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生物通风又称土壤曝气,是基于改变生物降解环境条件(如通气状况等)而设计的,是一种强迫氧化的生物降解方法。其操作原理是在污染的土壤上打至少2口井,安装鼓风机和抽空机,将空气强制注入土壤中,然后抽出土壤中的挥发性有机毒物。在通入空气时,可以加入一定量的氧气和营养液,改善土壤中降解菌的营养条件,提高土壤微生物的降解活性,从而达到污染物降解的目的。
生物强化是基于改变生物降解中微生物的活性和强度而设计的,可分为土著菌培养法和投菌法。
土地耕作法也称农耕法,是以就地污染土壤作为接种物的好氧生物过程。其简要操作规程是首先对污染土壤进行耕耙,同时施入肥料等养分,进行灌溉,加入石灰,从而尽可能地为微生物降解提供一个良好的环境,以便土壤中发生污染物的降解过程。
化学活性栅修复法是依靠掺入污染土壤的化学修复剂与污染物发生氧化、还原、沉淀、聚合等化学反应,从而使污染物得以降解或转化为低毒性或移动性较低的化学形态的方法。
(2)污染土壤的异位微生物修复技术
异位微生物修复是把污染土壤挖出,进行集中生物降解的方法。主要包括预制床法、堆制法及泥浆生物反应器法。
预制床修复是农耕法的延续,它可以使污染物的迁移量减至最低。
堆制法是利用传统的堆肥方法,将污染土壤与有机废弃生物质(如木屑、秸秆、树叶等土)、粪便等混合起来,使用机械或压气系统充氧,同时加入石灰以调节pH值,经过一段时间依靠堆肥过程中微生物作用来降解土壤中有机污染物。
泥浆生物反应器法是将污染土壤转移至生物反应器,加水混合成泥浆,调节适宜的pH,同时加入一定量的营养物质和表面活性剂,底部鼓人空气充氧,满足微生物所需氧气的同时,使微生物与污染物充分接触,加速污染物的降解,降解完成后,过滤脱水。这种方法处理效果好,速度快,但仅仅适宜于小范围的污染治理。
因此,我们在选择污染土壤微生物修复技术时,应充分考虑上述各种修复方法的优缺点,结合污染物的类型、污染场地、污染状况等因素,充分发挥每种微生物修复方法的长处,加以灵活运用。
土壤微生物修复技术的未来发展方向
从目前来看,微生物修复是最具发展和应用前景的生物修复技术,人们在微生物材料、降解途径以及修复技术研发等方面取得了一定的研究进展,并展示了一些成功的修复案例。但是随着微生物修复范畴及内涵的不断拓展,特别针对复杂的污染土壤生态系统,每种微生物修复技术不仅要克服自身原有的不足,而且还需进一步认识和解决在修复过程中出现的新现象和新问题,如新型污染物类型的发现、新微生物资源的评价、污染物的土壤修复过程与风险、修复技术的联合化及高效应用等方面。因此,污染土壤的微生物修复仍面临着极大的挑战,任务十分艰巨。今后需在以下几个方面展开深入研究:
(1)微生物资源及其生物降解途径
土壤微生物资源十分丰富,我们在挖掘现有高效微生物资源的基础上,仍继续筛选和驯化新的降解菌株;重点研究典型有机污染物的微生物降解途径、机理与生物降解代谢流;进一步解析典型污染物降解基因的结构、功能与调控机制,阐明降解过程的分子生物学机理;应用系统生物学方法,开展典型污染物微生物降解的基因组研究,以揭示其微生物遗传多样性与功能基因;在全面掌握污染物降解菌生理生化、遗传学特性基础上,重组构建污染物降解关键酶和功能优化的基因工程菌等。
(2)微生物联合修复技术的研发
由于土壤复合污染的普遍性、复杂性和特殊性,复合污染土壤的修复不可能单独依靠一种修复措施就能彻底解决问题,往往需要多途径、多方式的修复手段;另一方面,即使是单一污染土壤,我们也可以采用多途径、多方式强化微生物修复效果,以达彻底修复之目的。目前,基于微生物的复合修复思路主要有:微生物—土壤物理改良、微生物—化学活化、微生物—动物、微生物—植物、甚至于采用微生物—植物—动物等多生命体的系统组合,其中微生物(特别是根瘤菌和菌根真菌)—植物的联合修复近年来深受人们关注,在重金属和有机污染土壤的修复中显示出很好的应用前景。
(3)微生物修复技术的工程化应用
一般说来,实验室的微生物修复研究,因修复条件较为理想化,被干扰因素极少,其修复可能很好。如一旦将室内的微生物修复技术放大到现场条件下,干扰因素复杂,一系列的新问题可能会出现,甚至可能会遭致完全否定等现象。因此,微生物修复技术的工程化应用是一项复杂的系统工程,必须融合环境工程、水利学、环境化学及土壤学等多学科知识,创造现场的修复条件,如土地翻耕、农艺措施、添加物质、高效微生物、植物修复,季节更替等,构建出一套因地因时的污染土壤田间修复工程技术。
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