原位土壤地下水電動(dòng)-微生物協(xié)同修復(fù)技術(shù)

陳 昱 顧 蒙

（1 江蘇長三角環(huán)境科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 江蘇常州 213100 2 上田環(huán)境修復(fù)有限公司 江蘇常州 213100）

引言

原位注入氧化劑、多相抽提等是傳統(tǒng)的原位土壤修復(fù)技術(shù)，但是傳統(tǒng)的處理修復(fù)技術(shù)修復(fù)效果并不理想，主要是因?yàn)樵诿鎸?duì)黏土[1]、粉質(zhì)黏土污染地層時(shí)，土壤滲透的系數(shù)小，影響半徑也比較小，在這種情況下藥劑很難接觸到污染物。

而微生物修復(fù)技術(shù)則具有成本較低、操作便捷、對(duì)周圍環(huán)境影響較小等一系列的優(yōu)勢(shì)，因此在以石油烴組分為代表的污染土壤中較為適用。但是同時(shí)需要注意到的是，多環(huán)芳烴等有機(jī)污染物疏水性強(qiáng)，僅僅依靠生物修復(fù)技術(shù)無法達(dá)到理想的去除污染物的目標(biāo)。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，原位土壤地下水電動(dòng)-微生物協(xié)同修復(fù)技術(shù)受到了比較多的關(guān)注，為提高土壤的修復(fù)效率做好了充足的準(zhǔn)備。

1 土壤污染的現(xiàn)狀以及危害

當(dāng)各種有毒、有害的物質(zhì)進(jìn)入土壤后，會(huì)破壞土壤原有的質(zhì)量與結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生不良影響，對(duì)土壤造成不可逆的傷害[2]，長時(shí)間就擴(kuò)大的土壤被污染的面積以及污染的程度。我國是農(nóng)業(yè)大國，在生產(chǎn)中對(duì)農(nóng)藥、化肥的用量比較大，且化肥和農(nóng)藥使用的有效率比較低，對(duì)土地產(chǎn)生了污染。隨著我國工業(yè)水平的不斷發(fā)展，農(nóng)業(yè)灌溉用水中經(jīng)常含有重金屬污染物，如Pb、Hg、Cd，這些重金屬污染物的隱蔽性比較高[3]、持續(xù)時(shí)間也比較長、危害性比較大，會(huì)對(duì)土壤造成嚴(yán)重的影響。

盡管土壤在一定程度上具有自凈的能力，但實(shí)際上污染物的含量已經(jīng)超過了土壤的承受能力，土壤污染會(huì)造成比較嚴(yán)重的影響，如降低土壤的質(zhì)量，破壞農(nóng)作物的生長，如果污染物過多甚至?xí)茐耐寥赖恼９δ?，使農(nóng)作物發(fā)生絕收的現(xiàn)象。一旦土壤中的有害物質(zhì)進(jìn)入了人體，將會(huì)嚴(yán)重威脅人體的健康與人類生存的環(huán)境。多數(shù)有機(jī)污染物不僅持久性比較強(qiáng)，其疏水性也較強(qiáng)，這類有機(jī)污染物物質(zhì)進(jìn)入土壤后生物可利用性會(huì)大幅降低，僅僅依靠微生物修復(fù)技術(shù)很難實(shí)現(xiàn)高效去除[4]。

2 原位土壤地下水電動(dòng)-微生物協(xié)同修復(fù)技術(shù)原理

在傳統(tǒng)原位土壤修復(fù)技術(shù)、單一微生物修復(fù)技術(shù)均無法達(dá)到理想修復(fù)作用的背景下，電動(dòng)-微生物協(xié)同修復(fù)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，且在土壤修復(fù)中的使用優(yōu)勢(shì)愈發(fā)明顯。電動(dòng)-微生物協(xié)同修復(fù)技術(shù)不會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成較大影響，同時(shí)成本低且不會(huì)造成二次環(huán)境污染，因此優(yōu)勢(shì)突出，已作為土壤清潔技術(shù)在土壤污染物治理中得到了較為廣泛的應(yīng)用。這一技術(shù)能夠在有機(jī)污染場(chǎng)地治理中發(fā)揮重要作用，且解決了土壤治理成本高昂的問題，適用于不同程度發(fā)展地區(qū)。電動(dòng)-微生物協(xié)同修復(fù)就是將通過電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)降解菌和污染物的傳質(zhì)，以此提升污染物生物可利用性，后使用電流營造良好微生物轉(zhuǎn)化環(huán)境，最后通過微生降解完成土壤修復(fù)目的。

在修復(fù)亞表層土壤時(shí)，主要運(yùn)用的就是原位生物修復(fù)技術(shù)，這種技術(shù)主要是在被污染土壤中加入有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)，控制被污染土壤的含氧量，繼而析出土壤中所含有的有害物質(zhì)。但在實(shí)際的運(yùn)用中，被污染的土壤面積比較大，會(huì)耗費(fèi)比較多的人力和物力，增加修復(fù)的成本。原位土壤地下水電動(dòng)-微生物協(xié)同修復(fù)技術(shù)主要依靠電動(dòng)力學(xué)效應(yīng)、電化學(xué)反應(yīng)、微生物修復(fù)。一般來說，土壤的顆粒在較小的情況下，整體的運(yùn)行的速度就會(huì)有所提升，相應(yīng)地提升修復(fù)的效果。

原位土壤地下水電動(dòng)-微生物協(xié)同修復(fù)技術(shù)主要分為三個(gè)步驟，即電動(dòng)力學(xué)效應(yīng)、電化學(xué)反應(yīng)、微生物降解[5]。相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，土壤中大多數(shù)的污染物存在于土壤顆粒的晶格之間[6]，比較容易發(fā)生污染物的電解反應(yīng)，因此，電動(dòng)力學(xué)效應(yīng)、電化學(xué)反應(yīng)、微生物降解具有較強(qiáng)的針對(duì)性。

首先，電動(dòng)力學(xué)效應(yīng)，在交替電場(chǎng)的作用下，陰陽離子和水合陽離子來回之間發(fā)生了運(yùn)轉(zhuǎn)，污染物被快速帶離了原位，形成了沖刷的作用。原位土壤地下水電動(dòng)-微生物協(xié)同修復(fù)技術(shù)選擇交替脈沖電壓，可以使污染物在電場(chǎng)下形成渲染，雖增加污染面積，但是同時(shí)減少了污染濃度。

其次，電化學(xué)反應(yīng)，土壤顆粒表面電解并形成了自由基，有機(jī)物被氧化為更容易降解的物質(zhì)，與土壤發(fā)生了分離，土壤表面的電解失去電子，土壤表面的陽離子增多，雙電層進(jìn)一步壓縮，土壤顆粒也會(huì)進(jìn)一步減小，淤泥也會(huì)自原先的蓬松狀態(tài)向密實(shí)壓縮狀態(tài)轉(zhuǎn)變，對(duì)于粉質(zhì)黏土、黏土類的土壤極為適用。

最后，微生物降解，土壤間隙中有負(fù)電，陽離子攜帶著污染物向土壤間隙做運(yùn)動(dòng)，微生物在污染物轉(zhuǎn)移過程中，將污染物迅速降解，也可以通過微生物將污染物轉(zhuǎn)移到土壤間隙內(nèi)的方式，將污染物迅速降解。

3 原位土壤地下水電動(dòng)-微生物協(xié)同修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用

對(duì)某搬遷的化工廠污染土壤進(jìn)行處理，揮發(fā)性有機(jī)物、半揮發(fā)性有機(jī)物兩大類是土壤中的主要污染物，例如苯、熒蒽、芘等物質(zhì)[7]。在應(yīng)用中，相關(guān)的工作人員要加強(qiáng)自身的責(zé)任意識(shí)，開展挖掘工作時(shí)，盡量減少對(duì)土壤的擾動(dòng)，以挖掘出完整土壤為目的，避免揮發(fā)性物質(zhì)產(chǎn)生了揮發(fā)，修復(fù)周期儲(chǔ)蓄10 個(gè)月，監(jiān)測(cè)周期為月度監(jiān)測(cè)，及時(shí)關(guān)注土壤污染物。

在原位土壤地下水電動(dòng)-微生物協(xié)同修復(fù)技術(shù)應(yīng)用中，降解苯系物的降解率和修復(fù)時(shí)間呈正比，污染物濃度的去除率高達(dá)90%，污染物濃度能符合土壤修復(fù)的標(biāo)準(zhǔn)。

在電動(dòng)力學(xué)作用下，通過電滲析、電遷移、電泳，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)，將土壤顆粒表面解吸到孔隙水內(nèi)；苯系物的水溶性比較差，飽和溶解濃度水平通常處于10-3mg/L[8]，非常容易吸附于土壤的表面，利用原位土壤地下水電動(dòng)-微生物協(xié)同修復(fù)技術(shù)能夠加速土壤降解的過程。在修復(fù)開始后的兩個(gè)月中，多環(huán)苯污染物濃度下降比較緩慢，但是修復(fù)的第三個(gè)月，濃度下降的幅度變大。當(dāng)表面的污染物被降解后，內(nèi)部的污染物逐漸暴露，通過電場(chǎng)沖刷的作用，進(jìn)入了孔隙水體系，營養(yǎng)物質(zhì)被帶入，有助于發(fā)揮微生物的作用，加速對(duì)土壤中有機(jī)物的降解，降低了污染物的濃度。

在氧化還原反應(yīng)的作用下，污染物會(huì)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)槎替湹挠袡C(jī)物[9]，以便微生物發(fā)揮快速降解的功效；利用原位土壤地下水電動(dòng)-微生物協(xié)同修復(fù)技術(shù)能夠在土壤中形成電化學(xué)反應(yīng)，分離出土壤與污染物，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。

4 原位土壤地下水電動(dòng)-微生物協(xié)同修復(fù)技術(shù)發(fā)展前景

原位土壤地下水電動(dòng)-微生物協(xié)同修復(fù)技術(shù)在實(shí)際的運(yùn)用中，具有高效性與有效性，對(duì)常規(guī)手段難以修復(fù)的土地也有非常好的修復(fù)效果。在安裝方面，導(dǎo)電樁的安裝可以選取任意角度，對(duì)安裝的場(chǎng)地也沒有特別大的限制，如建筑物的草坪下、道路下，甚至是鐵軌下。

原位土壤地下水電動(dòng)-微生物協(xié)同修復(fù)技術(shù)，無論對(duì)于人類還是野生動(dòng)物，都具有較高的安全性。如果遇到當(dāng)?shù)仉娏B接不方便，也可以使用太陽能、風(fēng)能進(jìn)行代替，主要是因?yàn)樵煌寥赖叵滤妱?dòng)-微生物協(xié)同修復(fù)技術(shù)的能量消耗量比較小[10]。電動(dòng)-微生物協(xié)同修復(fù)技術(shù)還存在修復(fù)時(shí)間長的局限性，應(yīng)用時(shí)需要耗費(fèi)幾個(gè)月甚至幾年的時(shí)間，且在寒冷地區(qū)應(yīng)用效果不甚理想，因此，在未來發(fā)展中應(yīng)將優(yōu)化修復(fù)條件、縮短耗時(shí)作為重要研究方向之一，最大程度提升修復(fù)有效性[11]。

原位土壤地下水電動(dòng)-微生物協(xié)同修復(fù)技術(shù)在運(yùn)用的過程中，會(huì)受到電場(chǎng)強(qiáng)度、微生物種群特點(diǎn)、污染物生物可降解性的影響。作為微生物與污染物之間傳質(zhì)的動(dòng)力，電場(chǎng)強(qiáng)度越大，那么相應(yīng)地就會(huì)產(chǎn)生更好的修復(fù)效果。隨著電場(chǎng)強(qiáng)度的增加，周圍環(huán)境的安全性、微生物以生物酶的活性都會(huì)不斷降低，同時(shí)也會(huì)加大原位土壤地下水電動(dòng)-微生物協(xié)同修復(fù)技術(shù)的耗能[12]。

污染物的生物可降解性會(huì)影響修復(fù)的效果，并影響在實(shí)際運(yùn)動(dòng)中的具體效果。環(huán)境因素也會(huì)影響原位土壤地下水電動(dòng)-微生物協(xié)同修復(fù)技術(shù)的修復(fù)效果，主要包括土壤的ph 值、土壤的具體類型。土壤中的pH 值會(huì)影響還原電位，并降低污染物的降低率。pH 值會(huì)影響微生物生存環(huán)境，不同的微生物種群對(duì)pH 值的環(huán)境的要求并不一樣，因此，如何根據(jù)微生物的種群，提高修復(fù)的效率等改進(jìn)修復(fù)土壤污染的方式將是今后的工作重點(diǎn)。

結(jié)語

當(dāng)前，修復(fù)土壤污染有多種方式，如物理化學(xué)修復(fù)方法、生態(tài)修復(fù)方法、生物炭修復(fù)方法。伴隨著人類生產(chǎn)活動(dòng)范圍不斷擴(kuò)大，一些有害物質(zhì)都通過降雨淋溶、自然沉降、水循環(huán)的方式進(jìn)入了土壤，污染土壤面積的擴(kuò)大，會(huì)造成土地資源的損害與浪費(fèi)，因此，做好土壤的修復(fù)在工作具有重要的意義。土壤的類型與修復(fù)區(qū)域土壤的導(dǎo)電性、電化學(xué)反應(yīng)的強(qiáng)弱有著密切的關(guān)系，相關(guān)的工作人員需要站在全面的角度，探究修復(fù)土壤的高效方法，并通過實(shí)踐不斷的改進(jìn)。

本研究通過探究土壤污染的現(xiàn)狀以及危害，并詳細(xì)闡述了原位土壤地下水電動(dòng)-微生物協(xié)同修復(fù)技術(shù)的運(yùn)用以及運(yùn)用的原理，可以明顯發(fā)現(xiàn)原位土壤地下水電動(dòng)-微生物協(xié)同修復(fù)技術(shù)無論是在現(xiàn)在還是在未來，都將對(duì)修復(fù)土壤污染做出巨大的貢獻(xiàn)。