1技術(shù)名稱

技術(shù)名稱：原位生物通風(fēng)，英文名稱：In Situ Bioventing

2技術(shù)適用性

適用的介質(zhì)：非飽和帶污染土壤;

可處理的污染物類型：揮發(fā)性、半揮發(fā)性有機(jī)物;

應(yīng)用限制條件：不適合于重金屬、難降解有機(jī)物污染土壤的修復(fù)，不宜用于粘土等滲透系數(shù)較小的污染土壤修復(fù)。

3技術(shù)介紹

原理：生物通風(fēng)法由土壤氣相抽提法(SVE)發(fā)展而來，通過向土壤中供給空氣或氧氣，依靠微生物的好氧活動(dòng)，促進(jìn)污染物降解;同時(shí)利用土壤中的壓力梯度促使揮發(fā)性有機(jī)物及降解產(chǎn)物流向抽氣井，被抽提去除?？赏ㄟ^注入熱空氣、營養(yǎng)液、外源高效降解菌劑的方法對(duì)污染物去除效果進(jìn)行強(qiáng)化。

系統(tǒng)構(gòu)成和主要設(shè)備：生物通風(fēng)系統(tǒng)主要由抽氣系統(tǒng)、抽提井、輸氣系統(tǒng)、營養(yǎng)水分調(diào)配系統(tǒng)、注射井、尾氣處理系統(tǒng)、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及配套控制系統(tǒng)等組成。

主要設(shè)備包括輸氣系統(tǒng)(鼓風(fēng)機(jī)、輸氣管網(wǎng)等)、抽氣系統(tǒng)(真空泵、抽氣管網(wǎng)、氣水分離罐、壓力表、流量計(jì)、抽氣風(fēng)機(jī))、營養(yǎng)水分調(diào)配系統(tǒng)(包括營養(yǎng)水分添加管網(wǎng)、添加泵、營養(yǎng)水分存儲(chǔ)罐等)、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及配套控制系統(tǒng)、尾氣處理系統(tǒng)(除塵器、活性炭吸附塔)等。

4關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)或指標(biāo)：

影響生物通風(fēng)技術(shù)修復(fù)效果的因素包括：土壤理化性質(zhì)、污染物特性和土壤微生物三大類。

1) 土壤理化性質(zhì)因素

a. 土壤的氣體滲透率：土壤的滲透率一般應(yīng)該大于0.1達(dá)西。

b. 土壤含水率：一般認(rèn)為含水率達(dá)到15-20%時(shí)，生物修復(fù)的效果最好。

c. 土壤溫度：大多數(shù)生物修復(fù)是在中溫條件(20-40C)下進(jìn)行的，最大不超過40C。土壤的pH：大多數(shù)微生物生存的pH范圍為5-9，通常酸堿中性條件下微生物對(duì)污染物降解效果較好。

d. 營養(yǎng)物的含量：一般認(rèn)為，利用微生物進(jìn)行修復(fù)時(shí)，土壤中C:N:P的比例應(yīng)維持在100:5-10:1，以滿足好氧微生物的生長(zhǎng)繁殖以及污染物的降解，并為緩慢釋放形式時(shí)，效果最佳。一般添加的N源為NH4+，P源為PO43—。

e. 土壤氧氣/電子受體：氧氣作為電子受體，其含量是生物通風(fēng)最重要的環(huán)境影響因素之一。在生物通風(fēng)修復(fù)中，除了用空氣提供氧氣外，還可采用H2O2、Fe3+、NO3—或純氧作為電子受體。

2)污染物特性因素

a. 污染物的可生物降解性：生物降解性與污染物的分子結(jié)構(gòu)有關(guān)，通常結(jié)構(gòu)越簡(jiǎn)單，分子量越小的組分越容易被降解。此外，污染物的疏水性與土壤顆粒的吸附以及微孔排斥都會(huì)影響污染物的可生物降解性。

b. 污染物的濃度：土壤中污染物濃度水平應(yīng)適中。污染物濃度過高會(huì)對(duì)微生物產(chǎn)生毒害作用，降低微生物的活性，影響處理效果;污染物濃度過低，會(huì)降低污染物和微生物相互作用的幾率，也會(huì)影響微生物的降解率。

c. 污染物的揮發(fā)性：一般來說揮發(fā)性強(qiáng)的污染物通過通風(fēng)處理易從土壤中脫離。

3)土壤微生物因素

一般認(rèn)為采用生物降解技術(shù)對(duì)土壤進(jìn)行修復(fù)時(shí)土壤中土著微生物的數(shù)量應(yīng)不低于105數(shù)量級(jí);但是土著微生物存在著生長(zhǎng)速度慢，代謝活性低的弱點(diǎn)。當(dāng)土壤污染物不適合土著微生物降解，或是土壤環(huán)境條件不適于土著降解菌大量生長(zhǎng)時(shí)，需考慮接種高效菌。

5技術(shù)應(yīng)用基礎(chǔ)和前期準(zhǔn)備

在利用生物通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行修復(fù)前，應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的可行性測(cè)試，目的在于評(píng)估生物通風(fēng)技術(shù)是否適合于場(chǎng)地的修復(fù)并為修復(fù)工程設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)參數(shù)，測(cè)試參數(shù)包括：土壤溫度、土壤濕度、土壤pH值、營養(yǎng)物質(zhì)含量、土壤氧含量、滲透系數(shù)、污染物濃度、污染物理化性質(zhì)、污染物生物降解系數(shù)(或呼吸速率)、土著微生物數(shù)量等，可在實(shí)驗(yàn)室開展相應(yīng)的小試或中試實(shí)驗(yàn)。

6主要實(shí)施過程

在需要修復(fù)的污染土壤中設(shè)置注射井及抽提井，安裝鼓風(fēng)機(jī)/真空泵，將空氣從注射井注入土壤中，從抽提井抽出。大部分低沸點(diǎn)、易揮發(fā)的有機(jī)物直接隨空氣一起抽出，而高沸點(diǎn)、不易揮發(fā)的有機(jī)物在微生物的作用下，可以被分解為CO2和H2O。在抽提過程中注入的空氣及營養(yǎng)物質(zhì)有助于提高微生物活性，降解不易揮發(fā)的有機(jī)污染物(如原油中沸點(diǎn)高、分子量大的組分)。定期采集土壤樣品對(duì)目標(biāo)污染物的濃度進(jìn)行分析，掌握污染物的去除速率。

7運(yùn)行維護(hù)和監(jiān)測(cè)

生物通風(fēng)技術(shù)的運(yùn)行維護(hù)較簡(jiǎn)單，運(yùn)行過程中需對(duì)鼓風(fēng)機(jī)、真空泵、管道閥門進(jìn)行相應(yīng)的運(yùn)行維護(hù)。同時(shí)，為了解土壤中污染物的去除速率及微生物的生長(zhǎng)環(huán)境，運(yùn)行過程中需定期對(duì)土壤氧氣含量、含水率、營養(yǎng)物質(zhì)含量、土壤中污染物濃度、土壤中微生物數(shù)量等指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。同時(shí)，為避免二次污染，應(yīng)對(duì)尾氣處理設(shè)施的效果進(jìn)行定期監(jiān)測(cè)，以便及時(shí)采取相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施。

8修復(fù)周期及參考成本

生物通風(fēng)技術(shù)的處理周期與污染物的生物可降解性相關(guān)，一般處理周期為6-24月。其處理成本(包括通風(fēng)系統(tǒng)、營養(yǎng)水分調(diào)配系統(tǒng)、在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng))與工程規(guī)模等因素相關(guān)，根據(jù)國外相關(guān)場(chǎng)地的處理經(jīng)驗(yàn)，處理成本約為13-27美元/m3(土壤10000cy，約合7646 m3)。

生物通風(fēng)技術(shù)可以修復(fù)的污染物范圍廣泛，修復(fù)成本相對(duì)低廉，尤其對(duì)修復(fù)成品油污染土壤非常有效，包括汽油、噴氣式燃料油、煤油和柴油等的修復(fù)。國外部分應(yīng)用案例信息如表1所示。

表1 生物通風(fēng)技術(shù)應(yīng)用案例

9國內(nèi)應(yīng)用分析

該技術(shù)在國內(nèi)實(shí)際修復(fù)或工程示范極少，尚處于中試階段，缺乏工程應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和范例。