第四節(jié)異位修復(fù)技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

1、第四節(jié) 異位修復(fù)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀l現(xiàn)場處理法l預(yù)制床法l生物反應(yīng)器l厭氧生物處理法一、預(yù)制床法 預(yù)制床法堆腐工藝已被證明是修復(fù)石油污染土壤最有效的方法之一。 原理：在被污染土壤中加入膨松劑后于預(yù)制床上堆成條狀或圓柱狀，通過人工補(bǔ)充營養(yǎng)、空氣，并加以適度攪拌，保證其好氧修復(fù)條件而實(shí)現(xiàn)有機(jī)污染物的降解。o預(yù)制床法是異地處理的一種形式，需要很大的工程和一定的容器。污染土壤被移入一個(gè)特殊的預(yù)制床上。預(yù)制床底部用一種密度很大，滲透性很小的材料裝添好，如聚乙烯或黏土，然后通過施肥、灌溉、控制PH值等方法保持最佳的降解狀態(tài)，有時(shí)也需要加入一些微生物和表面滲透劑。預(yù)制床的設(shè)計(jì)可以使污染物的遷移量減至最小，因?yàn)樗?/p>

2、有濾液收集和控制排放系統(tǒng)。o預(yù)制床的優(yōu)點(diǎn)：可以在土壤受污染之初限制污染物的擴(kuò)散和遷移，減少污染范圍。但用在挖土和運(yùn)輸方面的費(fèi)用顯著高于原位修復(fù)方法，另外在運(yùn)輸過程中可能會造成進(jìn)一步的污染物暴露，還會由于挖掘而破壞原地的土壤生態(tài)結(jié)構(gòu)。二、堆制式修復(fù)o堆制式修復(fù)是利用傳統(tǒng)的積肥方法，將污染土壤與有機(jī)廢物（木屑、秸稈、樹葉等）、糞便等混合起來，依靠堆肥過程中微生物的作用來降解土壤中難降解的有機(jī)污染物。堆制式修復(fù)最早用于污水污泥的處理，近年來國內(nèi)外學(xué)者將此工藝應(yīng)用到污染土壤的修復(fù)中。（一）堆制過程包括調(diào)整降解和低速降解兩個(gè)連續(xù)階段。o 在第一階段，微生物活動(dòng)很強(qiáng)烈，好氧和降解的速率均很高，要非常注意供

3、氧，可以通過強(qiáng)制通風(fēng)或頻繁混合供氧。但也需注意高溫和氣味的產(chǎn)生。o 第二階段一般不需要強(qiáng)制通風(fēng)或混合，通常 可以通過自然對流供氧。第二階段一般易地進(jìn)行，以通過某種程度的混合使完全降解的部分再進(jìn)行降解，但對有毒化合物而言，增加了物料泄漏的可能和操作接觸的危險(xiǎn)，所以一般盡量不做移動(dòng)。（二）堆制式修復(fù)的類型分為條形堆制、靜態(tài)堆制和反應(yīng)器堆制等三種方式。1、條形堆制 污染土壤與疏松機(jī)混合后，用機(jī)械堆成高12-15m、寬30-35cm的條形堆。這些條形堆通過每天倒翻混合時(shí)對流空氣的運(yùn)動(dòng)，來保持好氧狀態(tài)。但對高需氧廢物，會有厭氧活動(dòng)發(fā)生。在不透水的地面上旋轉(zhuǎn)疏松劑，再將土壤放在上面，然后兩層混合。 條形堆

4、很靈活，可以設(shè)置大量物料，且建設(shè)費(fèi)用低。2、靜態(tài)堆制 靜態(tài)堆制利用強(qiáng)制通氣使較大的堆好氧分解。封閉的操作可以控制水分和塵土飛揚(yáng)。靜態(tài)堆一般高6米左右。通風(fēng)系統(tǒng)布置在堆下并連接鼓風(fēng)機(jī)，管在不透水層上可收集地表徑流，管上覆蓋疏松劑以利于空氣分布均勻?；旌狭戏旁谑杷蓜┥?，混合后用疏松劑或其他材料覆蓋以減少塵土。 靜態(tài)堆制需用單個(gè)或多個(gè)變速鼓風(fēng)機(jī)通風(fēng)，通風(fēng)量不應(yīng)該用反復(fù)開關(guān)通氣系統(tǒng)抽，因?yàn)榧词购芏虝r(shí)間的停止供氧都會形成明顯的厭氧帶。由于逸出的氣體容易控制和處理，所以負(fù)壓通氣系統(tǒng)更好。3、反應(yīng)器堆制 從理論上來講，反應(yīng)器堆制和其他堆制是一樣的，但其操作性不如開放系統(tǒng)靈活。反應(yīng)器堆制運(yùn)送物料的最大特點(diǎn)是，

5、使用皮帶傳送機(jī)、螺旋堆進(jìn)傳送機(jī)、槽帶傳送機(jī)和鏈條傳送機(jī)運(yùn)送物料，這樣就帶來了維修問題。 反應(yīng)器堆制的高速發(fā)酵階段總是在封閉的反應(yīng)器中進(jìn)行。第二階段（熟化階段）可以在反應(yīng)器內(nèi)，也可以在外部堆放。（三）影響堆制式修復(fù)的因素1、溫度污泥堆制的處理控制是控制堆溫，根據(jù)每天堆溫的不同控制通氣量。堆溫會影響三方面：第一，達(dá)到一定的溫度會將病原體殺死；第二，溫度超過60會產(chǎn)生明顯的氣味，注意操作控制氣味；第三，超過60會使生物降解速率明顯下降。2、水分 一般堆制過程中水分不應(yīng)超過60%，否則氣體轉(zhuǎn)移速率就會明顯下降，致使降解速率下降。許多有毒廢物降解的最適宜水分為50%左右，烴類推薦用60%。3、原料配比

6、堆制混合物的最佳組分（有機(jī)能源和疏松劑）根據(jù)可處理性研究確定。即在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)根據(jù)耗氧速率確定最佳的混合比例。 可處理性研究要確定混合物比例的適合性和處理控制參數(shù)。測定目標(biāo)化合物的降解，堆制式修復(fù)系統(tǒng)比固相或液相系統(tǒng)要困難得多，由于污染土壤與污泥混合、與膨脹劑混合，降低了分析檢測的靈敏度。膨脹劑既有稀釋作用也有吸著作用。4、堆齡 堆齡也會影響到烴類降解速率。處理柴油污染的土壤陳堆（6周）明顯優(yōu)于新堆（2周）。雖然新堆生物量高，但是陳堆中的污染物降解速率要高一倍。原因可能是新堆中的有機(jī)質(zhì)妨礙了柴油的降解，同時(shí)，較高的天然有機(jī)質(zhì)也會阻礙殺蟲劑的降解。三、生物反應(yīng)器修復(fù) 處理土壤的特殊反應(yīng)器，通常為臥式

7、，旋轉(zhuǎn)鼓狀，氣提式，分批或連續(xù)培養(yǎng)，可污染現(xiàn)場或者異地處理。 基本原理：利用微生物將土壤中有害有機(jī)污染物降解為無害無機(jī)物質(zhì)（CO2和H2O ）降解過程由改變土壤的理化條件來完成，也可接種特殊馴化與構(gòu)建的工程的微生物提高降解效率。主要特征以水相為處理介質(zhì)，污染物、微生物、溶解氧和營養(yǎng)物均一分布、傳遞速度快，處理效果好?？勺畲笙薅葷M足微生物降解所需的最適宜條件，避免復(fù)雜、不利的自然環(huán)境變化；可以設(shè)計(jì)不同構(gòu)造以滿足不同目標(biāo)處理物的需要，提供最大限度的控制；避免有害氣體排入環(huán)境。主要缺點(diǎn) 工程復(fù)雜，要求嚴(yán)格的前、后處理工序，處理費(fèi)用高。同時(shí)還要注意防止污染物由土壤轉(zhuǎn)移到地下水體中。典型工藝歷程 生物反

8、應(yīng)器處理污染土壤是將受污染的土壤挖掘起來，與水混合后，在接種了微生物的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行處理，其工藝污水生物處理方法。處理后的土壤與水分離后，經(jīng)脫水處理再運(yùn)回原地。 反應(yīng)裝置不僅包括各種可拖動(dòng)的小型反應(yīng)器，也有類似穩(wěn)定塘和污水處理廠的大型設(shè)施。反應(yīng)器可以使土壤及其添加物如營養(yǎng)鹽、表面活性劑等徹底混合，能很好地控制降解條件，如通氣、控制溫度、控制濕度及提供微生物生長所需的各種營養(yǎng)物質(zhì)，因而處理速度快，效果好。（一）泥漿生物反應(yīng)器 泥漿生物反應(yīng)器包括池塘、開放式反應(yīng)器和封閉式反應(yīng)器。處理步驟包括鏟挖污泥土壤、消除直徑大于12的石塊，制成泥漿。泥漿相含水量為60%95%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），依生物反應(yīng)器的性質(zhì)而定

9、。 反應(yīng)器可以使設(shè)計(jì)的容器，也可以是已有的湖塘。除了反應(yīng)器外，還要有沉淀池和脫水設(shè)備。 土壤泥漿反應(yīng)器是最靈活的一種，它增強(qiáng)了營養(yǎng)物、電子受體和其他添加物的效力，因而能夠達(dá)到最高的降解率和降解效率。在一個(gè)反應(yīng)器中，將受污染的土壤與25倍的水混合，使其成為泥漿狀，同時(shí)加入營養(yǎng)物或接種物，在供氧條件下劇烈攪拌，進(jìn)行處理。由于操作關(guān)鍵是其混合度，所以專門的泥漿攪拌器已經(jīng)被研制了，為提高疏水性有機(jī)污染物在泥漿水相中的濃度還可以添加表面活性劑。優(yōu)點(diǎn) 相對固相修復(fù)系統(tǒng)有以下優(yōu)點(diǎn)：促進(jìn)有機(jī)污染物的溶解，增加微生物與污染物的接觸，加快生物降解速率；有利于表面活性劑的應(yīng)用；氧化亞鐵硫、電子受體和主要基質(zhì)分布均勻

10、。缺點(diǎn) 由于增加了能耗和物料處置、固液分離，水處理等過程，因此相應(yīng)的增加了費(fèi)用。泥漿生物反應(yīng)器的處理費(fèi)用要比土地操作、堆制修復(fù)等技術(shù)高得多，但比焚燒、溶劑萃取和熱解吸處理要便宜得多。（二）生物過濾反應(yīng)器 微生物也常用于修復(fù)揮發(fā)性化合物，在這類修復(fù)技術(shù)中，微生物常生長在固態(tài)載體上，含污染物的氣流則通過該固態(tài)載體，由微生物將污染物降解。這種方法被稱為生物過濾。 生物過濾反應(yīng)器的固定化載體一般采用泥炭、土壤、堆肥有機(jī)物、鋸末、樹皮屑、活性炭、粘土顆粒或多孔玻璃，土壤和堆肥有機(jī)物是常用的固定相，需要保持一定的濕度以維持微生物活性。揮發(fā)性有機(jī)物通過固定床時(shí)先被吸附，然后被載體上固定膜中的微生物降解。一個(gè)

11、簡單而有效的生物過濾反應(yīng)器可以是一個(gè)管狀的系統(tǒng)，其頂部填有土壤，而氣體從其中通過。 生物過濾反應(yīng)器可以降解許多揮發(fā)性有機(jī)化合物，如萘、丙酮、丙醛、揮發(fā)性硫化合物、甲苯、苯、二氯乙烷以及氯乙烯等，丙烷、正丁烷和異丁烷也都能被土壤層中的微生物降解。同時(shí)能去除揮發(fā)性氯化合物，可能是由微生物對污染物共代謝完成的。（三）固定化膜與固定化細(xì)胞反應(yīng)器 固定膜生物反應(yīng)器是一種裝有固定填料的反應(yīng)器，土壤加入反應(yīng)器后在進(jìn)水的沖帶下截留在填料表面。土壤微生物從反應(yīng)器內(nèi)水中獲得足夠的營養(yǎng)物質(zhì)、氧和碳源，將土壤中污染物降解，而微生物先在土壤顆粒生長，后在固體填料表面形成生物膜。 該固定膜反應(yīng)器的微生物停留時(shí)間長，不易流

12、失，因?yàn)檫\(yùn)行管理方便，沖擊負(fù)荷對其影響小，反應(yīng)器各種不同種群微生物自然分層固定，保持高活性。 提高生物降解的一個(gè)方法是采用微生物膜的反應(yīng)器，含污染物的溶液通過生物膜時(shí)，由于細(xì)胞密度的提高，使得降解速度也得到提高。固定化膜的改進(jìn)方法是采用固定化細(xì)胞或高度吸附的細(xì)胞，細(xì)胞被緊密地粘附在一起或用物理方法嵌入到固態(tài)載體中。固定化的載體包括藻（蛋白）酸鹽、硅藻土、中空玻璃纖維、聚氨酯泡沫、活性炭和聚丙烯酰胺顆粒等。一般固定化膜或固定化細(xì)胞系統(tǒng)可以承擔(dān)比懸浮系統(tǒng)更高的細(xì)胞濃度，固定化載體必須是惰性材料，對微生物的活性物抑制作用。 在固定化系統(tǒng)中可將細(xì)菌和真菌共同固定，能穩(wěn)定降解許多化合物（四）厭氧-好氧反

13、應(yīng)器 由于氯代化合物本身的毒性極其難降解性，近幾年對這類化合物比較重視，研究發(fā)現(xiàn)，好氧菌不能降解，而厭氧菌可以對其分子進(jìn)行還原脫鹵。高氯代取代的多氯聯(lián)苯、四氯化碳、PCE和許多其他氯代產(chǎn)品，其中一些在環(huán)境中既普遍存在又殘留時(shí)間長，但在厭氧菌作用下能夠較好代謝，因?yàn)榈吐热〈肿拥暮脴愚D(zhuǎn)化比較迅速。 整個(gè)系統(tǒng)分兩步進(jìn)行，首先反應(yīng)器內(nèi)控制厭氧過程，把土壤中難降解的復(fù)雜有機(jī)物還原為簡單有機(jī)物，或減低毒性，降低有機(jī)物的復(fù)雜程度有利于好氧處理。 由于厭氧方法具有較好的生物降解潛力，因而應(yīng)該將研究厭氧微生物轉(zhuǎn)向研究其應(yīng)用于生物修復(fù)的實(shí)際方法。（五）轉(zhuǎn)鼓式反應(yīng)器 反應(yīng)器的主體是一個(gè)回轉(zhuǎn)圓筒。由于反應(yīng)器的回轉(zhuǎn)運(yùn)

14、動(dòng)，使得微生物與底物得以充分接觸完成代謝過程。該設(shè)備可以間歇操作，也可以連續(xù)操作。轉(zhuǎn)筒內(nèi)還可以設(shè)計(jì)不同的附加設(shè)備以利于混合，如加剛性滾珠，提升篩板等，達(dá)到最佳處理效果。（六）物理、化學(xué)法與反應(yīng)器法結(jié)合的修復(fù) 土壤有機(jī)污染物的物理化學(xué)法與生物反應(yīng)器法相結(jié)合的修復(fù)技術(shù)已成為國外研究的熱點(diǎn)，并取得一定進(jìn)展。用化學(xué)與生物相結(jié)合修復(fù)污染土壤大致可分為兩大類：利用土壤物質(zhì)中含有粘土，在反應(yīng)器內(nèi)注入季銨鹽離子表面活性劑使其形成有機(jī)粘土礦物，以實(shí)現(xiàn)化學(xué)與生物反應(yīng)器的修復(fù)；是利用表面活性劑的增溶作用，增大水中疏水性有機(jī)污染物的濃度。有機(jī)物被分配到表面活性劑膠束相中，易被微生物吸收代謝。 用物理法與反應(yīng)器法結(jié)合修

15、復(fù)污染土壤有：通過土壤噴淋，有效的利用機(jī)械或化學(xué)分散使污染物分離成盡可能小的顆粒，為洗后生物反應(yīng)器處理創(chuàng)造條件。由于土壤噴淋是一個(gè)很成熟的技術(shù)，其設(shè)備已廣泛使用于反應(yīng)器修復(fù)工藝中；土壤預(yù)整，使用滾筒篩或桿磨，摩擦刷使土壤顆粒減小，并使土中混凝土顆粒破碎，提高生物可行性。四、現(xiàn)有的土壤修復(fù)技術(shù)與異位生物修復(fù)的比較 生物修復(fù)技術(shù)是在生物降解的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新興的清潔技術(shù)，它是傳統(tǒng)的生物處理方法的發(fā)展。與物理、化學(xué)修復(fù)土壤技術(shù)相比，它具有成本低，不破壞植物生長所需的土壤環(huán)境，污染物氧化安全，無二次污染，處理效果好，操作簡單等特點(diǎn)。生物修復(fù)可通過環(huán)境因素的最優(yōu)化而加速自然生物降解速率，是一種高效

16、、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)可承受的清潔技術(shù)。（一）換土法 換土法是利用新鮮未受污染的土壤替換或部分替換原污染土壤，以稀釋原污染物濃度，增加土壤環(huán)境容量。 換土法又可分為翻土、換土和客土三種方法。翻土即深翻土壤；換土就是把污染土壤取走，換入新的干凈土壤；客土是向污染土壤內(nèi)加入大量干凈土壤。（二）化學(xué)修復(fù) 化學(xué)修復(fù)是利用水力壓頭推動(dòng)清洗液通過污染土壤而將污染物從土壤中清洗出去?；瘜W(xué)清洗的總體效率除與清除劑與污染物之間的作用外，還與清洗劑本身的物理化學(xué)性質(zhì)及土壤對污染物、化學(xué)清洗劑的吸附作用等有關(guān)。選擇清洗劑應(yīng)加以綜合考慮，選擇生物降解性好、不易造成土壤二次污染的清洗劑。 常用于污染土壤清洗的表面活性劑有：非離子

17、表面活性劑、陰離子表面活性劑、陽離子表面活性劑、生物表面活性劑以及陰-非離子表面活性劑。其中生物表面活性劑，即由微生物、植物或動(dòng)物產(chǎn)生的天然表面活性劑，通常比合成的表面活性劑分子結(jié)構(gòu)更為復(fù)雜，因而臨界膠束濃度CMC較低且易于降解，在污染土壤修復(fù)中有良好的應(yīng)用前景。（三）電修復(fù) 土壤電修復(fù)是一種在20世紀(jì)90年代后在得到重視和發(fā)展的新興土壤修復(fù)技術(shù)。其基本原理是在被污染土壤兩端加上低壓直流電場，利用電場的遷移力，主要是電滲和電遷移的作用，將污染物（如重金屬或有機(jī)污染物）遷移到一端電極室（一般為陰極室），從而得到分離。 與傳統(tǒng)的土壤修復(fù)技術(shù)，如清洗法、蒸發(fā)法相比，電修復(fù)具有人工少、接觸毒害物質(zhì)少、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)；與生物修復(fù)和化學(xué)修復(fù)相比，電修復(fù)更適合于治理滲透系數(shù)低的密質(zhì)土壤。因此該方法在20世紀(jì)90年代開始逐漸得到了重視，但在國內(nèi)尚未見到有關(guān)研究報(bào)道。（四）熱修復(fù) 熱修復(fù)是利用污染物的熱揮發(fā)性，采用加熱的方法將汞或蒸汽壓大的有機(jī)物從土壤中解析出來的一種方法。該方法運(yùn)用蒸汽對破碎后的污染土壤進(jìn)行二段加熱。 熱修復(fù)法工藝簡單，可運(yùn)用現(xiàn)有成熟技術(shù)；但該方法能耗過大，操作費(fèi)用高，且只適用于易揮發(fā)的污染物。五、異位生物修復(fù)展望 基于環(huán)保要求和我國人多