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污染土壤的微生物修复(二)

发布时间:2018-07-18 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:2485

四、原位和异位微生物修复

(一)原位微生物修复

原位微生物修复是指在不经搅动、挖出的情况下,通过向污染土壤中补充氧气、营养物或接种微生物对污染物就地进行处理,以达到污染去除效果的生物修复工艺。当不宜挖取污染土壤或采用PST(泵处理工艺)法进行异位处理时,可采用原位微生物修复方法对污染土壤进行修复。这类修复一般多采用土著微生物进行处理,有时也加入经过驯化和培养的微生物,以加速修复的过程。在这种工艺中,经常采用各种工程化措施来强化处理效果,包括泵处理技术、生物通气、渗滤和空气扩散等(张从等2000)。原位微生物修复工艺如图10-2所示。

图10-2 原位微生物修复过程的示意图(据张从等2000绘制)

原位微生物修复工艺需要不断地向污染土壤补充氧气,添加营养物质,以增强微生物的降解能力;同时抽提污染的空气,经过处理之后再次通入污染土壤。从土壤中抽提出来的土壤溶液经过处理之后可以与营养物质混合后通过沟渠或营养罐回流使用。原位微生物修复的特点是工艺路线和处理过程相对简单,不需要复杂的设备;处理费用相对较低;由于被处理的土壤不需搬运,对周围环境影响和生态风险较小。

原位微生物修复技术由污染现场的详细调查、处理能力研究、切断污染源、修复技术的设计与实施、修复效果的监测与评估等5个基本环节组成。污染现场的详细调查主要是弄清污染地区的污染物类型与污染程度、生物学特性和含水土层的特征。污染特征的评价主要确定该污染土壤是否需要进行生物修复以及采用生物修复进行治理的可行性。

(1)泵处理工艺

泵处理工艺(P/T工艺)主要应用于修复受污染的地下水和土壤。它首先在受污染的区域开钻注入井和抽水井,注入井用来将接种的微生物、水、营养物和电子受体(如H2O2)等注入土壤中;抽水井通过将地下水抽到地面造成地下水在地层中的流动,促进微生物的分布和营养物质的运输,保持氧气供应。通常需要的设备主要是水泵和空压机,在必要的情况下应建有活性污泥法等生物处理装置,将抽取的地下水处理后再回注地下。该工艺是较为简单的处理方法,费用较省;但由于采用的工程强化措施较少,需要较长的处理时间,污染物可能会进一步扩散到土壤深层和地下水中,因此它主要适用于处理污染时间较长、状况已基本稳定的地区,或者受污染面积较大的地区。

(2)生物通气工艺

生物通气工艺是一种强化污染物生物降解的修复技术。一般是在受污染的土壤中至少打两口井,安装鼓风机和真空泵,将新鲜空气强行通入土壤中,然后再抽出。在此空气一进一出的过程中,土壤中的挥发性毒物随之从土壤中去除。为了给土壤中的降解菌提供氮素营养,有时在通入的空气中加入一定量的氨气;或将营养物质与水分批供给,从而达到强化污染物降解的目的。某些地区由于受有机污染物的污染,土壤中的氧气降低、二氧化碳浓度增高,从而抑制了污染物的进一步生物降解。在这种情况下,为了提高土壤中污染物的去除效果,需要抽出土壤中的二氧化碳而补充氧气。生物通风系统就是为改变土壤中气体成分而设计的(图10-3),它有助于通过真空或加压进行土壤曝气,使土壤中的气体成分发生变化。生物通气工艺通常用于处理被地下储油罐泄漏污染的土壤,这些土壤可先进行生物修复,然后再用生物通气工艺处理生物修复后所产生的少量土壤。由于生物通气法在军事基地的成功应用,美国空军将生物通气法列为处理受喷气机燃料污染土壤的一种基本方法。

(3)渗滤工艺与空气扩散工艺

除P/T和生物通气工艺外,原位生物修复技术中还可使用渗滤工艺与空气扩散工艺。渗滤工艺的运行过程是在抽吸的污染地下水中加入营养物及降解菌,散布在污染区域的表面,经渗滤逐渐到达土壤中或与地下水混合而去除污染物。空气扩散工艺是直接将空气通过管道注入土壤和地下水,同时分批加入营养物或降解菌,使污染物降解。

图10-3 土壤修复的生物通气工艺示意图

(二)异位微生物修复

该工艺是将受污染的土壤、沉积物移动到另外的位置,采用生物和工程手段进行处理,使污染物降解,恢复污染土壤原有的功能。主要的工艺类型包括堆肥化处理、挖掘堆置处理和土地耕作等。

(1)堆肥修复工艺

堆肥修复工艺就是利用堆肥技术,将污染土壤与有机废物(木屑、秸秆和树叶等)、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,是一种与土地处理技术相似的生物处理方法。这种方法的最大特点是通过添加土壤改良剂为微生物的生长和石油类物质的降解提供能量。该方法适宜于易挥发、高浓度的石油污染土层的处理与修复。添加的改良剂主要有树枝、树叶、秸秆、稻草、粪肥和木屑等。以下三种堆肥处理方式较为常用:

1)仓储式堆肥也称机械化堆肥。机械化堆肥的目的是通过控制气量、温度、含水率、氧浓度和挥发性固体等参数以减少臭味的产生和堆肥过程的时间周期。其优点是占地少,可以连续操作,能较好地控制运行条件和尾气的产生。缺点是固定投资大,维护管理成本高,工作量大。

2)条垛式堆肥该工艺采用膨胀剂与脱水污泥混合,自然通风,经常进行机械倒垛以保持好氧条件。物料通常堆成相互平行的长排,典型的条宽为4.5 m,高度为1~2m。

3)通气式静态堆肥该工艺为条垛堆肥的改进型,空气靠外部动力强行通入到物料中,因而减少了堆肥周期。条垛式堆肥和通气式静态堆肥统称为非封闭式堆肥。其优点是固定投资小,病原微生物杀灭率在自然升温下增大;缺点是占地面积大。

有机氯农药污染土壤的微生物修复技术及其生物反应器(图10-4)已经成功地用于北京市农药厂的产地污染土壤异位修复。该工艺先采用微生物厌氧处理2周进行脱氯处理,再进行微生物好氧2周进行有机物的降解,然后循环进行厌氧和好氧处理。通过2个月的处理后,降解效率达到80%~99%。该工艺可以进行温度和氧气的实时在线监测与自动调控,加速有机氯农药脱氯和降解,缩短修复过程中污染土壤的停留时间。

图10-4 有机氯农药污染土壤的微生物修复装置(陈同斌提供)

(2)挖掘堆置处理工艺

为防止污染物向地下水或邻近土壤扩散,可利用挖掘堆置处理工艺将受污染的土壤从污染地区挖掘起来,并运输到其他地点堆放,形成上升的斜坡,在此进行生物修复处理。处理后的土壤再运回原地。堆放之前,该地点必须经过各种工程准备,包括布置衬里、设置通气管道等。因此,该法所形成的斜坡又称处理床或预备床。简单的挖掘堆置处理工艺只是露天堆放,复杂的还可以用温室封闭起来并铺设管道。从系统中渗流出来的渗滤液必需收集,重新喷散至处理床或另外处理。此外,也可以根据需要在污染土壤中补充一些树皮或木片之类的添加剂,它一方面可以改善土壤结构、保持湿度和缓冲温度变化,另一方面也能够为一些高效降解菌(如白地霉,Phanorochaetechrysosporium)提供适宜的生长基质。例如,将五氯酚降解菌接种在树皮上或包裹在多聚物材料中,能够提高微生物对五氯酚的降解能力,同时可以增加微生物对污染物毒性的耐受力。对不同类型原油污染土壤进行堆置处理的结果表明,通过投加肥料、调节水分和pH,可使微生物获得较好的生存环境,当稀油、高凝油、特稠油和稠油污染的土壤中石油总量约为26~77 g/kg时,经过近2个月的运行,石油总量的去除率可达38%~57%。这种技术的优点是可以在土壤污染初期限制污染物的扩散和迁移,减少污染范围。但由于需要挖土方和运输,因此其费用显著高于原位修复方法;同时亦使原地点的土壤生态条件遭到严重破坏。

(3)土地耕作工艺

土地耕作工艺是在非透性垫层和砂层上平铺污染土壤,厚度约为10~30 cm,并淋洒营养物和水及降解菌株接种物,定期翻动充氧,以满足微生物生长的需要;处理过程产生的渗液,回淋于土壤,以彻底清除污染物。该工艺可用于处理受五氯酚、杂酚油、石油废水污泥、焦油或农药等污染的土壤。

相关链接:污染土壤的微生物修复(一)

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