文档介绍：土壤石油污染物生物通风修复的研究进展
隋红1,茹旭2,黄国强1,李鑫钢1
1:天津大学化工学院,天津 300072;2:锦州石化设计院,辽宁锦州 121001
摘要:生物通风是一种去污效果好、操作费用低的土壤原位修复技术。文章概述了生物通风系统的结构、设计目的、适用范围和优缺点,详细论述了生物通风的国内外研究现状,包括现场应用、影响因素和强化技术及理论研究,并展望了生物通风在我国的应用前景。
关键词:土壤;石油污染;原位修复;土壤气相抽提;生物通风;生物降解
中图分类号:X53 文献标识码:A 文章编号:1672-2175(2003)02-0216-04
土壤是人类赖以生存的基础资源。土壤中最严重的污染是石油类污染。由于输油管道、储油罐泄露,落地油、含油污水排放等原因,大量石油类污染物进入土层,不仅破坏了土壤本身的生态系统,而且对地下水资源构成威胁。至90年代中期,美国就有1/3的地下储油罐被确认存在不同程度的渗漏,使地下水受到污染。我国目前大部分油田区地下水也因受到污染而达不到饮用标准,对人类健康造成潜在的致命危害。国外最近20年加强了土壤修复计划,通常解决的办法有异位(ex situ)修复和原位(in situ)修复两种形式,异位修复在多方面存在明显不足,已基本被原位修复所取代。美国于90年代投入大量资金以鼓励一些新兴的革命性土壤原位修复技术,土壤气相抽提法(soil vapor extraction,SVE)应用而生,随后其衍生技术____生物通风(bioventing,BV),结合了土壤通风的物理过程和增强的生物降解过程,而成为一种应用广泛的革新性原位修复技术[1]。
1 生物通风概述
SVE技术是一种通过强制新鲜空气流经污染区域,将挥发性有机污染物从土壤中解吸至空气流并引至地面上处理的原位土壤修复技术,该技术被认为是一个“革命性”的修复技术[2]。BV是在SVE基础上发展起来的,实际上是一种生物增强式SVE技术。因利用外界驱动力向地下输送气流,使得受污染土壤中的有机物挥发速率和生物降解速率都有可能增加,注射井和抽提井可去除气相污染物,也可以向污染区提供氧源增加微生物活性,当其首要目标是增强氧气的传送和使用效率来促进生物降解时,通常称之为生物通风[3]。
BV技术的出现直接源于SVE的发展,使用了与SVE相同的基本设施:鼓风机、真空泵、抽提井、注入井和供营养渗透至地下的管道等。其中井所在位置的结构依现场而定,并与空气是被注入还是从土壤中抽出有关。BV技术还可与修复地下水的空气搅拌(air sparging,AS)或生物曝气(biosparging, BAS)技术相结合[4],将空气注入含水层来提供氧支持生物降解,并且将污染物从地下水传送到渗流区,在渗流区污染物便可用BV或SVE法处理。SVE和BV虽然系统组分相同,但系统的适用情况、结构和设计目的有很大不同:SVE将注射井和抽提井放在被污染区域的中心,而在BV系统中,注射井和抽提井放在被污染区域的边缘往往更有效。SVE的目的是在修复污染物时使空气抽提速率达到最大,利用挥发性去除污染物;而BV的目的是优化氧气的传送和氧的使用效率,创造好氧条件来促进原位生物降解。因此,BV使用相对较低的空气速率,以使气体在土壤中的停留时间增长,促进微生物降解有机污染物[5]。
生物通风应用范围较宽,Michael[6]已经通过实验研究证明了,生物通风不仅能成功用于轻组分有机物,如汽油和柴油,还能用于重组分有机物,如燃料油等,另外也可用于其它的挥发或半挥发组分。生物通风的另一个显著优点是,与SVE比较它的操作费用更低[7]。在SVE操作中抽出的废气不能直接放入空气中,需要后续处理工艺(一般是活性碳吸附和催化燃烧),这有时甚至要占整个费用的50%左右,生物通风省去了此步骤,因此操作成本下降。生物通风与其它土壤修复技术比较,其主要缺点是操作时间长,受到土著微生物种类的限制[8]。
2 生物通风国内外研究进展
现场应用
大约在1980年,Texas研究所最先认识到了用土壤通风来促进石油有机物原位生物降解的价值。实验室研究显示,土壤通风去除的汽油污染物中,由生物降解去除的占1/3强[9~10]。1991年以前,有关生物通风现场应用和研究的公开发表和文献很少,从1992到1995年,美国空军部(USAF)已经在130多个地点应用了生物通风进行土壤修复。在土壤具有低渗透性的两个现场,Michael等[11]用单井空气注入系统进行了长期的生物通风处理;土壤气相抽样结果显示,经生物通风一年后,土壤污染程度明显下降,说明具有低渗透率的土壤也能被生物通风修复。Hinchee和他的同事[12]用改造的SVE设计系统增大生物降解的贡献,文献中报道生物降解达到了85%~90%。Hog