微生物修复技术原理精选(九篇)

第1篇：微生物修复技术原理范文

关键词:土壤污染、生物修复、研究进展

前言

土壤重金属污染是指由于人类活动将金属加入到土壤中，致使土壤中重金属明显高于原生含量、并造成生态环境质量恶化的现象。加之重金属离子难移动性，长期滞留性和不可分解性的特点，对土壤生态环境造成了极大破坏，同时食物通过食物链最终进入人体，严重危害人体健康，已成为不可忽视的环境问题。随着我国人民生活水平的提高,生态环境保护日趋受到重视,国家对污染土壤治理和修复的人力，物力的投入逐年增加，土壤污染物的去除以及修复问题,已成为土壤环境研究领域的重要课题。而生物修复技术是近20年发展起来的一项用于污染土壤治理的新技术,同传统处理技术相比具有明显优势，例如其处理成本低,只为焚烧法的1/2-1/3，处理效果好,生化处理后污染物残留量可达到很低水平;对环境影响小,无二次污染,最终产物CO2、H2O和脂肪酸对人体无害，可以就地处理,避免了集输过程的二次污染,节省了处理费用，因而该技术成为最有发展潜力和市场前景的修复技术。

1.污染土壤生物修复的基本原理和特点

土壤生物修复的基本原理是利用土壤中天然的微生物资源或人为投加目的菌株,甚至用构建的特异降解功能菌投加到各污染土壤中,将滞留的污染物快速降解和转化成无害的物质,使土壤恢复其天然功能。由于自然的生物修复过程一般较慢,难于实际应用,因而生物修复技术是工程化在人为促进条件下的生物修复,利用微生物的降解作用,去除土壤中石油烃类及各种有毒有害的有机污染物，降解过程可以通过改变土壤理化条件(温度、湿度、pH值、通气及营养添加等)来完成,也可接种经特殊驯化与构建的工程微生物提高降解速率。

2.污染土壤生物修复技术的种类

目前,微生物修复技术方法主要有3种:原位修复技术、异位修复技术和原位-异位修复技术。

2.1原位修复技术：

原位修复技术是在不破坏土壤基本结构的情况下的微生物修复技术。有投菌法、生物培养法和生物通气法等,主要用于被有机污染物污染的土壤修复。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,同时投加微生物生长所需的营养物质,通过微生物对污染物的降解和代谢达到去除污染物的目的。生物培养法是定期向土壤中投加过氧化氢和营养物,过氧化氢则在代谢过程中作为电子受体,以满足土壤微生物代谢,将污染物彻底分解为CO2和H2O。生物通气法是一种加压氧化的生物降解方法,它是在污染的土壤上打上几眼深井,安装鼓风机和抽真空机,将空气强行排入土壤中,然后抽出,土壤中的挥发性有机物也随之去除。在通入空气时,加入一定量的氨气,可为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异位修复技术：

异位修复处理污染土壤时,需要对污染的土壤进行大范围的扰动,主要技术包括预制床技术、生物反应器技术、厌氧处理和常规的堆肥法。预制床技术是在平台上铺上砂子和石子,再铺上15-30cm厚的污染土壤,加入营养液和水,必要时加入表面活性剂,定期翻动充氧,以满足土壤微生物对氧的需要,处理过程中流出的渗滤液,即时回灌于土层,以彻底清除污染物。生物反应器技术是把污染的土壤移到生物反应器,加水混合成泥浆,调节适宣的pH值,同时加入一定量的营养物质和表面活性剂,底部鼓入空气充氧,满足微生物所需氧气的同时,使微生物与污染物充分接触,加速污染物的降解,降解完成后,过滤脱水这种方法处理效果好、速度快,但仅仅适宜于小范围的污染治理。厌氧处理技术适于高浓度有机污染的土壤处理,但处理条件难于控制。常规堆肥法是传统堆肥和生物治理技术的结合,向土壤中掺入枯枝落叶或粪肥,加入石灰调节pH值,人工充氧,依靠其自然存在的微生物使有机物向稳定的腐殖质转化,是一种有机物高温降解的固相过程。上述方法要想获得高的污染去除效率,关键是菌种的驯化和筛选。由于几乎每一种有机污染物或重金属都能找到多种有益的降解微生物。因此,寻找高效污染物降解菌是生物修复技术研究的热点。

3.影响污染土壤生物修复的主要因子

3.1污染物的性质：

重金属污染物在土壤中常以多种形态贮存,不同的化学形态对植物的有效性不同。某种生物可能对某种单一重金属具有较强的修复作用。此外,重金属污染的方式(单一污染或复合污染)，污染物浓度的高低也是影响修复效果的重要因素。有机污染物的结构不同,其在土壤中的降解差异也较大。

3.2环境因子：

了解和掌握土壤的水分、营养等供给状况,拟订合适的施肥、灌水、通气等管理方案,补充微生物和植物在对污染物修复过程中的养分和水分消耗,可提高生物修复的效率。一般来说土壤盐度、酸碱度和氧化还原条件与重金属化学形态、生物可利用性及生物活性有密切关系,也是影响生物对重金属污染土壤修复效率的重要环境条件。

3.3生物体本身：

微生物的种类和活性直接影响修复的效果。由于微生物的生物体很小,吸收的金属量较少,难以后续处理,限制了利用微生物进行大面积现场修复的应用，

植物体由于生物量大且易于后续处理,利用植物对金属污染位点进行修复成为解决环境中重金属污染问题的一个很有前景的选择。但由于超积累重金属植物一般生长缓慢,且对重金属存在选择作用,不适于多种重金属复合污染土壤的修复。因此,在选择修复技术时,应根据污染物性质、土壤条件、污染程度、预期修复目标、时间限制、成本及修复技术的适用范围等因素加以综合考虑。

4.发展中存在的问题：

生物修复技术作为近20年发展起来的一项用于污染土壤治理的新技术,虽取得很大进步和成功,但处于实验室或模拟实验阶段的研究结果较多,商业性应用还待开发。此外,由于生物修复效果受到如共存的有毒物质(Co-toxicants)(如重金属)对生物降解作用的抑制；电子受体(营养物)释放的物理;物理因子(如低温)引起的低反应速率;污染物的生物不可利用性;污染物被转化成有毒的代谢产物;污染物分布的不均一性;缺乏具有降解污染物生物化学能力的微生物等因素制约。因此,目前经生物修复处理的污染土壤,其污染物含量还不能完全达到指标的浓度要求。

5.应用前景及建议：

随着生物技术和基因工程技术的发展,土壤生物修复技术研究与应用将不断深入并走向成熟,特别是微生物修复技术、植物生物修复技术和菌根技术的综合运用将为有毒、难降解、有机物污染土壤的修复带来希望。为此,建议今后在生物修复技术的研究和开发方面加强做好以下几项工作:

(1)进一步深入研究植物超积累重金属的机理,超积累效率与土壤中重金属元素的价态、形态及环境因素的关系。(2)加强微生物分解污染物的代谢过程、植物-微生物共存体系的研究以及植物-微生物联合修复对污染物的修复作用与植物种类具有密切关系。

(3)应用现代分子生物学与基因工程技术,使超积累植物的生物学性状(个体大小、生物量、生长速率、生长周期等)进一步改善与提高,培养筛选专一或广谱性的微生物种群(类),并构建高效降解污染物的微生物基因工程菌,提高植物与微生物对污染土壤生物修复的效率。

(4)创造良好的土壤环境,协调土著微生物和外来微生物的关系,使微生物的修复效果达到最佳，并充分发挥生物修复与其他修复技术(如化学修复)的联合修复作用。

(5)尽快建立生物修复过程中污染物的生态化学过程量化数学模型、生态风险及安全评价、监测和管理指标体系。

结论

综上所述，我们不难发现由于土壤重金属来源复杂,土壤中重金属不同形态、不同重金属之间及与其它污染物的相互作用产生各种复合污染物的复杂性增加了对土壤重金属治理和修复难度,且重金属对动植物和人体的危害具有长期性、潜在性和不可逆性,同时进一步恶化了土壤条件，严重制约了我国农业生产的加速发展，所以要更好的防治土壤重金属污染还需要广大科研工作者不懈的努力，研发出更好的效率更高的修复治理技术，同时我们还不应该忘记必须加强企业自身的环保意识，提高企业自我约束能力，始终将防治污染积极治理作为企业工作的头等大事来抓，把企业对环境的污染程度降到最低限度，形成全社会都来重视土壤污染问题的良好环保氛围，逐步改善我们的土壤生态环境。

参考文献：

[1]钱暑强,刘铮.污染土壤修复技术介绍[J].化工进展,2000(4):10-12,20.

[2]陈玉成.土壤污染的生物修复[J].环境科学动态,

1999，(2):7-11.

[3]李凯峰,温青,石汕.污染土壤的生物修复[J].化学工程师,2002,93(6):52-53.

[4]杨国栋.污染土壤微生物修复技术主要研究内容和方法

[5]张春桂,许华夏,姜晴楠.污染土壤生物恢复技术[J].生态学杂志,1997,18(4):52-58.

[6]李法云,臧树良,罗义.污染土壤生物修复枝木研究[J].生态学杂志,2003,22(1):35-39.

[7]滕应,黄昌勇.重金属污染土壤的微生物生态效应及修复研究进展[J].土壤与环境,2002,11(1):85-89.

[8]沈德中.污染环境的生物修复(第一版)[M].北京:化学工业出版社,2001:14,311.

第2篇：微生物修复技术原理范文

关键词：底栖动物；受损水体；生物修复；环境污染

中图分类号：X52；Q14 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20150951001

1 生物修复技术的发展动态

随着环境科学、生命科学和现代生物技术的迅速发展，生物修复已成为世界各国环境治理的热点和富有挑战性的前沿领域，在理论研究和实际应用方面都取得了明显进展，是21世纪环境技术的主攻方向之一[1]。近年来生物修复在国内外受到了广泛的重视和应用，得到各国学者和环保部门的认可，而且引起产业界的普遍关注，生物修复产品和服务的价值年均增长15%[2]。生物修复在控制外来污染物质的同时，可以有效调控生态系统的内部结构，恢复生态系统的缓冲和抗干扰功能，是环境治理的最佳途径[3]。

水体生物修复包括原地生物修复（in-situ bioremediation）、异地生物修复（ex-situ bioremediation）和复合生物修复（associated bioremediation）。原地生物修复尽量保持水体的自然环境条件，又可分为原地自然修复和原位工程修复。在原地自然修复中，主要利用水体中的土著微生物；在原地工程修复中，加入微生物生长所需要的营养物质，或加入人工培养的特殊微生物来提高生物活性，加快修复速度。原地生物修复的成本低廉但效果不够理想，可用于大规模、低污染水体的生物修复[4]。在异地生物修复中，将污染基质运走进行集约化的生物修复，主要用于水体疏浚后的底泥二次处理。这种修复的效果更加理想但经济成本相对高昂，可用于小规模、重污染水体的生物修复。在复合生物修复中，原地生物修复与异地生物修复优势互补，越来越多地用于不同水体的环境治理中。

微生物常常用于水体生物修复。微生物在分解有机污染物的过程中获得能源和碳源，在微生物（尤其是细菌）产生的各种酶的作用下，经过一系列厌氧和好氧生化过程，化学污染物被逐步降解，最后成为植物可吸收利用的无机态营养元素。但由于污染现场环境中经常存在溶解氧（或其他电子受体）不足、营养盐缺乏、高效微生物生长缓慢、微生物的生物量小且难于收集、不能降解重金属、对污染底质不适用等限制性因素，微生物技术在原位生物修复中存在很大的局限性。

2 底栖动物修复受损水体的优势

动物修复具有其他修复技术不可比拟的优势：成本较低；对生态系统的影响较小；可最大限度地降低污染物浓度；基本不产生副作用和二次污染；可应用于其它技术难以使用的场合；可同时修复受损底质和水体[5]。在动物修复的研究方面，目前主要集中在土壤动物对污染土壤的修复，通过动物的生化变异来判断土壤污染状况，或者直接将土壤动物（如蚯蚓、线虫等）饲养在污染基质中进行研究。某些土壤动物能吸收、富集和分解残留在土壤中的农药，通过代谢作用将部分农药转化为低毒或无毒产物。另外，土壤中还生存着蜘蛛、线虫、蜈蚣、螨、跳虫等大量小型动物，对土壤中的化学污染物也有很强的富集和分解作用，使部分污染物脱离土壤。蚯蚓是土壤中最常见的杂食性环节动物，养殖蚯蚓可实现污水的土地处理并减少人工土滤床的有机质积累，目前该法已在法国、智利和国内成功进行了中试和生产性规模的应用。

动物修复技术已在一些水体进行试验和应用。很多底栖动物具有较强的过滤能力、耐污能力、富集能力和分解能力，能有效吸收和转化重金属、氮磷及其它水体污染物。如河蚬是世界广布和常见的大型底栖动物，同时也是重要的淡水经济贝类，对高浓度的重金属、有机污染物等反应敏感，对中、低浓度的污染物则具有相当强的蓄积能力，其体内的浓度与水环境中的浓度、暴露时间呈明显的正相关关系。因此，河蚬不仅是水污染尤其是重金属污染的指示生物，而且是污染水体的修复生物。今后应进一步加强基础研究，深入揭示净化过程的生理生化机理，选择技术上可行、经济上合理、可资源化利用的底栖动物进行水体修复，合理构建群落，达到养殖、净水双赢[6]。

底栖动物在冬季生长缓慢，但仍具有一定的水体净化能力。底栖动物虽然生活在水体底部，但可在水体的中部和上部进行笼养或吊养，从而发挥立体净化作用。将底栖动物与多种水生植物组成复合生态系统，可发挥不同水生生物在空间和时间上的差异，在治理水体污染和富营养化时独具优势。但这种复合修复技术还处于室内模拟和围隔试验阶段，实际应用范围有限，急需对相关的放养技术、物种组合技术、工程技术、资源回收及加工技术等进行系统研究[6]。作为水生生物净化系统中的重要组成部分，底栖动物分布广、种类多、食性杂，从水体中大量摄取营养物质、积累污染物质，可与其它多种净化措施加以组合形成高效的复合净化系统，有效降低水体中有毒物质和营养元素的含量，显示出可观的应用前景[7]。底栖动物在污染物的代谢、迁移和转化，生态环境修复，生境稳定和系统平衡中扮演的角色值得进一步深入研究[8]。

3 展望

由于生物修复技术只有30多年的发展，因此还有一些不成熟之处。该项技术目前仅应用于局部水体，往往只能施用某个单项净化方法，还不能把多种修复技术进行叠加形成复合净化体系。生物自身固有的特点也使生物净化技术在使用中具有局限性。例如，生物生长发育受到各种因素的限制，对修复对象的环境条件要求苛刻；生物的成长和成熟需要特定的生命周期，耗时较长；某种生物只能吸收、富集、分解、转化特定种类的污染物；生物对于某些难降解的污染物无能为力[9]。随着有毒化学物质种类和数量的不断增加，多种污染物在水环境中协同作用，单一毒理试验结果无法客观反映出污染物共存对人类和其它生物的真实危害，因此要加强多种污染物联合作用的生物监测、物理监测和化学监测，才能有效实现生物修复的综合效益。

参考文献

[1]Coates J D，Anderson R T.Emerging techniques for anaerobic bioremediation of contaminated environments[J].Trends in Biotechnology，2000，18（10）：408-412.

[2]陈芳艳，唐玉斌.污染水体的生物修复技术进展[J].环境科学与技术，2004，27（1）：133-135.

[3] Chapin III F S，Walker B H，Hobbs R J，et al.Biotic control over the function of ecosystem[J].Science，1997，277（5325）：500-504.

[4]焦燕，金文标，赵庆良，等.异位/原位联合生物修复技术处理受污染河水[J].中国给水排水，2011，27（11）：59-62.

[5]滑丽萍，郝红，李贵宝，等.河湖底泥的生物修复研究进展[J].中国水利 水电科学研究院学报，2005，3（2）：124-129.

[6]陈玉霞，卢晓明，何岩，等.底栖软体动物水环境生态修复研究进展[J].净化技术，2010，29（1）：5-8.

[7]全为民，沈新强，严力蛟.富营养化水体生物净化效应的研究进展[J].应用生态学报，2003，14（11）：57-61.

[8]戴纪翠，倪晋仁.底栖动物在水生生态系统健康评价中的作用分析[J].生态环境，2008，17（6）：2107-2111.

第3篇：微生物修复技术原理范文

关键词：微生物 环境修复 废水 固体废物 重金属污染

中图分类号：X3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（a）-0-01

目前，国际上环境生物修复技术的核心是微生物技术，也是目前世界上广泛应用的生物技术，利用微生物进行环境修复，成本低廉、 操作简便、 修复效果好，相比传统方法不存在二次环境污染的问题，已在国内外被广泛应用。

1 微生物治理废水技术

污染水体的生物修复技术是新近发展起来的一项清洁环境的低投资、 高效益、 便于应用和发展潜力巨大的新兴技术。

（1）固定化微生物技术。固定化微生物技术是指利用化学的或物理的手段将游离的微生物定位于限定的空间区域，并使之成为不悬浮于水仍保持生物活性、可反复利用的方法。唐凤舞等[1]用固定化微生物技术对城市污水进行污染物降解处理实验研究。结果表明，在pH值为8.0，固定化颗粒与污水的质量比例为16%，温度为25 ℃时，硝基苯去除率达97.9%，COD去除率达89.2%，出水水质稳定。

（2）生物膜技术。生物膜法是令微生物附着在惰性滤料上，形成膜状的生物污泥，从而对污水起到净化效果的生物处理方法。生物膜法具有运行费用低廉、管理方便的特点，对进水的水质与水量变化有着很强的适应能力。张凤君等[2]采用中空纤维膜作为无泡供氧及生物膜载体，采用包埋固定化技术进行挂膜及污水处理研究。实验结果表明，采用PVA作为包埋剂，且包泥量为1∶1的情况下，COD和氨氮的去除率分别稳定在90%和80%左右。

（3）低温微生物治理污染水体。近年来，低温微生物主要被用于治理地下水、海洋和湖泊水体污染，被公认为是对湖泊、 地下水等大面积水体污染最有生命力的修复技术。在西方很多国家，低温烃降解菌已在一些有毒有害有机污染的修复计划中得到应用，其用于废水处理具有广阔的前景。孟雪征等[3]实验发现：冬季低温时，在曝气池内投加耐冷复合菌群可以使COD去除率由35%提高到89%，该项研究结果为寒冷地区冬季生活污水的处理提供了新的解决办法。

2 微生物处理固体废物

利用微生物可以处理垃圾、尾矿、贫矿、冶金炉渣、及农林废料等各种固休废弃物，主要有堆肥法、场地处理法 和 厌氧处理法等，最常用的是“堆肥法”。我国同济大学与无锡崇安区环卫科研站共同研究成功的生活垃圾快速高温堆肥二次发酵工艺，经微生物和机械联合处理后，堆肥不再带致病敌害微生物，对农作物无害，且具有较高的肥效[4]。

3 微生物治理重金属污染

微生物对重金属污染的治理主要分为两部分[5]：重金属的生物固定和重金属的生物转化。微生物对重金属的生物固定是指微生物与重金属具有很强的亲合性，通过带电荷的细胞表面可吸附重金属离子，或将重金属离子富集在细胞表面或内部，使重金属的移动性降低。微生物对重金属的生物转化是指微生物能通过氧化还原、甲基化和去甲基化作用转化重如离子交换、分泌有机配体、激素等间接作用影响植物对重金属的吸收。利用从电镀污泥中获得的SR系列复合功能菌，高效还原六价铬为三价铬，被微生物菌体富集，再经固液分离，废水被净化，污泥中金属再用微生物或化学法回收，固液分离的上清液可以回用[6]。

4 养殖环境微生物原位修复

近年来水产养殖业迅速发展，养殖水体环境逐渐恶化。净水微生物具有无毒、无副作用，无残留，无二次污染，不产生抗药性，能够有效地改善养殖水体 生态环境、维持水生生态平衡、增强水生生物免疫力和减少疾病的发生，因此得到越来越广泛的应用[7]。主要净水微生物：光合细菌（PSB）、芽抱杆菌（Ba cillu s）、硝化细菌、酵母菌（Mic r o zym e）、放线菌、蛙弧菌、基因工程菌、复合菌剂等。目前国内研究较多的是光合细菌对养殖环境的生物修复作用。

5 结语

目前我国微生物技术在环境修复上的应用还处在起步阶段，我们对于微生物的研究开发利用还是冰山一角，随着我国经济的进一步发展，我国将面临越来越严峻的环境污染问题，所以进一步深入研究微生物的环境修复功能不仅具有很大潜力，而且还具有重要意义。微生物处理技术必将为我国的环境修复提供更多可行、可用、有效的方法。

参考文献

[1] 唐凤舞，樊华.固定化微生物技术处理城市污水的研究[J].环保科技，2009（1）.

[2] 张凤君，张松雷.固定化微生物技术在无泡供氧膜生物反应器中的应用研究[J].环境污染与防治，2005，27（6）.

[3] 孟雪征，曹相生，姜安玺.利用耐冷菌处理低温污水处理中的研究[J].山东建筑工程学院学报，2001，16（2）.

[4] 湛树元.微生物与环境污染[J].云南大学学报，1998，8（2）.

[5] 王晓芳.微生物应用于环境污染治理的新进展[J].经济研究导刊，2012，2（148）.

第4篇：微生物修复技术原理范文

关键词 污染水体的原位就地修复技术 微生物、酶与载体自固定化技术

我国是一个水资源缺乏的国家，水资源的短缺并日渐污染，已经成为制约国民经济和社会发展的重要因素。面对水环境大面积的恶化污染，对于如何有效的解决污染水体成为我国乃至世界上的一个课题。目前对水体污染采取的方法也有很多，最常见的有：

建设污水处理厂，采用普通活性污泥法、氧化沟法、间歇式活性污泥法等技术对城市、工业企业等生产的污水进行处理，但建设污水处理所需的设备昂贵，管理人员又多，成本自然很高，而且该工艺对氮、磷的去除效果差，容易发生污泥膨胀现象。考虑到我国的水体污染面积大，污染程度深，我国的治理污染投资规模有限等情况，在我国建设众多大型的污水处理厂在经济上是不可行的。

依靠河流和湖泊自身净化能力来处理污水，所需的时间较长，针对我国的水体大面积、深层次污染的现状，是不现实的。

污染水体原位就地修复技术，是在我国研究开发的新型污水处理工艺，为被污染的河道水体修复提供了一个可靠的、卓有成效的方法。具有治理费用低、环境无影响、最大程度降解污染等特点。

1、 &污染水体原位就地修复技术的研究

1.1、污染水体原位就地修复技术

污染水体原位就地修复技术是在原有河床不变的基础上，直接采用微生物、酶与载体的自固定化技术对污染水体就地处理的河水净化处理工艺。该技术在保证原有河道排污、泻洪等功能的同时实现了河水水质的净化处理。在原有河道一侧开辟一个生化处理区，并在其进水端设置一道挡水墙，其上堆放大小不同的卵石格栅。同时在原有河道上设置一座截水坝，根据水位要求使河道上的截水坝高于一定量的挡水墙，使河水自流通过布有卵石格栅的挡水墙，先去除较大颗粒的固体漂浮物后流入前端的沉淀池，沉淀池中布有自然山石景观，污水经过在此循环沉淀后进入生化处理区前端的进水池，最后污水通过设置在生化处理区前端拦水墙底部的洞口，从进水池的池底均匀地自下而上进入生化处理区。生化处理区的上、下各设置一层JW型拦截网，在上下网之间投放JHE型高效微生物载体，同时在下网底部设置JADS曝气系统。生化处理区顶部两侧的出水端分设通长三角形溢流堰，通过其可调节出水的均匀性。这样使河水从生化处理区的底部自下而上、均匀的穿过载体层后通过三角堰进入两侧的流水槽，流入原河道的下端，达到净化水质的目的。

1.2、微生物、酶与载体的自固定化技术

微生物、酶与载体的自固定化技木是借助由高分子材料合成的载体上带有氨基、羧基、环氧基等活性基团与微生物肽链氨基酸残基作用，形成离子键结合或共价键结合，从而将微生物和酶固定在载体上，同时载体上“空间悬臂”的引入，旨在减少载体背景对所固定微生物代谢增殖形成的空间障碍，为其提供了代谢增殖的生存空间。

1.3、 高效微生物载体

高效微生物载体是一种具有空间网状结构的高分子合成材料，这种材料带有氨基、羧基、环氧基等活性基团，在污水中具有良好的稳定性和物化性能，其空隙率为96%以上，固定微生物后的载体密度接近于水的密度，微生物负载量大，高达18-40g/L，容积负荷可高达16kgBOD5/m3.d，比表面积为23.3m2/g。这种载体，由于其结构的特点，可使污水、空气和生物膜得到充分掺混接触交换，生物膜不仅能大量地在微生物载体内坐床，保持良好的活性和空隙可变性，而且在运行过程中气体在三维流动的污水带动下，互相碰撞并被处于蠕动状态的微生物载体不断切割成更小的气泡，增加了氧的利用率，可减小曝气量。因此它具有切割气泡能力强、空间体积利用率大、无死区等特点，是当前微生物载体的更新换代产品。

1.4、 高效微生物

污染水体的原位就地修复技术中所采用的J系列微生物菌种由多种高效微生物菌群组成，其为高活性、高浓度、高组合的微生物菌群。它是针对不同的污水污染因子的种类和浓度，研制出不同的微生物菌群。此菌群是高浓度（10亿-60亿个/克）高组合（几种-几百种/剂）的粉状固体制剂，常温常压常湿下，可保存6年。当使用时，微生物菌群制剂投入水中被“激活”，激活后的微生物依靠一种特殊技术（微生物、酶与载体的自固定化技术）生存在生化反应池内，使生化反应池中始终存有大量而丰富高活性的微生物菌群，保证其处理速率和效率，并能随时根据水体中污染物种类和总量变化及时调节微生物种类和投加量。保证运行效果高效稳定，实现处理后尾水达标排放。且根据处理水质的不同，使用不同的专用特效菌种。产品中菌的数量极高，繁殖速度极快，正常运转时不再补充菌种，可节省高效微生物的用量。

2、 &污染水体原位就地修复技术的应用

温榆河作为京城四大河流之一，源于昌平沙河坝水库，它的上游具有绿色生态走廊之称，是首都的一大天然水系。然而河水中氮、磷及有机物含量相对较高，远远超出了河道本身的自净化功能，使原有水生生态系统遭到严重破坏，藻类死亡后散发出的腥臭味及其底泥厌氧后产生的恶臭味，不仅严重损害了首都市民的生活质量和身体健康、而且与北京国际大都市的形象格格不入，也严重的破坏了河道的生态环境，同时给首都风景区的旅游事业也造成了很大的影响。其根本原因是温榆河沿岸各支流、排污口中的氮、磷等污染指标的含量相对较高，从温榆河上游至下游，河道内水体中的氮、磷含量逐渐升高，氮、磷等污染指标的含量接近生活污水，严重影响了温榆河的水质，为了达到水质的要求， 污染水体原位就地修复技术在温榆河支流二道沟上得到应用。温榆河支流河道二道沟水质状况见表2。

表2 2003年11月份二道沟水质监测情况 单位：mg/L

&监 测 项 目 &

&DO &NH3-N &CODcr &BOD5 &SS &T-N &T-P

平均值 &0.00 &24.54 &79.46 &28.07 &21.00 &18.39 &2.89

2.1、设计水质指标

根据对二道沟河水污染治理的要求，在不增加药剂费用的基础上， 水中主要污染物的消减量按原水水质的60%设计（N、P等污染指标接近城镇生活污水，若不增加药剂费用，用生化法最高能达到60%的去除效果）：T-N≤3.38mg/L、NH3-N≤9.82mg/L、CODcr≤31.78mg/L、T-P≤1.16mg/L 、DO≥5 ppm。

2.2、实验装置

针对二道沟河水污染状况，本次试验采用兰州捷晖生物环境工程有限公司自行研制、并拥有知识产权的模拟河道治理试验装置，该试验装置有效容积为0.8m3，内装有60%的JHE型高效生物载体和JADS高效曝气系统。为了更精确地测定该状态下，生化系统进出水端的液位差的大小，生化系统共设四级，并在其前端还设置了前置库和转子流量计，河水中纸张等较大颗粒的固体漂浮物、SS等在前置库内得到去除。试验过程中直接用污水泵将河水提升至试验装置进行生化处理，出水直接排入河道。

2.3、工艺流程

2.4、 试验结果与分析

2.4.1、据现场试验对进出水进行了一个多月的跟踪检测，检测数据见表4，CODcr、NH3-N的去除效果。

表4 跟踪监测数据

取

样 &项目 &CODcr(mg/L) &总氮(mg/L) &氨氮(mg/L) &总磷(mg/L)

进

水 &最大值

最小值

平均值 &180.5

55.4

79.46 &14.18

2.701

8.44 &30.81

18.26

24.54 &4.56

1.22

2.89

出

水 &最大值

最小值

平均值 &47.50

19.50

28.15 &6.625

0.822

3.72 &9.05

3. 56

6.31 &0.52

0.18

0.35

平均去除率% &63.95 &55.92 &74.29 &75.78

2.4.2、其它污染物的去除

污染水体的原位就地修复技术除了对该河水中的COD、氨氮等污染物有很好的去除效果外，还对河水中悬浮物SS、石油类等污染物质都有较高的去除效果，均能达到设计的排放要求，但总氮的去除受温度影响较大（试验研究时水温在6-8℃），未能达到设计的排放要求。

从生化反应时间与各污染物的去除关系可以看出，再延长反应时间，各污染物的去除率曲线变缓， COD、NH3-N等的去除效果变化不大。生物载体在流化过程中得以固、气、液三相充分接触与混合，强化了生物膜表面流体的紊乱程度，加快了传质速度，有效提高处理效能。在载体投加率为60%、气水比（3.5-4）：1,水与载体的有效接触时间为1.25 h工况条件下，对CODcr、NH3-N等污染指标均有良好的去除性能，在适宜温度的条件下，对石油类也有较好的去除效果。

2.4.3、出水水质评价

经采用污染水体的原位就地修复技术处理后的水质清澈透明，在没有增加药剂费用的基础上，除总氮外基本上达到了应有的设计要求。

2.4.4、运行成本

运行费用主要包括人工费，动力费。通过近2个月（2003年10月~2003年12月）的现场试验，对运行费用进行初步核算，平均运行成本为0.05元/m3水（包括电耗和人工管理费），大大低于污水处理厂对污水处理的费用。

2.5、 工程设计与河道环境相结合

工程设计中结合河道的自然景观，在不破坏河岸生态的前提下，运用河道生态景观的设计新理念，对工程的周围进行了生态景观的设计，自然的生态砖护堤、鹅卵石及湿生、沉淀池中的自然景石、水生植物的种植及生化处理区出水端湿地的设计，无不体现着一种生态与自然，使工程设计和环境完美的结合在一起。

3、 结论

3.1、采用污染水体的原位就地修复技术对河水的污染治理是可行的， 该技术采用生物方法和化学方法将游离细胞和生物酶固定在生物载体上，使其保持活性并可反复利用，该技术具有生物密度高、反应迅速、生物流失量少、反应控制容易的特点，是一种实用的新型高效河水净化处理工艺，日处理量为1.7万 m3/d的河道污染治理工程将于2004年6月份竣工并投入使用。

3.2、采用污染水体原位就地修复技术的新型河水净化工艺，是一种高科技多学科的组合工艺，无二次污染[1]，属绿色清洁工艺。

3.2、采用污染水体原位就地修复技术是一种节能、高效、简易、方便的技术，不仅运行成本低，而且在工程设计中可结合河道景观进行一起的生态河道设计，属绿色环保生态工艺。

污染水体的原位就地修复技术，是目前正在兴起的突破性的一种水体修复新技术，该技术可以应用于内陆河流、城市河段、湖泊、生活污水等范围的水体修复。该技术的应用成功，将会给我国水体污染的治理带来一大福音，给国家社会与城市带来无限的生机，它将成为生物技术治理污水的又一示范。

第5篇：微生物修复技术原理范文

关键词：石油污染;植物-微生物修复;降解率

experimental study of microorganism and phyto-remediation for oil contaminated soil in central plains

zhang juan-juan1，2,zhang fa-wang?2,chen li?2,zhang sheng?2, haoyan-zhen?1

(1.shijiazhuang university of economics,shijiazhuang 050000,china;

2.institute of hydrogeology and environmental geology,cags,shijiazhuang 050061,china)

abstract: in order to remediate oil contaminated soil in zhongyuan oil field,micro-ecological techniques of optimized in situmicrobial communities and physical chemistry methods combined with plant were used for experimental studies on oil degradation and polluted soil remediation.in this experiment, optimized microbial populations were added into the experimental plots,and soil temperature（keep soil temperature above 25 ℃）,oxygen and other nutriments（control soil n,p,s,k,ca,mg,fe contents according to shares）were adjusted.the results showed that degradation rate can reach about 95% under oil average contents of 2 898?25 mg/kg in the contaminated soil after for 99 days,which demonstrated the effectiveness of microorganism and phyto-remediation methods for oil contaminated soil in zhongyuan oil field.in addition it was discussed for feasibility application of the technique.

key words:oil contamination;microorganism and phyto-remediation;degradation rate

随着经济的快速发展，人们对石油的生产与消耗量不断增加。在石油勘探、开采、运输与加工等过程中由于操作不慎或偶然事故使相当量石油进入环境，导致土壤污染负荷日益加重［1-2］。如：80%以上的落地原油被截留在50 cm以上的表层土壤中［1］，逐渐积累导致土壤结构的破坏，影响土壤通透性，并对农作物的生长和发育造成很大的负面影响［2］。土壤石油污染的防治研究工作已受到人们的重视。如今已成立了一个全球土壤修复网络,包括北美、拉丁美洲、澳大利亚、非洲、亚洲和欧洲6个区域中心,其核心任务就是利用植物- 微生物系统原位治理污染环境,也就是植物修复( phytoremediation)［3-5］。

纯微生物方法修复缓慢，需要时间较长，往往与植物方法联合修复，辅以物理、化学方法，以微观效应改变宏观环境，即为微生物修复技术。该技术具有操作简单，费用低廉，场地适应性强，无二次污染等特点,有广阔的应用前景［6-7］。本文是在以往室内修复实验的基础上，将植物与微生物的方法联合起来，开展微生物技术修复中原油田石油污染土壤的研究，以期为石油污染土壤的生物修复提供科学依据。

1 试验区背景

试验场地位于中原油田濮阳市胡状乡原油严重污染的土地，土壤岩性为土黄色粉土土壤，土中含有少量2～10 mm的小砾石或小姜石，土壤湿容重1?72 g/cm?3；自然含水量16?3%；ph为7?4；含盐量为1 243～18 650 mg/kg，表层土壤本底石油含量767?7～5 028?8 mg/kg,平均 2 898?25 mg/kg。土壤下部25～50 cm，石油含量313?6 mg/kg；ph为8?5；含盐量1 243 mg/kg。

2 试验材料和方法

① 菌剂及来源。试验菌剂，假单胞菌属（pseudomonas）、微球菌属（micrococcus）、放线菌属（actinomayces）、真菌（fungus）类的霉菌（mold）青霉属（penicillium）、毛霉（mucor）、曲霉属（aspergillus）等菌群，均为试验区油污土壤中筛选分离出的高效石油降解菌。将这些降解菌放大培养5～8 d后，测试菌液中含菌量为1011～1015个/ml，在修复工作前将培养好的菌液制剂存放于刷洗干净的25 l的6个塑料桶中。

② 配制营养液。mgso.4、nh.4no.3、cacl.2、fecl.3、kh.2po.4、k.2hpo.4。

③ 所需植物。根据刘继朝等人［8］在试验区所做的石油污染土壤修复试验效果，确定苜蓿作为本次修复植物。

④ 添加剂。麦糠麦秸、尿素和复合肥

⑤ 实验仪器： qzd-1型电磁振荡器、kq218超声波清洗器、生物恒温培养箱、高速离心机、高压蒸汽灭菌器、无菌实验室、生化培养箱、hz150l恒温摇床培养箱、奥林巴斯生物显微镜、752n紫外可见光栅分光光度计、电热干燥箱及各种化学分析用玻璃仪器。

⑥ 分析方法。石油、no.3?-测定：为紫外分光光度法；nh.4?+ 测定：为纳氏试剂比色法；ph： 用phb-3型ph 计；tds： 用ddb-303a 型电导率仪换算得出。土壤微生物细菌培养用《土壤微生物研究法》［9］，和参考文献［10-12］介绍的方法，细菌初步鉴定用《常见细菌系统鉴定手册》［13］中的方法。微生物鉴定：细菌按《一般细菌常用鉴定方法》［14］，真菌按《常见与常用真菌》［15］，放线菌按《链霉菌鉴定手册》［16］进行鉴定。

3 试验步骤

3.1 石油降解菌的分离与优选

自然界的物质循环微生物细菌的生化作用是非常重要的一环，碳的循环也不例外。许多细菌就是碳循环的主要驱动因子之一，机理就是在细菌的作用下，将碳氢化合物降解为co.2和h.2o的整个过程，也是自然界对石油污染的自净功能的生态效应，对土壤和地下水环境保护具有一定的实际意义。据此用细菌的选择性培养基和富集培养基，对中原油田濮阳徐镇镇一废弃采油井石油残留污染土壤的样品进行菌种、菌群的培养分离，选择优化出实验用降解土壤残油的菌种、菌群。本次试验选择优化出的细菌初步鉴定主要为：假单胞菌属、微球菌属、放线菌属、真菌类（毛霉、曲霉）等等菌群。

3.2 试验步骤

第一步，将待修复的场地经过拖拉机2次翻耕，3次旋耕，并平整；第二步，按10 500 kg/hm?2，将准备好的麦糠麦秸均匀的撒到土壤表层，将尿素和硝酸磷钾复合肥均匀撒到修复土壤表层（尿素750 kg/hm?2、硝酸磷钾复合肥375 kg/hm?2），用拖拉机进行旋耕，深度尽量控制在25 cm左右；第三步，将配置好的菌剂用喷雾器按750 l/hm?2均匀的喷洒在试验区（0.027 hm?2）；第四步，按每亩750 l/hm?2将配置好的营养液，用喷雾器均匀的喷洒在试验区；第五步，利用拖拉机反复旋耕，翻耕深度尽量控制在25 cm左右，使得修复土壤与麦糠麦秸、化肥、菌液和营养液混合均匀；第六步，将准备好的苜蓿籽播种在试验区；第七步，定期取样，测试修复土壤中石油含量、ph、含水量、土壤易溶盐、nh.4?+ 、no.3?-，取样方法采用同一深度的梅花状5分法，即在试验区内的东西南北中方位的同一深度各取同样量的土壤样，混合均匀后再行测试。

4 试验结果与讨论

4.1 修复土壤中菌群分布状况

在修复后第99 d分析试验区土壤微生物数量分布，结果见表1。

table 1 distribution of microbes numbers in soils samples after 99 days

试验前7.1×10?53.6×10?37.6×10?52.8×10?31.8×10?41.8×10?2

试验后4.7×10?85.5×10?72.6×10?71.6×10?52.9×10?55.2×10?3 由表1看出，修复后比修复前的嗜油菌高，其原因在于撒入的菌液含有大量的嗜油菌，且修复土壤中经过一段驯化能产生代谢污染物的能力,使原本不能够转化或转化非常慢的污染物被代谢降解,微生物的这种适应性促使嗜油菌数量增加［17］。

4.2 修复土壤中石油的去除率

分别在播种的第0 d(当天)、3 d、10 d、18 d、28 d、36 d、44 d、76 d和99 d取土壤样品测试，结果见表2。

table 2 results of oil contents and removal rate with time in the soils of plot

试验天数/d0310182836447699

石油含量/(mg·kg-1)2 898.2560.38155.0118.9848.2467.5648.63113.318.36

去除率（%）097.9294.6595.8998.3497.6798.3296.0999.37 由表2可知，第3 d降解率就达到了97%，这是由于加入的营养液、化肥、麦糠麦秸以及翻耕等综合作用，为原有土壤中的微生物提供了营养物质和氧气，激化了原有土壤中微生物对其中的石油的降解作用，修复至99 d时降解率达99?37%，说明植物对污油土壤起到修复作用，这是因为苜蓿草中有根瘤，能为根部提供氮素营养可增加土壤细菌的活性，从而增加了其降解率。

4.3 修复过程对下层土壤的影响

修复第99 d，对试验区下部土壤50 cm深度处取样测试石油含量、易溶盐、nh.4?+ 、no.3?-、cl?-含量，结果见表3。

table 3 oil contents,contents of soluble salt,nh.4?+ and no.3?-in plot after experiments

mg/kg污染物石油易溶盐nh.4?+no.3?-

修复前（对照）313.61 2439.1831.23

修复后700.061 190350.045.17 由表3可见试验区下部土壤石油含量有明显的增加，其他对照试验区像黑麦草试验区、黑麦草和苜蓿混合试验区中石油含量和初始相同深度土壤残油含量变化都不大，可能是取样时取到了石油团块，从而反映出土壤中石油的不均匀性；易溶盐、no.3?-含量也可看出变化不是很大，也就是说no.3?-氮、磷等易溶盐营养物质只有极小部分随水而进入下部土层。但是nh.4?+的含量增高较大，有可能是种植苜蓿草的固氮作用，使加入的大量化肥进入下部。该结果为今后此类修复工作对营养物质的要求和添加方法具有重要的意义。

4.4 植物-微生物修复技术的控制因素

植物-微生物修复技术是利用原位土著微生物菌群，辅以物理和化学方法与苜蓿相结合的，应用该技术的关键是优化的微生物和地质环境的相互结合、相互依存、相互控制和调控。控制因素主要有温度、水、氧气、营养元素、地质环境的改善等等，该技术可用于环境的原位治理与保护，提高元素的转化，降解有毒、有害物质，以促进营养物质更易被生物所吸收。

4.4.1 土壤温度的调控

温度是影响微生物生长与存活重要因素之一，微生物的活动强度、生化作用都与此相关。温度的过高或过低都可抑制生长或导致微生物死亡，环境中的微生物均在一定的温度范围内生存，温度的适中可使细菌细胞中的生物化学反应速率加快。试验区强化的微生物菌群大多为中温微生物（13 ℃～45 ℃）， 25 ℃～38 ℃为最适生长温度。通过测试修复阶段地表的最高和最低温度显示，该地区地表最高温度在7月至9月大多为35 ℃以上，最低温度均大于20 ℃，昼夜温差不大。因此不用调控试验区土壤温度，修复效果也是很好的。但是如在其它季节就需要采取措施增温保温等。通过此次修复过程，也可得出在该地区开展微生态修复技术的最佳温度时期应在每年的6月下旬-9月中旬，使土壤温度保持在25 ℃以上，能保证微生物细菌的活力和繁殖力。

4.4.2 土壤中氧的调控

氧的供应成为微生物细菌降解有机物过程的重要调控因子之一。环境条件的调控包括氧气的供给，供氧量的多少能影响微生物细胞内许多酶的活性和细胞的呼吸作用，控制着微生物的生长和对有机物的降解能力。本次修复主要从4个方面对土壤氧的供给进行了调控，首先是充分翻耕试验土壤层，使其充分与大气混合。其次是保证试验土壤具有一定的含水量，使含水量保持在20%左右，水中提供的氧。另外，试验区土壤中添加了麦糠麦秸，该类添加剂不仅廉价易取，并能为土壤补充营养素，而且对修复层土壤进行了改良增大了蓬松性和通透性，使空气中的氧容易进入。加入的含氧营养元素k.2hpo.4、kh.2po.4、mgso.4·7h.2o、nh.4no.3、no.3?-等也提供了大量的氧。上述调控措施为微生物降解土壤中的石油提供了充分的氧源。保证了微生物细菌在降解土壤中石油所需要的氧气。

4.4.3 营养元素的供给

营养元素是参与微生物细胞组成、构成酶的活性成分、物质运输系统以及提供生理活动所需的能量。微生物细胞的组成主要元素是c、h、o、n、p等等，其中c、h来自有机物如石油污染物。氧来自水和空气及其他调控的氧源。而氮和磷及s、k、ca、mg、fe微量元素等等作为营养物质需要进行补充和调控。因此，利用配置的营养液对试验区土壤进行了n、p、s、k、ca、mg、fe等元素的补充和调控；同时，尿素和复合肥中也含有所需的大量营养元素，以及添加的麦糠麦秸也补充其他生物素和营养盐。

5 结论

通过对石油开采区输油管线爆裂油层高盐水和原油严重污染的土壤的原位微生物与苜蓿草共同修复技术方法的实施应用，利用强化原位微生物菌群和种植苜蓿草辅以物理和化学方法与土壤环境相结合的生物生态技术，对修复区进行了土壤温度、水、氧气、营养元素、地质环境因素等等的调控，对土壤中残油的降解与修复实施，修复结果显示，土壤中修复初期平均石油含量在2 898?25 mg/kg时，经过99 d的原位微生物修复，土壤中石油含量降解可达95 %以上。验证了微生物细菌与苜蓿草共同修复技术在中原油田土壤石油污染修复的有效性,探索了推广应用的可行性；并得出了该地区利用微生物生态修复技术的最佳时期应在每年的在6月-9月，通过调控可使温度在25 ℃以上；验证了本次试验调控添加的营养元素和土壤环境的改善是比较适度的，方法是可行的。但用于野外大面积修复还有待完善。它不仅可以在原位有效地修复土壤、包气带和阻控地下水的石油污染，而且还可以增加土壤的肥力改善土壤环境，尚无负面作用，对修复污染的土壤和农作物增产都具有重要意义，也是从根本上修复和治理土壤石油大面积污染的有效方法之一。

参考文献:

［1］ 陈鹤建.原油在土壤中的渗透及降解规律［j］.油气田环境保护.2000,10(4):14-15.(chen he-jian.permeability and degradation rule of crude oil in the soil［j］.environmental protection of oil and gas fields,2000,10(4):14-15.(in chinese))

［2］ 吕志萍,程龙飞.石油污染土壤中石油含量对玉米的影响［j］.油气田环境保护,2001,11 (1):36-237.( l? zhi-ping,cheng long-fei.the influence on corn growth caused by petroleum concentration of soil contaminated by petroleum［j］.environmental protection of oil and gas fields,2001,11(1):36-237.(in chinese))

［3］ 王鸣刚,任小换,刘晓风,等.植物修复重金属污染土壤的机理及其应用前景［j］.甘肃农业大学报,2007,42(5):108-113.( wang ming-gang,ren xiao-huan,liu xiao-feng,et al.the mechanism and prospects of phytoremediation to heavy metal contaminated soil［j］.journal of gansu agricultural university,2007,42(5):108-113.(in chinese))

［4］ chaney r l,minnie m,li y m.phytoremediation of soil metals［j］.cur rent opinion in biotechnology,199,( 8):279-284.

［5］ adr iano d c,wenzel w w,blumw e h.role of phy tormedia tion in the establishment of a global soil remediation network［a］.proceedings international seminar on use plants for envirtonmental remediation［c］.tokyo:1997.3225.

［6］ sanjee mishra,jeevan jyot.2001,in situ bioremediation potential of an oily sludge-degrading bacterial consortium［j］.current microbiology,43:328-335.

［7］ josel r gallego,jorge loredo,juan f l lamas.2001,bioremediation of diesel-contaminated soil:evaluation of potential in situ techniques by study of bacterial degradation［j］.biodegradation,12:325-335.

第6篇：微生物修复技术原理范文

随着污染物种类的增加，土壤污染表现出机理上的复杂性、形式的多样性和范围上的扩大化，土壤通过与大气、水的交换以及通过农作物等与人直接或间接的接触对人类的健康产生了极大的威胁。国内外环境工作者对此进行了大量的研究，逐渐认识到土壤中的污染物之间具有伴生性和综合性，即不同污染物之间产生联合作用，如：协同、相加、拮抗等，形成了复合污染。目前，无机-有机复合污染是我国污染土壤的基本特征之一，且土壤中重金属污染一般浓度相对较高，而有机污染物的浓度则比较低。

土壤复合污染研究已成为环境科学发展的重要方向之一，随着研究方法和技术手段的进步，以前研究中探讨不深的污染治理和修复研究也有了较大的进展。近年来，美国、德国、英国、荷兰等国家先后投入巨大的人力和财力，深入开展研究污染土壤修复，在物理、化学、化学和联合修复等方面均取得了相当显著的成果。

重金属污染的主要来源为冶炼业、电镀业，主要重金属污染物为：Pb、Cd、Cu、Cr、Zn，Ni和As。土壤重金属复合污染具有几个特点：①大多数金属的课移动性较差或迁移距离短；②重金属在土壤及生物体内蓄积；③重金属对植物造成的伤害具有潜伏性特征。从污染物的种类出发，土壤中重金属复合污染发生的主要类型有两种，分别是重金属元素之间构成的复合污染和重金属与有机污染物所构成的复合污染。

污染土壤修复是指利用物理、化学和生物手段，转移、吸收、降解和转化土壤中的危险污染物，使其浓度降低到可以接受的标准，或将有毒有害的污染物转化为无毒无害的物质。通过现有重金属污染土壤修复资料表明，对于重金属污染土壤的修复技术有物理修复、化学修复和生物修复、联合修复以及农业生态修复等。

物理修复方法主要有溶液淋洗法、物理工程措施、冻融法、固化稳定法和电动力法。溶液淋洗法是把土壤固相的重金属转移到土壤溶液中，在运用当中，常配合使用表面活性剂以提高淋洗效果。物理工程措施可以用于土壤重金属污染严重的地区，一些发达国家试行了固化技术和挖土深埋包装技术，但这种方法工程量大，并伴有污土的处理问题。电动力法主要是用于重金属污染土壤，在欧美一些国家发展很快，已经进入商业化阶段。其基本方法是将电极插入受污染的土壤场地或地下水区域，通过施加微弱电流，从而形成电场，利用电场产生的各种电动力学效应（包括电渗析、电迁移和电泳等）驱动土壤污染物沿电场方向定向迁移，从而将污染物富集到电极区，然后再进行集中处理或分离。作为一种新兴的原位修复技术，在污染土壤尤其是重金属污染土壤的修复中，电动力学已经显示了其高效性，尤其在传统方法难以治理的细粒致密的低渗性异质土壤以及不能改变地上环境的区域（如受污染区域上部有重要建筑物）修复中有独特的优势，且成本低于传统方法，适和无机/有机污染的饱和或非饱和土壤。

化学修复的原理与物理修复相比，利用了污染物的化学性质达到去除的目的。化学方法主要包括氧化法、还原法、溶剂萃取法和土壤改良剂投加技术等。表面活性剂增效修复（SER）是利用其的增溶-洗脱作用，提高土壤中污染物的溶液浓度，改善其生物可利用性，以达到修复的目的，在修复土壤有机物方面已经有所研究并取得了一定的效果，但是表面活性剂的二次污染和生态安全问题限制了它的广泛使用。

生物修复是指利用土壤中的植物、动物、微生物以及植物与微生物的综合体，吸收、富集或转化土壤中的污染物质，从而最终达到清除土壤中污染物的一类技术总称。生物修复是污染土壤修复方法的主体，其中应用最为广泛的是微生物和植物修复。同物理、化学方法相比，生物修复具有土壤理化特性破坏小、污染物降解高、二次污染小、处理成本低、应用广泛等特点，随着土壤修复要求的逐步提高，生物修复技术的推广得到了迅猛发展。

生物修复技术分为植物修复、动物修复和微生物修复。目前，用于修复的生物主要是植物和微生物，另外还有少量的原生动物。植物修复方法主要是利用了植物对污染物的吸收、降解、转化和挥发等。微生物修复机理包括生物吸附、细胞代谢、表面生物大分子吸收转运、生物吞饮、沉淀和氧化还原等。现在在实际应用中，最常见的是根际修复。根际修复是利用土壤中的微生物、植物、菌根真菌及其相互作用的根际和菌(丝)际环境，有效地降解土壤中的污染物。它克服了微生物修复和植物修复污染土壤的不足，是污染物植物修复的纵深研究，是一种复合的生物修复技术。根际修复具有经济、有效、实用、美观、原位非破坏型、无二次污染、可大面积应用等独特优点而越来越受到人们的重视，是目前最具潜力的土壤生物修复技术之一。

菌根修复是根际修复中的一种，与其它生物修复方法相比，菌根修复的优点有，通过外延菌丝显著增加了菌根与土体的接触面积。据报道外延菌丝与土体的接触面积可超过300m2；菌根和菌丝周围特殊的土体条件，为微生物生长和繁殖提供了良好环境，树木每克外生菌根可分别支持106个好氧细菌和102个酵母；在生物数量方面，菌根际微比周围土体高1000倍。菌根条件下，菌根与土体接触面积的扩大和微生物数量的增多为其修复污染土壤提供了良好基础。丛枝菌根(AM)是丛枝菌根真菌(AMF)与植物根系相互作用的互惠共生体，在自然界中分布最广的一类菌根，AM真菌能与陆地上绝大多数的高等植物共生。

联合修复就是共用多种修复技术或以一种修复技术为主，辅以其他方法将土壤中的污染物去除。目前土壤污染大多属于复合污染，单一修复方法难以解决复合污染土壤修复问题，所以通过不同修复方法的组合可以满足污染土壤修复的实际需求。物理和化学联合修复弥补了某些修复方法存在的不足，提高了污染物降解速率，降低了修复费用；生物修复与物理化学修复联合的方法主要是以一种修复技术为主，其他的为辅来完善修复技术，如微生物进一步降解物理修复中的污染物使其去除效率更高；化学和生物联合修复也是为克服其不足而创造的，它常常利用某些化学物质加快生物降解过程或强化植物对污染物的吸收降解能力等。

第7篇：微生物修复技术原理范文

关键词：黑臭水体；生物修复；生物促生剂

中图分类号：X172 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）13-3027-04

城市内湖泊、河道等景观水体是城市居民生活环境中的重要组成部分。由于过量生活污水排入、未雨污分流等原因导致水体污染，造成了水体严重缺氧而呈黑臭状态[1，2]，严重影响居民生活、城市形象和生态环境，已成为我国许多大、中城市共同存在的污染问题。如何解决城市内河水体的黑臭问题也是当前城市环境改善的热点问题。

目前，黑臭水体的修复技术主要有物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术等，而生物修复技术具有环境友好、生态节能的优点，是最具发展前景的主体修复技术[3，4]。生物修复技术主要有两类[5，6]：一类是接种微生物技术[7]，直接向黑臭河道投加外来微生物菌剂，降解水体中的污染物，从而修复水体；另一类是培养土著微生物技术[8]，向黑臭河道投加微生物促生剂和营养剂等，促进土著微生物的生长，充分发挥土著微生物对污染物的降解，从而达到水体修复的目的。

投加微生物菌种进行的黑臭水体原位修复，外来菌种可能会与水体中的土著微生物之间存在生存竞争，会导致菌种生物量和降解活性的降低，影响水体的修复效果[9]，因此采用微生物激活剂，依靠环境中土著微生物的激活技术对黑臭水体进行修复则更具现实意义。土著微生物激活技术则具有安全、高效、经济的优势，使用此技术能有效避免引进外源微生物所引起的生物竞争等生态问题，不破坏原有生态系统。唐玉斌等[10]研究了投加葡萄糖和生物激活剂对生物膜修复污染河水效果的影响。张丽等[11]研究了在底泥中投加生物促生剂对改善河道水质效果的影响。本研究在曝气条件下，利用投加生物促生剂、葡萄糖、氨基酸等物质修复黑臭水体，从而研究水体修复过程中水质的变化情况，旨在为黑臭河流的原位生物修复提供参考和依据。

1 材料与方法

1.1 试验水体概况

选取南京南湖片区北河黑臭水体为研究对象，由于此片区长期未实现雨污分流，生活污水直接入河，导致水体黑臭现象严重，水体呈黑绿色且散发恶臭气味，水质条件极差，恶臭气味对此片区两岸居民的生活也造成了严重的影响。

通过监测南湖北河水体水质可知，溶解氧低于0.7 mg/L，化学需氧量（COD）、总氮（TN）、总磷（TP）达到100.0、30.0、2.8 mg/L。引用黑臭多因子加权指数[12]（WI）方法评价，当黑臭指数WI≥15时水体黑臭，根据模型计算污染水体的WI值为100.3，黑臭现象严重。

1.2 试验设计

试验装置为50 cm×35 cm×30 cm有机玻璃盒，底层铺满5 cm厚北河河道底泥，上层加入北河河道水体，试验模拟静态河道，温度为实验室室内温度。

试验分4组进行，第一组为空白试验，保持静置不曝气状态，第二组投加生物促生剂BE（上海普罗生物技术有限公司生产），第三组投加葡萄糖，第四组投加氨基酸。药品投加及曝气方案如表1所示。

1.3 分析方法

试验检测选取的水质指标为臭阈值、硫酸盐、ORP、CODCr、氨氮（NH3-N）、TN和TP，其中ORP采用数字式ORP计测定，硫酸盐采用铬酸钡分光光度法，臭阈值采用臭阈值法，COD采用重铬酸钾氧化法，NH3-N采用纳氏试剂比色法，TN采用过硫酸钾氧化法，TP采用钼锑抗分光光度法，分析步骤参照文献[13]进行。

2 结果与分析

2.1 水体臭阈值变化情况

臭是检验污染原水的必测项目之一，检验臭对评价水处理效果也有意义。试验期内水体的臭阈值变化情况（表2）。由表2可知，BE、葡萄糖、氨基酸组水体臭阈值变化明显，试验第2天臭阈值下降至2以下，第3天臭味消失；而空白组的臭阈值则变化缓慢，第9天臭味才基本消失。

2.2 水体COD变化情况

化学耗氧量是表示水质污染度的重要指标，水体中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等，COD又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标，间接反映水体中有机物污染程度，COD值越大，说明水体中有机污染物污染越严重[14]。水体COD变化情况如图1所示。

由图1可知，BE、葡萄糖、氨基酸组COD含量在1～25 d内一直下降，降至50 mg/L 左右，25～40 d处于平缓期，40 d以后继续下降，BE、葡萄糖、氨基酸组最终COD含量为32.6、34.6、38.1 mg/L，去除率为69.7%、64.4%、61.7% ，由此可见，45 d后3种物质均能有效地促进水体COD的降解，水体COD指标由劣Ⅴ类提升为Ⅴ类水标准。

2.3 水体氮的变化情况

过量的氮进人水体会给水体带来污染与危害，氮超标也是目前许多城市黑臭河道治理过程中急需解决的突出问题[15]。水体氨氮、总氮的变化情况如图2所示。由图2可知，BE、葡萄糖、氨基酸组的水体总氮含量一直呈平缓下降趋势，最终去除率为77.9%、72.5%、50.7%；BE、葡萄糖、氨基酸组的水体氨氮含量在1～38 d一直呈下降趋势，到38 d后趋于平缓， BE、葡萄糖、氨基酸组的水体氨氮含量最终值为2.1、2.3、6.9 mg/L，去除率为92.76%、92.05%、76.64%，前两者水体氨氮最终含量由劣Ⅴ类提升到Ⅴ类水标准。

2.4 水体ORP以及硫酸盐情况的变化情况

ORP是用来表征水体氧化还原特性的基本参数，能一定程度上从宏观上显示水体污染程度，ORP值越大，水体氧化能力越强；ORP值越小，水体还原能力越强[16]，ORP值能一定程度上从宏观上显示水体污染程度。水体中元素硫的存在状态与氧化还原电位有关，如果氧化还原电位升高，硫化物就会转化成硫酸根[17]。水体ORP及硫酸盐变化情况如图3所示。

由图3可知，BE、葡萄糖、氨基酸组水体中氧化还原电位一直处于持续升高阶段，明显高于空白组；BE、葡萄糖、氨基酸组硫酸盐浓度在1～35 d处于平缓上升阶段，35 d以后处于急剧上升阶段，由此可见，3种物质能够提升水体的氧化还原电位，并能提高硫酸盐含量。

2.5 不同室温下水体的修复情况

由于水体修复过程中微生物活性易受到温度的影响[18]，为考察温度对水体修复的影响程度，所以在6～7月、10～11月不同时间段，采用投加BE试验组，在不同室温条件下进行，观察不同室温对水体修复效果的影响，也为黑臭河道原位微生物修复提供参考。不同室温下水体修复情况如图4所示。

由图4可知，高、低温条件下COD最终含量为26.4、32.6 mg/L；总磷最终含量为0.07、0.20 mg/L；总氮最终含量为2.9、10.0 mg/L；氨氮最终含量为0.3、2.1 mg/L。高温条件下COD、总磷、总氮和氨氮的变化曲线都低于低温条件下，并且高温条件下COD、总磷含量在修复过程中先于低温条件下到达Ⅴ类水标准。由此可见，在高温下投加BE对水体的修复效果好于低温情况下，对总氮、总磷的去除效果影响较大，但对COD、氨氮的去除效果影响不大。

3 结论

通过投加生物促生剂BE、葡萄糖、氨基酸修复黑臭水体的研究，得出以下结论：

1）曝气条件下，通过对黑臭水体投加BE、葡萄糖和氨基酸可以看出，3种物质能够改善水质，有效去除水体中的COD、氨氮、总氮，效果明显，COD去除率分别为69.7%、64.4%、61.7%，氨氮去除率分别为92.7%、92.1%、76.6%，总氮的去除率分别为77.9%、72.5%、50.7%，水质由劣Ⅴ类提升到Ⅴ类水标准，水体中ORP以及硫酸盐含量明显提高；对于投加3种物质修复黑臭水体的效果对比，可以看出，投加BE去除效果最为显著。

2）在不同温度条件下投加BE进行水体修复，通过此试验发现，在高温条件下，投加BE能够更有效地去除水体中的COD、总磷、氨氮、总氮，水质更早由劣Ⅴ类提升到Ⅴ类水标准，水体修复效果明显优于低温条件下，也为黑臭河道原位修复提供了一定的参考依据。

参考文献：

[1] 李 真，黄民生，何 岩，等.铁和硫的形态转化与水体黑臭的关系[J].环境科学与技术，2010，33（6）：1-7.

[2] JULIEN P， MANUEL J R， JEAN S. Influence of water quality on the presence of flavour compounds （geosmin and 2-methylis oborneol）[J]. Water Research，2010，44（20）：5847-5856.

[3] 李继洲，程南宁，陈清锦.污染水体的生物修复技术研究进展[J].环境污染治理技术与设备，2005，6（1）：25-30.

[4] 谌 伟，李小平，孙从军.低强度曝气技术修复河道黑臭水体的可行性研究[J].中国给水排水，2009，25（1）：57-59.

[5] IWAMOTO T， NASU M. Current bioremediation practice and perspective[J]. Journal of Bioscience and Bioengineering， 2001， 92（1）：1-8.

[6] BOOPATHY R. Factors limiting bioremediation technologies[J]. Bioresource Technology，2000，74：63-67.

[7] 张宗阳，李捍东，马兴华，等.优势复合菌剂处理黑臭河水的实验研究[J].环境科学与技术，2010，33（12）：52-55.

[8] 吴青梅，邓代永，许玫英，等.土著微生物修复黑臭水体的生物技术研究[J].环境科学与技术，2011，34（6G）：197-201.

[9] 李继洲，胡 磊. 污染水体的原位生物修复研究初探[J].四川环境，2005，24（1）：1-4.

[10] 唐玉斌，刘宏伟，郝永胜，等. 外加碳源和生物激活剂对生物膜修复污染河水效果的影响[J].华东理工大学学报，2003，29（5）：489-492.

[11] 张 丽，李 勇.底泥对投加生物促生剂改善河道水质效果的影响研究[J].江苏环境科技，2008，21（2）：4-7.

[12] 章，黄 勇，李大鹏，等.水体黑臭及表观污染表征方法的研究进展[J].四川环境，2011，30（3）：90-93.

[13] 国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法[M].第四版.北京：中国环境科学出版社，2002.

[14] KAWABE M. Factors determining chemical oxygen demand in Tokyo Bay[J].Journal of Oceanography，1997（53）：443-453.

[15] 何 岩，沈叔云，黄民生，等.城市黑臭河道底泥内源氮硝化-反硝化作用研究[J].生态环境学报，2012，21（6）：1166-1170.

[16] 付融冰，朱宜平，杨海真，等.连续流湿地中DO、ORP状况及与植物根系分布的关系[J].环境科学学报，2008，28（10）：2036-2040.

第8篇：微生物修复技术原理范文

从我国技术经济现状考虑，我国还不具备对污染场地进行大规模全面修复的技术力量和经济实力。污染场地修复工程技术经济评估工作对修复项目的技术选择以及立项和实施具有非常重要的作用。

1我国污染场地及修复工作状况

自20世纪50年代以来，随着工业化和现代化进程的开始，我国城市中逐渐出现了大量的被工商业污染的土地，其具体数量目前还没有全面的统计数据。当时，大多数工厂建在城市的周边地区，这些生产历史悠久、工艺设备相对落后的国营老企业，经营管理粗放，环保设施缺少或很不完善[1]，因此，造成的土地污染状况十分严重。有些场地污染物含量非常高，有的超过有关监管标准的数百倍甚至更高，污染深度甚至达到地下十几米，有些有机污染物还以非水相液体的形式在地下土层中大量聚集，成为新的污染源，有些污染物甚至迁移至地下水并扩散导致更大范围的污染。按照主要污染物的类型来划分，我国城市工业污染土地大致可以分为以下几类：

1）重金属污染场地；

2）持续性有机污染物污染场地；

3）以有机污染为主的石油、化工、焦化等污染场地；

4）电子废弃物污染场地等。

由于土壤污染具有滞后性，而且过去在土壤污染物的识别和监测中还存在诸多困难，使得土地污染问题在过去受到关注较少[2-3]。工业企业搬迁遗留遗弃场地是近年来我国城市化进程加速的产物。污染企业搬迁在各大中城市得到了大力实施，如海河流域的北京和天津、东北老工业基地、长江三角洲和珠江三角洲。污染土地的环境问题已经成为土地再开发过程中的一个障碍。目前一些位于城市中的老工业区由于污染问题迟迟不能进行再开发。环境污染（包括地下水、土壤、危险废弃物和一般固体废弃物的持续倾倒）以及土地所有者与开发商的责任问题都成为原工业用地再开发及城市发展的障碍。城市中污染土地的遗弃及其延迟再开发，还会产生更为深远的社会影响，诸如生活环境差、就业机会减少甚至增加社会不稳定因素等等[4-6]。

我国土壤修复市场目前尚处于试验阶段和市场培育阶段。近年来，在政府财政支持下，我国开展了多个类型场地的修复技术设备研发与示范项目。尽管可以罗列的土壤及地下水污染的修复技术很多，但实际上，经济实用的修复技术很少。我国目前应用比较成熟的修复技术是以挖掘后异位处理处置为主，多种原位修复技术尚处于研究开发阶段。一些国内及国外环保企业积极开展土壤修复工程实践，并对土壤修复市场进行培育。发达国家开展土壤修复早于我国几十年。在污染土地修复治理方面，已经开发了多种较为成熟的技术，积累了大量宝贵经验，形成了一个产业[7-10]。

目前，我国行之有效的针对污染土地管理的制度和法规尚在逐步建立和完善过程中，仍有一些问题需要解决。开发适合我国实际，费用、效益好的修复技术仍然处于起步阶段[11]。我国应该充分利用世界先进的技术和设备，积极与土壤修复产业发达的国家开展技术合作，尽快推动土壤修复技术的进步与市场的完善。2010年4月26日，国家发改委牵头启动生态补偿条例的起草，意味着我国生态补偿制度在经历了漫长的讨论与摸索之后进入到立法准备阶段。

2技术经济评估方法

技术经济评价又可称为项目经济评价，是指在工程项目或设计方案投资决策过程中，采用现代分析方法对项目方案在计算期（包括建设期和生产期）内的经济效果所做的测算与分析。技术经济评价是可行性研究的核心内容，是项目方案投资决策的重要依据[12-13]。

在环境工程项目中，为了提高工程的经济效益，采用先进的技术，以节约工程建设的造价，降低运行成本和节约经常性的维护费用。但是，在某些情况下，采用先进的技术还必须与当地的客观条件相适应。例如，海水淡化技术是至今还在发展的新技术，就目前情况看，它的制水成本还较高。对于严重缺乏淡水资源的海岛和沿海地区来讲，就地采用淡化技术比从大陆输水还是经济的，但对于淡水资源丰富的地区，尽管海水淡化是一项新技术，却不会被采用[14]。又如，有些污水处理新土艺尽管处理效果很高，但需占用较多的土地，对于用地紧张的地区来说就无法采用。

污染场地修复工程项目投资巨大、社会影响巨大、环境价值突出、对经济的可持续发展意义重大，同时，该类项目监测难度大、维护成本高、见效缓慢、技术的长效合理性难以判断，因此，技术经济评估难度大，难以形成全面统一的标准。目前，我国尚未正式出台相应的技术经济评估规范性文件。对于该类项目，还只能参考现有类似规范进行评估。通过对该领域相关政策、法规、方法的研究分析，污染场地技术经济评估应该充分考虑以下方面：

1）对环境污染造成经济损失的估算必须进行；

2）根据具体项目情况，进行综合、长效的分析，选择最佳技术手段；

3）对于工程投资可采用恢复费用法进行估算；

4）通过建立环境经济补偿的长效机制进行后续保障。

2.1估算方法

估算环境污染造成的经济损失是环境经济学中重要的研究课题，是直接为环境决策中计算环境改善带来的效益服务的。目前我国有关课题研究均采用直接估算法。从实践来看，应用这种方法需要大量反映环境污染程度与环境功能损害两者之间关系的定量资料，而目前我国尚缺乏这方面较完整的数据，严重影响估算精度。此外，对于损失项目、估算参数和方法的选择也缺乏规范性。由于这些原因，造成不同作者的估算成果之间存在很大差异，有时非常悬殊。目前，环境污染估算常用方法有以下3种：

1）直接计算法。

此法是建立在污染区与清洁区有关指标的对比计算上。为此，应按有关指标选择与污染区非常相似，但具有不同的污染程度的区域作为对比区。一般来讲，应为每项损失选择相应的对比区。在估算人体健康损失时，对比区的选择应考虑居民的职业和年龄的构成、气候特点、生活习惯、卫生医疗设施水平等项条件。在估算市政设施损失时，应根据居民住房和公共设施水平，城市规模、人口和占地、公共交通、通讯和绿化等项条件，选择对比区。在估算农业损失时，首先应考虑企业规模、收入水平、动力装备程度、土壤类型、供水状况、牲畜种类和头数、农作物施肥等项条件。为了消除诸如企业经营管理水平等因素的影响，应在不同企业内选择对比区，再取其平均数。估算时应收集不同时期的多年数据为依据，以提高损失估算的精度。

在估算林业损失时，选择对比区应考虑土壤类型、施肥水平、地下水深度、湿度、地形地貌、经营条件、树木组成、年龄等级、森林密度等项条件。环境污染造成的经济损失（Y）由物质损失（Y物）、生产损失（Y生）和国民经济损失（Y国）组成即：Y=Y物+Y生+Y国。物质损失包括原材料、半成品和产品的散失。生产损失包括生产用房损失、机器磨损损失、减产损失和健康损失等。国民经济损失则包括农业和林业损失、住宅与公共事业损失、工业损失和人体健康损失，即：Y国=Y农、林+Y公+Y工+Y健。

各项损失估算的一般公式为：Y=Л×P。式中：Y为经济损失值；Л为损失指标；P为单位损失指标的货币价值。

一般来讲，物质损失和生产损失仅占总经济损失的8%～12%，而国民经济损失占88%～92%。每次应用直接估算法都需要重新收集国民经济各个部门的大量数据，为此需投入大量人力和时间，但是这种方法比较实用、简单，是分析计算法和经验估算法等其他估算方法的基础。

2）分析计算法。

此法依据多因素分析原理，建立环境污染数学模型，建模过程中要筛选影响环境污染的各项因素，要使观察点数超过十倍于影响因素。应用分析法估算环境污染造成的经济损失，必须具备各项损失与其影响的环境污染参数之间的因果关系资料，在此基础上建立环境污染损失估算体系。为此，必须开展定点监测试验研究。

3）经验估算法。

应用经验法估算环境污染损失的基础数据是各项污染承受项目和物体的单位损失（标准定额）。所谓单位损失（又称比损）系指按一定结构组合的污染物质给一定污染程度区域内各项国民经济部门和设施带来的经济损失。应用经验估算法之前，需根据实际监测资料绘制污染物含量等值线图，在含量等值区内计数承受物体的数量，在此基础上估算环境污染造成的经济损失。

2.2技术选择

污染场地修复技术的筛选是污染场地修复工程的关键环节，决定着场地修复的成败．场地污染物类别的复杂性决定了采用的修复技术的多样性．目前，污染场地修复技术的种类繁多，新型的修复技术时有出现，对污染场地修复技术进行系统分类，对于修复技术的推广应用与修复过程中的技术选择非常必要。在实际的场地修复过程中，修复技术的选择会受到政治、经济、社会等因素的影响，随着时间的推移，人们对同一技术的认识也会有所变化。因此，若想获得污染场地的最佳修复方案，必须对场地修复技术的筛选程序有深入的认识。

场地修复技术筛选应发生在场地修复项目的可行性研究阶段。应作为可研批复的先行条件，宏观上应综合考虑以下因素：①短期效果；②长期效果；③污染物毒性、迁移性和数量的减少程度；④可操作性；⑤成本；⑥符合应用与其他相关要求；⑦全面保护人体健康与环境；⑧政府接受程度；⑨公众接受程度。

2.3恢复费用法

由于环境经济损失评估是一项难于计算的工作，可以利用恢复费用法反算地质环境经济损失。即综合分析研究污染场地控制与修复措施，全面考虑清除污染源、处理工程、监测工程等各项费用，根据项目具体情况确定修复工程持续时间，按照现有造价体系进行投资估算。这种方法计算简单，便于操作，但项目范围和修复工程持续时间的确定非常重要，对项目的最终效应和总体投资影响巨大，需要多方面共同研究确认。

2.4生态补偿

为了更好、更全面的解决污染场地修复问题，全社会需要建立起生态补偿的意识与机制。在生态学上，生态补偿分为生态系统的内部补偿机制和外部补偿机制。其中，生态系统的内部补偿机制是指自然生态系统由于外界活动而遭干扰、破坏后的自我调节、自我恢复。生态系统的外部补偿机制是人类为了推进和加速生态系统的内部自我补偿机制，恢复与重建生态系统，所进行的生态建设活动的总称。生态补偿给恢复和重建生态系统的人带来一定的成本费用，表现为劳务和物质的付出，它的实质是实现经济价值补偿生态价值的过程。生态补偿是为了恢复和重建生态系统，使生态系统具有良好的物质、能量循环功能和自净功能，使生态系统保持高的能量转化率、物质积累率和最大的自净能力，这就是生态效益；而经济效益要求在保持良好的生态环境的基础上提高环境资源的利用率，使投入和产出最大化。所以生态补偿中，要用最大的投入换来最大的生态效益，用生态效益更好地为经济效益服务，同时良好的经济效益又能为生态补偿提供经济基础，这符合可持续发展的要求。所以，评判生态补偿机制的生态经济学原则应该是生态效益和经济效益相结合。

3污染场地修复技术

目前国内外对污染场地的修复通常包括污染土修复和含水层净化两个方面。污染土常见的处理技术目前大致可归纳为6类，即微生物修复技术、化学处理技术、物理分离技术、固化/安定化技术、高温处理技术、植物修复技术等。而污染地下水的修复方法主要有5项：注气法、原位微生物修复技术、两相蒸气提取法、原位氧化法、原位反应墙技术等。

3.1污染土的修复技术

传统的处理方法是把污染土挖出并运到其他地方作填土处理，其实这种处置方法并不能把污染土净化，只是把污染从一个地方转移到另外一个地方而已。目前新的污染土的处理方法很多，而且随着时间的推移，新的方法还不断涌现。据统计，目前大量用于实际和试验研究的主要有：

1）微生物的修复技术即利用微生物把污染土中的有机物进行降解。在处理过程中，微生物把其中的有机污染物作为食物源，处理的最终产物主要是水和二氧化碳。根据处理方式的差异，又进一步分为以下两个亚类：异地微生物修复技术和就地微生物修复技术。污染土壤的微生物修复技术主要用于有机污染土的处理，尤其是对于那些含有能被微生物降解的有机污染土的处理很有效。目前，国际上也有一些学者正在研究如何利用该技术处理重金属污染土。

2）化学方法主要通过氧化/还原反应把土中具有危害性的污染物转化为无毒或低毒的化合物或使之形成化学性质稳定更高，迁移性更弱的新的化合物。常用的氧化剂有臭氧、过氧化氢（双氧水）、次氯酸盐、氯气和二氧化氯高锰酸钾等。其中常见的两种氧化处理技术为：氰化物处理和脱氯作用。

3）物理技术分离即利用物理方式把污染物从土中转移出去。目前常用的有以下几种：就地水溶液冲洗；异地水溶液冲洗法；土壤中蒸气提取法；注入热气法；控制法修复油类污染物；溶剂提取法；热解吸法；电动力学技术。

4）植物修复技术即利用植物把壤中的污染物进行吸收、转移、聚集或降解。这包括了在植物的影响下（根茎范围内）所发生的有利于污染物质清除的一切生物作用、化学作用和物理作用。植物可把有毒的有机化合物进行矿化，还可把重金属元素和其他无机物从土壤中吸收并富集到地面上。目前该技术还处于试验研究阶段，主要用于污染程度为低—中等的、分布面积广、在其他处理方法都不经济的地段采用。该技术的最大优点是处理成本低，主要缺点是植物的落叶会引起二次污染。

5）固化/安定化处理技术。把污染物裹限在某种介质中（如土、玻璃、沥青、水泥块等建筑材料中）。处理后，需要对固化体进行强度和其中的有毒有害物质渗出的危险性进行测试。污染土的S/S的处理既可就地进行，也可开挖转移到异地进行。目前污染物的S/S处理技术主要有6大类：基于水泥的固化技术；基于石灰的固化技术；改性黏土技术；热塑技术；热固树脂技术；玻璃化技术。

6）高温处理方法。

①焚烧法：包括异地焚烧和就地焚烧两种，都是利用高温（970～1200℃）把污染物中的卤代化合物或其他难溶有机物热解焚毁（在氧气作用下）及挥发出去。只要操作恰当，利用该办法清除和焚毁污染物的效率可达到99.99%。其中多氯联苯（PCBs）等的去除率可达到99.9999%。

②等离子体高温进行金属回收：该技术属于热处理过程，已在商业上用于处理焚烧灰。操作时利用等离子体产生的热（1500～1600℃），把土壤中的污染物转化为含金属的烟尘或（和）有机气体的形式从土壤中清除出去。所转化形成的有机气体可作为燃料，而含金属的烟尘可进行回收利用。

3.2污染地下水的修复技术

地下水污染修复花费巨大，每个场地的花费约为10万至100万美元以上，而且传统的修复技术即抽水-处理技术，是把污染的地下水抽到地表进行处理，同时把干净的地表水注入含水层内。这种方法经常不能彻底地净化含水层。目前新的处理方法主要有：注气法、原位微生物修复技术、两相蒸气提取法、原位氧化法、原位反应墙技术等5项。

1）注气法即把空气或氧气注入含水层。喷射注入的气体转化为气泡后可把地下水中的挥发性污染物提取出来，然后利用土壤蒸气提取法中的提取孔和气体收集系统把逸出的气体收集，待作后期处理。

2）原位微生物修复技术通常与注气法配合，在操作时需要把微生物生长所需要的营养物质和氧气从井孔中注进含水层，以提高本地原有的微生物的活性，增强其降解有机污染物的能力。该技术也被称为注气微生物修复技术。其优点是：设备安装简单、历时短、注气量小、成本低、不需要把地下水抽出或向含水层注水。

3）两相蒸气提取法即采用真空设备把以液态形式存在的污染物（在饱和带中）和以气相形式存在的污染物（在非饱和带中）同时抽取出来。该技术的优点主要是：①处理时间短；②对场地的破坏程度减少到最低程度；③能应用于建筑物之下和其他不能开挖的场地；④能处理浮在地下水面上的污染物，且能与其他方法联合使用以缩短处理时间和提高处理效果。该技术的主要缺点是：①抽出的污染气体处理费用可能较昂贵；②油/水的分离费用以及所抽出的大量地下水的处理费可能很高；③操作时需要进行大量的检测和控制手段（包括气流速度检测、真空度监测、挥发性气体的温度检测、抽出气体中的氧气和二氧化碳的含量测定、采集气样等）。

4）原位氧化法即利用氧化剂把溶解于地下水中的有机污染物迅速氧化。常用的氧化剂为高锰酸钾。该技术的主要优点是：可处理含水层中不能溶解的污染物质，而传统方法即抽出-处理只能处理溶解态的有机物。

5）原位反应墙技术即在含水层中（垂直于水流方向上）建筑一个或多个具有渗透性的、含有去污物质的墙体，一旦地下水流经该墙，其中的污染物质就会与墙内的物质发生化学反应而被净化除掉。例如利用铁屑和砂充填的反应墙，可净化流经它的卤代烃化合物。

4建议与结论

1）污染场地的处理方法很多，使用时需根据具体的场地条件、污染物的类型和含量来选择恰当的方法。不同的处理方法，成本往往相差很大，使用时需要慎重考虑。无论是选择哪一种技术，场地的修复费用均不低，因此防止污染才是上上策。往往在处理污染土时，也同时对其孔隙中的地下水进行了处理，这时的水处理和土处理难以区分。因此没有必要分清该技术是用于处理污染土的还是用于处理污染地下水的。我国在污染场地的修复方面的研究和应用目前还很欠缺，建议加大这方面的资金投入。

2）目前，我国关于污染场地环境修复的政策、法规和技术框架还不够完善，污染场地的修复依然面临诸多挑战。要实现污染场地的有效管理，必须尽快完善土壤环境标准体系，污染场地管理体系和污染场地修复技术体系的三元结构，亟待开展的有以下几方面工作：

①加速完善中国的环境标准体系；

②加快构建中国污染场地管理体系；

③推动环境污染损害鉴定评估机构的全面建设；

第9篇：微生物修复技术原理范文

关键词：下沙地区 富营养化 生物浮岛技术 水体修复

中图分类号：X171.3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（b）-0008-02

富营养化是由于人类活动的生活污水、工业废水、以及含氮、磷等营养物质的水，进入缓流水域后，促使水体中许多大型绿色植物和微型藻类旺盛生长、繁殖，使水体向生产力水平较高的营养状态转化的过程。水体富营养化是自养生物（浮游藻类）在水体中建立优势的过程，包含着一系列生物、化学和物理的变化，与水体的化学性质、物理性状，底质，以及气候、地理等众多因素有关。从上个世纪中叶，全球出现海洋和淡水水体富营养化不断加剧之势，水体富营养化已成为人类普遍关注的水质污染问题。水体富营养化使许多湖泊、水库成为主要环境问题，严重的妨碍了水体利用，造成了环境和经济的重大损失。目前富营养化水污染处理技术的研究认为人工湿地、生物浮岛等生物等处理技术，通过原位构建水生植物体系，利用植物根系的吸附、吸收作用，削减水中的氮、磷等营养物质，从而达到净水效果，具有无二次污染，且兼具景观美化作用的特点，是目前富营养化水体主流修复措施[1]。

下沙高教园区地处杭州的东北，是近十年发展起来的新城区。杭州的平均降雨量约在1100～1600 mm之间。全年有两个雨季和一个多雨时段。3～4月为一多雨时段，称春雨期；5月初至6月上底为一个雨季；8月底到9月底为第二个雨季。占全年降雨总量的65%左右。杭州的年平均蒸发量为1150～1400 mm，全年以6～8月为最大，约占总蒸发量的50%。从整体来看，区内水域基本上是自成平衡体系。区内的几条小河流均为四、五级河道，主要功能为排洪。区域内部和四周有人工修建的河道，道路敷设雨水管道，收集路面雨水就近排入河道。外界污染物的大量输入与底泥营养物的内源释放所共同引起的生态退化，水质变差，面临的严重的水环境问题。由于水置分散、水质复杂、源头多，不能采用收集集中处理的方法，同时也不可能投入巨大的水体处理资金。利用生物浮岛技术修复具有投入少、运行费用低、应用规模可灵活变动、无二次污染等优点，非常适合这类小型开发区富营养化水体的处理[2]。

1 生物浮岛技术的基本原理

生物浮岛技术是一种快速发展的原位水处理方法。主要的思路是通过提高微生物降解功能，加强水生植物吸收作用，促进二者之间的协同作用，实现水体原位高效生物降解[3]。

生物浮岛系统的工作原理是先通过投加填料，加大微生物附着面积，以便微生物富集成膜；然后添加可富集在填料表面的特效功能菌，加强多菌种协同作用，高效降解氮、磷等营养物质；进一步构建植物与微生物的复合生物体系；从而改善微生物生长环境，一方面人工曝气提高水体溶氧量，增强微生物代谢；另一方面利用人工造流，加快水体传质，从而实现高效的原位生物降解。

具体实现是由浮床单元拼接、组合而成。浮床单元内部种植水生植物，水下增加填料并接种特效氮、磷处理菌，整体环绕于曝气造流系统。在植物和微生物的共同作用下，实现水体修复目的。

对水体进行曝气是改善微生物生长环境、提高降解效率的必不可缺的步骤。由于常用的机械曝气存在设备能耗高、充氧效率低、运行存在安全隐患等不足，可考虑在充分利用水体自身藻类光合作用复氧和大气复氧前提下，改变曝气充氧模式，提高充氧效率，控制充氧时间，实现低能耗供氧。同时改变单一曝气充氧方式，利用直接曝气制造循环流，在直接曝气的基础上，搅动水流，提高液面更新速率，提高充氧效率。根据水体中溶解氧自然变化规律，控制人工充氧时间，从而实现原位低能耗高效供氧[4]。

2 原位能源供给

能源消耗是影响水体处理工程成本的重要因素。能耗高，成本和运行费用制约了水污染治理体系不能长期工作。开发无污染，少投入的能源是解决治污的关键。近年来太阳能等绿色能源应用快速发展，利用太阳能光伏发电供给能源是非常适合下沙高教园区的水体处理。杭州市年平均太阳总辐射量在420～460 kJ/cm2之间，日照时数1800～2100 h。大部分自然水体表面光照条件充分，水域开阔，阳光照射条件良好，通过悬浮载体将太阳能发电系统利用于设备当中，无需外界能源输入，在能源自给的同时实现水体修复的目标，节能降耗，消除污染[5]。

在富营养化水体中，藻类含量较高，其光合作用释放出氧气，供菌种降解有机物，是一种太阳能的自然生物利用方式。如果能充分利用水体原位生态修复功能和藻类的充氧功能，构建以原位太阳能发电与原位生物修复相结合的一体化水体修复设备，将突破现有富营养化水体处理技术屏障，为浅层水体修复和日常维护提供新型有效的技术手段，具有广泛的市场应用前景。

另外风力发电作为一种重要的可再生能源形式，越来越受到人们的广泛关注。由于风电设备制造技术的日益成熟和风电价格的逐步降低，近些年来，无论是在发达国家还是在发展中国家都在大力发展风力发电。近30年来风电场并网容量发展最为迅猛，对常规电力系统的运行造成的影响明显增大。杭州市大部分地区年平均风速在1.3～2.4 m/s，下沙地处杭州东北部平原，位于钱塘江两岸的滨海平原，年平均风速超过3 m/s。这种风速适宜小型风力发电的风能，很好解决了地区无电、缺电的困难，特别是弥补了阴雨、无阳光时太阳能发电不能工作的不足[6]。

3 修复体系设计方案

以下简介利用太阳能、风能进行生物浮岛技术修复富营养化水体整体结构设计方案。根据太阳的花形状，曝气造流系统的浮床为结构主体，浮床采用双曲面球体构型，上承太阳能电池板，内置蓄电池和空气泵等所有配套设备，下方以丝杆连接悬挂导流装置，周围环绕生物浮岛单元，曝气盘通过管道连接固定在导流装置内部[6]。

生物浮岛系统由浮床单元拼接、组合而成，浮床单元内部种植水生植物，水下增加填料并接种特效氮、磷处理菌，整体环绕于曝气造流系统，通过植物和微生物的共同作用，实现水体修复目的。

曝气造流系统由空气泵、曝气盘、悬浮载体和导流装置四部分组成。空气泵压缩的空气通过导气管进入曝气盘，再以微小气泡的形式释放到深层水体中，并与其混合，增加水体溶氧；水气混合后的液体因密度减小而在导流筒内垂直上升到达浅层水体，同时，深层水体因导流筒内的压力较小而被不断吸入到导流筒内，形成一个以压力差为动力的循环流，实现水体最大效率供氧。

光照充足的白天，太阳能电池板通过控制器向蓄电池供电，夜间蓄电池放电带动空气泵工作；利用时间控制开关控制空气泵的工作状态；空气泵的工作时间初步可考虑安排在午夜至凌晨连续6小时。阴雨天气，太阳能控制器直接控制蓄电池充放电，保证蓄电池提供空气泵18小时工作能力。同时小型风力发电系统产生辅助作用，保证修复体系的正常用电[7]。

4 水体修复效果实验分析

在实验区域采用太阳能、风能生物浮岛修复系统运行（白天充电，夜间供氧6小时），测定实验区域的溶解氧平均值A与对照区域溶解氧平均值B的变化连续，溶解氧采用在线溶解氧仪及碘量法]测定。试验数据表明，在富营养化水体中存在着水体溶解氧昼夜变化幅度大的特点，昼间溶解氧变化并不完全符合富营养化水体溶氧规律变化，昼间溶氧会达到高点，但是夜间溶氧并不会降低到预计低点。各项水质指标均已经达到富营养化的状况，水体夜间的耗氧量低，可能是由于底泥含量低、悬浮微生物少、水体微生物活动较弱的原因[8]。

通过相同条件下对水溶氧变化与微生物量的关系的实验，可知夜间水中溶解氧持续下降，日出前达到最低值5.8 mg/L。开始曝气后，溶解氧浓度上升，能在日出前补充到最低值7.4 mg/L。

生物浮岛的水体修复主要通过以下几个方面实现：设备直接曝气充氧促进好氧微生物代谢，加快水体有机污染物降解速率；设备曝气形成环流，加快水体液面更新速率，提高大气复氧效率；浮岛植物根系吸收水体内营养物质，拦截固体颗粒、沉降胶体物质，提高净化效果；浮岛中的生物填料，通过富集微生物，提高水体中的微生物数量和降解能力；曝气形成的环流，有利于净化后水体与污染水体的交换，扩大设备有效的净化面积。

如此构建立体式的生物体系，使富营养化水体在植物、微生物的协同作用下，通过太阳能、风能供电强化曝气和水体循环，实现富营养化水体的快速修复[9]。

5 结论

基于水体原位修复的理念，通过组合太阳能、风能等低能耗充氧和高效生物降解措施，构建了一体化的立体式生物处理设备。对于改善水环境课题，本文提出使用太阳能、风能等绿色能源取代其他能源；应用植物、微生物反应代替化学方法的大量化学药剂，实现零成本运行、无二次污染，与水体和谐共处，有着明显经济优势和社会效益。

参考文献

[1] 金相灿，屠清瑛.湖泊富营养化调查规范[M].2版.北京：中国环境科学出版社，1987.

[2] 国家环境保护总局.水和废水监测标准方法[M].4版.北京：中国环境科学出版社，2002.

[3] 李英杰，金相灿，年跃刚，等.人工浮岛技术及其应用[J].水处理技术，2007，33（10）：49-51.

[4] 马风有，李强，邓辅商.人工浮岛载体设计研究[J].中国农村水利水电，2007（5）：85-87.

[5] 赵祥华，田军.人工浮岛技术在云南湖泊治理中的意义及技术研究[J].云南环境科学，2005，24（A1）：130-132.

[6] 马蕊，林英，牛翠娟.淡水水域富营养化及其治理[J].生物学通报，2003，38（11）：22-26.

[7] 李家就，钱望新.富营养化湖泊水源生物预处理研究[J].中国给水排水，1992，8（2）：4-7.