1、第四節 異位修復技術發展現狀l現場處理法l預制床法l生物反應器l厭氧生物處理法一、預制床法 預制床法堆腐工藝已被證明是修復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制床上堆成條狀或圓柱狀，通過人工補充營養、空氣，并加以適度攪拌，保證其好氧修復條件而實現有機污染物的降解。o預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特殊的預制床上。預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，有時也需要加入一些微生物和表面滲透劑。預制床的設計可以使污染物的遷移量減至最小，因為它具

2、有濾液收集和控制排放系統。o預制床的優點：可以在土壤受污染之初限制污染物的擴散和遷移，減少污染范圍。但用在挖土和運輸方面的費用顯著高于原位修復方法，另外在運輸過程中可能會造成進一步的污染物暴露，還會由于挖掘而破壞原地的土壤生態結構。二、堆制式修復o堆制式修復是利用傳統的積肥方法，將污染土壤與有機廢物（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污染物。堆制式修復最早用于污水污泥的處理，近年來國內外學者將此工藝應用到污染土壤的修復中。（一）堆制過程包括調整降解和低速降解兩個連續階段。o 在第一階段，微生物活動很強烈，好氧和降解的速率均很高，要非常注意供

3、氧，可以通過強制通風或頻繁混合供氧。但也需注意高溫和氣味的產生。o 第二階段一般不需要強制通風或混合，通常 可以通過自然對流供氧。第二階段一般易地進行，以通過某種程度的混合使完全降解的部分再進行降解，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，所以一般盡量不做移動。（二）堆制式修復的類型分為條形堆制、靜態堆制和反應器堆制等三種方式。1、條形堆制 污染土壤與疏松機混合后，用機械堆成高12-15m、寬30-35cm的條形堆。這些條形堆通過每天倒翻混合時對流空氣的運動，來保持好氧狀態。但對高需氧廢物，會有厭氧活動發生。在不透水的地面上旋轉疏松劑，再將土壤放在上面，然后兩層混合。 條形堆

4、很靈活，可以設置大量物料，且建設費用低。2、靜態堆制 靜態堆制利用強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。靜態堆一般高6米左右。通風系統布置在堆下并連接鼓風機，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。混合料放在疏松劑上，混合后用疏松劑或其他材料覆蓋以減少塵土。 靜態堆制需用單個或多個變速鼓風機通風，通風量不應該用反復開關通氣系統抽，因為即使很短時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，所以負壓通氣系統更好。3、反應器堆制 從理論上來講，反應器堆制和其他堆制是一樣的，但其操作性不如開放系統靈活。反應器堆制運送物料的最大特點是，

5、使用皮帶傳送機、螺旋堆進傳送機、槽帶傳送機和鏈條傳送機運送物料，這樣就帶來了維修問題。 反應器堆制的高速發酵階段總是在封閉的反應器中進行。第二階段（熟化階段）可以在反應器內，也可以在外部堆放。（三）影響堆制式修復的因素1、溫度污泥堆制的處理控制是控制堆溫，根據每天堆溫的不同控制通氣量。堆溫會影響三方面：第一，達到一定的溫度會將病原體殺死；第二，溫度超過60會產生明顯的氣味，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超過60%，否則氣體轉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（有機能源和疏松劑）根據可處理性研究確定。即在實驗室內根據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。測定目標化合物的降解，堆制式修復系統比固相或液相系統要困難得多，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質妨礙了柴油的降解，同時，較高的天然有機質也會阻礙殺蟲劑的降解。三、生物反應器修復 處理土壤的特殊反應器，通常為臥式

7、，旋轉鼓狀，氣提式，分批或連續培養，可污染現場或者異地處理。 基本原理：利用微生物將土壤中有害有機污染物降解為無害無機物質（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，污染物、微生物、溶解氧和營養物均一分布、傳遞速度快，處理效果好。可最大限度滿足微生物降解所需的最適宜條件，避免復雜、不利的自然環境變化；可以設計不同構造以滿足不同目標處理物的需要，提供最大限度的控制；避免有害氣體排入環境。主要缺點 工程復雜，要求嚴格的前、后處理工序，處理費用高。同時還要注意防止污染物由土壤轉移到地下水體中。典型工藝歷程 生物反

8、應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器內進行處理，其工藝污水生物處理方法。處理后的土壤與水分離后，經脫水處理再運回原地。 反應裝置不僅包括各種可拖動的小型反應器，也有類似穩定塘和污水處理廠的大型設施。反應器可以使土壤及其添加物如營養鹽、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物質，因而處理速度快，效果好。（一）泥漿生物反應器 泥漿生物反應器包括池塘、開放式反應器和封閉式反應器。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%（質量分數），依生物反應器的性質而定

9、。 反應器可以使設計的容器，也可以是已有的湖塘。除了反應器外，還要有沉淀池和脫水設備。 土壤泥漿反應器是最靈活的一種，它增強了營養物、電子受體和其他添加物的效力，因而能夠達到最高的降解率和降解效率。在一個反應器中，將受污染的土壤與25倍的水混合，使其成為泥漿狀，同時加入營養物或接種物，在供氧條件下劇烈攪拌，進行處理。由于操作關鍵是其混合度，所以專門的泥漿攪拌器已經被研制了，為提高疏水性有機污染物在泥漿水相中的濃度還可以添加表面活性劑。優點 相對固相修復系統有以下優點：促進有機污染物的溶解，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用；氧化亞鐵硫、電子受體和主要基質分布均勻

10、。缺點 由于增加了能耗和物料處置、固液分離，水處理等過程，因此相應的增加了費用。泥漿生物反應器的處理費用要比土地操作、堆制修復等技術高得多，但比焚燒、溶劑萃取和熱解吸處理要便宜得多。（二）生物過濾反應器 微生物也常用于修復揮發性化合物，在這類修復技術中，微生物常生長在固態載體上，含污染物的氣流則通過該固態載體，由微生物將污染物降解。這種方法被稱為生物過濾。 生物過濾反應器的固定化載體一般采用泥炭、土壤、堆肥有機物、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。揮發性有機物通過固定床時先被吸附，然后被載體上固定膜中的微生物降解。一個

11、簡單而有效的生物過濾反應器可以是一個管狀的系統，其頂部填有土壤，而氣體從其中通過。 生物過濾反應器可以降解許多揮發性有機化合物，如萘、丙酮、丙醛、揮發性硫化合物、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。同時能去除揮發性氯化合物，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胞反應器 固定膜生物反應器是一種裝有固定填料的反應器，土壤加入反應器后在進水的沖帶下截留在填料表面。土壤微生物從反應器內水中獲得足夠的營養物質、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。 該固定膜反應器的微生物停留時間長，不易流

12、失，因為運行管理方便，沖擊負荷對其影響小，反應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方法是采用微生物膜的反應器，含污染物的溶液通過生物膜時，由于細胞密度的提高，使得降解速度也得到提高。固定化膜的改進方法是采用固定化細胞或高度吸附的細胞，細胞被緊密地粘附在一起或用物理方法嵌入到固態載體中。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胞系統可以承擔比懸浮系統更高的細胞濃度，固定化載體必須是惰性材料，對微生物的活性物抑制作用。 在固定化系統中可將細菌和真菌共同固定，能穩定降解許多化合物（四）厭氧-好氧反

13、應器 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，研究發現，好氧菌不能降解，而厭氧菌可以對其分子進行還原脫鹵。高氯代取代的多氯聯苯、四氯化碳、PCE和許多其他氯代產品，其中一些在環境中既普遍存在又殘留時間長，但在厭氧菌作用下能夠較好代謝，因為低氯取代分子的好樣轉化比較迅速。 整個系統分兩步進行，首先反應器內控制厭氧過程，把土壤中難降解的復雜有機物還原為簡單有機物，或減低毒性，降低有機物的復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，因而應該將研究厭氧微生物轉向研究其應用于生物修復的實際方法。（五）轉鼓式反應器 反應器的主體是一個回轉圓筒。由于反應器的回轉運

14、動，使得微生物與底物得以充分接觸完成代謝過程。該設備可以間歇操作，也可以連續操作。轉筒內還可以設計不同的附加設備以利于混合，如加剛性滾珠，提升篩板等，達到最佳處理效果。（六）物理、化學法與反應器法結合的修復 土壤有機污染物的物理化學法與生物反應器法相結合的修復技術已成為國外研究的熱點，并取得一定進展。用化學與生物相結合修復污染土壤大致可分為兩大類：利用土壤物質中含有粘土，在反應器內注入季銨鹽離子表面活性劑使其形成有機粘土礦物，以實現化學與生物反應器的修復；是利用表面活性劑的增溶作用，增大水中疏水性有機污染物的濃度。有機物被分配到表面活性劑膠束相中，易被微生物吸收代謝。 用物理法與反應器法結合修

15、復污染土壤有：通過土壤噴淋，有效的利用機械或化學分散使污染物分離成盡可能小的顆粒，為洗后生物反應器處理創造條件。由于土壤噴淋是一個很成熟的技術，其設備已廣泛使用于反應器修復工藝中；土壤預整，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、現有的土壤修復技術與異位生物修復的比較 生物修復技術是在生物降解的基礎上發展起來的一種新興的清潔技術，它是傳統的生物處理方法的發展。與物理、化學修復土壤技術相比，它具有成本低，不破壞植物生長所需的土壤環境，污染物氧化安全，無二次污染，處理效果好，操作簡單等特點。生物修復可通過環境因素的最優化而加速自然生物降解速率，是一種高效

16、、經濟和生態可承受的清潔技術。（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加入大量干凈土壤。（二）化學修復 化學修復是利用水力壓頭推動清洗液通過污染土壤而將污染物從土壤中清洗出去。化學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性質及土壤對污染物、化學清洗劑的吸附作用等有關。選擇清洗劑應加以綜合考慮，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、植物或動物產生的天然表面活性劑，通常比合成的表面活性劑分子結構更為復雜，因而臨界膠束濃度CMC較低且易于降解，在污染土壤修復中有良好的應用前景。（三）電修復 土壤電修復是一種在20世紀90年代后在得到重視和發展的新興土壤修復技術。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。 與傳統的土壤修復技術，如清洗法、蒸發法相比，電修復具有人工少、接觸毒害物質少、經濟效益高等優點；與生物修復和化學修復相比，電修復更適合于治理滲透系數低的密質土壤。因此該方法在20世紀90年代開始逐漸得到了重視，但在國內尚未見到有關研究報道。（四）熱修復 熱修復是利用污染物的熱揮發性，采用加熱的方法將汞或蒸汽壓大的有機物從土壤中解析出來的一種方法。該方法運用蒸汽對破碎后的污染土壤進行二段加熱。 熱修復法工藝簡單，可運用現有成熟技術；但該方法能耗過大，操作費用高，且只適用于易揮發的污染物。五、異位生物修復展望 基于環保要求和我國人多