生物修复技术在土壤污染治理中的应用

2019-12-11李冬范晓琳深圳深态环境科技有限公司

节能与环保 2019年7期

文_李冬范晓琳深圳深态环境科技有限公司

生物修复技术，是指使用动物、植物、微生物，对污染物进行吸收、降解、转化，将污染物的浓度降低至可以接受的水平；或者将有毒有害的污染物，转换为无毒无害的物质，减轻对周边环境危害的技术。生物修复技术不仅操作简单、成本低，而且对环境的干扰小，不会造成二次污染。

1 土壤污染物的种类

土壤污染物的来源主要是工业废水、固体废弃物、农药化肥、大气污染沉降、重金属等，其中工业三废占比较高。工业生产过程中，排放的废水、废气、废渣中，含有大量有毒有害物质。此外，过量使用农药和化肥，其中的污染物也会在土壤中沉积下来。

1.1 有机污染物

有机物污染主要是化学农药造成的，一是氯类，如DDT、艾氏剂；二是有机磷类，如硫酸、敌敌畏；三是氨基甲酸酯类，如除草剂、杀虫剂；四是苯氯羧酸类，如2,4-D除草剂；五是工业三废中的油类、酚类等。

1.2 重金属污染

土壤重金属污染，主要是汞、锌、铅、锡、镉等元素引起的，进入土壤的途径包括：（1）灌溉用水中含有重金属；（2）含有重金属的粉尘进入土壤；（3）大量使用含有重金属的农药化肥；（4）工业废水排放进农田。重金属不能被微生物分解，会在土壤中富集，因此治理难度较大。

1.3 放射性元素污染

放射性元素的来源，一是大气中的裂变产物，二是原子能研究机构排出的废弃物。土壤一旦被放射性元素污染，自身难以消除，只能缓慢衰变为稳定元素，一旦这些元素通过食物链进入人体，就会危害健康。

2 生物修复技术的常用方法

2.1 植物修复技术

植物修复技术，是植物在生长过程中，对土壤中的有害物质进行汲取、降解，或利用光合作用吸纳污染物，实现净化效果。植物种类不同，对污染物的吸收能力也不同，有的植物只对一种污染物有效，有的植物对多种污染物有效。应用植物修复技术时，应该掌握植物的特征，分析土壤污染物的类型，对症治理才能有效治理污染。

2.2 微生物修复技术

微生物修复技术，就是利用土壤中的微生物降解污染物，或者人工培养微生物，将其补充到土壤中，实现土质净化的效果。微生物修复技术的应用包括投菌法、农耕法、堆肥法。

2.3 混合修复技术

对于污染程度严重的土壤，单纯采用某一种修复技术，难以实现良好的治理效果。将两种或多种修复技术相结合，就是混合修复技术，实际应用表明效果显著。以植物修复技术+微生物修复技术为例，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，两者相互作用，实现污染治理、土壤修复的双重目标。

3 生物修复技术应用效果的影响因素

3.1 污染物性质

污染物的性质，和自身结构、分子量关联密切。一般情况下，结构单一、分子量小的污染物，其降解过程更简单。以石油烃类污染物为例，利用微生物，可对饱和烃、轻质芳香烃进行降解，但不能对树脂、重质芳香烃进行降解。实践证明，不论是何种结构的链烷烃，均能被微生物氧化降解；相比之下芳香烃、环烷烃的降解更难，容易在土壤中富集。

3.2 环境因素

3.2.1 土壤类型

生物修复技术适用于黏性较小的沙质土，土壤的渗透性大小，直接关系到治理修复效果。对于渗透性较强的土壤，营养物质、电子受体的传质速度快，有利于加快生物的反应速度；渗透性较小的土壤，则会减缓生物的反应速度。

3.2.2 外界温度

目前生物修复技术的应用，普遍在20～40℃温度中进行，此时微生物的生长速度慢、代谢活性弱。以石油烃类污染物为例，当外界温度低于10℃，降解速度缓慢，此时可以覆盖一层塑料薄膜，从而加快降解速度。

3.3 生物体

土壤中微生物的种类、数量多，部分微生物和污染物接触后，能积极适应环境变化，并产生降解作用。但是，这些微生物也存在缺点，即生长速度慢、代谢效率低，如果外源污染物的浓度较高，就会削弱降解功能。对于这种情况，可在污染土壤中分离出降解菌，然后富集强化，提高污染降解作用。此外，降解菌不仅要适应土壤环境，还要和土著微生物相竞争，只有降解菌形成数量优势，才能提高降解速度和质量。

4 生物修复技术在土壤污染治理中的应用要点

4.1 提高降解作用

生物修复技术的本质，就是微生物和污染物相互作用反应，从而消除污染。这其中，筛选出高效的降解菌，提高降解作用，才能实现修复目标。对此，要分析土壤污染的类型、程度，从而针对性选择、培养降解菌。例如：针对有机氯农药污染，可以使用棒状杆菌、芽孢杆菌；针对五氯硝基苯污染，可以使用诺卡氏菌、链霉菌属等。

4.2 科学选择生物

污染降解是一个长期缓慢的过程，随着污染物种类增多，不仅会降低微生物的降解效率，还会导致微生物死亡。对此，技术人员应该科学选择生物，创造适宜微生物生存的环境，并添加氧气、营养盐等成分，增强微生物的降解能力。针对不同土壤、不同污染源，应该培养合适的微生物群，提高污染治理效率。

4.3 注重绿色环保

对土壤污染进行治理修复时，应该遵循绿色环保的原则，避免造成二次污染。随着科学技术的发展，在生物修复技术的基础上，原位修复技术、基于设备化的快速修复技术、土壤修复决策支持系统、土壤修复后评估技术等不断出现。在实际应用中，形成了农药、重金属、放射性核素、新兴污染物、复合污染的修复技术体系，在污染治理的同时，也满足了绿色环保的要求。

5 工程实例分析

以国内某油田基地为例，该基地位于河南省南阳盆地，生产原油类型有沥青基类稠油、低硫石蜡基类稀油两种。随着油田的开采时间延长，管道线路发生腐蚀泄露，造成了土壤污染，如何治理污染、修复土壤，成为人们关注的要点。结合污染特点，有关部门决定采用生物修复技术，实施石油烃降解菌群+植物+无机营养盐的治理方案。为了验证污染治理效果，首先在油田内采集土壤样本，富集微生物菌群后，选择降解性能强的菌群，将其投入受污染的土壤中。然后种植向日葵，观察出芽率、植株生长情况，评价石油烃的降解效果。

结果显示：第一，样本未添加降解菌和营养盐，3天和5天后向日葵的出芽数均少于其他样本，说明：石油烃会抑制向日葵种子萌发。第二，样本中添加降解菌或营养盐后，向日葵的植株高度均大于未添加任何成分的样本，说明添加降解菌或营养盐，有利于植物生长。第三，联合使用降解菌和营养盐的样本，石油烃降解率最高；单一使用降解菌的样本，石油烃降解率次之；不添加任何成分的样本，石油烃降解率最低，说明降解菌、营养盐的使用，可以增强微生物的降解能力。