土壤生物修复技术

生物修复介绍

生物修复技术是一种较早就出现的现场修复技术，于1972年首次进行商业实验。尽管生物矿化作用已经被很多学者研究并针对其发表文章，它的商业化却因为缺少真实的工程案例而被延迟。直到这项技术从一项新的技术变成一项成熟的，具有经济效应的土壤/地下水修复技术。生物修复技术的使用范围也渐渐扩大到重石油烃化物，多环芳香烃，高氧有机化合物。在这项技术渐渐成熟的过程中，我司一直参与在实验室研发和新型技术的应用。

在生物修复过程中，当处于理想的条件下，有机物被土壤中的微生物转化为二氧化碳，水和无机盐（例如氯化物）。在被污染土壤和水中许多因素会影响微生物对石油衍生的烃矿化程度和转换速率。这些因素是：pH，温度，湿度，供氧，营养水平，污染物和土壤特性。在任何领域的生物修复中，关键是制定完善的修复计划和有效执行。这种有效的管理需要整合经验、技术支持、明确的目标和合理的工程调试。

产品

ABR柴油是一种混合产品，可在液体和干制剂两种形态之中选择。我们建议使用液体产品时，是在当其被用在地下且通过注射的方式；建议使用干制剂时，是当其是被用在地面上。产品的投加量将基于被污染的年龄，污染物的浓度和土壤类型而有所变化。一般规则，剂量在0.3英镑（或加仑）每立方码至0.75英镑（或加仑）每立方码（=0.178-0.445kg/m3）。建议ABR柴油使用在主要被重型石油馏出物污染的土壤和水中。

ABR汽油是一种混合产品，可在液体和干制剂两种形态之中选择。我们建议使用液体产品时，是当其被用在地下且通过注射的方式；建议使用干制剂时，是当其被用在地面上。产品的投加量将基于被污染的年龄，污染物的浓度和土壤类型而有所变化。一般规则，剂量在0.5英镑（或加仑）每立方码至0.75英镑（或加仑）每立方码(=0.296-0.445kg/m3)。建议ABR汽油使用在主要被轻型石油馏出物污染的土壤和水中。

营养

建立并维持现场土壤中的细菌活动的关键在于控制细胞代谢所必需的无机营养成分。细菌同时需要氮（N）和磷（P）来进行细胞功能。生物体需要氮来合成细胞壁，核酸和蛋白质。氮构成了近15％的细菌细胞壁分子。对于氮的限制将会严重地影响细菌的代谢功能。细菌只能利用NH₄形式中的氮，其他形式的氮不能被细菌利用。所以，由于非NH₄中氮的影响，如果监测不严谨，生物修复人员将会错误得以为无机N含量是足够。在生物修复现场，无机氮源必须要有所储备。以促进生物修复过程中保持NH₄-N的含量。

以无机磷酸盐的形式存在的磷，被微生物使用在磷脂和核酸的合成当中。磷也是ATP的能量转移反应是必不可少的。能够水解磷酸酯的酶存在于几乎所有的生物内。在P被限制的环境中，微生物的新陈代谢急速降低,从而减少其利用土壤中的烃作为有机碳源。无机磷源应与氮源应一起被合理应用，以激发和维持整治项目。

微量营养素在微生物成长中扮演重要角色。这些微量营养素包括钾，铁，硫，镁，钙和钠等。我们的经验是，现场将不再需要进一步添加这些微量营养素，因为这些微量元素存在于几乎所有的土壤且微生物的新陈代谢仅需要少量这些微量营养素。然而，如果监控程序表明，降解率发生了变化显著，作为一个潜在的速率限制变量，需要对微量营养素进行检查

下列表格是对比BioBlend 和Technical DAP：

BioBlend100：5：1

BioBlend 5:1是一种缓慢释放营养的产品，在土壤修复的前期使用

投加量 = 12.5磅当有100磅有机碳需要降解

BioBlend100：3：1

BioBlend 3:1是一种缓慢释放营养的产品，在土壤修复的后期使用。

投加量 = 10.5磅当有100磅有机碳需要降解

BioBlendRapid

BioBlend Rapid是一种含有高度可溶营养的产品，可快速释放N和P。

投加量 = 14磅当有100磅有机碳需要降解

硬表面清洗剂，兴奋剂和多孔表面修复产品

ABR SurfClean是一个专有的混合物含有浓缩表面活性剂和清洗剂。该产品可有效去除那些洒落在混凝土，沥青，岩石以及土壤上的表面的石油产品污渍。当和诺维信的生物制品一起运用时SurfClean的效果有可能会立即产生。使更多的污染物可被生物降解并使石油产品更完全降解，加快清理时间。本产品的投加量通常在1加仑/ 25ft²和 1 加仑/50 ft²之间（0.8-1.6L/m2），基于表面和污染物。SurfClean 也可稀释高达4:1如果石油污渍是最近形成的。

ABR®BIOTRAK是一种由细菌，营养物质和清洗剂组成的混合物。该产品可有效的在较短的时间内（通常几小时）去除油污。当去除表面油渍后， BIOTRAK可快速生物降解污染物。 BIOTRAK最好通过60 psig或更大的发泡喷嘴施加到湿的表面上。BIOTRAK的施用量一般为1 gallon/25ft²和1 gallon/50 ft²（0.8-1.6L/m2）基于表面和污染物上。

生物修复技术：原理定义

我们已经成功地在现场展示出生物修复技术可有效地从污染土壤中除去石油烃类。在这个过程中，土壤中的微生物将烃类转换成二氧化碳，水和生物物质。许多因素可影响受污染土壤的烃脱除的程度，包括：

•土壤的pH值

•土壤的温度

•土壤的水分含量

•土壤中养分的浓度

•曝气（溶解氧）

•总的和选择性的微生物种群

•污染物特性

•污染物对生物催化的试用性

•一致且专业的现场管理

控制参数及其影响的动力学环境因素

有氧呼吸过程需要氧气，一般情况下，当土壤中的氧含量小于1％时，新陈代谢将从有氧变成无氧。在水环境中，1mg/ L以下浓度的氧气可让新陈代谢从有氧变成无氧。因此，保持水环境中的溶解氧（DO）是保持良好的降解特性的关键。目前可用的手段仅限于向水和土壤曝气;引入过氧化氢或使用纯氧气源。

虽然可以提供更大的可用氧气，在土壤修复中使用过氧化氢有一些不足之处。当提出解决方案时，这些不足之处必须被注明：

•过氧化氢的使用，以及后续的pH值下降，会需要额外的石灰投加，以维持pH在最佳水平。

•过氧化氢一直被视为改变土壤的吸收性能，增加其吸收量，从而减少修复项目的能力

•过氧化氢的购买，投加和控制都需要较大资金投入

•过氧化氢是一种常用的抗微生物剂，它的使用会增加细菌数量下跌的可能性

虽然纯氧气不像过氧化氢那样有许多缺点，但当对其采购成本，存储和投加液态/气态纯氧进行评价时，发现纯氧也并不是一个十分理想的选择。

兼性厌氧和厌氧途径对石油烃的矿化已经在实验室和有限的实地进行测试。倚靠现在的技术，利用这两种新陈代谢途径会比较困难。

生物利用度

对于任何目标化合物的微生物氧化作用来说，至关重要的是生物细胞壁和化合物本身的接触。许多生物已经适应机制来推动这一进程，特别是，细胞外生物表面活性剂的产生和分泌（绿脓杆菌）。其他生物（恶臭假单胞菌）产生胞外多糖使其“粘”到土壤基质并形成生物膜。生物修复从业者利用这些内在的过程，增强它们，依靠他们来加快有机污染物的微生物矿化。

通常情况下，在原油污染的情况下，油/土壤团聚体的形成可以防止细菌与受污染的泥土表面接触。在这些情况下，通过机械搅拌来投加合成的表面活性剂将有利于更多的微生物渗透。

在沙质土壤基质中残余的油脂对脂肪族和芳香族化合物会产生较多化学改性，特别是对其中浓度最高的的一个和两个环的芳族化合物。被表面活性剂治理过的沙子中残余的油和普通沙子中残余的油有很大的不同，最大区别在于极性分子，从而表明残留油可以通过使用表面活性剂来提高其生物利用度。表面活性剂方案的总体效果是既可以提高污染物的界面交流，又可以提高土壤基质中的细胞活性。

溶解固体总量

在水环境中，所有细菌都和周围的水保持接触。在不同浓度的溶解性固体（TDS）的水环境中都存在。这些固体可能是有机微生物矿化的结果（二氧化碳和随后形成的碳酸钙），也可能是来自海水或其他金属的氯化钠。随着溶解固体浓度的增加，生物体被强制消耗更多的能源来维持渗透平衡（保持水流入细胞结构内）。其结果是，仅有少数菌株会存在于一个高TDS的环境，这些细胞会产生一些子细胞。因此，大量能够降解污染物并能存活在高TDS环境下的细菌只会存在于两个条件之一：

1. 在最佳条件下，环境已经保持了较长的时间，允许出现许多代次。

2. 投加大量的能忍受TDS的细菌和总石油烃降解菌。然后环境保持最佳状态，以鼓励繁殖和呼吸。

湿度

建立和维持一个有助于微生物生长的环境是污染物自然生物降解重要的一环，而控制土壤含水量对于建立这样一个环境有着重大影响。虽然控制降雨的多余水量是不可能的，保持一在30%和40％的水分含量（以重量计）是很有必要的。水分含量从9％（德州砂）变化至23％（壤土）。现场控制范围需要根据实际现场状况。为了保持生物活性，一种水体分配系统应该设计整合到恢复系统中，而它的作用是把水输送到治理区域以预防土壤湿度过低。任何土壤的修复方案都需要一个现场分析湿度器。湿度的日常监测和控制，是任何一个土壤生物修复工程的关键之一。

土壤种类

在一个补救方案的形成中，土壤类型起着至关重要的作用。许多文章已表明沙质土壤的粘性较差。相较于粘土和壤土，沙土中的生物系统形成较为不易。其结果是，掺入增强培养物和多糖可以增加游离细胞和沙之间的粘合。以质量比计，短链烃能够比较容易粘附到沙粒。

PH

根据我们的经验，PH值的偏差可能是来自局部系统的崩溃或者细菌的自然动作。多数项目pH值控制程序主要包括监测。当个别地区的pH值不在最佳操作范围内，酸或碱中和物应该被应用。然而，钙缓冲区的存在，会约束生物利用-PO4，抑制修复过程。