就土壤來說,目前實際應用的生物修復工程技術有三種:

1、原位處理 

    這種方法是在受污染地區直接采用生物修復技術,不需要將土壤挖出和運輸.一般采用土著微生物處理,有時也加入經過馴化和培養的微生物以加速處理.需要用各種工程化措施進行強化,例如,在受污染區鉆井,井分為兩組,一組是注水井,用來將接種的微生物、水、營養物和電子受體等物質注入土壤中,另一組是抽水井,通過向地面上抽取地下水造成所需要的地下水在地層中流動,促進微生物的分布和營養等物質的運輸,保持氧氣供應(圖11－3).通常需要的設備是水泵和空壓機.有的系統,在地面上還建有采用活性污泥法等手段的生物處理裝置,將抽取的地下水處理后再注入地下.

    該工藝是較為簡單的處理方法,費用較省,不過由于采用的工程強化措施較少,處理時間會有所增加,而且在長期的生物修復過程中,污染物可能會進一步擴散到深層土壤和地下水中,因而適用于處理污染時間較長、狀況已基本穩定的地區或者受污染面積較大的地區.

    生物通風(bioventing)是原位生物修復的一種方式.在這些受污染地區,土壤中的有機污染物會降低土壤中的氧氣濃度,增加二氧化碳濃度,進而形成抑制污染物進一步生物降解的條件.因此,為了提高土壤中的污染物降解效果,需要排出土壤中的二氧化碳和補充氧氣,生物通風系統就是為改變土壤中氣體成分而設計的(如圖11－4所示).生物通風方法現已成功地應用于各種土壤的生物修復治理,這些被稱為“生物通風堆”的生物處理工藝主要是通過真空或加壓進行土壤曝氣,使土壤中的氣體成分發生變化.生物通風工藝通常用于由地下儲油罐泄漏造成的輕度污染土壤的生物修復.由于生物通風方法在軍事基地成功的應用,美國空軍將生物通風方法列為處理受噴氣機燃料污染土壤的一種基本方法.　　

 

2、挖掘堆置處理

    該法又稱處理床或預備床,就是將受污染的土壤從污染地區挖掘起來,防止污染物向地下水或更廣大地域擴散,將土壤運輸到一個經過各種工程準備(包括布置襯里,設置通風管道等)的地點堆放,形成上升的斜坡,并在此進行生物修復的處理,處理后的土壤再運回原地(圖11－5).復雜的系統可以帶管道并用溫室封閉,簡單的系統就只是露天堆放.有時首先將受污染土壤挖掘起來運輸到一個地點暫時堆置,然后在受污染的原地進行一些工程準備,再把受污染土壤運回原地處理.從系統中滲流出來的水要收集起來,重新噴灑或另外處理.其他一些工程措施包括用有機塊狀材料(如樹皮或木片)補充土壤,如在一受氯酚污染的土壤中,用35m3的軟木樹皮和70m3的污染土壤構成處理床,然后加入營養物,經過三個月的處理,氯酚濃度從212mg／L降到30mg／L.添加這些材料,一方面可以改善土壤結構,保持濕度,緩沖溫度變化,另一方面也能夠為一些高效降解菌(如白地霉(Geotrichumcandidum))提供適宜的生長基質.將五氯酚鈉降解菌接種在樹皮或包裹在多聚物材料中,能夠強化微生物的五氯酚鈉的降解能力,同時可以增加微生物對污染物毒性的耐受能力.

    這種技術的優點是可以在土壤受污染之初限制污染物的擴散和遷移,減小污染范圍.但用在挖土方和運輸方面的費用顯著高于原位處理方法,另外在運輸過程中可能會造成污染物進一步暴露,還會由于挖掘而破壞原地點的土壤生態結構.

3、反應器處理

    這種方法是將受污染的土壤挖掘起來,和水混合后,在接種了微生物的反應器內進行處理,其工藝類似于污水生物處理方法.處理后的土壤與水分離后,經脫水處理再運回原地(圖11－6).處理后的出水視水質情況,直接排放或送入污水處理廠繼續處理.反應裝置不僅包括各種可以拖動的小型反應器,也有類似穩定塘和污水處理廠的大型設施.在有些情況下,只需要在已有的穩定塘中裝配曝氣機械和混合設備就可以用來進行生物修復處理.

    高濃度固體泥漿反應器能夠用來直接處理污染土壤,其典型的方式是液固接觸式.該方法采用批式運行,在第一單元中混合土壤、水、營養、菌種、表面活性劑等物質,最終形成含20％～25％土壤的混合相,然后進入第二單元進行初步處理,完成大部分的生物降解,最后在第三單元中進行深度處理.現場實際應用結果表明,液固接觸式反應器可以成功地處理有毒有害有機污染物含量超過總有機物濃度1％的土壤和沉積物.反應器的規模在100m3／d～250m3／d之間不等,與土壤中污染物濃度和有機物含量有關.

        和前兩種處理方法相比,反應器處理的一個主要特征是以水相為處理介質,而前兩種處理方法是以土壤為處理介質.

    由于以水相為主要處理介質,污染物、微生物、溶解氧和營養物的傳質速度快,且避免了復雜而不利的自然環境變化,各種環境條件(如 pH、溫度、氧化還原電位、氧氣量、營養物濃度、鹽度等)便于控制在最佳狀態,因此反應器處理污染物的速度明顯加快,但其工程復雜,處理費用高.另外,在用于難生物降解物質的處理時必須慎重,以防止污染物從土壤轉移到水中.

二、地下水生物修復工程技術

    地下水生物修復工程技術可以分為三類:

1、原位處理 

    與土壤基本相同,參見上文所述.

2、物理攔阻 

    使用暫時的物理屏障以減緩并阻滯污染物在地下水中的進一步遷移,該方法在一些受有毒有害污染物污染的地點已取得成功的經驗.

3、地上處理 

    又稱為抽取-處理技術,該技術是將受污染的地下水從地下水層中抽取出來,然后在地面上用一種或多種工藝處理(包括汽提法去除揮發性物質、活性炭吸附、超濾臭氧／紫外線氧化或臭氧／雙氧水氧化、活性污泥法以及生物膜反應器等),之后再將水注入地層.但實際運行中很難將吸附在地下水層基質上的污染物提取出來,因此這種方法的效率較低,只是作為防止污染物在地下水層中進一步擴散的一種措施.例如,在生物膜反應器中,用沙作為固定生物膜的載體,以甲烷或天然氣為初始基質,能去除高于60％的多氯聯苯.

    進行地下水生物修復處理時,應注意調查該地的水力地質學參數是否允許向地上抽取地下水并將處理后的地下水返注；地下水層的深度和范圍；地下水流的滲透能力和方向,同時也要確定地下水的水質參數如pH、溶解氧、營養物、堿度、以及水溫是否適合于運用生物修復技術.