第四节异位修复技术发展状况

1、第四节 异位修复技术发展现状l现场处理法l预制床法l生物反应器l厌氧生物处理法一、预制床法 预制床法堆腐工艺已被证明是修复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剂后于预制床上堆成条状或圆柱状，通过人工补充营养、空气，并加以适度搅拌，保证其好氧修复条件而实现有机污染物的降解。o预制床法是异地处理的一种形式，需要很大的工程和一定的容器。污染土壤被移入一个特殊的预制床上。预制床底部用一种密度很大，渗透性很小的材料装添好，如聚乙烯或黏土，然后通过施肥、灌溉、控制PH值等方法保持最佳的降解状态，有时也需要加入一些微生物和表面渗透剂。预制床的设计可以使污染物的迁移量减至最小，因为它具

2、有滤液收集和控制排放系统。o预制床的优点：可以在土壤受污染之初限制污染物的扩散和迁移，减少污染范围。但用在挖土和运输方面的费用显著高于原位修复方法，另外在运输过程中可能会造成进一步的污染物暴露，还会由于挖掘而破坏原地的土壤生态结构。二、堆制式修复o堆制式修复是利用传统的积肥方法，将污染土壤与有机废物（木屑、秸秆、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。堆制式修复最早用于污水污泥的处理，近年来国内外学者将此工艺应用到污染土壤的修复中。（一）堆制过程包括调整降解和低速降解两个连续阶段。o 在第一阶段，微生物活动很强烈，好氧和降解的速率均很高，要非常注意供

3、氧，可以通过强制通风或频繁混合供氧。但也需注意高温和气味的产生。o 第二阶段一般不需要强制通风或混合，通常 可以通过自然对流供氧。第二阶段一般易地进行，以通过某种程度的混合使完全降解的部分再进行降解，但对有毒化合物而言，增加了物料泄漏的可能和操作接触的危险，所以一般尽量不做移动。（二）堆制式修复的类型分为条形堆制、静态堆制和反应器堆制等三种方式。1、条形堆制 污染土壤与疏松机混合后，用机械堆成高12-15m、宽30-35cm的条形堆。这些条形堆通过每天倒翻混合时对流空气的运动，来保持好氧状态。但对高需氧废物，会有厌氧活动发生。在不透水的地面上旋转疏松剂，再将土壤放在上面，然后两层混合。 条形堆

4、很灵活，可以设置大量物料，且建设费用低。2、静态堆制 静态堆制利用强制通气使较大的堆好氧分解。封闭的操作可以控制水分和尘土飞扬。静态堆一般高6米左右。通风系统布置在堆下并连接鼓风机，管在不透水层上可收集地表径流，管上覆盖疏松剂以利于空气分布均匀。混合料放在疏松剂上，混合后用疏松剂或其他材料覆盖以减少尘土。 静态堆制需用单个或多个变速鼓风机通风，通风量不应该用反复开关通气系统抽，因为即使很短时间的停止供氧都会形成明显的厌氧带。由于逸出的气体容易控制和处理，所以负压通气系统更好。3、反应器堆制 从理论上来讲，反应器堆制和其他堆制是一样的，但其操作性不如开放系统灵活。反应器堆制运送物料的最大特点是，

5、使用皮带传送机、螺旋堆进传送机、槽带传送机和链条传送机运送物料，这样就带来了维修问题。 反应器堆制的高速发酵阶段总是在封闭的反应器中进行。第二阶段（熟化阶段）可以在反应器内，也可以在外部堆放。（三）影响堆制式修复的因素1、温度污泥堆制的处理控制是控制堆温，根据每天堆温的不同控制通气量。堆温会影响三方面：第一，达到一定的温度会将病原体杀死；第二，温度超过60会产生明显的气味，注意操作控制气味；第三，超过60会使生物降解速率明显下降。2、水分 一般堆制过程中水分不应超过60%，否则气体转移速率就会明显下降，致使降解速率下降。许多有毒废物降解的最适宜水分为50%左右，烃类推荐用60%。3、原料配比

6、堆制混合物的最佳组分（有机能源和疏松剂）根据可处理性研究确定。即在实验室内根据耗氧速率确定最佳的混合比例。 可处理性研究要确定混合物比例的适合性和处理控制参数。测定目标化合物的降解，堆制式修复系统比固相或液相系统要困难得多，由于污染土壤与污泥混合、与膨胀剂混合，降低了分析检测的灵敏度。膨胀剂既有稀释作用也有吸着作用。4、堆龄 堆龄也会影响到烃类降解速率。处理柴油污染的土壤陈堆（6周）明显优于新堆（2周）。虽然新堆生物量高，但是陈堆中的污染物降解速率要高一倍。原因可能是新堆中的有机质妨碍了柴油的降解，同时，较高的天然有机质也会阻碍杀虫剂的降解。三、生物反应器修复 处理土壤的特殊反应器，通常为卧式

7、，旋转鼓状，气提式，分批或连续培养，可污染现场或者异地处理。 基本原理：利用微生物将土壤中有害有机污染物降解为无害无机物质（CO2和H2O ）降解过程由改变土壤的理化条件来完成，也可接种特殊驯化与构建的工程的微生物提高降解效率。主要特征以水相为处理介质，污染物、微生物、溶解氧和营养物均一分布、传递速度快，处理效果好。可最大限度满足微生物降解所需的最适宜条件，避免复杂、不利的自然环境变化；可以设计不同构造以满足不同目标处理物的需要，提供最大限度的控制；避免有害气体排入环境。主要缺点 工程复杂，要求严格的前、后处理工序，处理费用高。同时还要注意防止污染物由土壤转移到地下水体中。典型工艺历程 生物反

8、应器处理污染土壤是将受污染的土壤挖掘起来，与水混合后，在接种了微生物的反应器内进行处理，其工艺污水生物处理方法。处理后的土壤与水分离后，经脱水处理再运回原地。 反应装置不仅包括各种可拖动的小型反应器，也有类似稳定塘和污水处理厂的大型设施。反应器可以使土壤及其添加物如营养盐、表面活性剂等彻底混合，能很好地控制降解条件，如通气、控制温度、控制湿度及提供微生物生长所需的各种营养物质，因而处理速度快，效果好。（一）泥浆生物反应器 泥浆生物反应器包括池塘、开放式反应器和封闭式反应器。处理步骤包括铲挖污泥土壤、消除直径大于12的石块，制成泥浆。泥浆相含水量为60%95%（质量分数），依生物反应器的性质而定

9、。 反应器可以使设计的容器，也可以是已有的湖塘。除了反应器外，还要有沉淀池和脱水设备。 土壤泥浆反应器是最灵活的一种，它增强了营养物、电子受体和其他添加物的效力，因而能够达到最高的降解率和降解效率。在一个反应器中，将受污染的土壤与25倍的水混合，使其成为泥浆状，同时加入营养物或接种物，在供氧条件下剧烈搅拌，进行处理。由于操作关键是其混合度，所以专门的泥浆搅拌器已经被研制了，为提高疏水性有机污染物在泥浆水相中的浓度还可以添加表面活性剂。优点 相对固相修复系统有以下优点：促进有机污染物的溶解，增加微生物与污染物的接触，加快生物降解速率；有利于表面活性剂的应用；氧化亚铁硫、电子受体和主要基质分布均匀

10、。缺点 由于增加了能耗和物料处置、固液分离，水处理等过程，因此相应的增加了费用。泥浆生物反应器的处理费用要比土地操作、堆制修复等技术高得多，但比焚烧、溶剂萃取和热解吸处理要便宜得多。（二）生物过滤反应器 微生物也常用于修复挥发性化合物，在这类修复技术中，微生物常生长在固态载体上，含污染物的气流则通过该固态载体，由微生物将污染物降解。这种方法被称为生物过滤。 生物过滤反应器的固定化载体一般采用泥炭、土壤、堆肥有机物、锯末、树皮屑、活性炭、粘土颗粒或多孔玻璃，土壤和堆肥有机物是常用的固定相，需要保持一定的湿度以维持微生物活性。挥发性有机物通过固定床时先被吸附，然后被载体上固定膜中的微生物降解。一个

11、简单而有效的生物过滤反应器可以是一个管状的系统，其顶部填有土壤，而气体从其中通过。 生物过滤反应器可以降解许多挥发性有机化合物，如萘、丙酮、丙醛、挥发性硫化合物、甲苯、苯、二氯乙烷以及氯乙烯等，丙烷、正丁烷和异丁烷也都能被土壤层中的微生物降解。同时能去除挥发性氯化合物，可能是由微生物对污染物共代谢完成的。（三）固定化膜与固定化细胞反应器 固定膜生物反应器是一种装有固定填料的反应器，土壤加入反应器后在进水的冲带下截留在填料表面。土壤微生物从反应器内水中获得足够的营养物质、氧和碳源，将土壤中污染物降解，而微生物先在土壤颗粒生长，后在固体填料表面形成生物膜。 该固定膜反应器的微生物停留时间长，不易流

12、失，因为运行管理方便，冲击负荷对其影响小，反应器各种不同种群微生物自然分层固定，保持高活性。 提高生物降解的一个方法是采用微生物膜的反应器，含污染物的溶液通过生物膜时，由于细胞密度的提高，使得降解速度也得到提高。固定化膜的改进方法是采用固定化细胞或高度吸附的细胞，细胞被紧密地粘附在一起或用物理方法嵌入到固态载体中。固定化的载体包括藻（蛋白）酸盐、硅藻土、中空玻璃纤维、聚氨酯泡沫、活性炭和聚丙烯酰胺颗粒等。一般固定化膜或固定化细胞系统可以承担比悬浮系统更高的细胞浓度，固定化载体必须是惰性材料，对微生物的活性物抑制作用。 在固定化系统中可将细菌和真菌共同固定，能稳定降解许多化合物（四）厌氧-好氧反

13、应器 由于氯代化合物本身的毒性极其难降解性，近几年对这类化合物比较重视，研究发现，好氧菌不能降解，而厌氧菌可以对其分子进行还原脱卤。高氯代取代的多氯联苯、四氯化碳、PCE和许多其他氯代产品，其中一些在环境中既普遍存在又残留时间长，但在厌氧菌作用下能够较好代谢，因为低氯取代分子的好样转化比较迅速。 整个系统分两步进行，首先反应器内控制厌氧过程，把土壤中难降解的复杂有机物还原为简单有机物，或减低毒性，降低有机物的复杂程度有利于好氧处理。 由于厌氧方法具有较好的生物降解潜力，因而应该将研究厌氧微生物转向研究其应用于生物修复的实际方法。（五）转鼓式反应器 反应器的主体是一个回转圆筒。由于反应器的回转运

14、动，使得微生物与底物得以充分接触完成代谢过程。该设备可以间歇操作，也可以连续操作。转筒内还可以设计不同的附加设备以利于混合，如加刚性滚珠，提升筛板等，达到最佳处理效果。（六）物理、化学法与反应器法结合的修复 土壤有机污染物的物理化学法与生物反应器法相结合的修复技术已成为国外研究的热点，并取得一定进展。用化学与生物相结合修复污染土壤大致可分为两大类：利用土壤物质中含有粘土，在反应器内注入季铵盐离子表面活性剂使其形成有机粘土矿物，以实现化学与生物反应器的修复；是利用表面活性剂的增溶作用，增大水中疏水性有机污染物的浓度。有机物被分配到表面活性剂胶束相中，易被微生物吸收代谢。 用物理法与反应器法结合修

15、复污染土壤有：通过土壤喷淋，有效的利用机械或化学分散使污染物分离成尽可能小的颗粒，为洗后生物反应器处理创造条件。由于土壤喷淋是一个很成熟的技术，其设备已广泛使用于反应器修复工艺中；土壤预整，使用滚筒筛或杆磨，摩擦刷使土壤颗粒减小，并使土中混凝土颗粒破碎，提高生物可行性。四、现有的土壤修复技术与异位生物修复的比较 生物修复技术是在生物降解的基础上发展起来的一种新兴的清洁技术，它是传统的生物处理方法的发展。与物理、化学修复土壤技术相比，它具有成本低，不破坏植物生长所需的土壤环境，污染物氧化安全，无二次污染，处理效果好，操作简单等特点。生物修复可通过环境因素的最优化而加速自然生物降解速率，是一种高效

16、、经济和生态可承受的清洁技术。（一）换土法 换土法是利用新鲜未受污染的土壤替换或部分替换原污染土壤，以稀释原污染物浓度，增加土壤环境容量。 换土法又可分为翻土、换土和客土三种方法。翻土即深翻土壤；换土就是把污染土壤取走，换入新的干净土壤；客土是向污染土壤内加入大量干净土壤。（二）化学修复 化学修复是利用水力压头推动清洗液通过污染土壤而将污染物从土壤中清洗出去。化学清洗的总体效率除与清除剂与污染物之间的作用外，还与清洗剂本身的物理化学性质及土壤对污染物、化学清洗剂的吸附作用等有关。选择清洗剂应加以综合考虑，选择生物降解性好、不易造成土壤二次污染的清洗剂。 常用于污染土壤清洗的表面活性剂有：非离子

17、表面活性剂、阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、生物表面活性剂以及阴-非离子表面活性剂。其中生物表面活性剂，即由微生物、植物或动物产生的天然表面活性剂，通常比合成的表面活性剂分子结构更为复杂，因而临界胶束浓度CMC较低且易于降解，在污染土壤修复中有良好的应用前景。（三）电修复 土壤电修复是一种在20世纪90年代后在得到重视和发展的新兴土壤修复技术。其基本原理是在被污染土壤两端加上低压直流电场，利用电场的迁移力，主要是电渗和电迁移的作用，将污染物（如重金属或有机污染物）迁移到一端电极室（一般为阴极室），从而得到分离。 与传统的土壤修复技术，如清洗法、蒸发法相比，电修复具有人工少、接触毒害物质少、经济效益高等优点；与生物修复和化学修复相比，电修复更适合于治理渗透系数低的密质土壤。因此该方法在20世纪90年代开始逐渐得到了重视，但在国内尚未见到有关研究报道。（四）热修复 热修复是利用污染物的热挥发性，采用加热的方法将汞或蒸汽压大的有机物从土壤中解析出来的一种方法。该方法运用蒸汽对破碎后的污染土壤进行二段加热。 热修复法工艺简单，可运用现有成熟技术；但该方法能耗过大，操作费用高，且只适用于易挥发的污染物。五、异位生物修复展望 基于环保要求和我国人多