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seea-lesson4-生物修復土壤

@杜铭秋

seea-lesson4-生物修復土壤

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第1天

一. 土壤生物修復工程技術
  就土壤來說,目前實際應用的生物修復工程技術有三種:
  1.原位處理 這種方法是在受污染地區直接採用生物修復技術,不需要將土壤挖出和運輸。一般採用土著微生物處理,有時也加入經過馴化和培養的微生物以加速處理。需要用各種工程化措施進行強化,例如,在受污染區鑽井,井分為兩組,一組是注水井,用來將接種的微生物、水、營養物和電子受體等物質注入土壤中,另一組是抽水井,通過向地面上抽取地下水造成所需要的地下水在地層中流動,促進微生物的分佈和營養等物質的運輸,保持氧氣供應。通常需要的設備是水泵和空壓機。有的系統,在地面上還建有採用活性污泥法等手段的生物處理裝置,將抽取的地下水處理後再注入地下。
  該工藝是較為簡單的處理方法,費用較省,不過由於採用的工程強化措施較少,處理時間會有所增加,而且在長期的生物修復過程中,污染物可能會進一步擴散到深層土壤和地下水中,因而適用於處理污染時間較長、狀況已基本穩定的地區或者受污染面積較大的地區。

2.挖掘堆置處理該法又稱處理床或預備床,就是將受污染的土壤從污染地區挖掘起來,防止污染物向地下水或更廣大地域擴散,將土壤運輸到一個經過各種工程準備(包括佈置襯裏,設置通風管道等)的地點堆放,形成上升的斜坡,並在此進行生物修復的處理,處理後的土壤再運回原地。複雜的系統可以帶管道並用溫室封閉,簡單的系統就只是露天堆放。有時首先將受污染土壤挖掘起來運輸到一個地點暫時堆置,然後在受污染的原地進行一些工程準備,再把受污染土壤運回原地處理。從系統中滲流出來的水要收集起來,重新噴灑或另外處理。其他一些工程措施包括用有機塊狀材料(如樹皮或木片)補充土壤,如在一受氯酚污染的土壤中,用35m3的軟木樹皮和70m3的污染土壤構成處理床,然後加入營養物,經過三個月的處理,氯酚濃度從212mg/L降到30mg/L。添加這些材料,一方面可以改善土壤結構,保持濕度,緩衝溫度變化,另一方面也能夠為一些高效降解菌(如白地黴(Geotrichumcandidum))提供適宜的生長基質。將五氯酚鈉降解菌接種在樹皮或包裹在多聚物材料中,能夠強化微生物的五氯酚鈉的降解能力,同時可以增加微生物對污染物毒性的耐受能力。

3.反應器處理這種方法是將受污染的土壤挖掘起來,和水混合後,在接種了微生物的反應器內進行處理,其工藝類似於污水生物處理方法。處理後的土壤與水分離後,經脫水處理再運回原地。處理後的出水視水質情況,直接排放或送入汙水處理廠繼續處理。反應裝置不僅包括各種可以拖動的小型反應器,也有類似穩定塘和汙水處理廠的大型設施。在有些情況下,只需要在已有的穩定塘中裝配曝氣機械和混合設備就可以用來進行生物修復處理。
  高濃度固體泥漿反應器能夠用來直接處理污染土壤,其典型的方式是液固接觸式。該方法採用批式運行,在第一單元中混合土壤、水、營養、菌種、表面活性劑等物質,最終形成含20%~25%土壤的混合相,然後進入第二單元進行初步處理,完成大部分的生物降解,最後在第三單元中進行深度處理。現場實際應用結果表明,液固接觸式反應器可以成功地處理有毒有害有機污染物含量超過總有機物濃度1%的土壤和沉積物。反應器的規模在100m3/d~250m3/d之間不等,與土壤中污染物濃度和有機物含量有關。

二、地下水生物修復工程技術
  地下水生物修復工程技術可以分為三類:
1.原位處理 與土壤基本相同,參見上文所述。
  2.物理攔阻 使用暫時的物理屏障以減緩並阻滯污染物在地下水中的進一步遷移,該方法在一些受有毒有害污染物污染的地點已取得成功的經驗。
  3.地上處理 又稱為抽取-處理技術,該技術是將受污染的地下水從地下水層中抽取出來,然後在地面上用一種或多種工藝處理(包括汽提法去除揮發性物質、活性炭吸附、超濾臭氧/紫外線氧化或臭氧/雙氧水氧化、活性污泥法以及生物膜反應器等),之後再將水注入地層。但實際運行中很難將吸附在地下水層基質上的污染物提取出來,因此這種方法的效率較低,只是作為防止污染物在地下水層中進一步擴散的一種措施。例如,在生物膜反應器中,用沙作為固定生物膜的載體,以甲烷或天然氣為初始基質,能去除高於60%的多氯聯苯。
  進行地下水生物修復處理時,應注意調查該地的水力地質學參數是否允許向地上抽取地下水並將處理後的地下水返注;地下水層的深度和範圍;地下水流的滲透能力和方向,同時也要確定地下水的水質參數如pH、溶解氧、營養物、鹼度、以及水溫是否適合於運用生物修復技術。

微生物修复技术是利用微生物(土著菌、外来菌、基因工程菌)对污染物的代谢作用而转化、降解污染物,主要用于土壤中有机污染物的降解。通过改变各种环境条件如:营养、氧化还原电位、共代谢基质,强化微生物降解作用以达到治理目的。我们开发的微生物修复技术有:强化自然递减(Enhanced natural attenuation)、生物堆制法(Biopiles)、堆肥法(Composting)以及氧化还原交替法(Sequential A/O treatment)。微生物修复技术已成功应用于煤气厂址PAHs污染修复,石油烃污染土壤修复,农药污染土壤修复等。微生物修复技术的优点是费用低、易操作、没有二次污染等。

第2天
2012-05-24 周四

@蚯蚓對土壤中重金屬的富集作用研究

……通過向供試土壤中添加 CuSO4、ZnSO4、Pb(Ac)2、HgCl2 以模擬受汙土壤,研究接種於其中的微小雙胸蚯蚓對重金屬的富集 作用。以不加重金屬鹽類為對照,分別研究了不同培養時間和不同重金屬濃度對富集量的影響。結果表明,蚯蚓對各種重金屬的富集量隨著培養時間的增加而變化,且對不同重金屬最大富集量的出現時間也不相同。在第 2 周時蚯蚓對 Cu、Pb 富集量達到最大, 而對 Zn 的富集量在第 4 周時達到最大。與 Cu、Zn、Pb 的富集量相比,蚯蚓對 Hg 沒有明顯的富集作用,且對 Hg 的最大富集量時間 不明顯。在其耐受濃度範圍內,蚯蚓對重金屬的富集量隨著重金屬濃度的增加而增加,且蚯蚓對重金屬的吸收順序為:Zn>Cu>Pb> Hg,說明了微小雙胸蚯蚓對 Cu、Zn、Pb、Hg 4 種元素有一定的忍耐和富集能力,但其對重金屬的忍耐和富集能力是有選擇性的,說 明不同重金屬表現出的毒性是不一樣的。研究結果初步推斷,影響蚯蚓對重金屬富集作用的主要原因可能是體內酶的作用,不同重 金屬可以從多方面干擾了動物機體內的生理生化功能。
------伏小勇,秦賞,楊柳,陳學民,黃魁,侯培強2008-3-2(蘭州交通大學環境與市政工程學院)

@蚯蚓對重金屬的活化

蚯蚓在取食、做穴和排泄等生命活動中可能對土壤中的重金屬或學行為產生直接或間接的 影響. 胡秀仁等在用蚯蚓處理垃圾時發現加入蚯蚓後重金屬的溶出量明顯增加.俞協志研究表明, 蚯蚓活動顯著增加紅壤 DTPA 提取 Cu 的含量, 且能增加種植於此種土壤上黑麥草的地上部分生物量. 因此, 利用蚯蚓不僅可以改善土壤性質, 增加植物生物量, 而且可以提高土壤中重金屬的生物可利用性, 從而增加植物提取出來的總的金屬量.

李氏菌的模拟图

细菌,一种原核生物,它们的苗条体态远在人们的目力所及范围之外。不过,米饭的馊味以及浴室墙壁上的滑腻感又在不时地昭显着它们的存在,而肿瘤是由一群与人体细胞同文同种的真核细胞所组成。这些“叛逆者”凭借基因突变所赋予的强大能力,在人体内叫嚣乎东西,隳突乎南北,给患者造成了莫大的痛苦。那么,如果这两种在进化树上几无交集的细胞展开暗战,又是怎样一番“火星撞地球”般的精彩呢?

1960年代,美国总统尼克松曾表示,在他任上要完成两件大事,一是登上月球,二是攻克肿瘤。时至今日,登月照片已染上岁月的斑黄,但征服肿瘤之途依然困难重重,其中的坎坷正如同希腊神话中欧律斯透斯分派赫拉克勒斯的12项重任。小块头但却有大智慧的细菌在暗战肿瘤时能否能扮演赫拉克勒斯的角色?让我们拭目以待吧。

第92天
2012-08-22 周三

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