīng)該注意選擇或調(diào)理土壤物理結(jié)構(gòu)，最好是選擇通透性較好的土壤結(jié)構(gòu)。生物強化法生物強化是基于改變生物降解中微生物的活性和強度而設(shè)計的，可分為土著菌培養(yǎng)法和投菌法。①土著菌培養(yǎng)法是定期向污染土壤投加H202和營養(yǎng)，以滿足土著降解菌的需要，提高土著微生物的代謝活性，將污染物充分礦化成C0和H0的方法。目前，該方法在生物修復工程中實際應(yīng)用較多，22其原因在于：一方面是由于土著微生物降解污染物的潛力巨大，另一方面是因為接種的外源微生物在土壤中難以保持較高的活性以及工程菌的應(yīng)用受到較為嚴格的限制。②投菌法是直接向污染土壤中接入高效降解菌，同時提供給這些微生物生長所需營養(yǎng)的過程。Hwang等使用3種補充的營養(yǎng)液與分枝桿菌屬(Mycobacteriumsp.)—起注入土壤中，已經(jīng)取得了良好的效果。李順鵬等在農(nóng)藥(如有機磷類等)污染土壤的微生物修復方面作了系列工作，也取得了明顯進展。但使用該方法時常常會受到土著微生物的競爭，因此，在應(yīng)用時我們需要接種大量的外源微生物形成優(yōu)勢菌群，以便迅速開始生物降解過程。土地耕作法土地耕作法也稱農(nóng)耕法，是以就地污染土壤作為接種物的好氧生物過程。土地耕作法相比其他處理方法，如填埋、焚燒、洗脫等，有對土壤結(jié)構(gòu)體破壞較小、實用有效等特點，應(yīng)用范圍較廣。其簡要操作規(guī)程是：首先對污染土壤進行耕耙，同時施入肥料等養(yǎng)分，進行灌溉，加入石灰，從而盡可能地為微生物降解提供一個良好的環(huán)境，以便土壤中發(fā)生污染物的降解過程。一般情況下，土地耕作修復法只能適用于30cm的耕層土壤，而對于30cm以下的土壤則用特殊的設(shè)備?；瘜W活性柵修復法化學活性柵修復法是依靠摻入污染土壤的化學修復劑與污染物發(fā)生氧化、還原、沉淀、聚合等化學反應(yīng)，從而使污染物得以降解或轉(zhuǎn)化為低毒性或移動性較低的化學形態(tài)的方法。其中較為典型的化學活性柵系統(tǒng)修復規(guī)程是：通過注入井，把粉狀膠體物質(zhì)(如零價膠態(tài)鐵粉)注入污染地區(qū)水流走向的下方。然后，在注入井的水流下方，開挖第二個井，用以抽取污染的地下水。通過污染地下水的處理，可以達到污染土壤的修復。目前，這一技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用于石油烴，特別是鹵化烴等有機物污染的土壤。污染土壤的異位微生物修復技術(shù)異位微生物修復是把污染土壤挖出，進行集中生物降解的方法。主要包括預制床法(preparedbed)、堆制法(compostingbioremediation)及泥漿生物反應(yīng)器法(bioslurrybioreactor)o預制床法預制床修復是農(nóng)耕法的延續(xù)，它可以使污染物的遷移量減至最低。其簡要操作規(guī)程為：在不泄露的平臺上鋪上沙子和石子，將污染土壤平鋪(15?30cm厚度)于平臺上，并加入營養(yǎng)液和水，必要時加入表面活性劑，定期翻動供氧，以滿足土壤微生物的生長需要，處理過程中流出的滲濾液，及時回灌于土層，以徹底清除污染物。該方法在PCP、雜酚油、石油、農(nóng)藥等污染土壤修復中，獲得了一些成功的案例。Eullis等用具有濾液收集和水循環(huán)系統(tǒng)的預制床對斯德哥爾摩中部防腐油生產(chǎn)區(qū)的土壤進行治理，土壤中PAHs的濃度從1024.4mg/婕埏降至324.1mg/kg。堆制法堆制法是利用傳統(tǒng)的堆肥方法，將污染土壤與有機廢棄物質(zhì)(如木屑、秸稈、樹葉等)、糞便等混合起來，使用機械或壓氣系統(tǒng)充氧j同時加入石灰以調(diào)節(jié)pH值，經(jīng)過一段時間依靠堆肥過程中微生物作用來降解土壤中有機污染物。堆制法包括風道式、好氣靜態(tài)式和機械式等3種，其中機械式r在密封容器中進行1易于控制，可以間歇或連續(xù)進行。近年來，國內(nèi)外學者均在積極研究堆制修復的原理、工藝、條件、影響因素、降解效果等，并己將此工藝應(yīng)用到污染土壤的修復。泥漿生物反應(yīng)器法泥漿生物反應(yīng)器法是將污染土壤轉(zhuǎn)移至生物反應(yīng)器，加水混合成泥漿，調(diào)節(jié)適宜的pH,同時加入一定量的營養(yǎng)物質(zhì)和表面活性劑，底部鼓入空氣充氧，滿足微生物所需氧氣的同時，使微生物與污染物充分接觸，加速污染物的降解，降解完成后，過濾脫水。這種方法處理效果好、速度快，但僅僅適宜于小范圍的污染治理。生物反應(yīng)器一般設(shè)置在現(xiàn)場或特定的處理區(qū)，通常為臥鼓型和升降機型，有間隙式和連續(xù)式兩種，但多為間隙式。目前，生物反應(yīng)器在國外已進入實際應(yīng)用，國內(nèi)僅在實驗室模擬階段。Robert等在生物反應(yīng)器中使用白腐真菌(phanerochatechrysosporium)處理多環(huán)芳烴污染土壤36天后，土壤中低分子量多環(huán)芳烴的降解率為70%?100%，高分子量多環(huán)芳烴的降解率為50%?60%。泥漿生物反應(yīng)器有利于增加土壤微生物與污染物的接觸面積，可使營養(yǎng)物、電子受體和主要基質(zhì)均勻分布等優(yōu)點，因此，生物反應(yīng)器的修復效率較高。但是由于它增加了物料處理、固液分離、水處理以及能量消耗，泥漿生物反應(yīng)器的處理成本要比土地耕作、堆制修復等技術(shù)要高。因此，在選擇污染土壤微生物修復技術(shù)時，應(yīng)充分考慮上述各種修復方法的優(yōu)缺點，結(jié)合污染物的類型、污染場地、污染狀況等因素，充分發(fā)揮每種微生物修復方法的長處，加以靈活運用。4污染土壤的微生物修復問題與展望從目前來看，微生物修復是最具發(fā)展和應(yīng)用前景的生物修復技術(shù)，人們在微生物材料、降解途徑以及修復技術(shù)研發(fā)等方面取得了一定的研究進展，并展示了一些成功的修復案例。但是隨著微生物修復范疇及內(nèi)涵的不斷拓展，特別是針對復雜的污染土壤生態(tài)系統(tǒng)，每種微生物修復技術(shù)不僅要克服自身原有的不足，而且還需進一步認識和解決在修復過程中出現(xiàn)的新現(xiàn)象和新問題，如新型污染物類型的發(fā)現(xiàn)、新微生物資源的評價、污染物的土壤修復過程與生態(tài)／健康風險、修復技術(shù)的復合機制及高效應(yīng)用等方面。因此，污染土壤的微生物修復仍面臨著極大的挑戰(zhàn)，任務(wù)十分艱巨。鑒此，今后我們需在以下幾個方面展開深入研究。4．1微生物資源及其生物降解途徑土壤微生物資源十分豐富，我們在挖掘現(xiàn)有高效微生物資源的基礎(chǔ)上，仍繼續(xù)篩選和馴化新的降解菌株；重點研究典型有機污染物的微生物降解途徑、機理與生物降解代謝流；進一步解析典型污染物降解基因的結(jié)構(gòu)、功能與調(diào)控機制，闡明降解過程的分子生物學機理；應(yīng)用系統(tǒng)生物學方法，開展典型污染物微生物降解的基因組研究，以揭示其微生物遺傳多樣性與功能基因；在全面掌握污染物降解菌生理生化、遺傳學特性基礎(chǔ)上，重組構(gòu)建污染物降解關(guān)鍵酶和功能優(yōu)化的基因工程菌等。4.2污染土壤的修復過程與生態(tài)風險評估加強認識污染土壤修復的微生物代謝化學生物學過程，如生物修復的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、中間過程、酶學和共代謝機制、根際效應(yīng)等；研究土壤中污染物的中間產(chǎn)物、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及表征，密切關(guān)注生物修復過程中污染物的次生污染問題：構(gòu)建污染土壤微生物修復過程的生態(tài)毒理及生物學評價方法，如生態(tài)毒理診斷指標、診斷機理以及生態(tài)毒理標準體系；建立生物修復技術(shù)相應(yīng)的法律和法規(guī)，保證修復技術(shù)的公眾認可與推廣實施。微生物修復的復合化或組合式修復技術(shù)研發(fā)由于土壤復合污染的普遍性、復雜性和特殊性，復合污染土壤的修復不可能單獨依靠一種修復措施就能徹底解決問題，往往需要多途徑、多方式的修復手段；另一方面，即使是單一污染土壤，我們也可以采用多途徑、多方式強化微生物修復效果，以達到徹底修復的目的。目前，基于微生物的復合修復思路主要有：微生物一土壤物理改良、微生物一化學活化、微生物一動物、微生物一植物、甚至于采用微生物一植物一動物等多生命體的系統(tǒng)組合，其中微生物（特別是菌根真菌卜植物的聯(lián)合修復近年來深受人們關(guān)注，在重金屬和有機污染土壤的修復中顯示出很好的應(yīng)用前景。微生物修復技術(shù)的污染場地應(yīng)用污染場地應(yīng)用是各種生物修復技術(shù)研發(fā)的最終目的。一般說來，實驗室的微生物修復研究，因修復條件較為理想化，被干擾因素極少，其修復可能很好。如一旦將室內(nèi)的微生物修復技術(shù)放大到現(xiàn)場條件下，干擾因素復雜，一系列的新問題可能會出現(xiàn)，甚至可能會遭致完全否定等現(xiàn)象。因此，微生物修復技術(shù)的場地應(yīng)用是一項復雜的系統(tǒng)工程，必須融合環(huán)境工程、水利學、環(huán)境化學及土壤學等多學科知識，創(chuàng)造現(xiàn)場的修復條件，如土地翻耕、農(nóng)藝措施、添加物質(zhì)、高效微生物、植物修復，季節(jié)更替等，構(gòu)建出一套因地因時的污染土壤田間修復工程技術(shù)。

生態(tài)修復實例之三：韓國良才川水質(zhì)生物－生態(tài)修復設(shè)施良才川是漢江的一條支流，位于漢城的江南區(qū)。由于河流地處住宅區(qū)加之治理不善，良才川的水質(zhì)受到較大污染，也影響了漢江的水質(zhì)。1995年起決定主要采用生物－生態(tài)方法治理良才川?！颉驁F中:1-標鞍壩；◎◎團中:1-標鞍壩；2—污水講水口—污水閘板；4一攔污B：5一自動北位探測計自E—講水自動閥2丁一污物濾網(wǎng)匚8—污水進水管每日一污水孔遺；山一接融氫化槽中的卵石；11一清木孔塩；吃一出如且動閥；13—潔水出口114-iSzK出水普；：15~^渣去除設(shè)施；応一通氣管；1T—檢查水管入口』廚一蓋子；1汗魚道°團3良才川浄化設(shè)施立體團水質(zhì)凈化設(shè)施主體是設(shè)于河流一側(cè)的地下生物－生態(tài)凈化裝置（圖3）。采用卵石接觸氧化法。即強化自然狀態(tài)下河流中的沉淀、吸附及氧化分解現(xiàn)象，利用微生物的活動將污染物轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水。凈化設(shè)施日處理能力為32000噸/日。凈化的工作流程如下：攔河橡膠壩（長18m,高1m）將河水攔截后引入帶攔污柵的進水口，水流經(jīng)過進水自動閥，經(jīng)污物濾網(wǎng)進入污水管，污水管連接有4座污水孔墻，污水孔墻兩側(cè)各有一座接觸氧化槽，共有8座。接觸氧化槽長20m、寬13.6m、高14.8m。污水從孔墻的孔中流入接觸氧化槽，氧化槽中放置卵石，污水通過氧化槽得到凈化后分別流入4座清水孔墻，再匯集到清水出水管中，由清水出口排入橡膠壩下游側(cè)。污水在接觸氧化槽內(nèi)被凈化產(chǎn)生的主要作用是：接觸沉淀作用、吸附作