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土壤修复生物修复技术解析

发布时间:2021-02-06 15:56:57   阅读量:4408  
摘要:原位生物修复是在基本不破坏土壤和地下水自然环境的条件下,将受污染的土壤和地下水原位进行修复。原位生物修复又分为原位工程生物修复和原位自然生物修复。原位工程生物修复指采取工程措施,有目的地操作土壤和地下水中的生物过程,加快土壤修复生物修复​。


生物修复是利用微生物降解土壤地下水中污染物,将其最终转化为无机物质的技术。生物修复技术分为地面生物处理和原位生物修复两类。地面生物处理,是将受污染的土壤挖掘出来,在地面建造的处理设施内进行生物处理,主要有地面堆肥和泥浆生物反应器等。原位生物修复是在基本不破坏土壤和地下水自然环境的条件下,将受污染的土壤和地下水原位进行修复。原位生物修复又分为原位工程生物修复和原位自然生物修复。原位工程生物修复指采取工程措施,有目的地操作土壤和地下水中的生物过程,加快土壤修复生物修复。在原位工程生物修复技术中,一种途径是提供微生物生长所需要的营养,改善微生物生长的环境条件,从而大幅度提高野生微生物的数量和活性,提卨其降解污染物的能力,这种途径称为生物强化修复;另一种途径是投加实验室培养的对污染物具有特殊亲和性的微生物,使其能够降解土壤和地下水中的污染物,称为生物接种修复。原位自然生物修复,是利用土壤和地下水原有的微生物,在自然条件下对污染区域进行自然修复。但是,自然生物修复也并不是不采取任何行动措施,同样需要制定详细的计划方案,鉴定现场活性微生物,监测污染物降解速率和污染带的迁移等。


土壤和地下水中的微生物主要分为5种:细菌、放线菌、真菌、藻类和原生动物。其中,细菌是最主要的,其数量比其他相加之和还多,经验分子式多表示为c5h7o2n。土壤中微生物的数量一般在103?107CFU/ml之间;地下水中的微生物数童一般在102到105CFU/ml之间。如果数景低于103CFU/ml,说明生存条件比较差。


细菌又具体分为不同的种类。例如根据对氧的作用,分为好氧、厌氧和兼氧。根据菌落形态又分为芽孢杆菌、球菌和螺旋菌,杆菌占大多数。


生物修复的主体是适应了土壤和地下水环境的野生菌种或者投加的菌种,包括好氧、厌氧、兼氧和自氧微生物。微生物利用污染物质作为基质用于生长繁殖。同时,诸如氮、磷和其他次要营养元素例如硫和微量元素等,一般土壤环境都能够满足这些要求。微生物的生长需要一定生长环境例如适宜的pH和温度。在降解过程中,多数污染物是作为碳和能量来源而被微生物利用的,但是也有相当数fl的污染物的降解并不是与微生物的生长相直接联系的,例如共降解就是一个例子。在共降解过程中,微生物需要以一种通常是比较容易降解的物质作为营养基质,污染物质作为第二基质或者称为共降解基质被微生物降解,但是,污染物的降解并不能支持微生物的生长,相反,还经常对微生物产生毒性抑制作用。当然,污染物经过共降解后产生的中间产物通常被其他共存的微生物利用,有利于整个微生物生态群体的生存。大景研究表明,许多难降解有机物都是通过共降解途径开始生物降解并被逐渐降解为最终产物。


在污染物生物降解过程中,需要电子受体以便不断接受污染物分子降解所产生的活性电子,维持反应的进行。最常见的电子受体是分子氧,其接受电子后还原为水。污染物分子放出电子最终转化成为二氧化碳。当氧气耗尽以后,微生物转入厌氧状态,此时电子受体依次是硝酸根离子、亚硝酸根离子、氧化锰、三价铁离子、硫酸根离子和二氧化碳等。该类电子受体接受电子后依次被还原为氮气、二价锰离子、亚铁离子、硫化氢和甲烷等。主要的微生物降解类型如表4-6所示。


不同类型的电子受体参与生物降解反应需要相应的氧化还原电位条件。好氧反应需要在比较高的氧化还原电位条件下进行,而厌氧反应需要在比较低的氧化还原电位条件下迸行。其中,以分子氧作为电子受体的生物降解反应速度最快。因此,向土壤和地下水供应氧气和氮磷营养,就可以加速生物降解修复过程。在实际的土壤和地下水生物修复过程中,检测各种电子受体的浓度水平和变化趋势,可以判断生物修复过程进行的阶段特点。


在好氧微生物反应过程中,起主要作用的酶是加氧酶,又分为单加氧酶和双加氧酶;在厌氧微生物反应过程中,起主要作用的是还原脱氢酶。这些类型的酶往往控制着细菌细胞的整个反应节奏,故又称为“关键酶”。一般还原状态的有机物比较容易迸行好氧分解,例如石油烃类,而氧化状态比较高的有机物容易进行厌氧反应。



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