生活垃圾渗滤液污染土壤的生物修复研究
邓玉兰
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邓玉兰,. 生活垃圾渗滤液污染土壤的生物修复研究[J]. 生物技术研究,2024.9. DOI:10.12721/ccn.2024.157083.
摘要:
生活垃圾渗滤液污染土壤是一个严重的环境问题。渗滤液成分复杂,包括有机物、无机物、重金属和微生物,对土壤造成多方面污染。生物修复技术,如微生物修复和植物修复,在处理渗滤液污染土壤中展现出良好效果。联合修复技术结合多种方法,进一步提高了修复效率,为解决渗滤液污染问题提供了有效途径。
关键词: 生活垃圾渗滤液;土壤污染;微生物修复
DOI:10.12721/ccn.2024.157083
基金资助:

引言:随着城市化进程的加快和人口的不断增加,生活垃圾产生量迅速增长。生活垃圾填埋作为一种主要的垃圾处理方式,虽然在短期内解决了垃圾的堆放问题,但其产生的渗滤液却成为严重的环境污染源。渗滤液中的有害成分不仅会污染土壤,还会通过渗透进入地下水系统,威胁人类健康和生态安全。传统的物理和化学处理方法虽有一定效果,但往往成本高、能耗大、容易产生二次污染。因此,寻求一种高效、低成本、环境友好的处理方法成为研究的热点。生物修复技术利用微生物、植物及其共生体系,通过生物代谢和吸附等机制去除或降解污染物,具有良好的应用前景。

一、生活垃圾渗滤液的成分及其对土壤的污染

生活垃圾渗滤液是指垃圾填埋场中垃圾本身含有的水分、进入填埋场的雨雪水及其他水分,经过垃圾层和覆土层而形成的一种高浓度有机废水,其成分复杂,主要包括有机物、无机物、重金属和微生物等。渗滤液中的有机物主要包括低分子量的脂肪酸类、腐殖质类高分子的碳水化合物及中等分子量的灰黄霉酸类物质,这些有机物质在垃圾降解过程中产生,具有较高的化学需氧量(COD)和生化需氧量(BOD),对环境有较大的污染潜力;无机物是渗滤液中的另一大类成分,主要包括各种无机盐,如铵根、碳酸根和硫酸根等,这些无机盐在渗滤液中浓度较高,可能会对土壤和地下水造成污染;渗滤液中还含有多种重金属,如铬、铅和铜等,这些重金属在垃圾降解过程中释放出来,具有较强的毒性和持久性,容易在环境中积累,对生态系统和人类健康构成威胁;渗滤液中还含有大量的微生物,包括细菌、真菌和病毒等,这些微生物在垃圾降解过程中起到重要作用,但也可能对环境和人类健康产生不利影响[1]

二、生物修复技术在渗滤液污染土壤中的应用

(一)微生物修复技术

微生物修复技术是生物修复的核心方法之一,利用微生物的代谢活动来降解或转化污染物,在处理生活垃圾渗滤液污染土壤时,微生物修复技术展现出显著效果,特别是针对有机物和重金属污染。好氧生物修复是一种广泛应用的技术,通过引入需氧微生物来处理污染物,在充足氧气条件下,这些微生物能将有机污染物降解为二氧化碳和水,实现污染物的彻底矿化;假单胞菌属是一类常用的好氧微生物,它们具有强大的降解能力,能够有效分解各种有机化合物,在处理渗滤液污染土壤时,假单胞菌属表现出对多环芳烃、苯系物等难降解有机物的良好降解效果;另外,硝化细菌在去除氨氮方面发挥重要作用,通过将氨氮氧化为亚硝酸盐和硝酸盐,显著降低渗滤液中的氨氮含量,改善土壤环境质量。厌氧生物修复技术在无氧或缺氧条件下进行,利用厌氧微生物的代谢活动降解有机污染物,这种方法特别适用于处理高浓度有机物污染,如生活垃圾渗滤液中的难降解有机物。在厌氧过程中,有机物被转化为甲烷和二氧化碳等终产物,甲烷菌是厌氧生物修复的关键微生物之一,它们能够将乙酸、氢气和二氧化碳等中间产物转化为甲烷,实现有机物的最终降解;在处理渗滤液污染土壤时,厌氧生物修复可以有效降低化学需氧量(COD)和生化需氧量(BOD),改善土壤环境。生物强化是提高微生物修复效率的重要策略,通过向污染土壤中接种高效降解菌株或添加特定营养物质,可以增强土壤中原有微生物的降解能力。地芽孢杆菌是一种常用的强化菌株,对多环芳烃和某些重金属具有较强的降解和转化能力,在渗滤液污染土壤修复中,接种地芽孢杆菌可以显著提高土壤中多环芳烃的去除率,同时对重金属如铬、铅的降解也有一定效果;除了接种外源菌株,添加适量的氮、磷等营养元素也可以刺激土著微生物的生长和代谢活动,从而增强其对污染物的降解能力。

(二)植物修复技术

植物修复技术是一种利用植物生理特性去除或降低土壤中污染物的生物修复方法,这种技术具有成本低、环境友好、适用范围广等优点,在处理生活垃圾渗滤液污染土壤方面展现出良好的应用前景。植物吸收是植物修复技术中最常用的方法之一,植物通过根系吸收土壤中的污染物,并将其转运到地上部分进行转化或累积。芦苇是一种常用的修复植物,对重金属和氮磷化合物具有较强的吸收能力,在渗滤液污染土壤修复中,芦苇可以有效吸收铜、锌、铅等重金属,同时对氨氮和磷酸盐也有良好的去除效果;除芦苇外,向日葵、玉米等作物也被广泛应用于植物吸收修复,这些植物具有较大的生物量和发达的根系,能够在生长过程中吸收大量污染物[2]。植物挥发技术利用植物的蒸腾作用将吸收的有机污染物转化为气态形式并排放到大气中,这种方法特别适用于处理挥发性有机化合物(VOCs)污染。某些草本植物如芳樟、薄荷等具有较强的挥发能力,能够将土壤中的苯系物、氯代烃等有机污染物吸收后通过叶片挥发到空气中,在渗滤液污染土壤修复中,植物挥发可以有效降低土壤中挥发性有机物的含量,改善土壤质量;然而,需要注意的是,植物挥发可能会造成大气污染,因此在应用时需要综合考虑环境影响。植物稳定是通过植物根系分泌物将重金属固定在根际区域,降低重金属在土壤中的迁移性和生物可利用性。油菜是一种常用的植物稳定修复植物,对镉和铅等重金属具有较强的固定能力,在渗滤液污染土壤修复中,种植油菜可以显著降低土壤中重金属的活性,减少其向地下水的渗漏风险;植物稳定不仅可以降低重金属的环境风险,还能改善土壤结构,增加土壤有机质含量,促进土壤生态系统的恢复。在实际应用中,植物修复技术往往需要结合土壤改良措施来提高修复效率。例如,添加螯合剂可以增加重金属的生物可利用性,促进植物对重金属的吸收;施用有机肥料可以改善土壤结构,为植物生长提供更好的环境。

(三)联合修复技术

联合修复技术是将微生物修复与植物修复相结合,或者将生物修复与物理、化学修复方法相结合的综合治理手段,这种技术充分利用了各种修复方法的优势,通过协同作用提高了修复效率,在处理复杂的生活垃圾渗滤液污染土壤时显示出显著优势。微生物-植物联合修复是一种典型的联合修复技术,这种方法利用植物根际微生物与植物之间的相互作用,增强污染物的降解和转化效率。在植物根际接种高效降解菌株,可以显著提高根际微生物的活性和多样性,这些微生物通过分泌各种酶类、有机酸等物质,增加了污染物的生物可利用性,促进了植物对污染物的吸收和转化。例如,在芦苇根际接种假单胞菌可以显著提高芦苇对重金属的吸收能力,同时加速有机污染物的降解过程。物理-生物联合修复技术结合了物理处理和生物修复的优点,例如,在生物修复之前进行土壤翻耕或通气处理,可以改善土壤结构,增加氧气供应,为好氧微生物的生长和代谢创造有利条件;同时,物理处理还可以提高污染物的生物可利用性,加速微生物对污染物的降解速率,在处理渗滤液污染土壤时,先进行物理通气,再接种高效降解菌株,可以显著提高有机物的去除效率[3]。化学-生物联合修复技术通过添加化学试剂来辅助生物修复过程,例如,在重金属污染土壤中添加螯合剂,可以增加重金属的溶解度和生物可利用性,促进植物对重金属的吸收;同时,某些化学试剂还可以调节土壤pH值,为微生物创造更适宜的生存环境,在处理渗滤液污染土壤时,先用化学氧化剂如过氧化氢预处理,降解部分难降解有机物,再进行微生物修复,可以显著提高修复效率。

三、结论

生物修复技术在处理生活垃圾渗滤液污染土壤中显示出巨大潜力。微生物修复利用微生物代谢活动降解污染物,植物修复通过植物生理特性去除或降低土壤污染;联合修复技术综合运用多种方法,显著提高了修复效率,这些技术的应用不仅能有效治理渗滤液污染土壤,还能促进土壤生态系统的恢复,为保护环境和人类健康提供了重要支持。

参考文献:

[1]赵振振,张红亮,黄慧敏,等.城市生活垃圾渗滤液全量化处理技术及应用[J].环境卫生工程,2023,31(3):27-29.

[2]金意景.生活垃圾填埋场渗滤液处理技术探究[J],2021(2):25-26.

[3]葛长飞,陈晓冬.城市生活垃圾渗滤液深度处理技术研究[J].环境与生活,2023(7):88-91.

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