固定化微生物技术修复PAHs污染土壤的研究进展

多环芳烃(PAHs)是环境中普遍存在的一类典型有机污染物,绿色修复PAHs污染土壤已成为国内外环境和土壤界共同关注的热点问题之一.作为一种新型的微生物修复技术,固定化微生物修复有机污染土壤正受到越来越多的关注,国内外相关研究刚刚开始.本文重点评述了近几年国内外有关固定化微生物技术修复PAHs污染土壤的最新进展,总结了固定化微生物技术的修复原理、微生物固定化载体的选择、高效降解菌的筛选、固定化方法及影响因素等方面,并提出今后的发展方向,为我国开展固定化微生物技术修复有机污染土壤的研究提供参考.     

生物炭固定化多环芳烃高效降解菌剂的制备及稳定性

高效多环芳烃降解微生物在污染环境中存活并保持一定生物量是实现生物强化修复的前提.本研究通过优选生物炭,优化生物炭固定化多环芳烃高效降解菌Martelella sp.AD-3的制备条件以及评估生物炭固定化菌剂的稳定性,期望获得具有应用前景的生物材料.结果显示,稻壳生物炭比表面积及孔隙大、Zeta电位高、固定化菌剂去除效果好,选择其作为固定化AD-3菌的载体.电镜观察及固定化菌剂对菲的去除率表明,固定化培养基为3% LB,接种量为2.9×10⁸ CFU·mL^-1,固定2 d时,稻壳固定化菌剂负载AD-3量最多,对菲的去除速率可达8.08 mg·L^-1·h^-1.室温保存21 d后,稻壳生物炭固定化菌剂对菲的去除速率仍达到4.46 mg·L^-1·h^-1,表明稻壳生物炭固定化AD-3菌不仅保持了菌对菲的高效降解能力,而且延长了降解微生物的保存时间,这为多环芳烃污染土壤修复提供了良好的生物修复功能材料.     

生物炭输入土壤对其石油烃微生物降解力的影响

以木屑和麦秆为原料,在300℃和500℃下热解制备生物炭,分析了生物炭输入对大港油田污染土壤中总石油烃及其组分(正链烷烃n C8~C40和16种PAHs)微生物降解效果的影响.结果表明,生物炭输入强化了土壤中总石油烃及其组分的生物降解.生物炭原料的选取对烷烃降解影响显著,对PAHs影响较小;高温制备生物炭对污染物降解的强化效果较好,这归因于生物炭表面性质和降解微生物种类的不同.土壤中加入生物炭后,低环PAHs的降解效率显著高于高环PAHs.添加典型的土壤易分解有机质(葡萄糖)产生正激发作用,导致生物炭矿化,促进了烷烃降解,抑制了PAHs的去除.可见,生物炭输入可有效促进石油烃的微生物降解,对修复石油污染土壤起正效应.     

生物炭固定化硫酸盐还原菌对镉污染土壤的钝化修复

为了探讨生物炭固定化硫酸盐还原菌对镉(Cd²⁺)污染土壤的钝化修复效果,以制备的小麦秸秆生物炭为载体固定硫酸盐还原菌,研究不同修复剂生物炭(XM700)、硫酸盐还原菌(SRB15-3-2)和生物炭固定化硫酸盐还原菌(IBXM700)对Cd²⁺污染土壤的钝化修复效果.结果表明,与XM700组和SRB15-3-2组相比,IBXM700组的修复效果最好(p<0.05),不同Cd²⁺浓度污染土壤修复45 d后,与CK组对比,IBXM700组Cd可交换态含量显著降低了31.26%,残渣态含量提高了91.20%;同时,IBXM700组土壤pH值提升0.37,速效磷、速效钾含量分别提升了37.86%、57.29%,土壤蔗糖酶、脲酶、碱性磷酸酶和过氧化氢酶活性分别提升了50.22%、52.45%、11.61%和28.03%.研究表明,IBXM700能够有效钝化修复Cd污染土壤,提升土壤肥力,在土壤修复领域具有很大潜力.     

生物炭纳米复合材料去除环境中有机污染物研究进展

近年来,生物炭在环境修复、固碳、土壤改良等方面的得到广泛应用,与纳米材料联合制备的新型生物炭纳米复合材料使原生生物炭的比表面积、孔隙结构、官能团、催化降解能力等方面都有了较大改善,具有更好的可持续性和高效性,对环境中有机污染物具有良好的去除能力。本文介绍了生物炭纳米复合材料的不同制备工艺,重点阐述了生物炭纳米复合材料对不同环境介质中有机污染物的去除机理及应用,为后续生物炭纳米复合材料在环境修复应用的工程化和商业化提供理论依据和技术参考。     

生物炭修复土壤重金属污染的潜在风险探讨

生物炭因其独特的吸附特性和制备来源广泛等优点,在土壤重金属污染修复中具有良好的应用前景,但生物炭的大量施用可能会带来许多潜在风险。文章对生物炭修复土壤污染的研究进行综述,重点讨论在现场修复的应用中,一些潜在的非生物和生物因素可能会削弱生物炭对重金属的固定化效应。同时总结了大量施用生物炭的缺陷,包括生物炭老化,生物炭原料附带有毒物质,以及生物炭对土壤动植物生长和土壤微生物的负面影响。此外,还提出了进一步的研究方向和建议（生物炭标准化、长期定位试验、修复机理研究及生产设计）,为生物炭生产和合理施用提供科学应用指导。     

石油污染土壤微生物修复技术研究进展

石油类物质进入到土壤中不仅破坏原有生态系统,而且严重损害人类身体健康。目前,针对石油污染土壤的微生物修复是一种新兴实用的污染物治理技术,主要包括生物刺激、生物强化、固定化微生物技术和植物—微生物联用技术,其具有成本低、效率高、消耗少、对环境影响小和无二次污染的优点,正逐步成为石油污染土壤治理的热点领域,然而微生物修复技术在环境中的应用也同时具有不确定性和潜在的风险。着重介绍了目前国内外主要微生物修复手段的研究成果及进展情况,并对微生物修复技术的发展进行了合理展望。     

菌糠强化微生物降解石油污染土壤修复研究

采用菌糠协同高效石油烃降解菌Microbacterium.sp.Q2进行石油污染土壤修复试验研究,分别设置菌糠固定化微生物组（SIM）、菌糠-游离菌组（SMSB）、菌糠单独组（SMS）和对照组（CK）4组修复实验.考察不同处理方式下对石油污染土壤微生物数量、酶活性和石油烃降解效果的差异性并确定石油污染土壤的最佳修复方案.结果表明：不同修复方式下,SIM组的土壤呼吸强度、微生物数量及酶活性较其他组有明显提高,其对石油烃去除率分别比其他3组提高11.84%、22.15%、54.09%.土壤中脱氢酶活性以及微生物活性与石油烃降解率的相关性显著,此外菌糠固定化微生物对石油污染土壤修复具有生物强化和生物刺激协同的作用机制.     

原始及铁改性生物质炭对污染土壤中As、Pb生物有效性和微生物群落结构的影响

为探讨原始和铁改性生物质炭对污染土壤中砷（As）和铅（Pb）生物有效性和土壤微生物群落结构的影响,利用As-Pb复合污染水稻土进行水稻盆栽试验,分别在土壤中施加3%（质量分数）的原始法国梧桐枝条炭（法桐炭）、铁改性法国梧桐枝条炭（Fe-法桐炭）、原始猪炭（猪炭）、铁改性猪炭（Fe-猪炭）.试验结束后测定土壤pH、有机碳等理化性质、土壤养分有效性、土壤有效态As和Pb、稻谷中As和Pb的含量及土壤微生物群落结构等指标.结果表明,与对照相比,施用Fe-法桐炭对土壤中As的钝化效果较好,降幅为39%;施用猪炭对土壤中Pb的钝化效果较好,降幅为19%;Fe-法桐炭的施用使稻谷中As含量降低了80%.施用两种原始生物质炭后,土壤中的微生物群落多样性指数（Chao1、Shannon）和OTUs总数均显著）增加（p<0.05）,但相较于原始生物质炭,施用铁改性生物质炭均提高了土壤中优势菌群的相对丰度,且两种铁改性生物质炭处理土壤中的优势菌属为Actinobacteria_unclassified、Gaiellales_unclassified和Nocardioides.冗余分析表明,土壤中微生物群落组成与土壤pH和有效态As关系密切.因此,施用生物质炭可以通过改变土壤pH和降低As胁迫等性质影响土壤微生物群落结构.综上所述,经过铁改性处理的法桐炭更适用于As污染土壤修复,而原始猪炭是一种比较理想的Pb污染土壤修复材料.     

生物炭固定耐镉菌群对Cd2+的吸附及作用机制

从广西某硫化尾矿中分离出一耐镉菌群,将其固定在生物炭上制成固定化菌剂.同时,探究了生物炭种类、添加量、溶液pH、Cd²⁺初始浓度对固定化菌剂吸附Cd²⁺性能的影响,并结合吸附动力学、吸附等温线、16S rDNA、SEM、FTIR、XPS等分析测试手段研究了固定化菌剂对Cd²⁺的吸附过程和作用机制.结果表明,竹生物炭制备的固定化菌剂(ZBCM)对Cd²⁺的吸附效果最佳,在Cd²⁺浓度为20 mg·L^-1、pH=6、生物炭投加量为3 g·L^-1的条件下,ZBCM对Cd²⁺的吸附率达89.49%,较生物炭和单菌群的吸附率分别提高了54.6%和53.51%.从属水平上看,菌群主要由梭状芽孢杆菌、毛梭菌和产己酸菌构成,ZBCM吸附Cd²⁺后优势菌变为副梭菌、毛梭菌和贪铜菌,贪铜菌丰度的增长增强了ZBCM对Cd²⁺的络合和生物积累作用.ZBCM对Cd²⁺的吸附...     

氯代烃污染场地原位热脱附降温阶段土壤气相污染富集与分布特征

原位热脱附是近年来我国兴起和大规模应用的修复技术,为明确修复中不同介质污染物浓度水平,解决原位热脱附修复后全面效果评估问题,以某氯代烃污染场地原位热脱附修复工程为案例,采集修复加热周期结束进入降温阶段时土壤和土壤气体剖面样品进行检测分析,识别修复后期土壤和土壤气中目标污染物的浓度水平、空间分布特征以及影响因素,并提出对于原位热解吸修复后土壤修复效果评估和二次污染防控建议. 结果表明:①案例场地土壤中氯代挥发性有机污染物仅1%痕量检出,所有样品均达到修复目标值. ②土壤气中污染物有不同浓度检出,其中三氯乙烯最大浓度为2 310 μg/m3,有潜在健康风险. ③低渗透层对气相污染物迁移具有阻滞作用,地表的水泥层下积聚了不同浓度的污染物. ④三氯乙烯、四氯乙烯和顺式-1,2-二氯乙烯的沸点低,土壤有机碳分配系数(K_OC)低,垂向迁移效率高,它们在土壤气中的浓度最大值均出现在顶层;六氯丁二烯相对沸点高,K_OC高,其浓度最大值出现在深层粉质黏土低渗透地层处. 研究显示,原位热脱附技术对于土壤中高浓度氯代烃污染具有较好的去除效果,但是研究时段内土壤达到修复标准后土壤气中污染物仍有不同程度检出. 因此,建议原位热脱附修复后,应同时对土壤和土壤气两种介质进行采样评估,同时加强原位热脱附区域低渗透层识别,优化气相抽提方案.      

Remediating polluted soils

This review focuses on treatment-based remediation of soils and the acquisition of data to support and monitor this remediation. Only in the last two decades has significant progress been made in regulating for soil pollution, with a parallel development of methodologies for soil assessment and remediation. However, soil complexity remains a problem for pollutant measurements relevant to environmental risk and informative to the design or evaluation of remediation technologies. Understanding the distribution of pollutants between different soil phases and the kinetics of transfer between these pools is fundamental to prediction for these processes; further progress is needed to characterise less accessible pollutant pools and to develop guidelines for their analysis. Available remediation options include physical, chemical and biological treatments, and these options offer potential technical solutions to most soil pollution. However, selecting the most appropriate approach requires detailed information on how pollutants interact with soil physio-chemical properties. Only general information is available as to the effectiveness of specific treatment systems for particular soil type–pollutant combinations. Given the high degree of heterogeneity in physio-chemical characteristics and pollutant distribution of affected soils, prediction of treatment timescales and levels of residual contamination remains a problem. On sites with a range of organic and inorganic pollutants present, combinations of different treatment approaches may offer the best prospect for effective remediation. Further work is needed to provide evidence that residual contamination does not pose significant risk and to evaluate effects of treatments on general soil function in relation to this contamination.     

重污染企业退役土地面临的环境风险及其管理措施研究

重污染企业附近土壤由于长期的污染累积,加上企业退役时忽视了污染物的有效处理,退役后的土地在二次利用时普遍存在较大的环境风险。通过分析重污染企业对土壤污染的途径、类型和程度,以及退役土地污染的环境风险评价及其治理方法,结合重污染企业退役前后的环境管理现状,提出要制订环境管理技术规范和用地土壤标准,出台土壤修复相关的政策和措施,明确土壤修复责任主体,建立土壤污染修复和风险保障金制度,实施全过程的环境管理,并确保土壤污染信息透明化,研究和引进先进的修复技术,严把土壤修复质量和验收关,规范退役土地利用程序等措施。     

基于过硫酸盐的高级氧化工艺修复有机污染土壤的研究进展

基于硫酸根自由基的高级氧化工艺(sulfate radicals based-advanced oxidation processes, SR-AOPs)因其高效、经济且环境友好等特点,在有机污染土壤的修复领域受到越来越多的关注. SR-AOPs的原理是通过活化过硫酸盐(S₂O₈^2-,PS)产生以硫酸根自由基(SO₄·^-)为主的活性氧自由基将有机污染物氧化成CO₂、H₂O和无害或危害较小的化学物质.本文概述了影响SR-AOPs修复污染土壤的因素,重点总结了SR-AOPs在总石油烃(TPHs)、多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)、农药等污染土壤修复中的应用,分析了污染物特征、过硫酸盐和活化剂用量、土壤与溶液比等对污染物去除效率的影响,并讨论了SR-AOPs处理对土壤生态的影响.结果表明：活化方式、pH、土壤含水量、土壤有机质等因素会影响SR-AOPs对污染土壤的修复效果.热活化、微波活化、超声波活化、碱活化、基于铁基催化剂活化等...     

Phytoremediation and its models for organic contaminated soils

Soil pollution has been attracting considerable public attentions over the last decades.Sorts of traditional physiochemical methods have been used to remove th organic pollutants from soils.However,the enormous costs and low efficiencies associated with these remediation technologies limit their availabilities.Phytoremediation is an emerging technology that uses plants to cleanup pollutants in soils.As overwhelmingly positive results have been shown,phytoremediation is a most economical and effective remediation technique for organic contaminated soils.In this paper phytoremediation and its models for organic contaminated soils are viewed.The mechanisms of phytoremediation mainly include the direct plant uptake of organic pollutants,degradation by plant-derived degradative enzymes,and stimulated biodegradation in plat rhizosphere.Phytoremediation efficiency is close related to physicochemical properties of organic pollutants, environmental characteristics,and plant types.It is no doubt that soil amendments such as surfactants improve the solubilities and availabilities of organic pollutants in soils.However,little information is available about effects of soil amendments on phytoremediation efficiencies.Phytoremediation models have been developed to imulate and predict the environmental behavior of organic pollutants,and progress of models is illustrated.In many ways phytoremediation is still in its initial stage,and recommendations for the future for the future research on phytoremediation are presented.     

Phytoremediation and its models for organic contaminated soils

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＳｏｉｌｓａｒｅａｓｉｎｋｆｏｒｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｏｆｃｏｎｃｅｒｎｆｏｒｈｕｍａｎａｎｄｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｈｅａｌｔｈａｎｄｓｕｓｔａｉｎａｂｉｌｉｔｙ .Ｓｏｍｅｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓａｒｒｉｖｉｎｇｉｎｓｏｉｌｓｃａｎｂｅｒａｐｉｄｌｙｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄ ,ｗｈｉｌｓｔｇｒｅａｔａｍｏｕｎｔｏｆｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓｓｕｃｈａｓｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔｏｒｇａｎｉｃｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ (ＰＯＰｓ)ｍａｙｐｅｒｓｉｓｔｉｎｓｏ…     

VOCs相间非平衡态迁移对土壤修复效果的影响

挥发性有机物（volatile organic compounds,VOCs）普遍存在于工业污染场地,因其易迁移和难降解的特性而受到广泛关注.修复VOCs污染场地时通常存在拖尾、反弹和二次污染物释放的现象,限制了对VOCs的修复效率,这些现象均与修复过程中VOCs在相间的非平衡态迁移有关,但目前仍缺乏定量化的研究.基于此,选择四氯化碳为典型的VOCs,采用沙箱试验,探究了VOCs的相间非平衡态迁移在表面通风、土壤挖掘以及热脱附和气相抽提联用技术应用过程中对土壤修复的影响.结果表明:在表面通风和土壤挖掘过程中能产生较为显著的二次污染物释放现象;在热脱附和气相抽提联用技术的修复过程中能产生拖尾现象,而在修复结束后则会产生反弹现象,这些现象均为相间非平衡态迁移的表现形式.其中,在表面通风、土壤挖掘以及热脱附和气相抽提联用技术修复过程中,四氯化碳释放通量的最大反弹幅度分别为0.69、2.80和64.00倍,表明相间非平衡态迁移对热脱附和气相抽提联用技术产生的影响最大.研究显示,相间非平衡态迁移在不同的土壤修复工艺中均有体现,严重限制了土壤修复的效率,需要引起土壤修复工作者的高度重视.      

土壤性质对铜-芘复合污染土壤电动-氧化修复的影响研究

重金属-有机复合污染土壤的修复是污染土壤修复的难点之一.选取我国3种典型土壤（红壤、黄棕壤和黑土）,以铜和芘为模式污染物,分别代表典型的重金属和有机污染物,研究了不同土壤类型对电动-氧化技术处理铜和芘复合污染土壤的影响机制.试验中阴、阳极电解液的组分均为10%的羟丙基-β环糊精、12%H2O2和0.01 mol.L-1 NaNO3溶液,施加电压梯度为1V.cm-1.经过15 d电动修复后,红壤、黄棕壤和黑土中总芘去除率分别为38.5%、46.8%和51.3%,总铜去除率分别为85.0%、22.6%和24.1%.pH较高的黑土产生高电渗流,增加了氧化剂与污染物的接触,同时较低的黏粒含量也有利于芘的解吸.红壤的低pH和低有机质含量影响了重金属的形态分布,提高了铜去除率.研究表明不同土壤的pH、黏粒含量和重金属的形态分布等是影响不同类型土壤上铜和芘迁移和修复效率的主导因素.     

纳米零价铁的制备技术及其应用研究进展

纳米零价铁（nZVI）因具有还原性强、粒径小、比表面积大等特性,对重金属及含卤有机污染物等具有良好的吸附特性和反应活性,在环境修复方面表现出较好的应用前景。但nZVI易氧化、团聚和机械强度低等不利因素限制了其大规模应用。系统比较了机械法、气体冷凝法及还原法制备nZVI技术的特点,重点总结表面改性、金属改性、载体负载和基质封装等手段制备改性nZVI的研究进展,及其在水体及土壤环境修复方面的应用。     

焦化类污染场地堆式燃气热脱附工程示范与效果评估

近年来,有机污染土壤堆式燃气热脱附技术因具有二次污染可控、污染物去除率高以及修复成本低等优势得到快速发展,然而目前国内外关于该技术的工程示范与效果评估仍有待研究. 针对我国北方某退役焦化厂污染土壤,开展了2 000 m3的堆式燃气热脱附工程试验,系统分析热脱附过程中土壤的温湿度变化规律、修复效果以及能源消耗等情况,并提出堆式燃气热脱附技术的应用条件和优化方法. 结果表明:当加热运行至35 d时,堆体测温点平均温度达175 ℃,抽检的12组土壤样品中污染物浓度均远低于GB 36600—2018《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准(试行)》中第一类用地筛选值,修复达标率为100%;运行至39 d时,收集水量共计310.4 m3,土壤体积含水率从25.8%降至10.3%左右;同时,该试验采用的烟气余热再利用技术将排烟温度降至300 ℃以下,使修复能耗降低约11.5%,即每修复1 m3污染土壤消耗约49.5 Nm3天然气和16 kW?h电量;此外,采用COMSOL软件模拟堆体的温度和湿度结果与试验结果的平均相对误差分别小于7.36%和7.49%,具有较好的吻合性. 研究显示,热脱附修复过程中堆体的底层平均温度处于较低水平,需提高底层加热管温度,或铺设岩棉板进行隔热保温措施,以提高堆体底层土壤的修复效率,研究结果可为有机污染土壤堆式燃气热脱附技术应用提供技术支撑.