生物修復技術在土壤污染治理中的應用

文_李冬 范曉琳 深圳深態環境科技有限公司

生物修復技術，是指使用動物、植物、微生物，對污染物進行吸收、降解、轉化，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，轉換為無毒無害的物質，減輕對周邊環境危害的技術。生物修復技術不僅操作簡單、成本低，而且對環境的干擾小，不會造成二次污染。

1 土壤污染物的種類

土壤污染物的來源主要是工業廢水、固體廢棄物、農藥化肥、大氣污染沉降、重金屬等，其中工業三廢占比較高。工業生產過程中，排放的廢水、廢氣、廢渣中，含有大量有毒有害物質。此外，過量使用農藥和化肥，其中的污染物也會在土壤中沉積下來。

1.1 有機污染物

有機物污染主要是化學農藥造成的，一是氯類，如DDT、艾氏劑；二是有機磷類，如硫酸、敵敵畏；三是氨基甲酸酯類，如除草劑、殺蟲劑；四是苯氯羧酸類，如2,4-D除草劑；五是工業三廢中的油類、酚類等。

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入土壤；（3）大量使用含有重金屬的農藥化肥；（4）工業廢水排放進農田。重金屬不能被微生物分解，會在土壤中富集，因此治理難度較大。

1.3 放射性元素污染

放射性元素的來源，一是大氣中的裂變產物，二是原子能研究機構排出的廢棄物。土壤一旦被放射性元素污染，自身難以消除，只能緩慢衰變為穩定元素，一旦這些元素通過食物鏈進入人體，就會危害健康。

2 生物修復技術的常用方法

2.1 植物修復技術

植物修復技術，是植物在生長過程中，對土壤中的有害物質進行汲取、降解，或利用光合作用吸納污染物，實現凈化效果。植物種類不同，對污染物的吸收能力也不同，有的植物只對一種污染物有效，有的植物對多種污染物有效。應用植物修復技術時，應該掌握植物的特征，分析土壤污染物的類型，對癥治理才能有效治理污染。

2.2 微生物修復技術

微生物修復技術，就是利用土壤中的微生物降解污染物，或者人工培養微生物，將其補充到土壤中，實現土質凈化的效果。微生物修復技術的應用包括投菌法、農耕法、堆肥法。

2.3 混合修復技術

對于污染程度嚴重的土壤，單純采用某一種修復技術，難以實現良好的治理效果。將兩種或多種修復技術相結合，就是混合修復技術，實際應用表明效果顯著。以植物修復技術+微生物修復技術為例，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，實現污染治理、土壤修復的雙重目標。

3 生物修復技術應用效果的影響因素

3.1 污染物性質

污染物的性質，和自身結構、分子量關聯密切。一般情況下，結構單一、分子量小的污染物，其降解過程更簡單。以石油烴類污染物為例，利用微生物，可對飽和烴、輕質芳香烴進行降解，但不能對樹脂、重質芳香烴進行降解。實踐證明，不論是何種結構的鏈烷烴，均能被微生物氧化降解；相比之下芳香烴、環烷烴的降解更難，容易在土壤中富集。

3.2 環境因素

3.2.1 土壤類型

生物修復技術適用于黏性較小的沙質土，土壤的滲透性大小，直接關系到治理修復效果。對于滲透性較強的土壤，營養物質、電子受體的傳質速度快，有利于加快生物的反應速度；滲透性較小的土壤，則會減緩生物的反應速度。

3.2.2 外界溫度

目前生物修復技術的應用，普遍在20～40℃溫度中進行，此時微生物的生長速度慢、代謝活性弱。以石油烴類污染物為例，當外界溫度低于10℃，降解速度緩慢，此時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、數量多，部分微生物和污染物接觸后，能積極適應環境變化，并產生降解作用。但是，這些微生物也存在缺點，即生長速度慢、代謝效率低，如果外源污染物的濃度較高，就會削弱降解功能。對于這種情況，可在污染土壤中分離出降解菌，然后富集強化，提高污染降解作用。此外，降解菌不僅要適應土壤環境，還要和土著微生物相競爭，只有降解菌形成數量優勢，才能提高降解速度和質量。

4 生物修復技術在土壤污染治理中的應用要點

4.1 提高降解作用

生物修復技術的本質，就是微生物和污染物相互作用反應，從而消除污染。這其中，篩選出高效的降解菌，提高降解作用，才能實現修復目標。對此，要分析土壤污染的類型、程度，從而針對性選擇、培養降解菌。例如：針對有機氯農藥污染，可以使用棒狀桿菌、芽孢桿菌；針對五氯硝基苯污染，可以使用諾卡氏菌、鏈霉菌屬等。

4.2 科學選擇生物

污染降解是一個長期緩慢的過程，隨著污染物種類增多，不僅會降低微生物的降解效率，還會導致微生物死亡。對此，技術人員應該科學選擇生物，創造適宜微生物生存的環境，并添加氧氣、營養鹽等成分，增強微生物的降解能力。針對不同土壤、不同污染源，應該培養合適的微生物群，提高污染治理效率。

4.3 注重綠色環保

對土壤污染進行治理修復時，應該遵循綠色環保的原則，避免造成二次污染。隨著科學技術的發展，在生物修復技術的基礎上，原位修復技術、基于設備化的快速修復技術、土壤修復決策支持系統、土壤修復后評估技術等不斷出現。在實際應用中，形成了農藥、重金屬、放射性核素、新興污染物、復合污染的修復技術體系，在污染治理的同時，也滿足了綠色環保的要求。

5 工程實例分析

以國內某油田基地為例，該基地位于河南省南陽盆地，生產原油類型有瀝青基類稠油、低硫石蠟基類稀油兩種。隨著油田的開采時間延長，管道線路發生腐蝕泄露，造成了土壤污染，如何治理污染、修復土壤，成為人們關注的要點。結合污染特點，有關部門決定采用生物修復技術，實施石油烴降解菌群+植物+無機營養鹽的治理方案。為了驗證污染治理效果，首先在油田內采集土壤樣本，富集微生物菌群后，選擇降解性能強的菌群，將其投入受污染的土壤中。然后種植向日葵，觀察出芽率、植株生長情況，評價石油烴的降解效果。

結果顯示：第一，樣本未添加降解菌和營養鹽，3天和5天后向日葵的出芽數均少于其他樣本，說明：石油烴會抑制向日葵種子萌發。第二，樣本中添加降解菌或營養鹽后，向日葵的植株高度均大于未添加任何成分的樣本，說明添加降解菌或營養鹽，有利于植物生長。第三，聯合使用降解菌和營養鹽的樣本，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，說明降解菌、營養鹽的使用，可以增強微生物的降解能力。

6 結語

在土壤污染治理中，生物修復技術的應用普遍性較高，本文對植物、動物、微生物、混合修復等技術進行了簡單介紹。結合案例分析可知，污染物性質、環境、生物體，是影響污染治理效果的主要因素。只有科學選擇生物，注重綠色環保，才能實現土壤污染的治理目標。