生物修復(fù)技術(shù)在土壤污染治理中的應(yīng)用

文_李冬 范曉琳 深圳深態(tài)環(huán)境科技有限公司

生物修復(fù)技術(shù)，是指使用動(dòng)物、植物、微生物，對(duì)污染物進(jìn)行吸收、降解、轉(zhuǎn)化，將污染物的濃度降低至可以接受的水平；或者將有毒有害的污染物，轉(zhuǎn)換為無(wú)毒無(wú)害的物質(zhì)，減輕對(duì)周邊環(huán)境危害的技術(shù)。生物修復(fù)技術(shù)不僅操作簡(jiǎn)單、成本低，而且對(duì)環(huán)境的干擾小，不會(huì)造成二次污染。

1 土壤污染物的種類(lèi)

土壤污染物的來(lái)源主要是工業(yè)廢水、固體廢棄物、農(nóng)藥化肥、大氣污染沉降、重金屬等，其中工業(yè)三廢占比較高。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，排放的廢水、廢氣、廢渣中，含有大量有毒有害物質(zhì)。此外，過(guò)量使用農(nóng)藥和化肥，其中的污染物也會(huì)在土壤中沉積下來(lái)。

1.1 有機(jī)污染物

有機(jī)物污染主要是化學(xué)農(nóng)藥造成的，一是氯類(lèi)，如DDT、艾氏劑；二是有機(jī)磷類(lèi)，如硫酸、敵敵畏；三是氨基甲酸酯類(lèi)，如除草劑、殺蟲(chóng)劑；四是苯氯羧酸類(lèi)，如2,4-D除草劑；五是工業(yè)三廢中的油類(lèi)、酚類(lèi)等。

1.2 重金屬污染

土壤重金屬污染，主要是汞、鋅、鉛、錫、鎘等元素引起的，進(jìn)入土壤的途徑包括：（1）灌溉用水中含有重金屬；（2）含有重金屬的粉塵進(jìn)入土壤；（3）大量使用含有重金屬的農(nóng)藥化肥；（4）工業(yè)廢水排放進(jìn)農(nóng)田。重金屬不能被微生物分解，會(huì)在土壤中富集，因此治理難度較大。

1.3 放射性元素污染

放射性元素的來(lái)源，一是大氣中的裂變產(chǎn)物，二是原子能研究機(jī)構(gòu)排出的廢棄物。土壤一旦被放射性元素污染，自身難以消除，只能緩慢衰變?yōu)榉€(wěn)定元素，一旦這些元素通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，就會(huì)危害健康。

2 生物修復(fù)技術(shù)的常用方法

2.1 植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)技術(shù)，是植物在生長(zhǎng)過(guò)程中，對(duì)土壤中的有害物質(zhì)進(jìn)行汲取、降解，或利用光合作用吸納污染物，實(shí)現(xiàn)凈化效果。植物種類(lèi)不同，對(duì)污染物的吸收能力也不同，有的植物只對(duì)一種污染物有效，有的植物對(duì)多種污染物有效。應(yīng)用植物修復(fù)技術(shù)時(shí)，應(yīng)該掌握植物的特征，分析土壤污染物的類(lèi)型，對(duì)癥治理才能有效治理污染。

2.2 微生物修復(fù)技術(shù)

微生物修復(fù)技術(shù)，就是利用土壤中的微生物降解污染物，或者人工培養(yǎng)微生物，將其補(bǔ)充到土壤中，實(shí)現(xiàn)土質(zhì)凈化的效果。微生物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用包括投菌法、農(nóng)耕法、堆肥法。

2.3 混合修復(fù)技術(shù)

對(duì)于污染程度嚴(yán)重的土壤，單純采用某一種修復(fù)技術(shù)，難以實(shí)現(xiàn)良好的治理效果。將兩種或多種修復(fù)技術(shù)相結(jié)合，就是混合修復(fù)技術(shù)，實(shí)際應(yīng)用表明效果顯著。以植物修復(fù)技術(shù)+微生物修復(fù)技術(shù)為例，一方面微生物能降解污染物，另一方面植物根部可以吸收污染物，兩者相互作用，實(shí)現(xiàn)污染治理、土壤修復(fù)的雙重目標(biāo)。

3 生物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用效果的影響因素

3.1 污染物性質(zhì)

污染物的性質(zhì)，和自身結(jié)構(gòu)、分子量關(guān)聯(lián)密切。一般情況下，結(jié)構(gòu)單一、分子量小的污染物，其降解過(guò)程更簡(jiǎn)單。以石油烴類(lèi)污染物為例，利用微生物，可對(duì)飽和烴、輕質(zhì)芳香烴進(jìn)行降解，但不能對(duì)樹(shù)脂、重質(zhì)芳香烴進(jìn)行降解。實(shí)踐證明，不論是何種結(jié)構(gòu)的鏈烷烴，均能被微生物氧化降解；相比之下芳香烴、環(huán)烷烴的降解更難，容易在土壤中富集。

3.2 環(huán)境因素

3.2.1 土壤類(lèi)型

生物修復(fù)技術(shù)適用于黏性較小的沙質(zhì)土，土壤的滲透性大小，直接關(guān)系到治理修復(fù)效果。對(duì)于滲透性較強(qiáng)的土壤，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、電子受體的傳質(zhì)速度快，有利于加快生物的反應(yīng)速度；滲透性較小的土壤，則會(huì)減緩生物的反應(yīng)速度。

3.2.2 外界溫度

目前生物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用，普遍在20～40℃溫度中進(jìn)行，此時(shí)微生物的生長(zhǎng)速度慢、代謝活性弱。以石油烴類(lèi)污染物為例，當(dāng)外界溫度低于10℃，降解速度緩慢，此時(shí)可以覆蓋一層塑料薄膜，從而加快降解速度。

3.3 生物體

土壤中微生物的種類(lèi)、數(shù)量多，部分微生物和污染物接觸后，能積極適應(yīng)環(huán)境變化，并產(chǎn)生降解作用。但是，這些微生物也存在缺點(diǎn)，即生長(zhǎng)速度慢、代謝效率低，如果外源污染物的濃度較高，就會(huì)削弱降解功能。對(duì)于這種情況，可在污染土壤中分離出降解菌，然后富集強(qiáng)化，提高污染降解作用。此外，降解菌不僅要適應(yīng)土壤環(huán)境，還要和土著微生物相競(jìng)爭(zhēng)，只有降解菌形成數(shù)量?jī)?yōu)勢(shì)，才能提高降解速度和質(zhì)量。

4 生物修復(fù)技術(shù)在土壤污染治理中的應(yīng)用要點(diǎn)

4.1 提高降解作用

生物修復(fù)技術(shù)的本質(zhì)，就是微生物和污染物相互作用反應(yīng)，從而消除污染。這其中，篩選出高效的降解菌，提高降解作用，才能實(shí)現(xiàn)修復(fù)目標(biāo)。對(duì)此，要分析土壤污染的類(lèi)型、程度，從而針對(duì)性選擇、培養(yǎng)降解菌。例如：針對(duì)有機(jī)氯農(nóng)藥污染，可以使用棒狀桿菌、芽孢桿菌；針對(duì)五氯硝基苯污染，可以使用諾卡氏菌、鏈霉菌屬等。

4.2 科學(xué)選擇生物

污染降解是一個(gè)長(zhǎng)期緩慢的過(guò)程，隨著污染物種類(lèi)增多，不僅會(huì)降低微生物的降解效率，還會(huì)導(dǎo)致微生物死亡。對(duì)此，技術(shù)人員應(yīng)該科學(xué)選擇生物，創(chuàng)造適宜微生物生存的環(huán)境，并添加氧氣、營(yíng)養(yǎng)鹽等成分，增強(qiáng)微生物的降解能力。針對(duì)不同土壤、不同污染源，應(yīng)該培養(yǎng)合適的微生物群，提高污染治理效率。

4.3 注重綠色環(huán)保

對(duì)土壤污染進(jìn)行治理修復(fù)時(shí)，應(yīng)該遵循綠色環(huán)保的原則，避免造成二次污染。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在生物修復(fù)技術(shù)的基礎(chǔ)上，原位修復(fù)技術(shù)、基于設(shè)備化的快速修復(fù)技術(shù)、土壤修復(fù)決策支持系統(tǒng)、土壤修復(fù)后評(píng)估技術(shù)等不斷出現(xiàn)。在實(shí)際應(yīng)用中，形成了農(nóng)藥、重金屬、放射性核素、新興污染物、復(fù)合污染的修復(fù)技術(shù)體系，在污染治理的同時(shí)，也滿足了綠色環(huán)保的要求。

5 工程實(shí)例分析

以國(guó)內(nèi)某油田基地為例，該基地位于河南省南陽(yáng)盆地，生產(chǎn)原油類(lèi)型有瀝青基類(lèi)稠油、低硫石蠟基類(lèi)稀油兩種。隨著油田的開(kāi)采時(shí)間延長(zhǎng)，管道線路發(fā)生腐蝕泄露，造成了土壤污染，如何治理污染、修復(fù)土壤，成為人們關(guān)注的要點(diǎn)。結(jié)合污染特點(diǎn)，有關(guān)部門(mén)決定采用生物修復(fù)技術(shù)，實(shí)施石油烴降解菌群+植物+無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)鹽的治理方案。為了驗(yàn)證污染治理效果，首先在油田內(nèi)采集土壤樣本，富集微生物菌群后，選擇降解性能強(qiáng)的菌群，將其投入受污染的土壤中。然后種植向日葵，觀察出芽率、植株生長(zhǎng)情況，評(píng)價(jià)石油烴的降解效果。

結(jié)果顯示：第一，樣本未添加降解菌和營(yíng)養(yǎng)鹽，3天和5天后向日葵的出芽數(shù)均少于其他樣本，說(shuō)明：石油烴會(huì)抑制向日葵種子萌發(fā)。第二，樣本中添加降解菌或營(yíng)養(yǎng)鹽后，向日葵的植株高度均大于未添加任何成分的樣本，說(shuō)明添加降解菌或營(yíng)養(yǎng)鹽，有利于植物生長(zhǎng)。第三，聯(lián)合使用降解菌和營(yíng)養(yǎng)鹽的樣本，石油烴降解率最高；單一使用降解菌的樣本，石油烴降解率次之；不添加任何成分的樣本，石油烴降解率最低，說(shuō)明降解菌、營(yíng)養(yǎng)鹽的使用，可以增強(qiáng)微生物的降解能力。

6 結(jié)語(yǔ)

在土壤污染治理中，生物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用普遍性較高，本文對(duì)植物、動(dòng)物、微生物、混合修復(fù)等技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。結(jié)合案例分析可知，污染物性質(zhì)、環(huán)境、生物體，是影響污染治理效果的主要因素。只有科學(xué)選擇生物，注重綠色環(huán)保，才能實(shí)現(xiàn)土壤污染的治理目標(biāo)。