原位生態(tài)修復技術范文

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篇1

關鍵詞：底泥；原位修復技術；進展

1引言

當前，國民經(jīng)濟飛速發(fā)展，城市規(guī)模不斷擴大，城鎮(zhèn)人口急劇增加，但大多數(shù)地區(qū)的環(huán)境基礎設施建設卻嚴重滯后，導致排入河流及湖泊的工業(yè)廢水、生活污水及固體廢物大幅增加，引起河流湖泊水質嚴重惡化，其中甚至出現(xiàn)了季節(jié)性和常年性水體黑臭現(xiàn)象。研究表明進入河流湖泊的污染物中只有1%以下的污染物能溶解于水中，99%以上的污染物會沉積在河流湖泊的底泥中[1]。因而，底泥淤積了大量的耗氧性物質、重金屬污染物、持久性有機污染物和N、P營養(yǎng)鹽等并緩慢而持久的向水體、水生生物體釋放[2]，導致水體的二次污染，嚴重威脅水生生態(tài)環(huán)境及人類健康。因此，要從根本上解決河流湖泊的污染問題，不僅僅是要從源頭上切斷污染源，更重要的是要修復受污染底泥。

根據(jù)處理過程中是否需要移動底泥，可將底泥修復技術分為原位修復和異位修復兩大類。由于異位修復技術需要挖掘出受污染的底泥并尋找場地進行堆放和處置，工程量巨大且花費不菲，而且很容易造成二次污染，所以底泥原位修復技術受到越來越多的重視[3]。本文對近年來受污染底泥原位修復技術的研究進展進行了簡要綜述。

2原位覆蓋技術

原位覆蓋技術不需要移動底泥，直接采用砂石、粉塵灰、爐灰渣、人工合成物等材料在底泥上方形成一層或多層覆蓋物，從而阻止底泥與上覆水的接觸，防止受污染底泥中的有害物質擴散到水體中。最早的底泥原位覆蓋技術是美國于1978年首先使用[4]，在流動性不大的水體中采用沙土覆蓋的的方式，隨后推廣到其他國家。實驗證明，原位覆蓋技術能夠有效阻止底泥中的耗氧性物質、重金屬污染物、持久性有機污染物和NP營養(yǎng)鹽等進入水體[5，6]，對水質改善具有顯著作用。原位覆蓋技術適用于多種污染類型的底泥，成本低廉，便于施工，應用范圍較廣[7]。但原位覆蓋技術也存在減小水體容量、改變河道及湖底坡度等缺陷，此外，水流速較快、水動力較強的區(qū)域也不適合使用原位覆蓋技術[8]。

3原位生物修復技術

原位生物修復技術是近年發(fā)展起來的一種新型底泥修復技術。這種技術利用水生植物、微生物等的生命活動，對水體中的污染物進行吸附、轉移、轉化和降解作用，從而凈化水體并重建水生生態(tài)系統(tǒng)[9]。在原位生物修復技術中，主要采用向底泥中加入具有降解污染物能力的微生物、轉基因工程菌和栽種沉水植物[10，11]。這種技術不需要向水體投放化學試劑，工程造價相對較低，修復效果較好，有利于水體生物多樣性的恢復，是底泥原位修復技術的一個重要發(fā)展方向[12]。

4原位化學修復技術

原位化學修復技術是向受污染的水體中投放多種化學藥劑或酶制劑，通過化學反應消除底泥中的污染物或改變原有污染物的性狀，為后續(xù)微生物降解作用提供有利條件。根據(jù)投放試劑的種類，可以將原位化學修復技術分為原位還原修復技術和原位氧化修復技術。原位還原修復技術是向底泥中加入還原劑，使底泥的氧化還原電位發(fā)生改變，營造適合微生物降解污染物的還原性環(huán)境；原位氧化修復技術是向底泥中加入氧化劑或向底泥上覆水充氧，使氧化還原電位提高從而降低污染物的毒性，這種方法費用低、見效快，目前應用較為廣泛[13]。

5結語

目前，國內許多河流湖泊的污染程度都比較嚴重，污染物種類復雜，并且隨著生態(tài)文明建設的大力推進，人們對于河流湖泊的治理又提出了新要求，不僅要改善水質，更要美化水體生態(tài)環(huán)境，從而給人們提供一個休閑的綠色空間，實現(xiàn)人與自然和諧發(fā)展。因而，在實際操作中單一的原位修復技術很難勝任，往往是將多種原位修復技術聯(lián)合應用。對某一需要修復的水體，首先通過多點取樣檢測方法摸清楚不同區(qū)域底泥的污染情況，對于污染較為嚴重、難以修復區(qū)域的底泥可以采用原位覆蓋技術進行隔離；其他的區(qū)域先使用原位化學修復技術進行處理，降低污染物濃度、改變污染物性狀，再使用原位生物修復技術處理，恢復水生生態(tài)系統(tǒng)，最終達到美化水生生態(tài)環(huán)境的目的。

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篇2

從我國技術經(jīng)濟現(xiàn)狀考慮，我國還不具備對污染場地進行大規(guī)模全面修復的技術力量和經(jīng)濟實力。污染場地修復工程技術經(jīng)濟評估工作對修復項目的技術選擇以及立項和實施具有非常重要的作用。

1我國污染場地及修復工作狀況

自20世紀50年代以來，隨著工業(yè)化和現(xiàn)代化進程的開始，我國城市中逐漸出現(xiàn)了大量的被工商業(yè)污染的土地，其具體數(shù)量目前還沒有全面的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。當時，大多數(shù)工廠建在城市的周邊地區(qū)，這些生產(chǎn)歷史悠久、工藝設備相對落后的國營老企業(yè)，經(jīng)營管理粗放，環(huán)保設施缺少或很不完善[1]，因此，造成的土地污染狀況十分嚴重。有些場地污染物含量非常高，有的超過有關監(jiān)管標準的數(shù)百倍甚至更高，污染深度甚至達到地下十幾米，有些有機污染物還以非水相液體的形式在地下土層中大量聚集，成為新的污染源，有些污染物甚至遷移至地下水并擴散導致更大范圍的污染。按照主要污染物的類型來劃分，我國城市工業(yè)污染土地大致可以分為以下幾類：

1）重金屬污染場地；

2）持續(xù)性有機污染物污染場地；

3）以有機污染為主的石油、化工、焦化等污染場地；

4）電子廢棄物污染場地等。

由于土壤污染具有滯后性，而且過去在土壤污染物的識別和監(jiān)測中還存在諸多困難，使得土地污染問題在過去受到關注較少[2-3]。工業(yè)企業(yè)搬遷遺留遺棄場地是近年來我國城市化進程加速的產(chǎn)物。污染企業(yè)搬遷在各大中城市得到了大力實施，如海河流域的北京和天津、東北老工業(yè)基地、長江三角洲和珠江三角洲。污染土地的環(huán)境問題已經(jīng)成為土地再開發(fā)過程中的一個障礙。目前一些位于城市中的老工業(yè)區(qū)由于污染問題遲遲不能進行再開發(fā)。環(huán)境污染（包括地下水、土壤、危險廢棄物和一般固體廢棄物的持續(xù)傾倒）以及土地所有者與開發(fā)商的責任問題都成為原工業(yè)用地再開發(fā)及城市發(fā)展的障礙。城市中污染土地的遺棄及其延遲再開發(fā)，還會產(chǎn)生更為深遠的社會影響，諸如生活環(huán)境差、就業(yè)機會減少甚至增加社會不穩(wěn)定因素等等[4-6]。

我國土壤修復市場目前尚處于試驗階段和市場培育階段。近年來，在政府財政支持下，我國開展了多個類型場地的修復技術設備研發(fā)與示范項目。盡管可以羅列的土壤及地下水污染的修復技術很多，但實際上，經(jīng)濟實用的修復技術很少。我國目前應用比較成熟的修復技術是以挖掘后異位處理處置為主，多種原位修復技術尚處于研究開發(fā)階段。一些國內及國外環(huán)保企業(yè)積極開展土壤修復工程實踐，并對土壤修復市場進行培育。發(fā)達國家開展土壤修復早于我國幾十年。在污染土地修復治理方面，已經(jīng)開發(fā)了多種較為成熟的技術，積累了大量寶貴經(jīng)驗，形成了一個產(chǎn)業(yè)[7-10]。

目前，我國行之有效的針對污染土地管理的制度和法規(guī)尚在逐步建立和完善過程中，仍有一些問題需要解決。開發(fā)適合我國實際，費用、效益好的修復技術仍然處于起步階段[11]。我國應該充分利用世界先進的技術和設備，積極與土壤修復產(chǎn)業(yè)發(fā)達的國家開展技術合作，盡快推動土壤修復技術的進步與市場的完善。2010年4月26日，國家發(fā)改委牽頭啟動生態(tài)補償條例的起草，意味著我國生態(tài)補償制度在經(jīng)歷了漫長的討論與摸索之后進入到立法準備階段。

2技術經(jīng)濟評估方法

技術經(jīng)濟評價又可稱為項目經(jīng)濟評價，是指在工程項目或設計方案投資決策過程中，采用現(xiàn)代分析方法對項目方案在計算期（包括建設期和生產(chǎn)期）內的經(jīng)濟效果所做的測算與分析。技術經(jīng)濟評價是可行性研究的核心內容，是項目方案投資決策的重要依據(jù)[12-13]。

在環(huán)境工程項目中，為了提高工程的經(jīng)濟效益，采用先進的技術，以節(jié)約工程建設的造價，降低運行成本和節(jié)約經(jīng)常性的維護費用。但是，在某些情況下，采用先進的技術還必須與當?shù)氐目陀^條件相適應。例如，海水淡化技術是至今還在發(fā)展的新技術，就目前情況看，它的制水成本還較高。對于嚴重缺乏淡水資源的海島和沿海地區(qū)來講，就地采用淡化技術比從大陸輸水還是經(jīng)濟的，但對于淡水資源豐富的地區(qū)，盡管海水淡化是一項新技術，卻不會被采用[14]。又如，有些污水處理新土藝盡管處理效果很高，但需占用較多的土地，對于用地緊張的地區(qū)來說就無法采用。

污染場地修復工程項目投資巨大、社會影響巨大、環(huán)境價值突出、對經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展意義重大，同時，該類項目監(jiān)測難度大、維護成本高、見效緩慢、技術的長效合理性難以判斷，因此，技術經(jīng)濟評估難度大，難以形成全面統(tǒng)一的標準。目前，我國尚未正式出臺相應的技術經(jīng)濟評估規(guī)范性文件。對于該類項目，還只能參考現(xiàn)有類似規(guī)范進行評估。通過對該領域相關政策、法規(guī)、方法的研究分析，污染場地技術經(jīng)濟評估應該充分考慮以下方面：

1）對環(huán)境污染造成經(jīng)濟損失的估算必須進行；

2）根據(jù)具體項目情況，進行綜合、長效的分析，選擇最佳技術手段；

3）對于工程投資可采用恢復費用法進行估算；

4）通過建立環(huán)境經(jīng)濟補償?shù)拈L效機制進行后續(xù)保障。

2.1估算方法

估算環(huán)境污染造成的經(jīng)濟損失是環(huán)境經(jīng)濟學中重要的研究課題，是直接為環(huán)境決策中計算環(huán)境改善帶來的效益服務的。目前我國有關課題研究均采用直接估算法。從實踐來看，應用這種方法需要大量反映環(huán)境污染程度與環(huán)境功能損害兩者之間關系的定量資料，而目前我國尚缺乏這方面較完整的數(shù)據(jù)，嚴重影響估算精度。此外，對于損失項目、估算參數(shù)和方法的選擇也缺乏規(guī)范性。由于這些原因，造成不同作者的估算成果之間存在很大差異，有時非常懸殊。目前，環(huán)境污染估算常用方法有以下3種：

1）直接計算法。

此法是建立在污染區(qū)與清潔區(qū)有關指標的對比計算上。為此，應按有關指標選擇與污染區(qū)非常相似，但具有不同的污染程度的區(qū)域作為對比區(qū)。一般來講，應為每項損失選擇相應的對比區(qū)。在估算人體健康損失時，對比區(qū)的選擇應考慮居民的職業(yè)和年齡的構成、氣候特點、生活習慣、衛(wèi)生醫(yī)療設施水平等項條件。在估算市政設施損失時，應根據(jù)居民住房和公共設施水平，城市規(guī)模、人口和占地、公共交通、通訊和綠化等項條件，選擇對比區(qū)。在估算農(nóng)業(yè)損失時，首先應考慮企業(yè)規(guī)模、收入水平、動力裝備程度、土壤類型、供水狀況、牲畜種類和頭數(shù)、農(nóng)作物施肥等項條件。為了消除諸如企業(yè)經(jīng)營管理水平等因素的影響，應在不同企業(yè)內選擇對比區(qū)，再取其平均數(shù)。估算時應收集不同時期的多年數(shù)據(jù)為依據(jù)，以提高損失估算的精度。

在估算林業(yè)損失時，選擇對比區(qū)應考慮土壤類型、施肥水平、地下水深度、濕度、地形地貌、經(jīng)營條件、樹木組成、年齡等級、森林密度等項條件。環(huán)境污染造成的經(jīng)濟損失（Y）由物質損失（Y物）、生產(chǎn)損失（Y生）和國民經(jīng)濟損失（Y國）組成即：Y=Y物+Y生+Y國。物質損失包括原材料、半成品和產(chǎn)品的散失。生產(chǎn)損失包括生產(chǎn)用房損失、機器磨損損失、減產(chǎn)損失和健康損失等。國民經(jīng)濟損失則包括農(nóng)業(yè)和林業(yè)損失、住宅與公共事業(yè)損失、工業(yè)損失和人體健康損失，即：Y國=Y農(nóng)、林+Y公+Y工+Y健。

各項損失估算的一般公式為：Y=Л×P。式中：Y為經(jīng)濟損失值；Л為損失指標；P為單位損失指標的貨幣價值。

一般來講，物質損失和生產(chǎn)損失僅占總經(jīng)濟損失的8%～12%，而國民經(jīng)濟損失占88%～92%。每次應用直接估算法都需要重新收集國民經(jīng)濟各個部門的大量數(shù)據(jù)，為此需投入大量人力和時間，但是這種方法比較實用、簡單，是分析計算法和經(jīng)驗估算法等其他估算方法的基礎。

2）分析計算法。

此法依據(jù)多因素分析原理，建立環(huán)境污染數(shù)學模型，建模過程中要篩選影響環(huán)境污染的各項因素，要使觀察點數(shù)超過十倍于影響因素。應用分析法估算環(huán)境污染造成的經(jīng)濟損失，必須具備各項損失與其影響的環(huán)境污染參數(shù)之間的因果關系資料，在此基礎上建立環(huán)境污染損失估算體系。為此，必須開展定點監(jiān)測試驗研究。

3）經(jīng)驗估算法。

應用經(jīng)驗法估算環(huán)境污染損失的基礎數(shù)據(jù)是各項污染承受項目和物體的單位損失（標準定額）。所謂單位損失（又稱比損）系指按一定結構組合的污染物質給一定污染程度區(qū)域內各項國民經(jīng)濟部門和設施帶來的經(jīng)濟損失。應用經(jīng)驗估算法之前，需根據(jù)實際監(jiān)測資料繪制污染物含量等值線圖，在含量等值區(qū)內計數(shù)承受物體的數(shù)量，在此基礎上估算環(huán)境污染造成的經(jīng)濟損失。

2.2技術選擇

污染場地修復技術的篩選是污染場地修復工程的關鍵環(huán)節(jié)，決定著場地修復的成敗．場地污染物類別的復雜性決定了采用的修復技術的多樣性．目前，污染場地修復技術的種類繁多，新型的修復技術時有出現(xiàn)，對污染場地修復技術進行系統(tǒng)分類，對于修復技術的推廣應用與修復過程中的技術選擇非常必要。在實際的場地修復過程中，修復技術的選擇會受到政治、經(jīng)濟、社會等因素的影響，隨著時間的推移，人們對同一技術的認識也會有所變化。因此，若想獲得污染場地的最佳修復方案，必須對場地修復技術的篩選程序有深入的認識。

場地修復技術篩選應發(fā)生在場地修復項目的可行性研究階段。應作為可研批復的先行條件，宏觀上應綜合考慮以下因素：①短期效果；②長期效果；③污染物毒性、遷移性和數(shù)量的減少程度；④可操作性；⑤成本；⑥符合應用與其他相關要求；⑦全面保護人體健康與環(huán)境；⑧政府接受程度；⑨公眾接受程度。

2.3恢復費用法

由于環(huán)境經(jīng)濟損失評估是一項難于計算的工作，可以利用恢復費用法反算地質環(huán)境經(jīng)濟損失。即綜合分析研究污染場地控制與修復措施，全面考慮清除污染源、處理工程、監(jiān)測工程等各項費用，根據(jù)項目具體情況確定修復工程持續(xù)時間，按照現(xiàn)有造價體系進行投資估算。這種方法計算簡單，便于操作，但項目范圍和修復工程持續(xù)時間的確定非常重要，對項目的最終效應和總體投資影響巨大，需要多方面共同研究確認。

2.4生態(tài)補償

為了更好、更全面的解決污染場地修復問題，全社會需要建立起生態(tài)補償?shù)囊庾R與機制。在生態(tài)學上，生態(tài)補償分為生態(tài)系統(tǒng)的內部補償機制和外部補償機制。其中，生態(tài)系統(tǒng)的內部補償機制是指自然生態(tài)系統(tǒng)由于外界活動而遭干擾、破壞后的自我調節(jié)、自我恢復。生態(tài)系統(tǒng)的外部補償機制是人類為了推進和加速生態(tài)系統(tǒng)的內部自我補償機制，恢復與重建生態(tài)系統(tǒng)，所進行的生態(tài)建設活動的總稱。生態(tài)補償給恢復和重建生態(tài)系統(tǒng)的人帶來一定的成本費用，表現(xiàn)為勞務和物質的付出，它的實質是實現(xiàn)經(jīng)濟價值補償生態(tài)價值的過程。生態(tài)補償是為了恢復和重建生態(tài)系統(tǒng)，使生態(tài)系統(tǒng)具有良好的物質、能量循環(huán)功能和自凈功能，使生態(tài)系統(tǒng)保持高的能量轉化率、物質積累率和最大的自凈能力，這就是生態(tài)效益；而經(jīng)濟效益要求在保持良好的生態(tài)環(huán)境的基礎上提高環(huán)境資源的利用率，使投入和產(chǎn)出最大化。所以生態(tài)補償中，要用最大的投入換來最大的生態(tài)效益，用生態(tài)效益更好地為經(jīng)濟效益服務，同時良好的經(jīng)濟效益又能為生態(tài)補償提供經(jīng)濟基礎，這符合可持續(xù)發(fā)展的要求。所以，評判生態(tài)補償機制的生態(tài)經(jīng)濟學原則應該是生態(tài)效益和經(jīng)濟效益相結合。

3污染場地修復技術

目前國內外對污染場地的修復通常包括污染土修復和含水層凈化兩個方面。污染土常見的處理技術目前大致可歸納為6類，即微生物修復技術、化學處理技術、物理分離技術、固化/安定化技術、高溫處理技術、植物修復技術等。而污染地下水的修復方法主要有5項：注氣法、原位微生物修復技術、兩相蒸氣提取法、原位氧化法、原位反應墻技術等。

3.1污染土的修復技術

傳統(tǒng)的處理方法是把污染土挖出并運到其他地方作填土處理，其實這種處置方法并不能把污染土凈化，只是把污染從一個地方轉移到另外一個地方而已。目前新的污染土的處理方法很多，而且隨著時間的推移，新的方法還不斷涌現(xiàn)。據(jù)統(tǒng)計，目前大量用于實際和試驗研究的主要有：

1）微生物的修復技術即利用微生物把污染土中的有機物進行降解。在處理過程中，微生物把其中的有機污染物作為食物源，處理的最終產(chǎn)物主要是水和二氧化碳。根據(jù)處理方式的差異，又進一步分為以下兩個亞類：異地微生物修復技術和就地微生物修復技術。污染土壤的微生物修復技術主要用于有機污染土的處理，尤其是對于那些含有能被微生物降解的有機污染土的處理很有效。目前，國際上也有一些學者正在研究如何利用該技術處理重金屬污染土。

2）化學方法主要通過氧化/還原反應把土中具有危害性的污染物轉化為無毒或低毒的化合物或使之形成化學性質穩(wěn)定更高，遷移性更弱的新的化合物。常用的氧化劑有臭氧、過氧化氫（雙氧水）、次氯酸鹽、氯氣和二氧化氯高錳酸鉀等。其中常見的兩種氧化處理技術為：氰化物處理和脫氯作用。

3）物理技術分離即利用物理方式把污染物從土中轉移出去。目前常用的有以下幾種：就地水溶液沖洗；異地水溶液沖洗法；土壤中蒸氣提取法；注入熱氣法；控制法修復油類污染物；溶劑提取法；熱解吸法；電動力學技術。

4）植物修復技術即利用植物把壤中的污染物進行吸收、轉移、聚集或降解。這包括了在植物的影響下（根莖范圍內）所發(fā)生的有利于污染物質清除的一切生物作用、化學作用和物理作用。植物可把有毒的有機化合物進行礦化，還可把重金屬元素和其他無機物從土壤中吸收并富集到地面上。目前該技術還處于試驗研究階段，主要用于污染程度為低—中等的、分布面積廣、在其他處理方法都不經(jīng)濟的地段采用。該技術的最大優(yōu)點是處理成本低，主要缺點是植物的落葉會引起二次污染。

5）固化/安定化處理技術。把污染物裹限在某種介質中（如土、玻璃、瀝青、水泥塊等建筑材料中）。處理后，需要對固化體進行強度和其中的有毒有害物質滲出的危險性進行測試。污染土的S/S的處理既可就地進行，也可開挖轉移到異地進行。目前污染物的S/S處理技術主要有6大類：基于水泥的固化技術；基于石灰的固化技術；改性黏土技術；熱塑技術；熱固樹脂技術；玻璃化技術。

6）高溫處理方法。

①焚燒法：包括異地焚燒和就地焚燒兩種，都是利用高溫（970～1200℃）把污染物中的鹵代化合物或其他難溶有機物熱解焚毀（在氧氣作用下）及揮發(fā)出去。只要操作恰當，利用該辦法清除和焚毀污染物的效率可達到99.99%。其中多氯聯(lián)苯（PCBs）等的去除率可達到99.9999%。

②等離子體高溫進行金屬回收：該技術屬于熱處理過程，已在商業(yè)上用于處理焚燒灰。操作時利用等離子體產(chǎn)生的熱（1500～1600℃），把土壤中的污染物轉化為含金屬的煙塵或（和）有機氣體的形式從土壤中清除出去。所轉化形成的有機氣體可作為燃料，而含金屬的煙塵可進行回收利用。

3.2污染地下水的修復技術

地下水污染修復花費巨大，每個場地的花費約為10萬至100萬美元以上，而且傳統(tǒng)的修復技術即抽水-處理技術，是把污染的地下水抽到地表進行處理，同時把干凈的地表水注入含水層內。這種方法經(jīng)常不能徹底地凈化含水層。目前新的處理方法主要有：注氣法、原位微生物修復技術、兩相蒸氣提取法、原位氧化法、原位反應墻技術等5項。

1）注氣法即把空氣或氧氣注入含水層。噴射注入的氣體轉化為氣泡后可把地下水中的揮發(fā)性污染物提取出來，然后利用土壤蒸氣提取法中的提取孔和氣體收集系統(tǒng)把逸出的氣體收集，待作后期處理。

2）原位微生物修復技術通常與注氣法配合，在操作時需要把微生物生長所需要的營養(yǎng)物質和氧氣從井孔中注進含水層，以提高本地原有的微生物的活性，增強其降解有機污染物的能力。該技術也被稱為注氣微生物修復技術。其優(yōu)點是：設備安裝簡單、歷時短、注氣量小、成本低、不需要把地下水抽出或向含水層注水。

3）兩相蒸氣提取法即采用真空設備把以液態(tài)形式存在的污染物（在飽和帶中）和以氣相形式存在的污染物（在非飽和帶中）同時抽取出來。該技術的優(yōu)點主要是：①處理時間短；②對場地的破壞程度減少到最低程度；③能應用于建筑物之下和其他不能開挖的場地；④能處理浮在地下水面上的污染物，且能與其他方法聯(lián)合使用以縮短處理時間和提高處理效果。該技術的主要缺點是：①抽出的污染氣體處理費用可能較昂貴；②油/水的分離費用以及所抽出的大量地下水的處理費可能很高；③操作時需要進行大量的檢測和控制手段（包括氣流速度檢測、真空度監(jiān)測、揮發(fā)性氣體的溫度檢測、抽出氣體中的氧氣和二氧化碳的含量測定、采集氣樣等）。

4）原位氧化法即利用氧化劑把溶解于地下水中的有機污染物迅速氧化。常用的氧化劑為高錳酸鉀。該技術的主要優(yōu)點是：可處理含水層中不能溶解的污染物質，而傳統(tǒng)方法即抽出-處理只能處理溶解態(tài)的有機物。

5）原位反應墻技術即在含水層中（垂直于水流方向上）建筑一個或多個具有滲透性的、含有去污物質的墻體，一旦地下水流經(jīng)該墻，其中的污染物質就會與墻內的物質發(fā)生化學反應而被凈化除掉。例如利用鐵屑和砂充填的反應墻，可凈化流經(jīng)它的鹵代烴化合物。

4建議與結論

1）污染場地的處理方法很多，使用時需根據(jù)具體的場地條件、污染物的類型和含量來選擇恰當?shù)姆椒?。不同的處理方法，成本往往相差很大，使用時需要慎重考慮。無論是選擇哪一種技術，場地的修復費用均不低，因此防止污染才是上上策。往往在處理污染土時，也同時對其孔隙中的地下水進行了處理，這時的水處理和土處理難以區(qū)分。因此沒有必要分清該技術是用于處理污染土的還是用于處理污染地下水的。我國在污染場地的修復方面的研究和應用目前還很欠缺，建議加大這方面的資金投入。

2）目前，我國關于污染場地環(huán)境修復的政策、法規(guī)和技術框架還不夠完善，污染場地的修復依然面臨諸多挑戰(zhàn)。要實現(xiàn)污染場地的有效管理，必須盡快完善土壤環(huán)境標準體系，污染場地管理體系和污染場地修復技術體系的三元結構，亟待開展的有以下幾方面工作：

①加速完善中國的環(huán)境標準體系；

②加快構建中國污染場地管理體系；

③推動環(huán)境污染損害鑒定評估機構的全面建設；

篇3

關鍵詞：石油污染；場地；土壤；修復技術；工程化；應用；分析

Abstract: this article with the oil pollution sites as the research object, the oil pollution sites technical analysis and soil bioremediation oil pollution sites repair technology engineering application analysis soil these two aspects, oil pollution sites around the soil bioremediation technology and engineering application of this center through more detailed analysis and explained, focuses on how the microorganism remediation, the phytoremediation, plant-microbial joint repair technology in several aspects engineering application example analysis and research, and then demonstrates the repair technology in solving more oil pollution sites soil environmental degradation and the optimization model of the oil industry development process as crucial role and significance.

Keywords: oil pollution; Court; Soil; Repair technology; Engineering; Application; analysis

中圖分類號：[TE991]文獻標識碼：A文章編號：

在全球經(jīng)濟一體化建設進程不斷加劇與城市化建設規(guī)模持續(xù)擴大的推動作用下，石油行業(yè)在整個國民經(jīng)濟建設發(fā)展中所占據(jù)的地位日益關鍵?？梢哉f，石油行業(yè)的建設發(fā)展程度將直接關系著整個經(jīng)濟社會的建設發(fā)展程度。相關統(tǒng)計資料數(shù)據(jù)顯示：對于石油污染場地土壤而言，大量的油類物質往往集中在深度為0cm~40cm范圍之內的土層當中，并且土層含油率參數(shù)會隨著土層深度的增加而呈現(xiàn)出一定比例的下降趨勢。實踐結果向我們證實了一個方面的問題：受到石油污染的土壤自身使用功能會遭到嚴重破壞，土壤結構與性質也會發(fā)生顯著的改變，進而引發(fā)植物破壞與生態(tài)變異。本文著眼于這一實際情況，針對石油污染場地土壤修復技術及工程化應用展開詳細分析與探討。

一、石油污染場地土壤修復技術分析

一般情況下，依照土壤修復原理的不同，針對石油污染場地土壤所展開的修復技術可以分為物理修復技術、化學修復技術以及生物修復技術三種。其中，生物修復技術在土壤修復過程當中所表現(xiàn)出的經(jīng)濟性、環(huán)境性效應顯著，有著極為深遠的研究價值，強化生物修復技術同物理修復技術以及化學修復技術之間的融合，是下一步工作的研究重點。筆者現(xiàn)從以上三個方面選取幾種比較有代表性的石油污染場地土壤修復技術，對其做詳細分析與說明。

（一）物理修復技術——熱脫附法。從理論上來說，熱脫附法的關鍵在于以熱能的激發(fā)將土壤中大量的石油污染有害物質轉化為氣體形式，在空氣污染控制裝置的作用之下對土壤所排放的這類氣體進行收集與處理。

（二）化學修復技術——光催化氧化法。對整個光催化氧化法加以概括：催化劑的制備應當以半導體材料為主。此種催化劑在紫外光光線的直接照射作用之下會生產(chǎn)反應活性表現(xiàn)性質的自由基，而此種自由基恰好能夠對土壤當中的有機污染物進行氧化。在氧化反應的作用之下，石油污染場地土壤中的各種有害性有機物能夠還原為包括CO2以及H2O在內的多種無機物質，達到土壤修復目的。

（三）生物修復技術——微生物修復法。對于石油污染場地土壤修復而言，污染土壤中的微生物修復主要包括異位與原位兩大類型。兩種微生物修復方式的共同點在于其均以石油烴為碳源，在微生物代謝作用之下對土壤當中的石油類污染元素進行降解作用，其中，異位修復技術著重于強調土壤修復中的工程設計，對于工藝參數(shù)的協(xié)同調控予以了系統(tǒng)關注；而原位修復技術則側重于強調土壤修復中自然過程的屬性控制，對于修復進行中各類型生態(tài)因子的優(yōu)化特別關注。

二、石油污染場地土壤修復技術工程化應用分析

（一）微生物修復技術工程化應用分析。對于微生物修復技術中的異位修復而言，相關研究人員已通過添加調理劑以及有機肥肥料或是搭建溫室大棚的方式實現(xiàn)了對油田含油污泥的修復，生物修復穩(wěn)定性高。工程應用實例數(shù)據(jù)表明：在對該石油污染場地土壤的異位修復下，200d的周期性修復使得該區(qū)域土壤中油和脂含量得到了28％~47％的顯著控制，修復效益顯著；對于微生物修復技術中的原位修復而言，以1989年EXXON公司所發(fā)生的5萬噸原油泄漏污染事故為例，美國借助高效微生物菌劑成功對長達1700km左右的海岸污染進行了有效控制，污染土壤修復效益顯著。

（二）植物修復技術工程化應用分析。相關研究學者經(jīng)過對不同植物植株的栽種以及對加氮磷肥料的施加對面積在2000㎡以上的石油污染場地進行了有效的修復。試驗研究結果向我們證實：大豆、苜蓿以及高羊毛這三類型植物的栽種 能夠極為有效的促進油泥中油成分的降解反應，加速修復速率。其中，大豆的修復效應作為顯著，應當作為未來植物修復技術的重點研究對象。

（三）植物-微生物聯(lián)合修復技術工程化應用分析。有關研究學者曾針對煉油廠由污泥不合理處置引發(fā)的石油污染場地土壤修復問題進行了試驗研究，在植物根系促生菌的作用之下對植物修復性能進行強化。其中尤以黑麥草以及高羊茅植物植株的生長作為顯著。以1年為周期進行評定，此種植物根系促生菌對石油污染長度土壤中石油烴物質的修復效果最為顯著，有效降低了50％左右的石油烴含量，值得進一步研究與應用。

三、結束語

伴隨著現(xiàn)代科學技術的蓬勃發(fā)展與經(jīng)濟社會現(xiàn)代化建設進程日益完善，社會大眾持續(xù)增長的物質文化與精神文化需求同時對新時期的環(huán)境保護事業(yè)提出了更為全面與系統(tǒng)的發(fā)展要求。在城市建設工業(yè)化發(fā)展持續(xù)推進背景作用下，石油行業(yè)在整個經(jīng)濟社會建設發(fā)展中所占據(jù)的地位日益關鍵。以上背景致使石油行業(yè)建設發(fā)展與環(huán)境保護存在一定的制約矛盾，如何順應環(huán)境保護發(fā)展方向，實現(xiàn)石油行業(yè)的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展，已成為現(xiàn)階段相關工作人員最亟待解決的問題之一。本文針對石油污染場地土壤修復技術與工程化應用這一中心問題做出了簡要分析與說明，希望能夠為今后相關研究與實踐工作的開展提供一定的參考與幫助。

參考文獻：

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篇4

關鍵詞:土壤污染、生物修復、研究進展

前言

土壤重金屬污染是指由于人類活動將金屬加入到土壤中，致使土壤中重金屬明顯高于原生含量、并造成生態(tài)環(huán)境質量惡化的現(xiàn)象。加之重金屬離子難移動性，長期滯留性和不可分解性的特點，對土壤生態(tài)環(huán)境造成了極大破壞，同時食物通過食物鏈最終進入人體，嚴重危害人體健康，已成為不可忽視的環(huán)境問題。隨著我國人民生活水平的提高,生態(tài)環(huán)境保護日趨受到重視,國家對污染土壤治理和修復的人力，物力的投入逐年增加，土壤污染物的去除以及修復問題,已成為土壤環(huán)境研究領域的重要課題。而生物修復技術是近20年發(fā)展起來的一項用于污染土壤治理的新技術,同傳統(tǒng)處理技術相比具有明顯優(yōu)勢，例如其處理成本低,只為焚燒法的1/2-1/3，處理效果好,生化處理后污染物殘留量可達到很低水平;對環(huán)境影響小,無二次污染,最終產(chǎn)物CO2、H2O和脂肪酸對人體無害，可以就地處理,避免了集輸過程的二次污染,節(jié)省了處理費用，因而該技術成為最有發(fā)展?jié)摿褪袌銮熬暗男迯图夹g。

1.污染土壤生物修復的基本原理和特點

土壤生物修復的基本原理是利用土壤中天然的微生物資源或人為投加目的菌株,甚至用構建的特異降解功能菌投加到各污染土壤中,將滯留的污染物快速降解和轉化成無害的物質,使土壤恢復其天然功能。由于自然的生物修復過程一般較慢,難于實際應用,因而生物修復技術是工程化在人為促進條件下的生物修復,利用微生物的降解作用,去除土壤中石油烴類及各種有毒有害的有機污染物，降解過程可以通過改變土壤理化條件(溫度、濕度、pH值、通氣及營養(yǎng)添加等)來完成,也可接種經(jīng)特殊馴化與構建的工程微生物提高降解速率。

2.污染土壤生物修復技術的種類

目前,微生物修復技術方法主要有3種:原位修復技術、異位修復技術和原位-異位修復技術。

2.1原位修復技術：

原位修復技術是在不破壞土壤基本結構的情況下的微生物修復技術。有投菌法、生物培養(yǎng)法和生物通氣法等,主要用于被有機污染物污染的土壤修復。投菌法是直接向受到污染的土壤中接入外源污染物降解菌,同時投加微生物生長所需的營養(yǎng)物質,通過微生物對污染物的降解和代謝達到去除污染物的目的。生物培養(yǎng)法是定期向土壤中投加過氧化氫和營養(yǎng)物,過氧化氫則在代謝過程中作為電子受體,以滿足土壤微生物代謝,將污染物徹底分解為CO2和H2O。生物通氣法是一種加壓氧化的生物降解方法,它是在污染的土壤上打上幾眼深井,安裝鼓風機和抽真空機,將空氣強行排入土壤中,然后抽出,土壤中的揮發(fā)性有機物也隨之去除。在通入空氣時,加入一定量的氨氣,可為土壤中的降解菌提供所需要的氮源,提高微生物的活性,增加去除效率。

2.2異位修復技術：

異位修復處理污染土壤時,需要對污染的土壤進行大范圍的擾動,主要技術包括預制床技術、生物反應器技術、厭氧處理和常規(guī)的堆肥法。預制床技術是在平臺上鋪上砂子和石子,再鋪上15-30cm厚的污染土壤,加入營養(yǎng)液和水,必要時加入表面活性劑,定期翻動充氧,以滿足土壤微生物對氧的需要,處理過程中流出的滲濾液,即時回灌于土層,以徹底清除污染物。生物反應器技術是把污染的土壤移到生物反應器,加水混合成泥漿,調節(jié)適宣的pH值,同時加入一定量的營養(yǎng)物質和表面活性劑,底部鼓入空氣充氧,滿足微生物所需氧氣的同時,使微生物與污染物充分接觸,加速污染物的降解,降解完成后,過濾脫水這種方法處理效果好、速度快,但僅僅適宜于小范圍的污染治理。厭氧處理技術適于高濃度有機污染的土壤處理,但處理條件難于控制。常規(guī)堆肥法是傳統(tǒng)堆肥和生物治理技術的結合,向土壤中摻入枯枝落葉或糞肥,加入石灰調節(jié)pH值,人工充氧,依靠其自然存在的微生物使有機物向穩(wěn)定的腐殖質轉化,是一種有機物高溫降解的固相過程。上述方法要想獲得高的污染去除效率,關鍵是菌種的馴化和篩選。由于幾乎每一種有機污染物或重金屬都能找到多種有益的降解微生物。因此,尋找高效污染物降解菌是生物修復技術研究的熱點。

3.影響污染土壤生物修復的主要因子

3.1污染物的性質：

重金屬污染物在土壤中常以多種形態(tài)貯存,不同的化學形態(tài)對植物的有效性不同。某種生物可能對某種單一重金屬具有較強的修復作用。此外,重金屬污染的方式(單一污染或復合污染)，污染物濃度的高低也是影響修復效果的重要因素。有機污染物的結構不同,其在土壤中的降解差異也較大。

3.2環(huán)境因子：

了解和掌握土壤的水分、營養(yǎng)等供給狀況,擬訂合適的施肥、灌水、通氣等管理方案,補充微生物和植物在對污染物修復過程中的養(yǎng)分和水分消耗,可提高生物修復的效率。一般來說土壤鹽度、酸堿度和氧化還原條件與重金屬化學形態(tài)、生物可利用性及生物活性有密切關系,也是影響生物對重金屬污染土壤修復效率的重要環(huán)境條件。

3.3生物體本身：

微生物的種類和活性直接影響修復的效果。由于微生物的生物體很小,吸收的金屬量較少,難以后續(xù)處理,限制了利用微生物進行大面積現(xiàn)場修復的應用，

植物體由于生物量大且易于后續(xù)處理,利用植物對金屬污染位點進行修復成為解決環(huán)境中重金屬污染問題的一個很有前景的選擇。但由于超積累重金屬植物一般生長緩慢,且對重金屬存在選擇作用,不適于多種重金屬復合污染土壤的修復。因此,在選擇修復技術時,應根據(jù)污染物性質、土壤條件、污染程度、預期修復目標、時間限制、成本及修復技術的適用范圍等因素加以綜合考慮。

4.發(fā)展中存在的問題：

生物修復技術作為近20年發(fā)展起來的一項用于污染土壤治理的新技術,雖取得很大進步和成功,但處于實驗室或模擬實驗階段的研究結果較多,商業(yè)性應用還待開發(fā)。此外,由于生物修復效果受到如共存的有毒物質(Co-toxicants)(如重金屬)對生物降解作用的抑制；電子受體(營養(yǎng)物)釋放的物理;物理因子(如低溫)引起的低反應速率;污染物的生物不可利用性;污染物被轉化成有毒的代謝產(chǎn)物;污染物分布的不均一性;缺乏具有降解污染物生物化學能力的微生物等因素制約。因此,目前經(jīng)生物修復處理的污染土壤,其污染物含量還不能完全達到指標的濃度要求。

5.應用前景及建議：

隨著生物技術和基因工程技術的發(fā)展,土壤生物修復技術研究與應用將不斷深入并走向成熟,特別是微生物修復技術、植物生物修復技術和菌根技術的綜合運用將為有毒、難降解、有機物污染土壤的修復帶來希望。為此,建議今后在生物修復技術的研究和開發(fā)方面加強做好以下幾項工作:

(1)進一步深入研究植物超積累重金屬的機理,超積累效率與土壤中重金屬元素的價態(tài)、形態(tài)及環(huán)境因素的關系。(2)加強微生物分解污染物的代謝過程、植物-微生物共存體系的研究以及植物-微生物聯(lián)合修復對污染物的修復作用與植物種類具有密切關系。

(3)應用現(xiàn)代分子生物學與基因工程技術,使超積累植物的生物學性狀(個體大小、生物量、生長速率、生長周期等)進一步改善與提高,培養(yǎng)篩選專一或廣譜性的微生物種群(類),并構建高效降解污染物的微生物基因工程菌,提高植物與微生物對污染土壤生物修復的效率。

(4)創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境,協(xié)調土著微生物和外來微生物的關系,使微生物的修復效果達到最佳，并充分發(fā)揮生物修復與其他修復技術(如化學修復)的聯(lián)合修復作用。

(5)盡快建立生物修復過程中污染物的生態(tài)化學過程量化數(shù)學模型、生態(tài)風險及安全評價、監(jiān)測和管理指標體系。

結論

綜上所述，我們不難發(fā)現(xiàn)由于土壤重金屬來源復雜,土壤中重金屬不同形態(tài)、不同重金屬之間及與其它污染物的相互作用產(chǎn)生各種復合污染物的復雜性增加了對土壤重金屬治理和修復難度,且重金屬對動植物和人體的危害具有長期性、潛在性和不可逆性,同時進一步惡化了土壤條件，嚴重制約了我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的加速發(fā)展，所以要更好的防治土壤重金屬污染還需要廣大科研工作者不懈的努力，研發(fā)出更好的效率更高的修復治理技術，同時我們還不應該忘記必須加強企業(yè)自身的環(huán)保意識，提高企業(yè)自我約束能力，始終將防治污染積極治理作為企業(yè)工作的頭等大事來抓，把企業(yè)對環(huán)境的污染程度降到最低限度，形成全社會都來重視土壤污染問題的良好環(huán)保氛圍，逐步改善我們的土壤生態(tài)環(huán)境。

參考文獻：

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篇5

生態(tài)修復去除氨氮的凈化機理

自然界氮素包括有機氮化合物、無機氮化合物(氨氮、亞硝酸鹽氮和硝酸鹽氮)。盡管分子氮和有機氮數(shù)量多,但植物不能直接利用,只能利用無機氮。在微生物、植物和動物三者的協(xié)同作用下將三種形態(tài)的氮相互轉化,構成氮循環(huán),其中微生物起主導作。河流中氮的的去除機制包括:植物和其他生物的吸收、氨化作用、硝化作用、反硝化作用、氨的揮發(fā)作用、NH4+的陽離子交換作用等。通常條件下,有機氮易被微生物分解、轉化,因此人們更關注氨氮的去除。

水生植物根毛的輸氧及傳遞特性,使根系周圍連續(xù)分布好氧、缺氧和厭氧狀態(tài),相當于許多串聯(lián)或并聯(lián)的處理單元,使硝化與反硝化作用能夠在濕地系統(tǒng)中同時進行:再如在植物一礫石床潛流濕地中,植物的根區(qū)效應與礫石的多孔性是影響氨氮去除效果的主要因素。微生物硝化、反硝化作用是人工濕地的主要脫氮方式,此外,同時也能被濕地植物直接攝取,合成蛋白質和有機氮,再通過對植物的收割,達到去除氨氮的目的。影響人工濕地脫氮的主要因素包括:溫度、溶解氧、微生物可利用的硝態(tài)氮和有機碳、PH值、氧化還原電位、停留時間〕。

目前河道生態(tài)修復去除氨氮的技術

1原位生態(tài)修復

原位生態(tài)修復是直接在河道中對受損河道進行綜合整治和修復方法的統(tǒng)稱。主要是通過生物修復結合物理修復和化學修復的一個過程。

1.1底泥生態(tài)處理技術

河道底泥生態(tài)系統(tǒng)是由底泥的化學組分和生物區(qū)系共同構成的。底泥具有一定的緩沖能力,其對河道水質穩(wěn)定性具有重要影響。目前較為常見的河道底泥處理技術就是底泥疏浚。鐘繼承等發(fā)現(xiàn)底泥疏浚能有效的削減沉積物中N、P等營養(yǎng)物,重金屬和持久性污染物等污染物的含量,但疏浚過程中會引起污染物大量向水體釋放,并對底棲生物和微生物胞外酶活性產(chǎn)生危害。有學者指出城市河道底泥物理疏浚方法效果明顯,但工程量大,投入大,而生物一生態(tài)修復投入低,處理量大,不易產(chǎn)生二次污染。近幾年來底泥生態(tài)修復的技術不斷發(fā)展,出現(xiàn)了包括底泥植物修復、底泥生物氧化、底泥固定化等方法。童昌華等將水生植物修復底泥與物理包被底泥進行了比較,發(fā)現(xiàn)經(jīng)水生植物處理的底泥中氨態(tài)氮沒有出現(xiàn)明顯的釋放高峰,且始終保持低水平,其中狐尾草的效果優(yōu)于鳳眼蓮。馮奇秀等廠將底泥生物氧化配方和方法應用于黑臭河涌治理,在上游不斷流入污水的情況下,N’H4+一N去除率達到30%。

1.2水生植物修復技術

水生植物可通過自身的生長代謝吸收水中的營養(yǎng)物質,有效的控制水中N的含量。春、夏、秋三季主要種植鳳眼蓮、水浮蓮、浮萍等喜溫水生植物,冬季種植耐寒性水生植物,如西洋菜、小浮萍、殖草等。受污河道經(jīng)鳳眼蓮為主的浮水植物處理,經(jīng)5個月,NH4十一N、TN分別下降21.8%和49.7%。種植蘆葦、菱白、香蒲草,N’H4+一N的去除分別為79.5%、72.7%、59.4%[17。南京莫愁湖種植蓮藕,生產(chǎn)蓮藕為25x104kg/a,帶出N達到60t[18]。4.1.3生態(tài)浮床技術.生態(tài)浮床技術是根據(jù)生態(tài)學原理發(fā)展起來的集水環(huán)境治理和生態(tài)修復一體的實用技術。生態(tài)浮床又稱生態(tài)浮島。自20年前德國BESTMAN公司開發(fā)出第一個生態(tài)浮床之后,以日本為代表的國家和地區(qū)成功地將生態(tài)浮床應用于地表水體的污染治理和生態(tài)修復。浮床植物選擇原則有四點:(I)盡可能選擇來源方便且適應能力較好的本地土著種類;(2)生長量大,繁殖能力強;(3)根系發(fā)達;(4)具有一定的經(jīng)濟價值或觀賞價值。近年來,我國生態(tài)浮床技術進入快速發(fā)展期,大量學者進行了相關的研究。鄭種仁2例等利用水芹處理模擬氨氮類富營養(yǎng)水體,在HRT=6d時,亞硝酸細菌數(shù)為27.OX104個/g水、硝酸細菌數(shù)為1.SXIO4個/g水、N’H4十一N平均去除率達到35%;而當HRT=2天時,亞硝酸細菌數(shù)為1.3X104個/g水、硝酸細菌數(shù)為0.2x104個/g水、N’H4十一N平均去除率僅為6%。徐玉榮等建立梯級生態(tài)浮床系統(tǒng)對黑臭河道進行凈化,N’H4+一N的去除率平均達到71.9%,其中挺水(香菇草)、浮葉(睡蓮)和沉水植物(輪葉狐尾藻)各單元對氨氮的去除率分別為36.1%,22.3%,13.5%。

1.4生態(tài)護岸技術

生態(tài)護岸是為結合護岸工程與環(huán)境生態(tài)的要求提出的,既能滿足河道護岸功能,又有利于河流生態(tài)系統(tǒng)的恢復,其建設過程融合了水利工程學、生態(tài)學、環(huán)境科學、生物科學等多個學科。1965年,EmstBittmann在萊茵河兩岸種植柳樹和蘆葦。陳楊輝〔25等利用三種形式的生態(tài)護砌去除N’H4+一N的效果分別達到83.6%、83.4%、88.1%。由此可見,生態(tài)護砌對水體中氨氮污染物去除效果的影響顯著。

2異位生態(tài)修復

對于受污染河流,尤其是水量較大或者污染嚴重的河流,在河流中設計引流裝置,將受污河水引入河道旁的污水處理設施中,對其進行集中處理后,再將其排入原河流中。此方法能夠有效去除河道中污染物,并防止污染物向下游擴散。

河道旁建設的通常是污水處理廠。19世紀,英國在泰晤士河兩岸建設了一系列污水處理廠。20世紀,聯(lián)邦德國在萊茵河兩岸建造了100多座污水處理廠。然而其高昂的建設、運行費用限制這種方法在我國河道整治中的應用。因此,找到合適的處理方法代替?zhèn)鹘y(tǒng)方法成為關鍵。人工濕地、氧化塘等處理技術建設費用低,近年來得到研究人員的關注,并在許多地方得到實際應用。

2.1人工濕地處理技術

人工濕地是人工建造與監(jiān)督控制的、與沼澤表面類似的處理系統(tǒng),其設計、建造思想來源于對濕地自然生態(tài)系統(tǒng)中的物理、化學和生物作用系統(tǒng)研究

。人工濕地是20世紀70年代興起的一種水體污染生態(tài)治理技術,因其建設、運行費用低,能耗少,維護方便,且具有一定的景觀作用等優(yōu)點,該技術越來越受到人們的重視。2006年,吳建強等在江蘇省新沂河河漫灘上構建了一個表面流人工濕地系統(tǒng)(SurfaeeFlowConstruetedWetland,SFW),人工濕地的進水N’H4+一N濃度為1.37一20.18mg/L,四種不同種植植物對其去除效率分別為64.27%、70.49%、66.78%、58.52%。

2.2穩(wěn)定塘處理技術

穩(wěn)定塘,又稱氧化塘或生物塘,是一種利用天然池塘的自然凈化能力對污水進行處理的構筑物的總稱。通常是改造廢棄魚塘或者將土地進行適當休整,建成池塘,并設置圍堤和防滲層,依靠塘內生長的微生物處理污水。穩(wěn)定塘污水處理系統(tǒng)能有效去除污水中的有機和病原菌、無需污泥處理。城市黑臭河道治理中,對于暫時無法截污的城郊河道,利用廢棄池塘改造成氧化塘,對上游污水進行預處理仁。

研究表明,在污水進水量為432Ot/d以內(污水停留時間1.4d以上,容積負荷為CODer:0.1一kg/(d•m3)以下),氧氣為15.6kg/h的增氧曝氣條件下,NLH4+一N去除率在40%以上。由此可見,利用穩(wěn)定塘處理系統(tǒng)對上游污水進行預處理,對于NH4+一N的去除起到了重要作用。

篇6

關鍵詞：危害 重金屬污染 土壤修復

土壤是地球表面的疏松表層，它是人類賴以生存的重要自然資源，并且在生態(tài)環(huán)境中占有重要地位。而近年來，隨著工業(yè)的快速發(fā)展和鄉(xiāng)鎮(zhèn)城市化，土壤重金屬污染日益嚴重，由此會破壞人類生態(tài)環(huán)境，從而影響人們的健康，因此，土壤重金屬污染的修復技術已成為一個研究熱點。

一、土壤重金屬污染的危害

隨著工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展，多種工業(yè)如采礦、冶煉、電鍍、廢電池處理、金屬加工等的排放以及農(nóng)業(yè)中各種農(nóng)藥，化肥的施用均是土壤重金屬污染的來源。據(jù)報道，全世界平均每年排放Hg約1.5萬噸，Cu 340萬噸，Mn 1500萬噸，Pb 500萬噸，Ni 100萬噸[1]。土壤重金屬污染具有污染面積達、積累時間長、不易被微生物降解、有明顯的生物富集作用等特點，被重金屬污染的土壤會嚴重影響到農(nóng)作物的生長和發(fā)育，從而導致農(nóng)作物的減產(chǎn)并污染農(nóng)作物。安志裝等人[2]研究發(fā)現(xiàn)鎘與巰基氨基酸和蛋白質的結合會引起氨基酸蛋白質的失活，甚至使植物死亡。另外，土壤中的重金屬會被農(nóng)作物吸收并在農(nóng)作物體內富集，通過食物鏈進入人體，從而嚴重危害人體健康。

二、土壤重金污染修復技術

1.物理化學修復技術

1.1化學固化

化學固化法指的是通過在土壤中加入土壤固化劑來改變土壤的有機質含量、礦物組成、pH值和Eh值等理化性質，再經(jīng)重金屬的吸附或共沉淀作用來調節(jié)其在土壤中的移動性，從而降低其共生物有效性。固化劑將污染土壤中的重金屬固定后，不僅可以減少重金屬通過徑流和淋洗作用對地表水和地下水的污染，而且被污染的土壤還有可能重建植被[3]。雖然化學固化法可以固化土壤中的重金屬，但固化劑只是改變重金屬在土壤中的存在形態(tài)，重金屬仍留在土壤中，因而該方法還有待進一步的研究探討。

1.2電動修復

電動修復是近年來快速發(fā)展的技術，其作用機理是將電極對插入被污染的土壤中，在通入微弱電流形成電場，使土壤中的重金屬在電場形成的各種電動力學效應下定向移動，在電極區(qū)附近富集，從而將重金屬處理或分離。

對于低滲透的粘土和淤泥土的修復，電動修復是常用的技術。鄭喜坤等人[4]研究了電動修復技術對沙土中Pb2+、Cu3+等重金屬離子的去除效果，結果表明，重金屬離子的去除率達99%以上。電動修復技術是一種原位修復技術，它可以有效的去除土壤中的重金屬離子，并且經(jīng)濟效益好，是一種可行的修復技術。

1.3土壤淋洗

土壤淋洗是一種適用于治理大面積重廢污染土壤的方法。所謂淋洗，是指利用提取劑（包括有機或無機酸、堿、鹽、表面活性劑和聚合劑等）將土壤中的固相重金屬轉化為液相，土壤在經(jīng)水淋洗處理后可歸回原位利用，而對于富含重金屬的廢水也可進行回收處理，從而達到修復土壤的目的[5]。吳華龍等人[6]研究了被銅污染土壤修復的有機調控機理，研究結果表明，外加EDTA對降低紅壤對銅的吸收率與加入的EDTA量的對數(shù)量顯著負相關。土壤淋洗法雖然處理量大，處理效率高，但會造成二次污染，因此，尋找一種既能提取各種形態(tài)重金屬又不破壞土壤結構的提取劑將成為土壤淋洗法的研究熱點。

2.植物修復

植物修復是指在被重金屬污染的土壤中，種植某種特定的植物，利用該植物對重金屬的耐性和超富集作用將重金屬移出土壤，使土壤中的重金屬降低到可接受的濃度，達到重金屬污染修復的目的。

根據(jù)其修復過程和作用機理可將植物修復技術分為4種：①植物萃取技術，即利用超富集植物將重金屬從土壤提取出來，并將其轉移，貯存到地上部分，然后通過植物收割來對重金屬進行集中處理的過程[7]。韋朝陽等人[8]研究發(fā)現(xiàn)了一種大葉井口草，它對As的富集有明顯的效果，其地上部分最大含量可達694mg/Kg。②植物固化技術，即利用耐金屬植物及其根系微生物的一些生物化學作用降低重金屬的活性，使其固化，從而減少對土壤的危害。該方法主要適用于有機質含量的礦區(qū)污染土壤的修復。③根圈生物技術，即利用植物根際分泌物和根際脫落物刺激細菌和真菌的生長，通過細菌和真菌對重金屬的吸附固定作用，是重金屬礦化的過程。④植物揮發(fā)技術，即利用植物根系的吸收、積累和揮發(fā)作用減少土壤中一些揮發(fā)性污染物，及植物將污染物吸收到體內后將其轉化為氣態(tài)物質釋放到大氣中[9]。

3.工程措施

工程措施是比較經(jīng)典和傳統(tǒng)的修復土壤重金屬污染的方法，主要包括客土、換土及深耕翻土等方法。通過客土、換土或者將深耕翻土與污土混合，使土壤中重金屬的含量降低，減少重金屬對土壤植物的毒害，從而使農(nóng)產(chǎn)品達到食品衛(wèi)生標準[10]。

客土法是將干凈的土壤覆蓋在已受污染的土壤上混勻，從而降低土壤中污染物的濃度；換土法是用干凈的土壤代替受污染的的土壤，對于換出的土壤應進行處理，防止二次污染的發(fā)生；深耕翻土是將表層已受到污染的土壤翻至深層，從而使土壤中污染物的濃度降低。

三、結語

目前運用于修復土壤重金屬污染的技術有很多，但每種修復技術對于土壤重金屬污染修復均有一定的弊端，并且對于不同類型的土壤受重金屬的污染的程度的不同，單一的使用某種技術并不能達到理想的效果，因此，在實際應用中，應綜合多種修復技術的優(yōu)點，互取優(yōu)勢，研究出新型的具有高效，低耗的修復技術。

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篇7

關鍵詞：湖泊；富營養(yǎng)化；危害；必要性；修復技術

中圖分類號： K928.43 文獻標識碼： A 文章編號：

湖泊是重要的國土資源，具有多種功能：調節(jié)河川徑流，提供農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)生產(chǎn)用水和飲用水水源，繁衍水生生物，溝通航運，改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境以及開發(fā)礦產(chǎn)等，在國民經(jīng)濟的發(fā)展中發(fā)揮著重要作用，同時，湖泊及其流域是人類賴以生存的重要場所。但是，隨著滇池、太湖、巢湖等爆發(fā)藍藻危機，我國的湖泊富營養(yǎng)化問題日益嚴重，已到達不容小視的程度，中國環(huán)境保護部最新公布的《2010年中國環(huán)境狀況公報》顯示，我國湖泊（水庫）富營養(yǎng)化問題突出，26個國控重點湖泊（水庫）中，營養(yǎng)狀態(tài)為重度富營養(yǎng)的1個，中度富營養(yǎng)的2個，輕度富營養(yǎng)的11個，富營養(yǎng)化已經(jīng)成為普遍的水環(huán)境污染問題，嚴重影響到居民飲水、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生態(tài)循環(huán)。

1 湖泊富營養(yǎng)化的危害

湖泊富營養(yǎng)化是由于水體中過量的營養(yǎng)物質積累，從而導致過高的生物生產(chǎn)力，同時伴隨水質惡化、水體的生態(tài)變化，逐漸將水體轉化為濕地、沼澤，進而喪失湖泊原有的功能，改變湖區(qū)的生態(tài)環(huán)境[1]。自然條件下湖泊富營養(yǎng)化是一個緩慢的過程，正是人類的活動加劇了該過程的發(fā)展，一旦發(fā)生湖泊富營養(yǎng)化，其造成的危害是嚴重且深遠的。

1.1 危害水體生態(tài)系統(tǒng)

湖泊（水庫）藻類的過度繁殖降低了水體的透明度，阻擋光線到達更深水層，導致水體深層的植物大量死亡，底層生物量銳減，同時，藻類在光合作用過程中，消耗大量二氧化碳，造成水體pH異常升高，嚴重影響水體中其他生物的生理活動，導致生物群落結構的改變。

藻類大量死亡分解，水體溶解氧被大量消耗，水體形成還原狀態(tài)，生物分解產(chǎn)生大量甲烷、硫化氫等有害氣體，系統(tǒng)內部環(huán)境惡化。

許多藻類生物分泌的藻毒素及死亡分解產(chǎn)生的有毒物質可使水生動物生理失調或者死亡。密集的藻類及其胞外物質可堵塞魚、蝦、貝及許多小型水生動物的呼吸和濾食器官，導致機械性窒息死亡。富營養(yǎng)化植物還競爭性消耗水體中的營養(yǎng)物質，并分泌一些抑制其他生物生長的化學信息素，造成水體中生物量增加，種類數(shù)量減少，系統(tǒng)內部的自我調節(jié)能力減弱。

由于富營養(yǎng)化生物的大量生長和繁殖，加速了水體中有機殘骸、排泄物及其它懸浮顆粒的沉積；水體變淺，功能衰退，加快了湖泊的消亡和水體沼澤化、陸地化的進程，破壞了特定地區(qū)的生態(tài)平衡[1-3]。

1.2 造成水體惡化，增加飲用水處理的難度，威脅人體健康

在富營養(yǎng)化的湖泊，藻類大量繁殖，造成水質惡化，給城市凈水工藝帶了許多難度，進而影響了飲用水水質，對人體的健康構成了一定的威脅。

含藻水的pH值偏高，不利于混凝劑脫穩(wěn)[4]。大量藻類和水生微生物的孳生繁殖容易造成濾池堵塞，破壞正常生產(chǎn)運行，而且微生物還會穿透濾池，在配水系統(tǒng)中繁殖造成配水系統(tǒng)不暢和堵塞，而且，藻類產(chǎn)生的微量有機物容易引起水中嗅味異常，這是常規(guī)水處理工藝難以去除的，迫使水廠進行升級改造，提高了凈水成本[5]。

在富營養(yǎng)化水中，藻類、有機物和氨氮大量存在，使得混凝劑和消毒劑用量大大增加，提高了制水成本[6]，更增加了水體中消毒副產(chǎn)物的含量，飲用水安全性降低。

1.3 損害湖泊的美學價值和經(jīng)濟價值

水體富營養(yǎng)化的形成，使水體渾濁，透明度下降，水中帶有霉臭味，水體喪失了應有的美學價值，隨之，水體的旅游價值、游泳價值和觀賞價值消失[3, 6, 7]。在富營養(yǎng)化水體中，藻類植物通過前面已述的危害生態(tài)系統(tǒng)方式，對漁業(yè)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了長期的不利影響，使得漁業(yè)資源破壞，珍貴物種消失，水產(chǎn)品質量下降，對漁業(yè)造成了巨大經(jīng)濟損失[3]。

2 富營養(yǎng)化湖泊的水體修復技術

根據(jù)手段的不同，湖泊富營養(yǎng)化的修復技術分為三大類：物理修復技術、化學修復技術和生物-生態(tài)修復技術[8-10]。

2.1 物理修復技術

物理修復技術包括截污、人工曝氣、底泥疏浚、稀釋沖刷和機械撈藻等，這些措施可以單獨使用，也可以作為生物修復技術等的前置處理技術。

2.1.1 深水曝氣

深水曝氣的目的通常有三個：一是能夠達到不改變水體分層的狀態(tài)下提高溶解氧濃度，二是改善冷水魚類的生長環(huán)境和增加食物供給，三是通過改變底泥界面厭氧環(huán)境為好氧狀態(tài)來降低內源性磷的負荷，其他附帶的目的包括降低氨氮、鐵、錳等離子性物質的濃度。

從種類上來說，深水曝氣設備有三種：機械攪拌、注入純氧和注入空氣。

2.1.2 底泥疏浚

污染底泥是水體污染的潛在污染源，在水體環(huán)境發(fā)生變化時，底泥中的營養(yǎng)鹽會重新釋放出來進入水體中，對于寬淺型湖體，底泥更是不可忽視的重要污染源。因此，要解決湖泊富營養(yǎng)化問題，底泥疏浚是改善底泥營養(yǎng)物質含量高的一種有效手段。

2.1.3 稀釋沖刷

稀釋和沖刷是湖泊修復較為常用和普遍的治理方法，稀釋沖刷的機理相當于一個流動的或者連續(xù)的培養(yǎng)系統(tǒng)，當含低濃度營養(yǎng)元素的水被注入系統(tǒng)中時，導致系統(tǒng)營養(yǎng)物質濃度降低，相應，藻類生物量也會隨之開始下降；同時，營養(yǎng)元素和藻類能夠以更加快的速度被置換或者沖洗出水體。就局部而言，稀釋沖刷是解決水體富營養(yǎng)化相對簡單、易行和代價較低的方法，如杭州西湖自錢塘江引水后對延緩水體富營養(yǎng)化發(fā)揮了一定的作用[11]。

2.2 化學修復技術

化學修復技術主要包括凝聚沉淀和化學殺藻兩種方法。對于凝聚沉淀，通過投加化學試劑使得營養(yǎng)物質生成沉淀而降解，如投加鐵鹽或者鋁鹽促進磷的沉淀。使用化學殺藻劑殺藻效果較好，但是成本較高，會受時效、大水域、水體流動性的局限，而且藻類被殺死后，水藻腐爛分解仍舊釋放出磷，易造成二次污染，尤其是大規(guī)模人工合成物的使用可能會給環(huán)境帶來負面影響，應慎重使用。對于殺死的藻類應及時撈出，或者再投加適當?shù)幕瘜W藥劑，將藻類腐爛分解釋放的磷酸鹽沉降[12]。

2.3 生物-生態(tài)修復技術

生物-生態(tài)修復技術主要從微生物、水生植物和生態(tài)系統(tǒng)三個層次對水體進行修復。國內外關于湖泊富營養(yǎng)化的生物-生態(tài)修復技術包括生物膜處理技術、微生物制劑技術、人工浮島技術、人工濕地處理、生物操縱修復等[8-11, 13, 14]。生物修復技術具有原位修復的特點，在人工參與的條件下，恢復水體中的水生生態(tài)結構和增加水體的自凈能力。

3 展望

對于湖泊富營養(yǎng)化問題，修復措施往往是物理、化學和生物-生態(tài)等修復技術的組合。減少溫室氣體排放、原位修復、無二次污染、成本低廉、節(jié)能高效、簡單方便、易于普及是修復技術的主要發(fā)展方向。

化學修復技術可以作為一種應急方案，但是，目前的殺藻劑存在著廣譜與專一、長效與殘留的矛盾，如何解決這些矛盾，研制出高效、廣譜、持久、低毒的殺藻劑是富營養(yǎng)化治理工作的主要課題之一。

目前，人工浮島技術基本處于水質改善和景觀建設階段，缺乏傳統(tǒng)水利、生態(tài)系統(tǒng)棲息地和景觀的有機結合。修復途徑多元化、運營可持續(xù)化和整體智能化是其未來的發(fā)展方向。

生物操縱修復技術，是一項有前景的生物修復技術，但是還需要進行深入研究：浮游食物網(wǎng)內的營養(yǎng)級相互作用；不同食物鏈等級的魚群比例關系；底棲魚類的作用；附著藻對營養(yǎng)物質的競爭；微生物在養(yǎng)分循環(huán)中的地位；針對不同的富營養(yǎng)化湖泊，如何使用生物操縱修復技術獲取成功并長期維持，是研究者和管理者共同需要解決的問題。

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篇8

關鍵詞：分子生物技術；微生物領域；環(huán)境

微生物技術是在多種學科上面相互緊密交叉的一門應用學科，對環(huán)境污染修復技術方面的發(fā)展具有重要的推動作用。本文主要介紹目前常用的分子生物技術，分析分子生物技術在水、土壤、惡臭等方面的應用，明確分子生物技術在環(huán)境工程微生物修復治理工作中的重要性，為在下一步的分子生物技術的研究提供一個良好的契機，也為在環(huán)境工程的工作取得良好的效果而做好各項準備工作。

1與環(huán)境工程相關的分子微生物技術

1.1PCR核酸技術

PCR是一種利用脫氧核糖核酸半保留復制的原理，在體外擴增位于兩段已知序列之間的DNA區(qū)段，從而得到大量復制的生物技術，其應用在整個行業(yè)中最為廣泛。PCR技術主要分為以下三種：PCR-SSCP技術、PCR-DGGE技術以及PCR-RFLP技術。（1）PCR-SSCP技術主要通過利用銀染法以及熒光的檢測技術等，對SSCP凝膠DNA譜帶進行詳細的分析，應用這種技術進行分析，能夠簡化測試的試驗步驟，比較方便且精準；（2）PCR-DGGE技術是按照一定順序檢測生命物質堿基，獲得變性試劑解鏈不同的內容物質反映，對樣本進行檢測，從而達到研究目的；（3）PCR-RFLP技術主要是利用限制性核酸內切酶的特性進行樣本分析，在基因組上尋找多態(tài)性位點，從而揭示個體或群體間遺傳變異或評估種間親緣性關系的一種分子標記技術。

1.2熒光原位雜交技術

熒光原位雜交技術是目前單個細胞水平上分析微生物群落結構的常用分子生態(tài)學方法，根據(jù)目前已公布的、定位在不同分類等級的rDNA分子的特定位置，設計以rDNA為靶點的寡核苷酸探針，然后用熒光標記探針，用于原位鑒定單個細胞.目前可利用此方法,使用一整套特異的寡核苷酸探針可進行單個細胞的快速分類。

1.3基因重組技術此技術

是利用DNA體外擴增或重組技術把需要的基因或DN段從供體生物基因組中抽取分離，或通過人工合成的方法獲取基因，并經(jīng)過一系列的切割、加工、修飾、連接反應產(chǎn)生重組的DNA分子，再將其導入適合的受體細胞，從而獲得基因表達的過程。

2分子生物技術的應用

工業(yè)的高速發(fā)展極大地促進了我國經(jīng)濟的增長。然而，工業(yè)污染已對我們正常的生活環(huán)境及個人健康造成了不可忽視的影響。分子生物技術應用對環(huán)境污染的修復和治理成為現(xiàn)今行業(yè)的關注熱點。

2.1水處理中的應用

微生物絮凝劑是由微生物菌體內外分泌的生物大分子，并帶有電荷。相關的研究表明，微生物絮凝劑對生活污水及工業(yè)廢水的COD及SS的去除率可分別達到68%和91%。相比鐵鹽、鋁鹽等化學藥劑，微生物絮凝劑對活性污泥所產(chǎn)生的絮凝作用更高效，其產(chǎn)生的沉淀也更易過濾，且絮凝后的殘渣可生物降解，不會造成二次污染。由此可見，微生物絮凝劑具有高效、無毒的優(yōu)點。

2.2土壤修復中的應用

由于土壤生物修復技術具有環(huán)境友好、成本低、可原位處理等優(yōu)點，因此成為了目前的一個研究熱點。有益微生物可通過自身代謝分解土壤中的有機污染，其分泌的有機酸、鐵載體等物質能使重金屬轉變?yōu)闊o害的螯合態(tài)。此外，根際微生物還能協(xié)助植物生長，促進超富集植物對土壤的修復效果。通過分子生物技術篩選具有高效代謝能力的菌種，并觀察分析微生物在修復過程中的群落動態(tài)變化，可進一步了解土壤生物修復的機理，建立土壤功能微生物資料庫，促進土壤生物技術在實際應用中的優(yōu)化。

2.3臭氣處理中的應用

微生物的代謝作用可把臭氣分解成硫酸鹽、CO2、H2O等無害無味物質，特別適用于堆肥廠、污水處理廠、垃圾填埋場等環(huán)境衛(wèi)生處理設施的臭氣治理。目前常用的生物除臭工藝包括過濾除臭、滴濾除臭、曝氣式除臭以及洗滌式除臭。分子生物技術已廣泛用于分析臭氣處理設備中微生物代謝功能及群落的變化。通過擴增除臭細菌某基因的可變區(qū)，并結合相關的分子生物技術，觀察除臭生物裝置中的微生物的多樣性、豐度及代謝功能在不同pH、碳源或其他制約條件下的變化，可篩選出最有利的菌種。因此，分子生物技術的應用對臭氣治理具有非常重要的意義。

2.4對石油降解方面進行分析研究

石油的成分復雜，包括一些對微生物有毒害的物質。因此，如何鑒定、篩選、培養(yǎng)具有高效降解能力的菌種成為石油污染物生物處理技術的關鍵。為了更好的解決石油的污染問題，需要相關研究人員在分子生物與石油污染進行深入細致的研究，并積極尋找有效可行的治理方法。分子生物技術在環(huán)境工程方面，主要具有環(huán)境治理效果好、無副作用、成本較低等優(yōu)點。由于分子生物技術的眾多好處，得到了各方面的廣泛認可，使得這項技術在我們行業(yè)的發(fā)展上起到了重要的作用。

3結語

我國現(xiàn)今所面臨的難題是，如何降低對環(huán)境的污染，如何能夠進一步改善我們現(xiàn)在的生活環(huán)境。環(huán)境工程生物修復技術作為目前行業(yè)的熱點，而分子生物技術儼然已成為環(huán)境工程微生物不可或缺的研究手段，這同時也在另一個層面讓我們充分的認識、理解到分子生物技術在環(huán)境工程中的重要性。分子生物技術的研發(fā)與應用是我們在環(huán)境保護中的前沿陣地，我們在不斷的分子生物研究中進行發(fā)掘和創(chuàng)新，為我們的環(huán)境工程事業(yè)做好有力的技術支持，同時也為我國在環(huán)境保護方面做出重要的貢獻。

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篇9

關鍵詞：黑臭污染；微生物高效菌劑；生物修復

隨著人們生活水平的不斷提高，環(huán)保意識得到加強，對于自然生態(tài)保護的意愿愈加強烈，對于美好生活環(huán)境的需求也越來越高。河道作為水資源的主要載體，對城市經(jīng)濟、社會與環(huán)境之間的協(xié)調發(fā)展具有重要意義[1]。相對于發(fā)達國家而言，我國的處理技術還處于相對落后的局面，在國家出臺相關黑臭河道的治理文件中都體現(xiàn)了治理的刻不容緩。因此，在形勢嚴峻的今天，對黑臭河流治理方法的研究是迫切需要且具有重要意義的。底泥生物修復是通過靶向給藥技術直接將藥物或微生物注射到河道底泥表面，利用微生物、各種電子受體、共代謝底物等生物氧化組合技術，對河道黑臭底泥進行生物氧化，可有效降低底泥有機物含量和耗氧速率，提高底泥對上覆水體的生物降解能力，促進底泥微量營養(yǎng)釋放和藻類生長[2]。

1項目背景

茫溪河屬岷江支流，西源頭位于井研縣大佛鄉(xiāng)大力村宋家坡，東源頭位于仁壽縣松峰鄉(xiāng)雙河口，全長95公里，其中井研縣段75公里，經(jīng)井研縣王村鎮(zhèn)舒金灘進入五通橋區(qū)，最終匯入岷江。河寬30到50米，年徑流總量4900萬立方米，流域面積667.4平方公里。井研縣現(xiàn)有城市生活污水處理廠一座，處理規(guī)模為1.2萬立方米每天，目前市政污水管網(wǎng)收納污水量為1.4萬立方米每天，縣城第二污水處理廠尚未建成投運，井研縣城市生活污水處理廠超負荷運行也不能完全處理城區(qū)生活污水，部分生活污水從望峨橋、等多個排口直接溢流進入茫溪河；新區(qū)部分約5000人的生活污水現(xiàn)通過管網(wǎng)收集到霽虹橋底，由于縣城第二污水處理廠在建，污水管網(wǎng)尚未完全接通，污水不能進入市政污水廠進行處理，污水直接排入茫溪河。同時研城水壩至蠶寶灘水壩段部分河道正在進行邊坡治理，從研城水壩至蠶寶灘水壩河道已實行截流（截留總長度約4.5km），河道流量較小，使該段河道的自凈能力和環(huán)境容量減小，導致進入該段河道的生活污水不能在短時間內降解，需通過外力協(xié)助其降解[3]。目前該部分污水對河道水體造成了嚴重污染，同時也對當?shù)鼐用竦娜粘Ｉ钤斐闪瞬槐?，迫切需要解決該斷面存在的黑臭問題。

2項目介紹

本項目選取井研茫溪河段受污染嚴重部分區(qū)段作為生態(tài)修復試驗段，在污水溢流排放嚴重的河道部分選取三個區(qū)段，即茫溪河生態(tài)修復試驗段一（望峨大橋下）、試驗段二（龍家壩大橋上游50米處）和試驗段三（縣天然氣公司外面）。茫溪河生態(tài)修復試驗段全長約155米，治理河道全長約2.2千米，試驗段內有城市生活污水直排放口7處，工業(yè)污水排放口（意龍科紡集團）1處，城市生活污水處理廠排放口1處（達標排放城市生活污水1.2萬方/日）。河道近6個月水質監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，水體水質指標為劣V類，波動較大。項目段水質三方監(jiān)測背景數(shù)據(jù)如表1所示。本次工程的總體治理目標是使水體中懸浮物（SS）削減率高于50%，氨氮（NH3-N）、總磷（TP）、化學需氧量（COD）削減率高于20%，感觀無黑臭。

3實驗材料與設備實驗材料

生物反應池（土壩堆砌覆膜，規(guī)格為10m×10m×1m），扎帶，懸浮填料（丙綸含硬絲，自漂型），閥門，套管，電纜，鋼絲繩，PVC管，竹片，底泥消解增強復合菌劑。實驗設備曝氣機及附屬設備，電控柜，菌液儲存桶，菌種投加曝氣船。

4實驗方法

通過實地調查，對試驗段的污染現(xiàn)狀、納污能力和排污情況有了較為全面的了解，在實地調研的基礎上，開展了一系列的實驗室研究，得到了大量可靠的數(shù)據(jù)。確定了以微生物為主的微生物強化修復工藝，本工程采用微生物強化修復技術對河流進行生物多功能組合原位修復，通過曝氣復氧、投加懸浮填料、投加高效微生物菌劑等技術的組合應用，結合必要的物理措施，對技術修復效果進行檢驗，從而為此技術在整條河流的修復的運用提供技術保障。

5實驗內容

5.1曝氣充氧

試驗段道采用潛流曝氣機曝氣，整個裝置包括電動機、通電電纜以及潛流曝氣機，全段共8個曝氣機盤。試驗段長度為60m，曝氣機安裝位置位于河岸外側，曝氣段全長50m，采用4×2的方式安裝，潛流曝氣機安裝間距分別為10m與4m。

5.2懸浮填料投加

在黑臭河道治理過程中，通過投加微生物菌劑能使得水體污染物得到科學的處理，達到一定的治理目標。針對目前每日污水超過2000m3的溢流量，水量較大，沖擊負荷過大，不宜直接投加菌劑。通過在反應池內安裝生物填料及曝氣設備，能夠減少水量沖擊，特別是在生物膜法中微生物固著生長，能夠和介質中的有機物濃度形成動態(tài)平衡，且生物膜形成后污泥產(chǎn)生量少，管理方便。懸浮填料采用自浮型人工水草，長度為0.5m，通過固定于竹片進行投放，竹片長度為2m，10根人工水草固定為1組，每組間距為1m，填料投加量為100m3。

5.3復合菌劑投加

井研茫溪河段水體污染主要表現(xiàn)為氮磷等營養(yǎng)物質和有機物的污染，使得河道底泥淤積，水體感官呈現(xiàn)發(fā)黑發(fā)臭。本研究針對目前河道存在的黑臭污染問題，采用對生活污水有強效降解能力的生物菌種進行河道治理試點。生物強化技術的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾方面：（1）提高對目標污染物的去除效果；（2）提高環(huán)境中有益微生物的量，提高水系的自凈能力以及抗沖擊能力；（3）提高生物菌體網(wǎng)捕、吸附、搭橋、絮凝等物理化學性能，提高菌膠團的生物絮凝、吸附、降解等能力。針對市政生活污水的特性和相應區(qū)段的水質檢測情況，實驗室條件下篩選出強效降解污染物的菌種，并按照一定比例復配出針對性較強的生物強化菌劑，輔以土著微生物系統(tǒng)，經(jīng)實驗室小試中式達到降解目標后應用于生物處理池區(qū)段，通過投加復合菌劑使得該水域自凈能力得到相當?shù)膹娀１驹囼炗媱澩都痈咝秃暇鷦㎝L3，該復合菌主要包括酵母菌、放線菌、乳酸菌、光合菌四大類菌種，幾種菌按照一定比例進行配比復合而成。菌劑濃度不低于107CFU/ML。復合菌劑用2噸聚乙烯罐運送至實驗現(xiàn)場后存儲備用，通過人工投放的方式加入城區(qū)實驗段中，投加點布置位于實驗進水口，投加量為0.05%。每天投加一次，一個月為一周期，根據(jù)效果適當調節(jié)加菌量。

6污染物降解效果分析

在反應池內安裝生物填料以及曝氣裝置，安裝完畢之后再引入溢流廢水。在反應池內投加高效微生物菌劑ML3，通過微生物的作用，將溢流廢水應急處置后再排入主河道[4]。投加復合微生物菌劑后，水質得到改善，污染物質的降解速率得到明顯提高。試驗得出試驗段一水體中懸浮物（SS）削減率為56.72%，化學需氧量削減率為25.64%，總磷削減率為33.33%，氨氮削減率為32.78%；試驗段二水體中懸浮物（SS）削減率為54.93%，化學需氧量削減率為35.37%，總磷削減率為27.16%，氨氮削減率為23.77%；試驗段三水體中懸浮物（SS）削減率為54.93%，化學需氧量削減率為27.59%，總磷削減率為27.16%，氨氮削減率為23.77%?？傮w對比，基本達到污染物降解目標[5]。

7結論及建議

7.1結論

本文通過茫溪河城區(qū)段進行試驗，使用微生物強化技術，通過“曝氣充氧+懸浮填料+投加微生物菌劑”的方式，使得污染水體水質得到明顯改善，水體污染物得到有效降解。水體中懸浮物（SS）削減率高于50%，氨氮（NH3-N）、總磷（TP）、化學需氧量（COD）削減率高于20%，感觀無黑臭，整體試驗目標達成，可推廣于茫溪河河道水質提升治理。

7.2建議

黑臭河道的形態(tài)有很多，且黑臭形成原因也不盡相同，本文研究選取用于生態(tài)修復試驗段為污水排放及溢流段，用于生態(tài)修復的復合微生物菌劑也是針對于試驗區(qū)段復配而成的，只具備一定的代表性。茫溪河受污染段黑臭情況不一，河流流態(tài)也不一，針對復雜局面下的微生物強化技術的黑臭應用，需要選取相關生態(tài)影響因子，并進行生態(tài)因子對水體黑臭相關性的研究，構建茫溪河生態(tài)因子-黑臭情況-微生物的實驗模型，針對整個茫溪河水體水質情況選出最適參數(shù)，通過科學的方法使茫溪河水體水質得到最優(yōu)化的改善。

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篇10

土壤中砷的形態(tài)分布

砷的常見價態(tài)包括0(單質砷)、+III(三價)和+V(五價)。砷的化合物包括有機態(tài)砷化合物和無機態(tài)砷化合物。有機態(tài)砷化合物常見的有甲基砷、二甲基砷等;常見的無機態(tài)砷化合物包括三氧化二砷(As2O3)、五氧化二砷(As2O5)、亞砷酸(H3AsO3)及亞砷酸鹽(AsO3－3)、砷酸(H3AsO4)及砷酸鹽(AsO3－4)［9］。砷對生物的有效性及毒性與其賦存形態(tài)有緊密的關系。無機態(tài)砷的毒性大于有機態(tài)砷，而三價砷的毒性則遠遠大于五價砷，是其毒性的60倍［10］。在土壤環(huán)境中，砷的存在形態(tài)以無機態(tài)為主，其中又以五價砷的化合物為主。土壤中砷的賦存形態(tài)一般分為三類:水溶性砷、吸附性砷和難溶性砷，其中水溶性砷和吸附性砷又被合稱為有效態(tài)砷或可給態(tài)砷［11］。目前，確定土壤中砷的生物可給性一般利用體內試驗或體外試驗。體外試驗方法(如PBET，SBET，IVG)結果快速準確、操作簡便可控、成本低廉，因此，正逐步成為世界上很多國家認可并采用的方法［12］。中國研究人員也在使用這類方法研究國內砷污染土壤的生物可給性。崔巖山等［13］比較了體外試驗的三種不同方法(PBET，SBET，IVG)在測定浙江上虞某污染土壤中砷的生物可給性上的差異，結果發(fā)現(xiàn)，由于模擬胃腸液成分和pH值不同以及土壤性質的變化，3種方法的結果有明顯差異。

砷對人體的危害

土壤中的砷能夠通過種植的農(nóng)作物富集進入食物鏈，從而危害人體健康。同時，土壤中的砷還能夠滲入地下水，造成地下水的砷污染問題，而該問題是威脅全球人類飲用水安全的主要問題之一。目前，全球超過一億人口在飲用被砷污染的地下水，地下水砷污染的高危地區(qū)包括孟加拉國、印度、美國、中國等，南亞的一些國家是全世界地下水砷污染最嚴重的地區(qū)［14］。人體砷中毒的輕微癥狀表現(xiàn)為食欲不振、眩暈惡心，嚴重癥狀包括肝腫大、脾腫大、肝腹水等［15，16］。短期接觸無機態(tài)砷會造成全身或手掌皮膚色素沉積(廣泛性黑色素沉積癥)和皮膚角質化［16］。長期接觸無機態(tài)砷會對人體的心血管系統(tǒng)造成嚴重危害，引起一種獨有的黑腳病，這是一種末梢血管疾病，癥狀包括干性壞疽、自發(fā)截肢等嚴重后果［17］。除了對人體心血管系統(tǒng)的嚴重危害，砷還是一種致癌物質，能夠導致膀胱癌、肺癌、肝癌等疾病。最近，一組美國科學家在對美國密歇根州的74萬居民和9000多口水井將近30年的長期調研觀察后發(fā)現(xiàn)，長期的砷接觸還會導致糖尿病、腎功能損害和腦血管疾病［18］。而另一組美國科學家則通過對孟加拉國某地區(qū)的201位10歲兒童的觀察研究發(fā)現(xiàn)，長期的砷接觸對于兒童的智力發(fā)育有明顯的抑制作用［19］。

土壤砷污染治理修復技術

目前，對于砷污染土壤的修復治理方法主要有物理化學、生物方法幾大類，而常見的物理化學方法包括原位化學固定、土壤淋洗等，生物方法包括植物修復和微生物修復技術等。

化學及植物修復

原位化學固定是向污染土壤中施加化學固定劑，改變砷元素在土壤中的遷移轉化過程，使之穩(wěn)定化［20］。常見的砷的化學固定劑包括鐵氧化物以及鋁、錳氧化物等。研究人員還發(fā)現(xiàn)，氧化鈣、氧化鎂、硫酸亞鐵等添加劑對于土壤中砷的固定有一定效果［21］。在原位化學固定處理過程中，土壤pH值的控制十分關鍵，砷酸根離子在pH較低的土壤中比較穩(wěn)定，因此，要考慮化學固定劑對于土壤pH值的影響［21］。植物修復利用超富集植物清除土壤中存在的砷，是近年來土壤污染修復的熱點之一［22］。陳同斌等［23］2001年在中國湖南發(fā)現(xiàn)了第一株砷的超富集植物:蜈蚣草。之后，國內外研究人員針對蜈蚣草對砷的富集特征、砷在蜈蚣草體內的形態(tài)及轉化特征、各種肥料對于蜈蚣草吸收砷的影響等方面都進行了深入的研究［24，25］。同時，研究人員還嘗試以蜈蚣草為修復基礎構建一個修復砷污染的人工生態(tài)系統(tǒng)，利用蜈蚣草和五節(jié)芒等砷超富集植物，在人工生態(tài)系統(tǒng)中種植砷耐性植物，既去除了土壤中的砷，又保證了土壤的正常生理功能［26］。除了蜈蚣草之外，研究人員還積極尋找其他的砷超富集植物［27］。

微生物修復

由于傳統(tǒng)的治理方法大都具有高成本、高消耗、產(chǎn)生二次污染等問題，微生物修復技術以其綠色、環(huán)保、與環(huán)境相協(xié)調的優(yōu)勢逐步成為環(huán)境污染治理領域的研究重點，具有極大的發(fā)展?jié)摿?。微生物對于土壤中的砷的修復原理一般通過氧化還原、吸附、甲基化、沉淀等作用影響砷的生物有效性，進而達到降低土壤中砷的毒害作用的目的［28］。微生物在砷的地球化學循環(huán)過程中起著重要的作用，微生物通過氧化還原、甲基化/去甲基化等過程影響和改變著砷的賦存形態(tài)和遷移轉化［29］。科學家們發(fā)現(xiàn)，很多不同屬的細菌都具有耐受高濃度砷的基因片段(arsRDABC)，這些基因片段不僅存在于質粒中，也普遍存在于染色體中［30］。這說明對于砷的耐受及解毒行為廣泛存在于細菌界。但不同細菌(和真菌)耐受高濃度砷的機理也不盡相同，某些細菌和真菌能通過自身細胞壁或代謝產(chǎn)物吸附砷［31］;而某些微生物(以真菌為主)能夠將砷甲基化而使砷揮發(fā)［32］;還有些細菌能夠將砷作為自身的能量來源，利用砷促進自身生長［33］。具體說來，微生物修復/去除土壤中的砷的反應機理大致包括:1．將As(III)氧化成為As(V)，從而降低其毒性;2．細胞壁吸附固定;3．通過生成鐵錳氧化物而將砷吸附固定在鐵錳氧化物中。

As(III)As(V)的氧化反應

As(III)化合物(arsenite)是毒性最大的無機砷化合物。As(III)能夠與氫硫基相結合，從而影響人體內許多蛋白質的功能;此外，它還能通過與硫醇相結合而影響人體的呼吸系統(tǒng);在pH小于9．2的條件下，As(III)能夠直接通過細胞壁的水－甘油通道進入細胞內部［34］。而As(V)化合物通常帶負電荷，在很多環(huán)境中容易與鈣離子和鐵離子形成不溶化合物(表現(xiàn)類似磷酸根)［35］，或者極易吸附在礦石氧化物表面，因此在水中和土壤中相對比較穩(wěn)定固化，遷移轉化行為較弱，毒性顯著減小。因此，利用微生物作用將As(III)氧化成為As(V)就成為了微生物修復砷污染的一個重要研究方向。自上世紀初，研究人員就已經(jīng)開始分離得到具有該氧化能力的細菌菌種，之后，越來越多的菌種逐漸被發(fā)現(xiàn)，為利用細菌菌種修復砷污染提供了更多可能。1918年研究人員首次在南非發(fā)現(xiàn)了能夠氧化As(III)的細菌［36］，之后各國的研究人員在全球不同的自然環(huán)境中發(fā)現(xiàn)了具有這種能力的細菌。Turner［37，38］在澳大利亞分離出15株氧化As(III)的細菌菌株，并重點研究了其中一株菌株:Pseudomonasarsenoxydans－quinque;Os-borne［39］和Phillips［40］此后又分別在土壤環(huán)境和生污泥中分離出了Alcaligenesfaecalis菌株。但是以上的三組科學家們都是利用含有有機質的培養(yǎng)條件來分離菌株，這些分離得到的菌株在沒有有機質能源的條件下均無法生長，即這些菌株都屬于化能有機異養(yǎng)細菌。對于這些菌株而言，氧化As(III)的行為并不能為自身提供能量，因此一般認為細菌的這種氧化能力是細菌自身的一種去毒機制［39］。Santini等［41］在澳大利亞的一處金礦內分離出了一株能夠氧化As(III)的細菌菌株(NT－26)，與之前所發(fā)現(xiàn)的細菌菌株不同，這株NT－26是化能無機自養(yǎng)細菌，即該菌株能夠在不添加有機質的培養(yǎng)條件下生存。研究人員通過實驗發(fā)現(xiàn)，該菌株能夠從氧化As(III)的化學過程中獲得能量，這株菌株屬于α－Proteobacteria中的Agrobacterium/Rhi-zobium分支。研究人員還發(fā)現(xiàn)某些細菌菌株是兼性細菌，即它們既可以在有機質存在的條件下進行化能有機異養(yǎng)方式的生存，又可以在沒有有機質存在的條件下進行化能無機自養(yǎng)方式的生存，利用As(III)作為能量來源［42］。而Oremland等人［43］從美國加州的莫諾湖底部發(fā)現(xiàn)了能夠氧化As(III)的厭氧細菌，該菌株能夠利用硝酸根(而非氧氣)作為其電子受體，是化能自養(yǎng)細菌，屬于γ－Proteobacteria的Ec-tothiorhodospira屬。具有氧化As(III)能力的細菌分布非常廣泛，并能夠耐受和生存在某些極端環(huán)境，如高溫或酸性環(huán)境中。研究發(fā)現(xiàn)某些嗜熱細菌也具有氧化As(III)的能力。研究人員［44］發(fā)現(xiàn)兩株在美國黃石國家公園內的幾處熱泉水中分離出的細菌菌株Thermusaquaticus和Thermusthermophilus具有氧化As(III)的能力，這兩株菌株分別能在40－79℃和47－85℃的溫度范圍內生存，并且它們氧化As(III)的過程非常迅速。由于這兩種菌株在自然界分布極為廣泛，科學家們推測它們在砷的地球化學循環(huán)中起著重要的但一直被忽視的作用。除了高溫環(huán)境，某些在酸性環(huán)境中生存的細菌也具有氧化As(III)的能力，Casiot等人［45］在法國的某處尾礦區(qū)域分離得到了能夠氧化As(III)的細菌，該尾礦庫所排放的酸性礦井水的pH值達到了2．73－3．37，并含有高濃度的溶解砷和鐵。研究人員發(fā)現(xiàn)，廢水中的砷和鐵經(jīng)過30m的排放距離后，含量降低了20－60%，而這一結果歸結于水中分離出的同時具有氧化As(III)和Fe(II)能力的三株菌株。

細胞壁吸附

細菌、藻類、真菌等多類微生物的細胞壁都具有與金屬離子結合的能力，生物吸附技術也逐漸成為重金屬污染修復領域的一個研究重點。真菌是對自然界生態(tài)系統(tǒng)以及人類具有重大意義的一大類生物，真菌在自然界分布極其廣泛，適應幾乎所有的生存環(huán)境，在很多土壤類型，尤其是低pH值條件中真菌都是占主導地位的生物體［46］，因此對生態(tài)系統(tǒng)的影響深遠而復雜。真菌的生長特征使得它們與重金屬的大規(guī)模密切接觸成為可能，大部分真菌具有數(shù)目龐大的菌絲，生長至各個方向［46］，獨特的生長方式使得真菌無論是在土壤中還是水中都能夠具有與重金屬接觸的巨大比表面積(表面積/質量)，因此，真菌對于土壤中重金屬離子的吸附是土壤重金屬污染微生物修復的重要組成部分。Visoottiviseth等［47］從泰國一處砷污染的區(qū)域中分離得到了近四十種真菌菌種，在對這些菌種吸附砷的實驗中，研究人員得到了一株對于As(III)和As(V)都具有良好吸附效果的菌株，該菌株經(jīng)鑒定屬于Penicilliumsp．。Loukidou等［48］利用真菌菌株來吸附廢水中的As(V)，真菌菌體經(jīng)過表面活化劑的預處理之后，對于As(V)具有良好的吸附處理效果。除了真菌之外，藻類也具有吸附重金屬離子的能力，藻類吸附過程一般比較迅速并具有專一性［49］。小球藻是一種常見的藻類，研究發(fā)現(xiàn)小球藻具有較好的吸附As(III)的能力，在合適的條件下，吸附效率能達到50%以上［50］。

鐵氧化物吸附

在自然界中，很多微生物(多為細菌)都具有調節(jié)Fe(II)的氧化反應而生成鐵氧化物的能力［51］。在微生物調控作用下生成的鐵氧化物具有疏松多孔、晶體結構不規(guī)則、比表面積大等特性，是優(yōu)良的吸附材料。鐵氧化物的吸附在修復治理砷污染領域里也起著重要的作用。鐵氧化細菌在含有砷的培養(yǎng)基中培養(yǎng)一段時間后，培養(yǎng)基里的砷濃度明顯下降，表明鐵氧化細菌生成的鐵氧化物對砷有良好的吸附作用，有研究表明，這種吸附作用是一種表面絡合反應［52］。研究人員還發(fā)現(xiàn)，一些鐵氧化細菌還同時能夠氧化As(III)，更加促進了砷在鐵氧化物上的吸附效果［51］。鐵氧化物對砷的吸附在治理水體砷污染領域有一定的應用。Joshi［53］等利用表面是鐵氧化物涂層的沙石來去除地下水體中的砷化合物。Katsoyiannis［54］等制成表面是鐵氧化物涂層的聚合物，這種材料對于去除水體中的砷化合物也有較好的效果。此外，含有鐵氧化物的柱撐粘土也被證實是一種優(yōu)良的吸附水體中砷的基體［55］。