原位土壤地下水電動-微生物協同修復技術

陳 昱 顧 蒙

（1 江蘇長三角環境科學技術研究院有限公司 江蘇常州 213100 2 上田環境修復有限公司 江蘇常州 213100）

引言

原位注入氧化劑、多相抽提等是傳統的原位土壤修復技術，但是傳統的處理修復技術修復效果并不理想，主要是因為在面對黏土[1]、粉質黏土污染地層時，土壤滲透的系數小，影響半徑也比較小，在這種情況下藥劑很難接觸到污染物。

而微生物修復技術則具有成本較低、操作便捷、對周圍環境影響較小等一系列的優勢，因此在以石油烴組分為代表的污染土壤中較為適用。但是同時需要注意到的是，多環芳烴等有機污染物疏水性強，僅僅依靠生物修復技術無法達到理想的去除污染物的目標。

隨著科學技術的發展，原位土壤地下水電動-微生物協同修復技術受到了比較多的關注，為提高土壤的修復效率做好了充足的準備。

1 土壤污染的現狀以及危害

當各種有毒、有害的物質進入土壤后，會破壞土壤原有的質量與結構，產生不良影響，對土壤造成不可逆的傷害[2]，長時間就擴大的土壤被污染的面積以及污染的程度。我國是農業大國，在生產中對農藥、化肥的用量比較大，且化肥和農藥使用的有效率比較低，對土地產生了污染。隨著我國工業水平的不斷發展，農業灌溉用水中經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]、持續時間也比較長、危害性比較大，會對土壤造成嚴重的影響。

盡管土壤在一定程度上具有自凈的能力，但實際上污染物的含量已經超過了土壤的承受能力，土壤污染會造成比較嚴重的影響，如降低土壤的質量，破壞農作物的生長，如果污染物過多甚至會破壞土壤的正常功能，使農作物發生絕收的現象。一旦土壤中的有害物質進入了人體，將會嚴重威脅人體的健康與人類生存的環境。多數有機污染物不僅持久性比較強，其疏水性也較強，這類有機污染物物質進入土壤后生物可利用性會大幅降低，僅僅依靠微生物修復技術很難實現高效去除[4]。

2 原位土壤地下水電動-微生物協同修復技術原理

在傳統原位土壤修復技術、單一微生物修復技術均無法達到理想修復作用的背景下，電動-微生物協同修復技術應運而生，且在土壤修復中的使用優勢愈發明顯。電動-微生物協同修復技術不會對周邊環境造成較大影響，同時成本低且不會造成二次環境污染，因此優勢突出，已作為土壤清潔技術在土壤污染物治理中得到了較為廣泛的應用。這一技術能夠在有機污染場地治理中發揮重要作用，且解決了土壤治理成本高昂的問題，適用于不同程度發展地區。電動-微生物協同修復就是將通過電場實現降解菌和污染物的傳質，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化環境，最后通過微生降解完成土壤修復目的。

在修復亞表層土壤時，主要運用的就是原位生物修復技術，這種技術主要是在被污染土壤中加入有機營養物質，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。但在實際的運用中，被污染的土壤面積比較大，會耗費比較多的人力和物力，增加修復的成本。原位土壤地下水電動-微生物協同修復技術主要依靠電動力學效應、電化學反應、微生物修復。一般來說，土壤的顆粒在較小的情況下，整體的運行的速度就會有所提升，相應地提升修復的效果。

原位土壤地下水電動-微生物協同修復技術主要分為三個步驟，即電動力學效應、電化學反應、微生物降解[5]。相關研究發現，土壤中大多數的污染物存在于土壤顆粒的晶格之間[6]，比較容易發生污染物的電解反應，因此，電動力學效應、電化學反應、微生物降解具有較強的針對性。

首先，電動力學效應，在交替電場的作用下，陰陽離子和水合陽離子來回之間發生了運轉，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-微生物協同修復技術選擇交替脈沖電壓，可以使污染物在電場下形成渲染，雖增加污染面積，但是同時減少了污染濃度。

其次，電化學反應，土壤顆粒表面電解并形成了自由基，有機物被氧化為更容易降解的物質，與土壤發生了分離，土壤表面的電解失去電子，土壤表面的陽離子增多，雙電層進一步壓縮，土壤顆粒也會進一步減小，淤泥也會自原先的蓬松狀態向密實壓縮狀態轉變，對于粉質黏土、黏土類的土壤極為適用。

最后，微生物降解，土壤間隙中有負電，陽離子攜帶著污染物向土壤間隙做運動，微生物在污染物轉移過程中，將污染物迅速降解，也可以通過微生物將污染物轉移到土壤間隙內的方式，將污染物迅速降解。

3 原位土壤地下水電動-微生物協同修復技術的應用

對某搬遷的化工廠污染土壤進行處理，揮發性有機物、半揮發性有機物兩大類是土壤中的主要污染物，例如苯、熒蒽、芘等物質[7]。在應用中，相關的工作人員要加強自身的責任意識，開展挖掘工作時，盡量減少對土壤的擾動，以挖掘出完整土壤為目的，避免揮發性物質產生了揮發，修復周期儲蓄10 個月，監測周期為月度監測，及時關注土壤污染物。

在原位土壤地下水電動-微生物協同修復技術應用中，降解苯系物的降解率和修復時間呈正比，污染物濃度的去除率高達90%，污染物濃度能符合土壤修復的標準。

在電動力學作用下，通過電滲析、電遷移、電泳，能夠在較短的時間內，將土壤顆粒表面解吸到孔隙水內；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-微生物協同修復技術能夠加速土壤降解的過程。在修復開始后的兩個月中，多環苯污染物濃度下降比較緩慢，但是修復的第三個月，濃度下降的幅度變大。當表面的污染物被降解后，內部的污染物逐漸暴露，通過電場沖刷的作用，進入了孔隙水體系，營養物質被帶入，有助于發揮微生物的作用，加速對土壤中有機物的降解，降低了污染物的濃度。

在氧化還原反應的作用下，污染物會逐漸轉變為短鏈的有機物[9]，以便微生物發揮快速降解的功效；利用原位土壤地下水電動-微生物協同修復技術能夠在土壤中形成電化學反應，分離出土壤與污染物，具有較高的應用價值。

4 原位土壤地下水電動-微生物協同修復技術發展前景

原位土壤地下水電動-微生物協同修復技術在實際的運用中，具有高效性與有效性，對常規手段難以修復的土地也有非常好的修復效果。在安裝方面，導電樁的安裝可以選取任意角度，對安裝的場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-微生物協同修復技術，無論對于人類還是野生動物，都具有較高的安全性。如果遇到當地電力連接不方便，也可以使用太陽能、風能進行代替，主要是因為原位土壤地下水電動-微生物協同修復技術的能量消耗量比較小[10]。電動-微生物協同修復技術還存在修復時間長的局限性，應用時需要耗費幾個月甚至幾年的時間，且在寒冷地區應用效果不甚理想，因此，在未來發展中應將優化修復條件、縮短耗時作為重要研究方向之一，最大程度提升修復有效性[11]。

原位土壤地下水電動-微生物協同修復技術在運用的過程中，會受到電場強度、微生物種群特點、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的動力，電場強度越大，那么相應地就會產生更好的修復效果。隨著電場強度的增加，周圍環境的安全性、微生物以生物酶的活性都會不斷降低，同時也會加大原位土壤地下水電動-微生物協同修復技術的耗能[12]。

污染物的生物可降解性會影響修復的效果，并影響在實際運動中的具體效果。環境因素也會影響原位土壤地下水電動-微生物協同修復技術的修復效果，主要包括土壤的ph 值、土壤的具體類型。土壤中的pH 值會影響還原電位，并降低污染物的降低率。pH 值會影響微生物生存環境，不同的微生物種群對pH 值的環境的要求并不一樣，因此，如何根據微生物的種群，提高修復的效率等改進修復土壤污染的方式將是今后的工作重點。

結語

當前，修復土壤污染有多種方式，如物理化學修復方法、生態修復方法、生物炭修復方法。伴隨著人類生產活動范圍不斷擴大，一些有害物質都通過降雨淋溶、自然沉降、水循環的方式進入了土壤，污染土壤面積的擴大，會造成土地資源的損害與浪費，因此，做好土壤的修復在工作具有重要的意義。土壤的類型與修復區域土壤的導電性、電化學反應的強弱有著密切的關系，相關的工作人員需要站在全面的角度，探究修復土壤的高效方法，并通過實踐不斷的改進。

本研究通過探究土壤污染的現狀以及危害，并詳細闡述了原位土壤地下水電動-微生物協同修復技術的運用以及運用的原理，可以明顯發現原位土壤地下水電動-微生物協同修復技術無論是在現在還是在未來，都將對修復土壤污染做出巨大的貢獻。