5章 原位生物修復(fù)ppt課件

1、第五章 原位生物修復(fù)In situ Bioremediation.原位生物修復(fù)原位修復(fù)時(shí)在污染源就地處置污染物的一種生物處置技術(shù)，包括自然修復(fù)和工程修復(fù)兩種過程，是最常見的生物修復(fù)方式。主要是指在人為控制條件下進(jìn)展(1)不飽和土壤(2)飽和土壤(3)地下水中污染物的生物降解與污染治理。. 原位生物修復(fù)的主要過程是投加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、提供氧源通常是H2O2、接種特殊微生物。原位修復(fù)不需將污染物轉(zhuǎn)移，具有省時(shí)、高效的優(yōu)點(diǎn)。缺陷是過程難以控制。原位生物修復(fù)中，氧的傳輸和土壤的浸透性是勝利的關(guān)鍵。.原位修復(fù)的主要處置法有生物通風(fēng)法(bioventing):對(duì)不飽和土壤生物攪拌法(biosparging):對(duì)

2、飽和土壤部分打入空氣泵處置法：抽出法.第一節(jié) 水力學(xué)控制原位生物修復(fù)設(shè)計(jì)的第一階段是選擇隔離和控制污染帶的技術(shù)。水力學(xué)控制對(duì)挪動(dòng)或阻止地下水流、提高和降低水位及控制污染羽流等都是必需的。流膂力學(xué)隔離系統(tǒng)的費(fèi)用普通比物理遏制構(gòu)造要低,也更靈敏. 水力系統(tǒng)除了能隔離污染帶以外，還是過程控制的重要手段;系統(tǒng)包括注入井、回收井以及控制進(jìn)出污染區(qū)傳質(zhì)能夠的妨礙;補(bǔ)給水運(yùn)用經(jīng)過處置的回用水或未受污染的水源水;補(bǔ)給水流中可以含有營(yíng)養(yǎng)鹽、基質(zhì)和電子受體輸入亞表層，還可以加微生物接種體。.水力控制設(shè)計(jì)需求了解現(xiàn)場(chǎng)的水文地質(zhì)。含水層反響實(shí)驗(yàn)、示蹤實(shí)驗(yàn)、水力模型是比較常用的手段。 注入速率影響降解速率，流速影響溶質(zhì)

3、和氣體的傳輸速率、接觸時(shí)間，最正確注入速率普通用水力模型難以預(yù)測(cè)， 必需依托現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)。.第二節(jié) 亞表層供應(yīng)系統(tǒng)原位生物修復(fù)的基質(zhì)生物修復(fù)控制劑供應(yīng)系統(tǒng)種類 方法重力法淹灌、塘灌、表面噴灌、滲濾溝、滲濾床強(qiáng)制法水泵注入、空氣真空、空氣注入.1 重力注入地表重力供應(yīng)系統(tǒng)法適宜于淺層廢物堆積、高浸透性場(chǎng)所和部分的污染.即對(duì)滲流帶的效果較好,在飽和帶重力法充分混合較難, 要充分調(diào)查后運(yùn)用.冰冷天氣是一個(gè)限制要素.設(shè)計(jì)重力供應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)該思索的主要問題：電子受體和營(yíng)養(yǎng)鹽的供應(yīng)速率、滲入速率污染概略(地點(diǎn)、深度、污染帶)場(chǎng)地特征(水力傳導(dǎo)特性、降水量、孔隙度)含水層厚度.電子受體、營(yíng)養(yǎng)鹽以及基質(zhì)的需求量應(yīng)根據(jù)

4、污染物的質(zhì)量或呼吸實(shí)驗(yàn)計(jì)算得到。假設(shè)重力法供應(yīng)的物質(zhì)速率可滿足有機(jī)物降解速率，那么可采用重力法；假設(shè)達(dá)不到要求，那么需用強(qiáng)迫法。在重力供應(yīng)系統(tǒng)中，受電子受體供應(yīng)速率的限制，修復(fù)速率很慢。雖然每月投入的人力物力很少，但耗時(shí)長(zhǎng)，最后總費(fèi)用能夠會(huì)超越其它供應(yīng)系統(tǒng)。.重力法浸透供應(yīng)系統(tǒng)與修復(fù)工程親密相關(guān):首要思索是污染物是在滲流帶還是在飽和帶，重力法在滲流帶、飽和帶和兩者均可用。第二思索是電子受體如何攜帶。假設(shè)水僅攜帶營(yíng)養(yǎng)，氣那么要另外注入，那么不飽和帶就要堅(jiān)持較高的透氣率。假設(shè)電子受體由水?dāng)y帶，那么就要以最快的速度下滲。 .2 強(qiáng)迫注入強(qiáng)迫注入在過程控制中較為靈敏。但淺水注入點(diǎn)限制注入系統(tǒng)的水頭和注

5、入井影響的區(qū)域。注入井，回收井壁普通要思索作密封處置,防止氣體或水向上浸透.在原位生物修復(fù)中各種不同的影響帶.生物修復(fù)的影響帶經(jīng)常是根據(jù)攜帶氧濃度所確立的(1mg/L):氧影響帶決議了強(qiáng)迫注入井的間隔以及井的投資(井的材質(zhì)、深度;理想的注入井和回收井之間的間隔，應(yīng)是能使?fàn)I養(yǎng)液在注入后6周內(nèi)到達(dá)污染區(qū),但要留意營(yíng)養(yǎng)液在此期間的損耗;化學(xué)品遷移時(shí)間和反響速率可以根據(jù)可處置性研討和泵實(shí)驗(yàn)估算，但必需經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)證明。.3 回收系統(tǒng)回收技術(shù)也分重力法和強(qiáng)迫法種類 方法重力法溝渠，埋管強(qiáng)制法井點(diǎn)，土壤滲濾儀，深井泵.現(xiàn)水位原水位回收井.4 注入井和回收井的構(gòu)造指井的陳列方式;各個(gè)場(chǎng)地的特征導(dǎo)致井的方式各異

6、;可根據(jù)模擬地下水流的方式設(shè)計(jì)井系統(tǒng)。線性規(guī)劃結(jié)合地下水流模型，或非線性規(guī)劃結(jié)合地下水流模型和平流遷移模型。 .影響因子：含水層水力傳導(dǎo)性的變異性亞表層的運(yùn)移時(shí)間抽取速率污染物的分布表層和亞表層的構(gòu)造.原位生物修復(fù)的注入井和回收井的普通類型.致密含水層的注入井-回收井方式.垂直水力循環(huán)系統(tǒng).強(qiáng)迫注入和回收可與重力供應(yīng)結(jié)合運(yùn)用:污染物在地下水面以上,可以抽氣供氧,滲漏溝供營(yíng)養(yǎng)鹽;污染物在滲流帶和飽和帶,可注水提升,或抽真空注入空氣,或在滲流帶抽氣,在飽和帶注水.特定微生物反響也可決議注入和回收方式:共代謝、硝酸鹽和硫酸鹽復(fù)原菌以及多種代謝方式需求在設(shè)計(jì)中思索促進(jìn)微生物生長(zhǎng)的措施。某些化合物的礦化

7、需求既有厭氧代謝又有好氧代謝。原位處置中要求依次厭氧和好氧代謝系統(tǒng)使設(shè)計(jì)和運(yùn)轉(zhuǎn)很困難。 .這段間隔與地下水流量和脫鹵作用速率有關(guān)顯著的脫鹵作用該當(dāng)發(fā)生在轉(zhuǎn)化化合物到達(dá)第二排過程控制井以前.第三節(jié) 阻塞控制運(yùn)轉(zhuǎn)過程中能夠的問題時(shí)含水層和注入井的阻塞clogging。主要類型有:懸浮固體阻塞生物阻塞化學(xué)阻塞.懸浮固體阻塞控制注水中固體濃度2 mg/L，或濁度應(yīng)低于1NTU.技術(shù)：控制pH，運(yùn)用過濾器，防止氫氧化物的沉淀. 生物阻塞注入井的濾網(wǎng)阻塞參與氧和營(yíng)養(yǎng)鹽后會(huì)刺激井濾網(wǎng)上和周圍含水層中生物生長(zhǎng)也可在篩網(wǎng)和鉆孔處參與殺菌劑，通常采用過氧化氫處置為了減少注入井阻塞，運(yùn)用脈沖法分別以一定的間隔分別注

8、入電子受體和營(yíng)養(yǎng)鹽，分開注入是防止注入點(diǎn)的生物最正確生長(zhǎng)條件 .脈沖注入電子受體和基質(zhì)防止注入阻塞.雙脈沖注入系統(tǒng)須選擇：基質(zhì)和氧各個(gè)脈沖的比率 根據(jù)化學(xué)反響計(jì)算得到整個(gè)脈沖長(zhǎng)度 可用生物修復(fù)劑的遷移模型確定 周期頻率.鐵細(xì)菌鐵細(xì)茵的生物阻塞是水井和地表處置系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)維護(hù)的普遍問題，水中鐵含量很低的情況下就可以使膜生物反響器阻塞反響式為:.化學(xué)阻塞營(yíng)養(yǎng)鹽、基質(zhì)、氧和生物活性在含水層中的相互作用復(fù)雜多變，了解其中的化學(xué)沉淀阻塞的機(jī)制非常困難可處置性研討和地球化學(xué)平衡模型可以評(píng)價(jià)含水層化學(xué)物質(zhì)對(duì)注水混合的能夠影響離子交換對(duì)阻塞本身沒有顯著影響，主要留意的問題是氧化復(fù)原電位和營(yíng)養(yǎng)鹽的參與引起的后續(xù)變化

9、和反響 .注入前的可處置性研討要評(píng)價(jià)在實(shí)踐土壤樣品中的化學(xué)反響一切參與化學(xué)品都要評(píng)價(jià)最好分別注入化學(xué)品而非混合注入.氧化復(fù)原電位25下鐵溶解度與pH值和pE關(guān)系圖中、為采樣點(diǎn)位FeS.FeS.營(yíng)養(yǎng)鹽 磷酸鹽是引起含水層阻塞的另一化學(xué)要素。磷酸鹽不能注入到石灰性土壤， 否那么會(huì)被吸附沉淀。生物所需磷酸鹽與沉淀反響常有矛盾.第四節(jié) 原位氧源好氧微生物中氧通常是限制因子可經(jīng)過強(qiáng)迫手段參與分子氧也可經(jīng)過化學(xué)反響參與系統(tǒng).選擇氧供應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)按思索的要素:污染負(fù)荷需氧量設(shè)計(jì)降解速率氧轉(zhuǎn)移速率氧源傳輸利用的難易氧源的費(fèi)用.供氧方式井孔通氣含氧水的注入過氧化氫的注入生物通氣生物注氣.井孔通氣 井孔通氣是構(gòu)造最簡(jiǎn)

10、單、價(jià)錢低廉的系統(tǒng)，可經(jīng)過多孔氣泡安裝將空氣分散到井孔中。向井水中注氣可運(yùn)用金剛砂分散器、多孔石、環(huán)帶金屬、碳化硅分散器等使空氣氣泡更細(xì)小，便于溶解。.含氧水注入 用泵打入飽和含氧水是最常見的供氧注入速率/(L/min)單井供氧量/(kg/d)通氣水(DO=10 mg/L)含氧水(DO=50 mg/L)4.50.01440.07245.50.1440.724551.447.2含氧水注入供應(yīng)的氧.井孔通氣、含氧水注入存在的問題:生物阻塞常抑制氣流進(jìn)入井孔，處理方法是將注氣器提出清洗和用化學(xué)品處置井。 供氧速率低是其主要缺陷，1m3烴類污染的土壤需求有20萬m3飽和含氧水，處理方法是用過氧化氫和土

11、壤通氣方式注入氧。.烴類礦化需求供應(yīng)的氧量和硝酸鹽量電子受體濃度和載體載體/烴類(質(zhì)量)O2（空氣）8 mg/L, 水40萬O2 （純O2 ）40 mg/L, 水8萬O2 （過氧化氫）100 mg/L H2O2,水6.5萬500mg/ LH2O2,水1.3萬硝酸鹽50 mg/L,水9萬O2 （空氣）20.9%,空氣13.過氧化氫注入質(zhì)量比為1 : 0.47需求有飽和的亞表層需求強(qiáng)迫注入主要問題是控制分解速率 .運(yùn)用中需留意的問題:土壤酶促反響、一些金屬、高pH值都可使過氧化氫分解土壤降解限制了運(yùn)用濃度，干凈砂為500mg/L,其他為100mg/L過高有毒性,且各類細(xì)菌耐受才干不同磷酸鹽可使過氧

12、化氫穩(wěn)定時(shí)間加長(zhǎng),宜采用簡(jiǎn)單復(fù)雜磷酸鹽混合物.生物通氣是向亞表層供應(yīng)空氣或氧氣，促進(jìn)不飽和層中污染物生物降解的技術(shù).地下水未飽和土壤水位污染區(qū)域注入井引風(fēng)機(jī)引風(fēng)機(jī)根本生物通氣處置系統(tǒng)表示圖.生物注氣是將空氣壓人飽和層水中，使揮發(fā)性化合物進(jìn)入不飽和層進(jìn)展生物降解，同 時(shí)使飽和層也得到氧氣有利于生物降解.擴(kuò)展了生物降解的面積，使飽和帶和不飽和帶的土著菌都發(fā)揚(yáng)作用.地下水未飽和土壤水位污染區(qū)域注入井引風(fēng)機(jī)引風(fēng)機(jī)生物注氣處置系統(tǒng)表示圖.第五節(jié) 生物通氣生物通氣可以很好的運(yùn)用到不飽和帶土壤的污染物好氧降解主要適用于烴類治理費(fèi)用低，設(shè)備易于維護(hù)主要作用: 供氧、去除揮發(fā)性有機(jī)物.回收井回收氣處置.有機(jī)污染

13、物生物通氣的運(yùn)用性排序化合物評(píng)價(jià)1三氯乙烯中2甲苯好3苯好4PCBs差5氯仿中6四氯乙烯差7酚好81,1,1三氯乙烷中排序化合物評(píng)價(jià)9乙苯好10二甲苯好11二氯甲烷中12反-1,2-二氯乙烯中13氯乙烯中141,2二氯乙烷中15氯苯中.根本生物通氣處置系統(tǒng)表示圖.根本生物通氣中去除效果與氣流速率的關(guān)系.無抽氣井的生物通氣處置系統(tǒng).無抽氣井的生物通氣中去除效果與氣流速率的關(guān)系.改良型生物通氣系統(tǒng).生物通氣的設(shè)計(jì)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)需氧量和供氧才干來設(shè)計(jì)需求估算供氧的影響半徑，并在現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)監(jiān)測(cè)影響半徑根據(jù)土壤氣體壓力、氧氣濃度和氣流確定，還可根據(jù)氣體浸透性實(shí)驗(yàn)確定注氣或抽氣近8h， 然后在多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)壓力變

14、化.引薦的監(jiān)測(cè)點(diǎn)間隔.穩(wěn)定態(tài)土壤浸透性計(jì)算公式:.氧源的費(fèi)用和選擇.生物注氣費(fèi)用注氣系統(tǒng)最重要的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用是維護(hù)緊縮機(jī)、分散器和井篩網(wǎng)注入含氧水費(fèi)用較低，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用主要是生物阻塞；注入過氧化氫運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用很高主要的建立費(fèi)用是泵，維護(hù)應(yīng)簡(jiǎn)單，能耗應(yīng)最低。 生物通氣費(fèi)用比注氣和注含氧水問題少但排放氣體處置費(fèi)用很高.現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)原位生物修復(fù)的監(jiān)測(cè)必需設(shè)計(jì)為多目的:環(huán)境影響評(píng)價(jià) 整個(gè)的過程控制記錄下去除的程度費(fèi)用要比地表處置系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)多得多.第六節(jié) 物料需求量計(jì)算物料有：電子受體、電子供體、主要基質(zhì)、pH調(diào)理劑和營(yíng)養(yǎng)鹽。這些計(jì)算是確定處置過程設(shè)備大小和費(fèi)用的根底。設(shè)備包括管道、泵損失控制和化學(xué)品貯備容器等。 .電

15、子受體和營(yíng)養(yǎng)物的需求量 估算過程:首先，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)了解污染物和有效營(yíng)養(yǎng)物的種類和濃度第二步是將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為污染物的質(zhì)量負(fù)荷(等濃度錢)第三步就是推導(dǎo)用于生物修復(fù)的電子受體和營(yíng)養(yǎng)物的比, 需求書寫平衡的氧化復(fù)原方程.幾種計(jì)算通式:電子供體的半反響HD 電子受體半反響HA細(xì)胞合成方程CS.電子供體的半反響HD式中:.電子受體半反響HA.細(xì)胞合成方程CS.在不同氧化復(fù)原反響中用于生物量合成的能量系數(shù) 電子受體fsSO42-0.04-0.2CO20.04-0.2O20.12-0.6(Ave.0.5)NO3-0.1-0.5.計(jì)算例如:電子受體和營(yíng)養(yǎng)物土壤受烴類污染的總污染物濃度為7000mg/kg，各種烴的濃度如下:. 解答過程如下： 步驟1 : 平均化學(xué)構(gòu)造式.0.步驟2 確定最適宜的電子受體和烴類混合物的代謝方式 答：氧為電子受體步驟3 選擇適宜的氮源 答：氨和硝酸鹽均可，本例選氨 步驟4 選擇適當(dāng)?shù)哪芰哭D(zhuǎn)換系數(shù) 答：烴類氧化快， fs 選0.5，那么fe也為0.5 .步驟5 寫出半反響方程和細(xì)胞生長(zhǎng)方程.步驟6 總反響方程.步驟7 確定質(zhì)量比總分子