原位生物修复技术十篇

原位生物修复技术篇1

关键词：地下水；重金属污染；原位修复技术

地下水是指地表以下，赋存于岩石空隙中的水。地下水是自然界水循环的重要组成部分，同时也是人类生存和发展所必需的重要资源。但是随着人类工业化和城市化进程的快速发展，矿产资源的开发与利用过度，使地下水环境的污染变得日益严重。特别是地下水的重金属元素污染，地下水中的重金属元素含量超标，通过食物链进入人的身体，严重影响了人们的身体健康，导致了各种罕见疾病的出现。

地下水重金属元素污染已经引起了国家的高度关注，与此同时国内专家学者积极参与地下水重金属元素污染治理技术的研究工作。在借b国外专家提出方法的情况下，根据国内的实际情况，使地下水重金属元素污染修复技术在大量的实践应用中得到不断的改进。

现在较为有效的地下水重金属元素污染修复技术已经达到十多种了，但由于诸多原因使得各种修复技术不利于推广使用和管理。本文主要是根据地下水重金属元素污染修复技术的方式，将修复技术分为原位修复技术和异位修复技术。原位修复技术是指在基本不破坏土地和地下水的自然条件下，对于被污染对象不做搬运，而在原地进行修复的技术；异位修复技术是指被污染对象先做收集和抽提，将其转移到地面上，然后对其进行修复的技术。由于原位修复技术不但可以节约成本、减少修复的工程量、修复效果也较好，而且最大限度的减少污染物对环境的扰动。同时，专家学者也将原位修复技术作为地下水重金属元素污染治理的研究重点和主要方向。本文将重点介绍地下水重金属元素污染原位修复技术的主要方法。

1 地下水重金属元素污染的原位修复技术

在地下水重金属元素污染的原位修复技术中，将重点介绍处理效果好、处理周期相对较短的几种技术，主要包括可渗透反应墙修复技术（PRB）、原位生物修复技术和原位电动修复技术。

1.1 可渗透反应墙修复技术（PRB）

可渗透反应墙修复技术（PRB）是由美国在20世纪80年代提出的，目前在欧美国家作为地下水重金属元素污染原位修复技术主要的技术手段之一。可渗透反应墙修复技术（PRB）是通过在污染区域放置一个活性反应介质的被动反应区，当污染的地下水经过时，地下水中的污染物质与活性反应介质发生反应，污染物质被降解、吸附、去除和沉淀，使地下水中的污染物质能有效的降低，并且符合地下水的环境质量标准。

可渗透反应墙修复技术（PRB）对于地下水重金属元素污染的修复周期和效果，是由选择何种活性反应介质决定的。目前，在可渗透反应墙修复技术（PRB）的研究中主要是使用活性炭、Fe0、微生物、泥炭等物质作为活性反应介质。这些活性反应介质具有吸附和降解污染物能力强、持续的时间长、不会产生二次污染等特点。

FDi Natale等选择使用活性炭作为充填的活性反应介质，来建立对于地下水中重金属污染镉元素的吸附反应格栅，最后的结论显示，活性炭对地下水中镉元素吸附能力最强的时候，是在较高的酸碱度和低含盐量的条件下；李金英等使用体积比例为1：1：0.5的砂、零价铁、活性炭作为混合的活性反应介质，对地下水中重金属元素锰、锌、铬和硒的去除率分别达到了93%、89%、90%和87%。

1.2 原位生物修复技术

原位生物修复技术是指在基本不破坏地下水原始环境的条件下，利用地下水中原始的或通过人工培养放置于地下水中的特定微生物群，通过吸收、吸附和降解等作用使地下水中的重金属污染物减少，同时地下水系统的环境恢复正常。原位生物修复技术具有其它修复技术无法比拟的独特优势，主要表现在现场进行、能与其它修复技术联合使用、降解时间短、费用低等方面。

在治理地下水重金属元素污染的微生物研究中取得了大量的成果。Charm I S等发现在重金属元素超标的地下水和土壤中分布着多种可以让铬酸盐和重铬酸盐产生还原反应的微生物（如：产碱菌属、芽孢杆菌属等微生物），铬酸盐和重铬酸盐通过微生物的作用可以使六价铬转换成三价铬，同时铬的毒性也大大降低；任茂明在研究趋磁细菌对于去除地下水中重金属元素效果的实验发现了，趋磁细菌能够吸收外部环境中的铁元素，同时在体内形成具有磁性的铁的化合物。最后，研究结果表明了这种方法对于水中二价铁、三价铬、以及二价镍等重金属离子的去除率达到了95%以上。

1.3 原位电动修复技术

原位电动修复技术也称原位电化学动力修复技术，是利用电的动力学原理对污染体进行修复的一种有效的技术手段，特别是对于去除地下水重金属元素污染具有很好的效果。具体方式是通过施加直流电压形成电场的梯度，使地下水中的重金属离子向设定的方向发生迁移，并且在设定的地方对集中后的污染物进行处理。

近年来随着修复技术的不断发展，原位电动修复技术也在不断完善。尹晋等使用原位电动修复技术对地下水中的重金属污染物进行修复时，发现电动修复技术对铬有很高的去除率（三价铬的去除率明显低于六价铬）。

2 结束语

目前，地下水重金属污染问题在一定程度上得到很大的缓解，但是要想地下水重金属污染被彻底解决还有很长的路要走。同时，人类社会的快速发展对于水资源的需求也在日益加大，受污染水体与人类的需求之间存在巨大的矛盾，所以对于受污染水体的修复成为了当前社会的重大难题之一。随着对原位修复技术研究的不断发展，有大量的原位修复技术被应用于治理地下水的重金属污染中。当前，修复技术的联合应用于治理地下水重金属污染已经成为了新的研究方向，在实践中也取得了更好的修复效果。

参考文献

[1]尹国勋，李振山.地下水污染与防治[M].北京：中国环境出版社，2005.

[2]冉德发，王建增.石油类污染地下水的原位修复技术方法论述[J].探矿工程，2005（6）：208.

[3]张学礼，徐乐昌，魏广芝，等.用PRBs技术修复铀污染地下水的研究现状[J].铀矿冶，2008，27（2）：55-61.

[4]F Di Natale， M Di Natale， R Greco， et al. Groundwater protectionfrom cadmium contamination by permeable reactive barriers [J].Journal of Hazardous Materials，2008，160：428-434.

[5]李金英，佟元清，蔡五田，等.地下水污染的原位修复技术-PRB法[J].环境工程，2006，24（6）：92-94.

[6]任茂明.磁场-趋磁细菌处理重金属离子废水[D].天津：天津大学，2003：2-9.

原位生物修复技术篇2

关键词：地下水；修复技术；研究进展

1 引言

随着社会经济的发展和人类对自然资源开发利用活动的日益加强，大量污染物（如重金属、持久性有机物等）通过不同途径进入土壤系统中，进而通过迁移、扩散和渗透作用进入地下水环境，对土壤和地下水环境造成污染，破坏了其原有的生态平衡。这些污染物还可以通过饮用水或地下水-土壤-植物系统，经食物链进入人体，因此也影响到人类的健康。鉴于地下水污染的严重性，国内外学者已广泛开展对地下水污染修复技术的研究，同时地下水污染修复技术在大量实践应用中得到了不断地改进和创新。

2 基本概念

2.1 地下水的定义。

地下水是指埋藏在地面以下，存在于岩石和土壤孔隙中可流动的水体 [1] ，狭义上是指浅层地下水，即第一个隔水层以上的重力水，即地下水资源。地下水是自然界水体的组成部分，并参与自然的水循环，又是水资源的重要组成部分。

2.2 地下水污染的主要原因。

过度开采地下水，引起地下水位下降，沿海地区海水倒灌；农业生产中大量使用化肥、农药以及污水灌溉等，污染物渗入地下水中；受污染的地面水体或废水渠、废水池、废水渗井等连续渗漏。地下水一经污染后，总矿化度、总硬度升高，硝酸盐、氯化物含量升高，有毒物质增加，溶解氧下降，有时还会出现病原体。

地下水污染不易被发现，难以治理和恢复，影响供水水质，加剧水资源短缺，应限制开发，合理使用，从而保护地下水资源。

2.3 地下水污染的来源。

向水体排放或释放污染物的来源和场所都称为水体污染源，这是造成水体污染的罪魁祸首。各种水体及其循环过程中涉及到许多类型复杂的污染源，从不同的角度可将水体污染分为多种不同的类型，就地下水污染而言，其根源有以下几种：

（1）沿海地区海水入侵和倒灌。

（2）工业“三废”。

（3）农业污染。

（4）城市生活污染。

3 地下水的主要修复技术

3.1 渗透性反应墙（PRB）。

PRB是一种原位被动修复技术，由透水的反应介质组成，一般安装于地下水污染羽状体的下游，通常与地下水水流相垂直，并且它也可以作为污染地下水的地面处理设施。当地下水在自身水力梯度作用下通过活性渗滤墙时，污染物与墙体材料发生各种反应而被去除，从而达到地下水修复的目的 [2] 。

3.1.1 PRB概念与结构。

（1）概念。

美国环保署定义：PRB是一种为达到一定环境污染治理目标而将特定反应介质安装在地面以下的污染处理系统，它能够阻断污染带、将其中的污染物转化为环境可接受的形式，但不破坏地下水流动性 [3] 。

（2）结构。PRB有两种基本结构：①隔水漏斗导水门式结构。此种结构适用于埋藏浅的大型的地下水污染羽状体，地下水通过比较小的渗透反应门，优点是反应介质的装填量减少，缺点是干扰了天然地下水的流场；②连续墙式的结构。用于地下水污染的羽状体较小时，墙体垂直于污染羽状体的迁移途径，横切整个羽状体的宽度和深度，优点是对天然地下水流场干扰小，易于设计 [4] 。

3.1.2 PRB反应机理。

（1）无机离子去除机理。

含高价重金属的无机离子，是地下水中的重要污染物之一，其中工业废物、尾矿和核废料污染的地下水中浓度很高。金属铁与无机离子发生氧化还原反应，将重金属以不溶性化合物或单质的形式从水溶液中析出。 [5] 研究表明，PRB能够将无处处理厂排出的含硝氮90mg/L的水迅速降解到饮用水标准10mg/L以下 [6] 。

（2）脱卤反应去除卤代有机物机理。

在脱卤降解反应中，金属铁提供电子，发生氧化反应，而有机污染物为电子受体。Fe0修复有机污染物的地下水，主要是对氯代烃类进行还原脱氯。例如PCE（C 2Cl 4）的脱氯过程有两条路径：

一是C 2Cl 4C 2HCl 3C 2H 2Cl 2C 2H 4C 2H 6

二是C 2C 14 C 2HCl 3C 2H 2C 2H 4C 2H 6

路径为连续的氢解作用，其中间产物C 2H 2Cl 2的降解速度比C 2HCl 3慢，而第二条路径的中间产物C 2HCl能很快地还原为C 2H 2。因此，第二条路径的还原速度较快于第一条 [7] 。

（3）微生物修复机理。

微生物的活动可影响氮、硫、铁、锰等元素的循环。微生物可直接用于硝酸盐、硫酸盐的去除以及通过形成硫化物来沉淀金属离子。

（4）催化降解反应机理。

采用比铁活性大的金属作为墙体材料，比铁具有更强的还原性，容易提供电子，铝硅酸盐可以作为缓冲溶液使pH值能保持在较低值（7～8），使金属铁更易被氧化 [8] 。试验证明，金属铁中加入铝硅酸盐时，Cr 6+ 的半衰期比铁和石英砂混合物作为反应材料减少一个数量级，比单纯铁作反应材料减少两个数量级。

3.1.3 PRB的应用案例。

在北美和欧洲等国，已进行了大量该方法的工程研究和商业应用，目前全世界有200多座PRB，其中Fe0-PRB120多座，取得了良好的治理效果。部分应用见表1。

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厌氧生物反应墙修复某地挥发性有机氯化物的深度污染案例：

在一家化学清洗厂旧址，四氯乙烯的肆意排放造成了当地土壤严重污染。这家化学清洗厂曾在此地连续开办了75年，污染范围将近75000m2，深度在地下50m。

2001年，有关方面对表层污染源进行了挖掘，随后采用原位生物降解的方式对被污染的土壤进行修复，采取这种方式的原因是此处的污染物正在发生自燃降解。他们在自燃降解的基础上采取了注入含碳物质的办法，对四氯乙烯和三氯乙烯等污染物进行厌氧还原脱氯。这是一种临时性的土壤修复措施，持续了一年左右的时间，大大缓解了当地严重的土壤污染。大约一年后，这一临时性土壤修复措施停止执行。这时，对地下水中的挥发性有机氯化物进行降解的条件已经具备。他们利用前段时间积累的经验，在此地建起了大规模的还原脱氯设施，这套设施包括若干厌氧性生物反应墙，从三个地点对这片污染区域进行“围堵”。建立这些生物反应器的目的不仅仅是控制污染，而是对被污染的土壤和地下水进行修复，以便彻底消除这一地区的污染。由于此地属于高度城市化地带，这些生物反应墙都建在街道附近，这样便于向栅内注入反应物。作为反应物的含碳物质须定期注入栅内，三年一般应注入10～15次。

此外，临时性修复措施的实施提高了地下水中产甲烷菌的含量，为挥发性有机氯化物的降解提供了良好的条件。修复前污染源下游一带每升地下水中含有数万微克的四氯乙烯和三氯乙烯，而现在这些物质的含量仅为10μg或者更低；顺式1，2-二氯乙烯和氯乙烯的含量曾一度有所上升，随后又下降到每升几十微克，最后分解为乙烯、乙烷等对环境无害的物质。

污染区的中心位于生物反应墙附近（75m左右），目前这里仍能监测到顺式1，2-二氯乙烯和氯乙烯等污染物的存在，但乙烯和乙烷的稳定增长以及监测管中大量产甲烷菌的存在表明这一带微生物活动活跃，污染物正在进行彻底地还原脱氯过程。上述情形证明，生物反应墙的下游确实是化学反应十分强烈的区域。监测管显示，某些位置的顺式1，2-二氯乙烯和氯乙烯含量有所上升；发生这一现象的原因是由于微生物活动导致的吸附反应增强。目前他们在污染修复方面已经实现了每1.5～2年降低污染物60%的目标。

3.1.4 PRB存在的问题。

（1）去除污染物的机理方面尚存在一些未能明晰的方面。

（2）在PRB实际应用中将会出现沉淀产生介质的阻塞、反应材料失活或者双金属系统可能引起地下水二次污染等不良影响。

（3）因为受到地下水流和开沟槽的深度限制，目前该技术多用于有地下水流的饱和污染层的修复。

（4）需要进一步研究可同时去除多种并存污染组分的技术。

3.2 原位曝气修复技术（AS）。

原位曝气修复技术最大程度减少了对土壤介质和周围环境的扰动，主要用于处理可挥发性有机物（VOCs）造成的地下水污染。一般与土壤气相抽提技术（SVE）联合使用 [9] 。不会造成环境的二次污染，与其他修复技术相比具有经济、高效的显著优势 [10] 。该技术被认为是去除地下水挥发性有机物的最有效方法。C.D.Johnston等 [11] 将原位曝气法和土壤蒸气抽提法相结合，去除砂质地下含水层中的石油烃，结果表明与单独使用土壤蒸气抽提法比较，28天后石油烃去除量提高1.9倍，同时原位曝气还为地下水中残留的NAPL（非水相液体）的去除创造了更有利条件。曝入的空气能为地下水中的好氧微生物提供足够氧气，促进土著微生物的降解作用 [12] 。该技术在可接受的成本范围内，能够处理较多的受污染地下水，系统容易安装和转移，容易与其他技术组合使用。但是对既不容易挥发又不易生物降解的污染物处理效果不佳，并且对土壤和地质结构的要求比较高 [13] 。

3.3 原位生物修复方法。

原位生物修复是利用生物的代谢活动减少现场环境中有毒有害化合物的工程技术系统 [14] 。用于原位生物修复的微生物一般有三类：土著微生物、外来微生物和基因工程菌 [15] 。目前地下水有机物原位生物修复方法主要包括生物注射法、有机粘土法、抽提地下水系统和回注系统相组合法等 [16] 。

原位生物修复技术有其独特的优势，表现在：①现场进行，从而减少运输费用和人类直接接触污染物的机会；②以原位方式进行，可使对污染位点的干扰或破坏达到最小；③使有机物分解为二氧化碳和水，可永久地消除污染物和长期的隐患，无二次污染，不会使污染物转移；④可与其他处理技术结合使用，处理复合污染；⑤降解过程迅速、费用低，费用仅为传统物理、化学修复法的30%～50% [17] 。

目前有人将原位生物修复和旋转电动力学——太阳能技术相结合，形成新型的修复技术。电动力学技术是将电极插入受污染的地下水区域，在施加低压直流电后，形成直流电场。由于土坡颗粒表面具有双电层，孔隙水中粒子或顺粒带有电荷，引起水中的离子和顺粒物质沿电场方向进行定向运动。

4 展望

随着地下水污染修复技术研究的深入开展以及各修复技术的逐渐成熟，各种修复技术将会更广泛地应用于现场地下水污染修复工作中。针对我国地下水以石油烃类、TCE、氯苯、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮和重金属的污染最为严重的实际情况，PRB技术是一个较好的选择。

未来利用基因工程技术培养纯化特效降解菌，从而提高修复效率以及如何解决反应墙生物淤堵问题以延长反应墙体的使用寿命等，都将成为重要的研究方向 [18] 。

参考文献

[1] 蔡勇.吸附-降解修复石油烃污染地下水的方法研究[D].西安：陕西科技大学硕士学位论文，2006.

[2] 王伟宁，许光泉.PRB修复地下水污染的研究综述[J].能源环境保护，2009-6，23（3）.

[3] 周启星，林海芳.污染土壤及地下水修复的PRB技术及展望[J].环境污染治理技术与设备，2001，2（5）：48- 53.

[4] 陆泗进，王红旗，杜琳娜.污染地下水原位治理技术-透水性反应墙法[J].环境污染与防治，2006，6（28）.

[5] 杜连柱，张兰英，王立东等.PRB技术对地下水中重金属离子的处理研究[J].环境污染与防治，2007，8（29）.

[6] 张桂华.垃圾渗滤液污染地下水的PRB修复技术研究[D].广州：华南理工大学，2005.

[7] 王伟宁，许光泉.PRB修复地下水污染的研究综述[J].能源环境保护，2009-6，23（3）.

[8] 王伟宁，许光泉.PRB修复地下水污染的研究综述[J].能源环境保护，2009-6，23（3）.

[9] 王业耀，孟凡生.石油烃污染地下水原位修复技术研究进展[J].化工环保，2005，25（2）：117-120.

[10] 陈鸿汉，何江涛，刘菲等.太湖流域某地区浅层地下水有机污染特征[J].地质通报，2005，24（8）：735-739.

[11] C.D.Johnston，J.L. Rayner， D. Briegel. Effectiveness of in situ air sparging for removing NAPL gasoline from a sandy aquiferb near Perth， Western Australia[J].Contaminant Hydrology，2002，59：87- 111.

[12] 郑艳梅.原位曝气去除地下水中MTBE及数学模拟研究[D].天津：天津大学博士学位论文，2005.

[13] 纪录，张晖.原位化学氧化法在土壤和地下水修复中的研究进展[J].环境污染治理技术与设备，2003，4（6）：37-42.

[14] 金朝晖，曹骥，戴树桂.地下水原位生物修复技术[J].城市环境与城市生态，2002，15（1）：10-12.

[15] 卢杰，李梦红，潘嘉芬.有机氯代烃污染地下水环境的治理与修复[J].山东理工大学学报，2008，22（4）：90- 93.

[16] 黄国强，李鑫钢，李凌等.地下水有机污染的原位生物修复进展[J].化工进展，2001，（10）：31-36.

原位生物修复技术篇3

关键词：底栖动物；受损水体；生物修复；环境污染

中图分类号：X52；Q14 文献标识码：A DOI：10.11974/nyyjs.20150951001

1 生物修复技术的发展动态

随着环境科学、生命科学和现代生物技术的迅速发展，生物修复已成为世界各国环境治理的热点和富有挑战性的前沿领域，在理论研究和实际应用方面都取得了明显进展，是21世纪环境技术的主攻方向之一[1]。近年来生物修复在国内外受到了广泛的重视和应用，得到各国学者和环保部门的认可，而且引起产业界的普遍关注，生物修复产品和服务的价值年均增长15%[2]。生物修复在控制外来污染物质的同时，可以有效调控生态系统的内部结构，恢复生态系统的缓冲和抗干扰功能，是环境治理的最佳途径[3]。

水体生物修复包括原地生物修复（in-situ bioremediation）、异地生物修复（ex-situ bioremediation）和复合生物修复（associated bioremediation）。原地生物修复尽量保持水体的自然环境条件，又可分为原地自然修复和原位工程修复。在原地自然修复中，主要利用水体中的土著微生物；在原地工程修复中，加入微生物生长所需要的营养物质，或加入人工培养的特殊微生物来提高生物活性，加快修复速度。原地生物修复的成本低廉但效果不够理想，可用于大规模、低污染水体的生物修复[4]。在异地生物修复中，将污染基质运走进行集约化的生物修复，主要用于水体疏浚后的底泥二次处理。这种修复的效果更加理想但经济成本相对高昂，可用于小规模、重污染水体的生物修复。在复合生物修复中，原地生物修复与异地生物修复优势互补，越来越多地用于不同水体的环境治理中。

微生物常常用于水体生物修复。微生物在分解有机污染物的过程中获得能源和碳源，在微生物（尤其是细菌）产生的各种酶的作用下，经过一系列厌氧和好氧生化过程，化学污染物被逐步降解，最后成为植物可吸收利用的无机态营养元素。但由于污染现场环境中经常存在溶解氧（或其他电子受体）不足、营养盐缺乏、高效微生物生长缓慢、微生物的生物量小且难于收集、不能降解重金属、对污染底质不适用等限制性因素，微生物技术在原位生物修复中存在很大的局限性。

2 底栖动物修复受损水体的优势

动物修复具有其他修复技术不可比拟的优势：成本较低；对生态系统的影响较小；可最大限度地降低污染物浓度；基本不产生副作用和二次污染；可应用于其它技术难以使用的场合；可同时修复受损底质和水体[5]。在动物修复的研究方面，目前主要集中在土壤动物对污染土壤的修复，通过动物的生化变异来判断土壤污染状况，或者直接将土壤动物（如蚯蚓、线虫等）饲养在污染基质中进行研究。某些土壤动物能吸收、富集和分解残留在土壤中的农药，通过代谢作用将部分农药转化为低毒或无毒产物。另外，土壤中还生存着蜘蛛、线虫、蜈蚣、螨、跳虫等大量小型动物，对土壤中的化学污染物也有很强的富集和分解作用，使部分污染物脱离土壤。蚯蚓是土壤中最常见的杂食性环节动物，养殖蚯蚓可实现污水的土地处理并减少人工土滤床的有机质积累，目前该法已在法国、智利和国内成功进行了中试和生产性规模的应用。

动物修复技术已在一些水体进行试验和应用。很多底栖动物具有较强的过滤能力、耐污能力、富集能力和分解能力，能有效吸收和转化重金属、氮磷及其它水体污染物。如河蚬是世界广布和常见的大型底栖动物，同时也是重要的淡水经济贝类，对高浓度的重金属、有机污染物等反应敏感，对中、低浓度的污染物则具有相当强的蓄积能力，其体内的浓度与水环境中的浓度、暴露时间呈明显的正相关关系。因此，河蚬不仅是水污染尤其是重金属污染的指示生物，而且是污染水体的修复生物。今后应进一步加强基础研究，深入揭示净化过程的生理生化机理，选择技术上可行、经济上合理、可资源化利用的底栖动物进行水体修复，合理构建群落，达到养殖、净水双赢[6]。

底栖动物在冬季生长缓慢，但仍具有一定的水体净化能力。底栖动物虽然生活在水体底部，但可在水体的中部和上部进行笼养或吊养，从而发挥立体净化作用。将底栖动物与多种水生植物组成复合生态系统，可发挥不同水生生物在空间和时间上的差异，在治理水体污染和富营养化时独具优势。但这种复合修复技术还处于室内模拟和围隔试验阶段，实际应用范围有限，急需对相关的放养技术、物种组合技术、工程技术、资源回收及加工技术等进行系统研究[6]。作为水生生物净化系统中的重要组成部分，底栖动物分布广、种类多、食性杂，从水体中大量摄取营养物质、积累污染物质，可与其它多种净化措施加以组合形成高效的复合净化系统，有效降低水体中有毒物质和营养元素的含量，显示出可观的应用前景[7]。底栖动物在污染物的代谢、迁移和转化，生态环境修复，生境稳定和系统平衡中扮演的角色值得进一步深入研究[8]。

3 展望

由于生物修复技术只有30多年的发展，因此还有一些不成熟之处。该项技术目前仅应用于局部水体，往往只能施用某个单项净化方法，还不能把多种修复技术进行叠加形成复合净化体系。生物自身固有的特点也使生物净化技术在使用中具有局限性。例如，生物生长发育受到各种因素的限制，对修复对象的环境条件要求苛刻；生物的成长和成熟需要特定的生命周期，耗时较长；某种生物只能吸收、富集、分解、转化特定种类的污染物；生物对于某些难降解的污染物无能为力[9]。随着有毒化学物质种类和数量的不断增加，多种污染物在水环境中协同作用，单一毒理试验结果无法客观反映出污染物共存对人类和其它生物的真实危害，因此要加强多种污染物联合作用的生物监测、物理监测和化学监测，才能有效实现生物修复的综合效益。

参考文献

[1]Coates J D，Anderson R T.Emerging techniques for anaerobic bioremediation of contaminated environments[J].Trends in Biotechnology，2000，18（10）：408-412.

[2]陈芳艳，唐玉斌.污染水体的生物修复技术进展[J].环境科学与技术，2004，27（1）：133-135.

[3] Chapin III F S，Walker B H，Hobbs R J，et al.Biotic control over the function of ecosystem[J].Science，1997，277（5325）：500-504.

[4]焦燕，金文标，赵庆良，等.异位/原位联合生物修复技术处理受污染河水[J].中国给水排水，2011，27（11）：59-62.

[5]滑丽萍，郝红，李贵宝，等.河湖底泥的生物修复研究进展[J].中国水利 水电科学研究院学报，2005，3（2）：124-129.

[6]陈玉霞，卢晓明，何岩，等.底栖软体动物水环境生态修复研究进展[J].净化技术，2010，29（1）：5-8.

[7]全为民，沈新强，严力蛟.富营养化水体生物净化效应的研究进展[J].应用生态学报，2003，14（11）：57-61.

[8]戴纪翠，倪晋仁.底栖动物在水生生态系统健康评价中的作用分析[J].生态环境，2008，17（6）：2107-2111.

原位生物修复技术篇4

关键词：黑臭水体；生物修复；生物促生剂

中图分类号：X172 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2013）13-3027-04

城市内湖泊、河道等景观水体是城市居民生活环境中的重要组成部分。由于过量生活污水排入、未雨污分流等原因导致水体污染，造成了水体严重缺氧而呈黑臭状态[1，2]，严重影响居民生活、城市形象和生态环境，已成为我国许多大、中城市共同存在的污染问题。如何解决城市内河水体的黑臭问题也是当前城市环境改善的热点问题。

目前，黑臭水体的修复技术主要有物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术等，而生物修复技术具有环境友好、生态节能的优点，是最具发展前景的主体修复技术[3，4]。生物修复技术主要有两类[5，6]：一类是接种微生物技术[7]，直接向黑臭河道投加外来微生物菌剂，降解水体中的污染物，从而修复水体；另一类是培养土著微生物技术[8]，向黑臭河道投加微生物促生剂和营养剂等，促进土著微生物的生长，充分发挥土著微生物对污染物的降解，从而达到水体修复的目的。

投加微生物菌种进行的黑臭水体原位修复，外来菌种可能会与水体中的土著微生物之间存在生存竞争，会导致菌种生物量和降解活性的降低，影响水体的修复效果[9]，因此采用微生物激活剂，依靠环境中土著微生物的激活技术对黑臭水体进行修复则更具现实意义。土著微生物激活技术则具有安全、高效、经济的优势，使用此技术能有效避免引进外源微生物所引起的生物竞争等生态问题，不破坏原有生态系统。唐玉斌等[10]研究了投加葡萄糖和生物激活剂对生物膜修复污染河水效果的影响。张丽等[11]研究了在底泥中投加生物促生剂对改善河道水质效果的影响。本研究在曝气条件下，利用投加生物促生剂、葡萄糖、氨基酸等物质修复黑臭水体，从而研究水体修复过程中水质的变化情况，旨在为黑臭河流的原位生物修复提供参考和依据。

1 材料与方法

1.1 试验水体概况

选取南京南湖片区北河黑臭水体为研究对象，由于此片区长期未实现雨污分流，生活污水直接入河，导致水体黑臭现象严重，水体呈黑绿色且散发恶臭气味，水质条件极差，恶臭气味对此片区两岸居民的生活也造成了严重的影响。

通过监测南湖北河水体水质可知，溶解氧低于0.7 mg/L，化学需氧量（COD）、总氮（TN）、总磷（TP）达到100.0、30.0、2.8 mg/L。引用黑臭多因子加权指数[12]（WI）方法评价，当黑臭指数WI≥15时水体黑臭，根据模型计算污染水体的WI值为100.3，黑臭现象严重。

1.2 试验设计

试验装置为50 cm×35 cm×30 cm有机玻璃盒，底层铺满5 cm厚北河河道底泥，上层加入北河河道水体，试验模拟静态河道，温度为实验室室内温度。

试验分4组进行，第一组为空白试验，保持静置不曝气状态，第二组投加生物促生剂BE（上海普罗生物技术有限公司生产），第三组投加葡萄糖，第四组投加氨基酸。药品投加及曝气方案如表1所示。

1.3 分析方法

试验检测选取的水质指标为臭阈值、硫酸盐、ORP、CODCr、氨氮（NH3-N）、TN和TP，其中ORP采用数字式ORP计测定，硫酸盐采用铬酸钡分光光度法，臭阈值采用臭阈值法，COD采用重铬酸钾氧化法，NH3-N采用纳氏试剂比色法，TN采用过硫酸钾氧化法，TP采用钼锑抗分光光度法，分析步骤参照文献[13]进行。

2 结果与分析

2.1 水体臭阈值变化情况

臭是检验污染原水的必测项目之一，检验臭对评价水处理效果也有意义。试验期内水体的臭阈值变化情况（表2）。由表2可知，BE、葡萄糖、氨基酸组水体臭阈值变化明显，试验第2天臭阈值下降至2以下，第3天臭味消失；而空白组的臭阈值则变化缓慢，第9天臭味才基本消失。

2.2 水体COD变化情况

化学耗氧量是表示水质污染度的重要指标，水体中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等，COD又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标，间接反映水体中有机物污染程度，COD值越大，说明水体中有机污染物污染越严重[14]。水体COD变化情况如图1所示。

由图1可知，BE、葡萄糖、氨基酸组COD含量在1～25 d内一直下降，降至50 mg/L 左右，25～40 d处于平缓期，40 d以后继续下降，BE、葡萄糖、氨基酸组最终COD含量为32.6、34.6、38.1 mg/L，去除率为69.7%、64.4%、61.7% ，由此可见，45 d后3种物质均能有效地促进水体COD的降解，水体COD指标由劣Ⅴ类提升为Ⅴ类水标准。

2.3 水体氮的变化情况

过量的氮进人水体会给水体带来污染与危害，氮超标也是目前许多城市黑臭河道治理过程中急需解决的突出问题[15]。水体氨氮、总氮的变化情况如图2所示。由图2可知，BE、葡萄糖、氨基酸组的水体总氮含量一直呈平缓下降趋势，最终去除率为77.9%、72.5%、50.7%；BE、葡萄糖、氨基酸组的水体氨氮含量在1～38 d一直呈下降趋势，到38 d后趋于平缓， BE、葡萄糖、氨基酸组的水体氨氮含量最终值为2.1、2.3、6.9 mg/L，去除率为92.76%、92.05%、76.64%，前两者水体氨氮最终含量由劣Ⅴ类提升到Ⅴ类水标准。

2.4 水体ORP以及硫酸盐情况的变化情况

ORP是用来表征水体氧化还原特性的基本参数，能一定程度上从宏观上显示水体污染程度，ORP值越大，水体氧化能力越强；ORP值越小，水体还原能力越强[16]，ORP值能一定程度上从宏观上显示水体污染程度。水体中元素硫的存在状态与氧化还原电位有关，如果氧化还原电位升高，硫化物就会转化成硫酸根[17]。水体ORP及硫酸盐变化情况如图3所示。

由图3可知，BE、葡萄糖、氨基酸组水体中氧化还原电位一直处于持续升高阶段，明显高于空白组；BE、葡萄糖、氨基酸组硫酸盐浓度在1～35 d处于平缓上升阶段，35 d以后处于急剧上升阶段，由此可见，3种物质能够提升水体的氧化还原电位，并能提高硫酸盐含量。

2.5 不同室温下水体的修复情况

由于水体修复过程中微生物活性易受到温度的影响[18]，为考察温度对水体修复的影响程度，所以在6～7月、10～11月不同时间段，采用投加BE试验组，在不同室温条件下进行，观察不同室温对水体修复效果的影响，也为黑臭河道原位微生物修复提供参考。不同室温下水体修复情况如图4所示。

由图4可知，高、低温条件下COD最终含量为26.4、32.6 mg/L；总磷最终含量为0.07、0.20 mg/L；总氮最终含量为2.9、10.0 mg/L；氨氮最终含量为0.3、2.1 mg/L。高温条件下COD、总磷、总氮和氨氮的变化曲线都低于低温条件下，并且高温条件下COD、总磷含量在修复过程中先于低温条件下到达Ⅴ类水标准。由此可见，在高温下投加BE对水体的修复效果好于低温情况下，对总氮、总磷的去除效果影响较大，但对COD、氨氮的去除效果影响不大。

3 结论

通过投加生物促生剂BE、葡萄糖、氨基酸修复黑臭水体的研究，得出以下结论：

1）曝气条件下，通过对黑臭水体投加BE、葡萄糖和氨基酸可以看出，3种物质能够改善水质，有效去除水体中的COD、氨氮、总氮，效果明显，COD去除率分别为69.7%、64.4%、61.7%，氨氮去除率分别为92.7%、92.1%、76.6%，总氮的去除率分别为77.9%、72.5%、50.7%，水质由劣Ⅴ类提升到Ⅴ类水标准，水体中ORP以及硫酸盐含量明显提高；对于投加3种物质修复黑臭水体的效果对比，可以看出，投加BE去除效果最为显著。

2）在不同温度条件下投加BE进行水体修复，通过此试验发现，在高温条件下，投加BE能够更有效地去除水体中的COD、总磷、氨氮、总氮，水质更早由劣Ⅴ类提升到Ⅴ类水标准，水体修复效果明显优于低温条件下，也为黑臭河道原位修复提供了一定的参考依据。

参考文献：

[1] 李 真，黄民生，何 岩，等.铁和硫的形态转化与水体黑臭的关系[J].环境科学与技术，2010，33（6）：1-7.

[2] JULIEN P， MANUEL J R， JEAN S. Influence of water quality on the presence of flavour compounds （geosmin and 2-methylis oborneol）[J]. Water Research，2010，44（20）：5847-5856.

[3] 李继洲，程南宁，陈清锦.污染水体的生物修复技术研究进展[J].环境污染治理技术与设备，2005，6（1）：25-30.

[4] 谌 伟，李小平，孙从军.低强度曝气技术修复河道黑臭水体的可行性研究[J].中国给水排水，2009，25（1）：57-59.

[5] IWAMOTO T， NASU M. Current bioremediation practice and perspective[J]. Journal of Bioscience and Bioengineering， 2001， 92（1）：1-8.

[6] BOOPATHY R. Factors limiting bioremediation technologies[J]. Bioresource Technology，2000，74：63-67.

[7] 张宗阳，李捍东，马兴华，等.优势复合菌剂处理黑臭河水的实验研究[J].环境科学与技术，2010，33（12）：52-55.

[8] 吴青梅，邓代永，许玫英，等.土著微生物修复黑臭水体的生物技术研究[J].环境科学与技术，2011，34（6G）：197-201.

[9] 李继洲，胡 磊. 污染水体的原位生物修复研究初探[J].四川环境，2005，24（1）：1-4.

[10] 唐玉斌，刘宏伟，郝永胜，等. 外加碳源和生物激活剂对生物膜修复污染河水效果的影响[J].华东理工大学学报，2003，29（5）：489-492.

[11] 张 丽，李 勇.底泥对投加生物促生剂改善河道水质效果的影响研究[J].江苏环境科技，2008，21（2）：4-7.

[12] 章，黄 勇，李大鹏，等.水体黑臭及表观污染表征方法的研究进展[J].四川环境，2011，30（3）：90-93.

[13] 国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法[M].第四版.北京：中国环境科学出版社，2002.

[14] KAWABE M. Factors determining chemical oxygen demand in Tokyo Bay[J].Journal of Oceanography，1997（53）：443-453.

[15] 何 岩，沈叔云，黄民生，等.城市黑臭河道底泥内源氮硝化-反硝化作用研究[J].生态环境学报，2012，21（6）：1166-1170.

[16] 付融冰，朱宜平，杨海真，等.连续流湿地中DO、ORP状况及与植物根系分布的关系[J].环境科学学报，2008，28（10）：2036-2040.

原位生物修复技术篇5

关键词 污染水体的原位就地修复技术 微生物、酶与载体自固定化技术

我国是一个水资源缺乏的国家，水资源的短缺并日渐污染，已经成为制约国民经济和社会发展的重要因素。面对水环境大面积的恶化污染，对于如何有效的解决污染水体成为我国乃至世界上的一个课题。目前对水体污染采取的方法也有很多，最常见的有：

建设污水处理厂，采用普通活性污泥法、氧化沟法、间歇式活性污泥法等技术对城市、工业企业等生产的污水进行处理，但建设污水处理所需的设备昂贵，管理人员又多，成本自然很高，而且该工艺对氮、磷的去除效果差，容易发生污泥膨胀现象。考虑到我国的水体污染面积大，污染程度深，我国的治理污染投资规模有限等情况，在我国建设众多大型的污水处理厂在经济上是不可行的。

依靠河流和湖泊自身净化能力来处理污水，所需的时间较长，针对我国的水体大面积、深层次污染的现状，是不现实的。

污染水体原位就地修复技术，是在我国研究开发的新型污水处理工艺，为被污染的河道水体修复提供了一个可靠的、卓有成效的方法。具有治理费用低、环境无影响、最大程度降解污染等特点。

1、 &污染水体原位就地修复技术的研究

1.1、污染水体原位就地修复技术

污染水体原位就地修复技术是在原有河床不变的基础上，直接采用微生物、酶与载体的自固定化技术对污染水体就地处理的河水净化处理工艺。该技术在保证原有河道排污、泻洪等功能的同时实现了河水水质的净化处理。在原有河道一侧开辟一个生化处理区，并在其进水端设置一道挡水墙，其上堆放大小不同的卵石格栅。同时在原有河道上设置一座截水坝，根据水位要求使河道上的截水坝高于一定量的挡水墙，使河水自流通过布有卵石格栅的挡水墙，先去除较大颗粒的固体漂浮物后流入前端的沉淀池，沉淀池中布有自然山石景观，污水经过在此循环沉淀后进入生化处理区前端的进水池，最后污水通过设置在生化处理区前端拦水墙底部的洞口，从进水池的池底均匀地自下而上进入生化处理区。生化处理区的上、下各设置一层JW型拦截网，在上下网之间投放JHE型高效微生物载体，同时在下网底部设置JADS曝气系统。生化处理区顶部两侧的出水端分设通长三角形溢流堰，通过其可调节出水的均匀性。这样使河水从生化处理区的底部自下而上、均匀的穿过载体层后通过三角堰进入两侧的流水槽，流入原河道的下端，达到净化水质的目的。

1.2、微生物、酶与载体的自固定化技术

微生物、酶与载体的自固定化技木是借助由高分子材料合成的载体上带有氨基、羧基、环氧基等活性基团与微生物肽链氨基酸残基作用，形成离子键结合或共价键结合，从而将微生物和酶固定在载体上，同时载体上“空间悬臂”的引入，旨在减少载体背景对所固定微生物代谢增殖形成的空间障碍，为其提供了代谢增殖的生存空间。

1.3、 高效微生物载体

高效微生物载体是一种具有空间网状结构的高分子合成材料，这种材料带有氨基、羧基、环氧基等活性基团，在污水中具有良好的稳定性和物化性能，其空隙率为96%以上，固定微生物后的载体密度接近于水的密度，微生物负载量大，高达18-40g/L，容积负荷可高达16kgBOD5/m3.d，比表面积为23.3m2/g。这种载体，由于其结构的特点，可使污水、空气和生物膜得到充分掺混接触交换，生物膜不仅能大量地在微生物载体内坐床，保持良好的活性和空隙可变性，而且在运行过程中气体在三维流动的污水带动下，互相碰撞并被处于蠕动状态的微生物载体不断切割成更小的气泡，增加了氧的利用率，可减小曝气量。因此它具有切割气泡能力强、空间体积利用率大、无死区等特点，是当前微生物载体的更新换代产品。

1.4、 高效微生物

污染水体的原位就地修复技术中所采用的J系列微生物菌种由多种高效微生物菌群组成，其为高活性、高浓度、高组合的微生物菌群。它是针对不同的污水污染因子的种类和浓度，研制出不同的微生物菌群。此菌群是高浓度（10亿-60亿个/克）高组合（几种-几百种/剂）的粉状固体制剂，常温常压常湿下，可保存6年。当使用时，微生物菌群制剂投入水中被“激活”，激活后的微生物依靠一种特殊技术（微生物、酶与载体的自固定化技术）生存在生化反应池内，使生化反应池中始终存有大量而丰富高活性的微生物菌群，保证其处理速率和效率，并能随时根据水体中污染物种类和总量变化及时调节微生物种类和投加量。保证运行效果高效稳定，实现处理后尾水达标排放。且根据处理水质的不同，使用不同的专用特效菌种。产品中菌的数量极高，繁殖速度极快，正常运转时不再补充菌种，可节省高效微生物的用量。

2、 &污染水体原位就地修复技术的应用

温榆河作为京城四大河流之一，源于昌平沙河坝水库，它的上游具有绿色生态走廊之称，是首都的一大天然水系。然而河水中氮、磷及有机物含量相对较高，远远超出了河道本身的自净化功能，使原有水生生态系统遭到严重破坏，藻类死亡后散发出的腥臭味及其底泥厌氧后产生的恶臭味，不仅严重损害了首都市民的生活质量和身体健康、而且与北京国际大都市的形象格格不入，也严重的破坏了河道的生态环境，同时给首都风景区的旅游事业也造成了很大的影响。其根本原因是温榆河沿岸各支流、排污口中的氮、磷等污染指标的含量相对较高，从温榆河上游至下游，河道内水体中的氮、磷含量逐渐升高，氮、磷等污染指标的含量接近生活污水，严重影响了温榆河的水质，为了达到水质的要求， 污染水体原位就地修复技术在温榆河支流二道沟上得到应用。温榆河支流河道二道沟水质状况见表2。

表2 2003年11月份二道沟水质监测情况 单位：mg/L

&监 测 项 目 &

&DO &NH3-N &CODcr &BOD5 &SS &T-N &T-P

平均值 &0.00 &24.54 &79.46 &28.07 &21.00 &18.39 &2.89

2.1、设计水质指标

根据对二道沟河水污染治理的要求，在不增加药剂费用的基础上， 水中主要污染物的消减量按原水水质的60%设计（N、P等污染指标接近城镇生活污水，若不增加药剂费用，用生化法最高能达到60%的去除效果）：T-N≤3.38mg/L、NH3-N≤9.82mg/L、CODcr≤31.78mg/L、T-P≤1.16mg/L 、DO≥5 ppm。

2.2、实验装置

针对二道沟河水污染状况，本次试验采用兰州捷晖生物环境工程有限公司自行研制、并拥有知识产权的模拟河道治理试验装置，该试验装置有效容积为0.8m3，内装有60%的JHE型高效生物载体和JADS高效曝气系统。为了更精确地测定该状态下，生化系统进出水端的液位差的大小，生化系统共设四级，并在其前端还设置了前置库和转子流量计，河水中纸张等较大颗粒的固体漂浮物、SS等在前置库内得到去除。试验过程中直接用污水泵将河水提升至试验装置进行生化处理，出水直接排入河道。

2.3、工艺流程

2.4、 试验结果与分析

2.4.1、据现场试验对进出水进行了一个多月的跟踪检测，检测数据见表4，CODcr、NH3-N的去除效果。

表4 跟踪监测数据

取

样 &项目 &CODcr(mg/L) &总氮(mg/L) &氨氮(mg/L) &总磷(mg/L)

进

水 &最大值

最小值

平均值 &180.5

55.4

79.46 &14.18

2.701

8.44 &30.81

18.26

24.54 &4.56

1.22

2.89

出

水 &最大值

最小值

平均值 &47.50

19.50

28.15 &6.625

0.822

3.72 &9.05

3. 56

6.31 &0.52

0.18

0.35

平均去除率% &63.95 &55.92 &74.29 &75.78

2.4.2、其它污染物的去除

污染水体的原位就地修复技术除了对该河水中的COD、氨氮等污染物有很好的去除效果外，还对河水中悬浮物SS、石油类等污染物质都有较高的去除效果，均能达到设计的排放要求，但总氮的去除受温度影响较大（试验研究时水温在6-8℃），未能达到设计的排放要求。

从生化反应时间与各污染物的去除关系可以看出，再延长反应时间，各污染物的去除率曲线变缓， COD、NH3-N等的去除效果变化不大。生物载体在流化过程中得以固、气、液三相充分接触与混合，强化了生物膜表面流体的紊乱程度，加快了传质速度，有效提高处理效能。在载体投加率为60%、气水比（3.5-4）：1,水与载体的有效接触时间为1.25 h工况条件下，对CODcr、NH3-N等污染指标均有良好的去除性能，在适宜温度的条件下，对石油类也有较好的去除效果。

2.4.3、出水水质评价

经采用污染水体的原位就地修复技术处理后的水质清澈透明，在没有增加药剂费用的基础上，除总氮外基本上达到了应有的设计要求。

2.4.4、运行成本

运行费用主要包括人工费，动力费。通过近2个月（2003年10月~2003年12月）的现场试验，对运行费用进行初步核算，平均运行成本为0.05元/m3水（包括电耗和人工管理费），大大低于污水处理厂对污水处理的费用。

2.5、 工程设计与河道环境相结合

工程设计中结合河道的自然景观，在不破坏河岸生态的前提下，运用河道生态景观的设计新理念，对工程的周围进行了生态景观的设计，自然的生态砖护堤、鹅卵石及湿生、沉淀池中的自然景石、水生植物的种植及生化处理区出水端湿地的设计，无不体现着一种生态与自然，使工程设计和环境完美的结合在一起。

3、 结论

3.1、采用污染水体的原位就地修复技术对河水的污染治理是可行的， 该技术采用生物方法和化学方法将游离细胞和生物酶固定在生物载体上，使其保持活性并可反复利用，该技术具有生物密度高、反应迅速、生物流失量少、反应控制容易的特点，是一种实用的新型高效河水净化处理工艺，日处理量为1.7万 m3/d的河道污染治理工程将于2004年6月份竣工并投入使用。

3.2、采用污染水体原位就地修复技术的新型河水净化工艺，是一种高科技多学科的组合工艺，无二次污染[1]，属绿色清洁工艺。

3.2、采用污染水体原位就地修复技术是一种节能、高效、简易、方便的技术，不仅运行成本低，而且在工程设计中可结合河道景观进行一起的生态河道设计，属绿色环保生态工艺。

污染水体的原位就地修复技术，是目前正在兴起的突破性的一种水体修复新技术，该技术可以应用于内陆河流、城市河段、湖泊、生活污水等范围的水体修复。该技术的应用成功，将会给我国水体污染的治理带来一大福音，给国家社会与城市带来无限的生机，它将成为生物技术治理污水的又一示范。

原位生物修复技术篇6

关键词：文物保护；文物修复；传统文化

随着科学技术的快速发展，人们生活水平的提升，促使人们开始关注精神文化需求，从国家顶层方案到文化需求，挖掘、修复与保护文物工作，受到的关注度也越来越高。并且，文物保护修复能够促进中国传统文化的继承与发展，因其自身所表现出来的美学性、历史性，能够进一步实现社会与自我认知，从而反映出文物保护修复所面临的挑战及传承的必要性。

一、文物价值及保护修复理念

第一，文物价值及存在现状。文物是具有悠久历史，且集艺术、科学、技术于一体的古代遗产，其体现出设计者与制作者的思想与精湛技术，反映当时的历史文化与艺术价值，从而被社会认可，且赋予其一定的价值，并具有观赏或使用价值。文物不仅具有外在的艺术之美，同时蕴含着社会性、历史性，还有科学美、文化美。而目前，研究者未从更加全面的角度，来认识文物科学性，其科学价值对文物价值的影响也没有完全彰显出来。若想要更好地理解“古为今用”思想，就需要重视科学技术与文物间的辩证关系。随着社会的进步与发展，人们开始对文物价值的认识不断深入，趋于文物认同感。文物修复的工作认识也在加强，但是多数情况是从文物病害及复杂程度来进行解读与探究文物价值。一方面，文物修复包含很多意义，促进我国的历史发展，且能够提升社会向心力，从而使文物社会价值得以体现。另一方面，重视文物修复工作，对宗教、民族、地域文化及特色进行深入研究，有利于精神层面的发展。社会历史的向前推进，文物价值及功能逐渐凸显出来。对此，文物修复，首先应考虑到文物自身承载的历史价值及稳定性，在平衡社会、历史与艺术价值的基础上，尽量还原其本真价值。并且，文物明显特点是真实性与高价值，且属于不可再生资源。人们不重视文物保护，尤其是历史建筑景区的不恰当行为，导致文物的价值、完整性受到影响。对此，应采取合理方式保护、修复文物，用科技弥补历史文物缺陷，促使文物达到完美境界，同时也使其生命力更加鲜明［1］。第二，修复理念及现状。现代文物的修复理念兼并文物修复和保护理念，以及观念、意义和方法，存在科学认知。文物保护修复的工作起源于19世纪，并成为一门独立学科，建立了一套系统且相对完整的理论体系，对这项工作的发展非常重要。现阶段，文物修复既要还原文物真实性，同时还要保障其自身艺术、文化与历史价值的小概率影响。并且要区别看待艺术作品和文物，文物是不同时期留下来的宝贵财富，在一定程度上反映了当时的文化、政治和经济性，超高价值与不可再生性特征明显。对此，应小心对待出土文物，尽量保留与还原其原有信息，如历史与艺术等特征，进而才能促进相关历史、科学、艺术的研究。可以说，研究意义与研究价值之间存在着紧密联系，不可分割。已出土文物，需要对其进行科学保存，还应“延长”其寿命，保障文物的真实性与完整性。而相对于破损严重的文物来说，在修复中应该去伪存真，弥补文物不足。文物修复也是赋予古文物新生命的过程，相关人员在修复中，应从文物原有生命的角度进行技术研究。

二、文物保护修复对策

第一，文物保护修复技术。文物建筑保护范围中，文物自身、原生环境、历史原貌、历史信息等，促使其共同维护文物保护标准。而文物保护修复过程中，应坚持“保护兼修复”的原则，促使其延续历史文化。重视文物保护修复工作，不是进行简单或机械的技术性保护，而是需要保持文物和保护修复技术的平衡。文物保护修复技术涉及多个领域，如环境监控、灾害防治、历史考古等，且包含文物信息展现工作。并且，文物保护修复中，修复技术人员应了解修复材料的性能，促使保护修复效率，提升文物修复水平。古文物的保护，需要研究新修复技术，已经逐渐被人们重视。文物是历史的产物，同时也是文明的一种延续形式。因此，要制定科学步骤及技术，针对不同的文物性质采用针对性的修复技术非常重要［2］。但是，缺少新的、必要的文物保护修复理念，会影响修复技术发展。对此，提升文物修复保护技术，是更好地继承与弘扬传统文化的基础内容之一。第二，文物保护修复方法。加强文物保护修复的完整性与生命力，新技术和传统技艺的融合发挥着积极作用。传统技艺是我国非物质文化遗产，需要受到保护与传承，其精湛的工艺符合文物修复需求。文物保护修复从传统技艺上入手，是比较好的突破点。相对来说，传统技艺对修复文物有尽善尽美的作用。但是从文物保护修复工作中，我们了解到，技术落后也不利于文物保存和修复。对此，不能完全依靠传统工艺，而要结合文物历史文化背景，将传统技艺和现代科学技术手段相结合，最大程度还原文物原有形态，并利用现代材料筛选、修复检测等手段保障修复效果。这一过程，减少了不必要的物力、人力和财力方面的消耗，如在文物保护修复工作之前，利用现代电镜微扫描、X射线等技术，了解文物结构，为选择合适的修复技术提供支持。采用传统技艺发现的新信息，为科学技术的改进等提供了参考。按照科学技术检测结果等采取针对性办法，使传统技艺与现代科技相结合，促使文物保护修复工作更加科学与规范［3］。第三，加大文物保护修复资金的投入。文物保护工作是一项复杂且系统的工作，因其自身的不可再生及珍贵性，增加了工作难度。文物保护同时也是文物修复，资金支持是保障各环节顺利进行的基础。国家各级政府应给予文物保护与修复支持。尤其是博物馆建设，应调动各主体的参与活力，扩展文物保护的资金渠道，促使我国文物保护工作能够顺利进行。随着人们生活质量的提升，开始关注精神世界，博物馆及文物保护修复工作，无论是当地的旅游建设，还是人文的传承与发展，都应保障其建设资金的充足。第四，建立文物保护修复管理系统。应用现代化信息技术，参考及引用文物保护数据，并建立文物保护修复数据库。一是相关单位从数据库中，可以便捷地查询与提取文物信息，有利于为相似类型文物保护与修复提供经验。并且，根据不同文物的差异性，还能进行对比分析与修改等数据操作。二是在线评估文物修复的质量。智能数据库对文物保护修复工作发挥了积极影响，人工操作环节不能省去。对此，建立专家评估部分，借助于数据库编制文物保护修复方案。针对情况复杂的文物修复保护，应对比新旧数据库，再进行方案的编制。三是输入文物保护修复档案信息，并建立导出功能。按照不同性质的文物及保护修复技术特点进行分类管理或查询，其形成的文档形式也存在一定差异。对此，将不同类型文物保护修复档案，如TDS/TCS/WORD等文档，导出PDF或视频格式，便于展开不同工作的需要。四是建立文物保护修复及相关知识的图谱。按照文物类型、材质及年代等，还有历史文化等信息，对其进行分析，通过分析手段进行文物知识图谱的架构，提出文物及文化保护的排序算法。五是建立文物保护修复的信息知识数据库。知识数据库同文物自身所建立的信息库相比，存在一定差异。知识库一般应用分区化处理原则，数据处理效率会更高，处理结果也更加准确。利用PHHON等技术采集处理WEB中的内容，分析其对应的数据。对于ETL处理技术，通常采用HADOP、框架及风暴技术平台，选择是否进行流处理和批处理等管理技术，促使其完成数据提取、清理及转化等数据挖掘、分析技术，从而加强信息知识的查询与分析功能［4］。第五，科学设置文物保护修复流程。在文物保护修复上，因文物自身性质与年代等不同，工艺及艺术价值或破损程度不同，选择合适的修复技术与保护方式非常重要。首先，在文物前期调查与研究的过程中，需要对文物自身的保护价值及修缮情况进行分析，精准判断文物真实情况。同时，设置文物保护修复方案，尽量还原文物自身属性而对其进行适度的修复工作。设计文物保护修复措施，可按照调研情况选择合适的技术。其次，编制文物修复文本。前期采取总结、归纳的修复文本编制方法，为接下来的修复工作提供指导。文本编制应明确文物保护原则及目标，提出详细的修复步骤与建议，避免后期因意外事故影响到文物保护修复效果，甚至出现非常严重的损坏。最后，全面实施文物保护修复工作。基于客观条件反复确定修复方案，对于无法探明的问题，可先进行部分研究，再进行修复工作，促使文物保护修复工作更加切实可行。

三、结语

综上所述，文物保护修复工作要求工作者应扎实地掌握不同时期的美学、自然科学、科学技术、历史文化等知识，这些维度的差异导致文物所表现出来的价值属性、特征等不同。文物保护修复工作实施之前，还要透过文物所处的年代判断文物价值及其背后所要传达的内容。因此，思考文物保护修复工作的意义，可保障在修复工作中，不会减少文物自身的艺术或者文化价值。

参考文献：

［1］舒光强.文物修复保护制度建设的紧迫性［N］.中国文化报，2021-01-04（3）.

［2］周希婧.对可移动文物修复中涉及法规、标准与原则工作思考［J］.首都博物馆论丛，2020（00）：338-343.

［3］平小娟.论文物修复对于文物价值体系的重要性［J］.文物鉴定与鉴赏，2020（22）：60-62.

原位生物修复技术篇7

关键词：土壤修复；行业现状；修复企业；风险；挑战

收稿日期：20131127

作者简介：张文（1985―），女，河北正定人，博士研究生，工程师，主要从事污染场地修复技术研究。中图分类号：S15文献标识码：A文章编号：16749944（2014）01001803

1引言

目前，出于产业结构调整和城市环境改善的需要，国内许多城市实施了功能布局优化战略，大量处在城区的工业企业纷纷关停或搬迁，其中一些化工、冶金等污染企业的退役场地并未纳入相应管理程序，不经适当处置便进行土地用途变更，存在极大的环境安全隐患[1]。正如中国土壤学专家潘根兴所说：“目前我国土壤污染出现了有毒化工和重金属污染由工业向农业转移、由城区向农村转移、由地表向地下转移、由上游向下游转移、由水土污染向食品链转移的趋势，逐步积累的污染正在演变成污染事故的频繁爆发”。

2013年1月28日，国务院办公厅公开[2013]7号文《近期土壤环境保护和综合治理工作安排》，文件指出，已被污染地块改变用途或变更使用权人的，应按照有关规定开展土壤环境风险评估，并对土壤环境进行治理修复，未开展风险评估或土壤环境质量不能满足建设用地要求的，有关部门不得核发土地使用证和施工许可证。经评估认定对人体健康有严重影响的污染地块，要采取措施防止污染扩散，治理达标前不得用于住宅开发。该文件的颁发，为我国土壤修复工作指明了方向。

我国土壤修复行业还处于起步阶段，本论文基于[2013]7号文件，主要从修复技术、修复资金、修复标准等方向阐明了目前我国在土壤修复行业刚刚起步阶段所面临的主要问题。另外，根据我国土壤修复行业现状，本论文还提出了土壤修复企业的发展方向，以推动该行业的良性发展。

2土壤修复行业现状浅析

2.1修复技术的局限性及发展方向

根据是否移动污染土壤，土壤修复技术的技术路线分为异位修复和原位修复。异位修复是国外早期常用的方法之一，它是将受污染的土壤挖掘之后使用化学、物理方法清洗、水泥窑焚烧处理及生物反应器或预制床等多种方法治理。原位修复技术指在保持现场条件下采用原位气相抽取技术、原位生物修复技术等直接修复污染的土壤，针对原位修复方法，最近几年还发展起来原位土壤冲洗技术、原位电磁波频率加热技术等。与原位修复技术相比，异位修复技术面临土壤修复技术的场地选址、污染土壤运输和场地管理以及二次污染的问题，而原位修复则可避免这些问题，并且修复成本和维护成本较低，但其缺点是修复周期较长，适用于不急于开发的污染地块修复[2～4]。

虽然我国处于实验室中的土壤修复技术储备已超过10年，技术种类近百种，其中植物修复、生物修复、焚烧、气提修复技术研发比较活跃，但这些技术大部分还停留在技术研发阶段，很少有技术能够满足工程应用的要求。目前，由于房地产开放商拿地后不堪开发周期压力，留给场地修复企业的时间一般只有数月或1～2年，相比国外类似污染地块的修复周期短了数年，因此，在这种现状下，为了缩短修复周期，国内的场地污染通常都是采用异位处理技术，这种处理方式成本较高，且挖掘填埋只是考虑到了土壤的挖掘、运输和填埋费用，并没有考虑到污染情况跟踪和环境风险监测等这些昂贵的后续监测成本问题。

因此在上述技术背景下，为了加强我国土壤修复行业技术实力，丰富技术储备，探索适合我国国情技术发展道路，[2013]7号文件指出，以大中城市周边、重污染工矿企业、集中污染治理设施周边、重金属污染防治重点区域、集中式饮用水水源地周边、废弃物堆存场地等为重点，开展土壤污染治理与修复试点示范。在长江三角洲、珠江三角洲、西南、中南、辽中南等地区，选择被污染地块集中分布的典型区域，实施土壤污染综合治理；有关地方要在2013年年底前完成综合治理方案的编制工作并开始实施。今后的污染土壤修复工程并不局限于单一的某种修复技术，可针对污染场地的土壤和污染物的特殊性采用多种方法联合的工程技术示范，从而为污染物成分、污染土壤特性、环境背景条件相近的场地修复提供技术储备，积累工程经验，从而在保证修复效果的前提下缩短修复时间，降低修复成本。选择被污染地块集中分布的典型区域编制综合治理方案，实施土壤污染综合治理，可集中有效、充足的市场资源，完善土壤综合治理技术。

2.2修复资金短缺及筹措可行性

在我国，毒地治理的资金问题也同样也决定着土壤修复行业命运。在国外，如美国、荷兰等发达国家，长期实行的是“污染者付费”政策，企业和土地所有者分别承担着不同数额、比例的修复资金。而在我国，“退二进三”退出城市的大都是老国企，首先，这些企业在开办与运营过程中没有相应的环保付费政策，后期治理资金未得到积累，无法承担高额的治理费用；另外，这些企业在搬迁时绝大多数处于经营困难或濒临破产状态，难以实现利用其运营利润来支付治理费用，且向土地管理部门出让地块所获得的收益也基本用于支付职工安置费用与企业搬迁工程费用。因此，“谁污染、谁治理”原则在我国具有一定的局限性，只能针对经营状况良好的国有企业采用这样的模式。

在这样的背景下，“谁投资、谁受益”策略筹集资金便成为最可行的途径了[2， 5]。对于城市内部的污染地块再利用大致有两种可能，一种是用于绿地等无利润公益性地块建设，一种是用于有利润的经营性地块建设，如商业及住宅用地建设。对于公益性地块建设，其受益者是公众，费用来源只能是公共财政，从另一层面来说，造成毒地污染的国企在历史上其利税都上缴给国家或地方政府财政且并没有积累治理资金，因此公共财政也有责任来承担当前的治理费用。用于经营性用途的污染场地再利用，由于有了直接的利润获得者，如地方土地储备部门、房地产开发商等，其费用由污染场地开发后受益方支付是较合理可行的。具体的支付方式有两种：一种是体现在土地出让金中，由政府的土地储备部门承担治理职能，未来即将出让的地块不仅要场地净、权利净、还要污染净；一种是开发企业的开发成本，政府将未治理的毒地出让，企业竞争获得土地后由其开展治理，达到环保标准经过验收后再进行开发建设。对于土地归属于国土部门或者经营状况良好的国有企业，一般采取第一种支付方式，如重庆、苏州等城市利用国有融资平台，争取国家、地方财政专项资金支持或企业自筹部分资金对其储备的土地采用先行治理再进行出让，这种方式要求政府或经营状况良好的国有企业承担更多的资金压力，但是可以缩短开发周期，提高市场效率。北京、山东等城市一些国有、私营房地产开发商拿到污染地块后，自筹资金进行场地修复待相关部门验收后进行环评及开发建设，这样的出让后治理方式增加了开发程序，延长了开发时间，造成了开发企业的经济损失，同时也给某些企业的囤地行为提供了新的借口[1]。

[2013]7号文件指出：“为了健全投入机制，按照'谁污染、谁治理'的原则，督促企业落实土壤污染治理资金；按照“谁投资、谁受益”的原则，充分利用市场机制，引导和鼓励社会资金投入土壤环境保护和综合治理。中央财政对土壤环境保护工程中符合条件的重点项目予以适当支持”。笔者认为政府治理后出让土地更符合我国的国情，基于我国现行的行政管理职能设置。国土资源部门应联合环境保护部门、工业和信息化部门、住房和城乡建设部门，尽快完善毒地排查及登记并结合具体污染类型与严重程度进行合理的利用规划，否则开发利用之后再进行修复的成本会大大提高，更重要的是环境风险不容忽视。另外，在当前我国的土地储备与出让制度下，国土资源部门应发挥重要作用，积极筹措资金，组织实施污染场地修复工作。

2.3标准体系与法律法规亟需健全

污染场地修复产业刚刚兴起，城市化进程的加快和对环境友好型城市的要求对开展专门的污染场地管理提出了迫切的需求。除了技术局限和资金短缺问题，政策与责任的不明晰也是制约场地修复行业发展的另一大瓶颈。尽管相继提出的国发[2011]35号文件、环发[2012]140号文件及[2013]7号文件均规定“被污染场地再次进行开发利用的，应进行环境评估和无害化治理”，但由于石化、钢铁等易造成环境污染的行业背景及污染场地本底情况复杂，环境评估标准值、土壤修复标准值等尚未完善。环保部于2004年和2008年先后了《关于切实做好企业搬迁过程中环境污染防治工作的意见》和《关于加强土壤污染防治工作的意见》，明确了土壤污染防治的指导原则、基本原则、主要目标和重点领域，提出要把建立健全土壤污染防治法律法规和标准体系作为重点领域之一，但这一法律法规和标准体系至今未能建立起来。除目前已和正在征求意见的场地调查、风险评估、场地修复、监测等技术规范外，还有诸如修复过程控制、施工管理等一系列的规范和政策也需要编制。目前我国已经开展修复的省市如北京、武汉、沈阳、重庆、和江浙一带遵循的都是地方环保部门出台的标准，国家层面也需要出台统一标准以便加强行业管理。

3国内修复企业面临的风险及挑战

3.1市场机遇及挑战

近年来土壤修复行业受到国家和地方政府越来越多的重视，相关政策的提出和中央资金支持的力度使其具有良好的发展前景，国外有着丰富经验的外资公司纷纷进入到中国市场，但出于污染场地修复行业特殊的数据敏感性，主流市场活跃的仍是国内科研院所或修复企业[6]。此外，从国外引进的技术和设备存在本土化适应性不高且成本较高的问题，目前也缺少较为成功的案例。作为国内修复企业，应自主研发适用于本土市场的技术和设备，基于拥有的完善的营销网络和丰富的工程管理经验，对其技术和设备产品面向市场推广。遵循优势互补、核心能力增强的原则，有选择地进行战略并购或合资合作，从而提高市场影响力与占有率。同时还应积极开展国际交流与合作，引进国外先进的技术与设备，学习并借鉴国外先进的污染场地修复企业丰富的市场运营及施工建设经验。

3.2技术风险及挑战

自主技术易被同行业仿制，同时随着污染场地治理技术领域的不断更新，会产生多种新的技术手段，将给企业的技术创新提出更高的要求，对此，需要修复企业在现有技术的基础上不断进行探索与创新。针对同类技术和产品的挑战，根据污染场地的不同土壤和污染物特性，以及治理要求细化修复技术方案，研发和储备各种处理工艺，提高污染土壤治理设备的加工能力，通过成套技术的研发改进，实现污染土壤的全程无害化处理。在有效实现多种复杂场地一站式修复的同时，降低治理成本。针对有可能会出现的新的技术挑战，提出并完善以市场为导向的技术创新体系，加强技术中心与战略市场部门的互动，充分发挥技术集成业务对市场开拓的拉动作用，进一步加大各类技术型、管理型人才的引进和培育，打造一支专业化和高层次的科技人才队伍。另外，进一步加强与国内外科研院所及国际知名环保企业的密切技术合作，通过不断引入先进的技术手段完善企业的技术体系，不断提高企业创新技术的应用能力，保持企业在污染场地治理行业的技术领先优势。

3.3经营风险及挑战

污染场地修复行业属于朝阳产业，未来市场经营格局的改变，也将给国内修复企业带来管理模式、经营思路的挑战。努力创造吸引和留住优秀人才的良好环境，进一步提高核心技术人才的薪酬和福利待遇，用股票期权等长期激励形式，保持和培养一支国际一流的研发与技术人才队伍。通过签署技术保密协议、建立知识管理系统等方式持续提高技术创新能力的同时，有效地减少人才流失所导致的技术风险。

4结语

正如中国环境科学研究院土壤污染与控制研究室/环境基准与风险评估国家重点实验室杜晓明研究员所说：“目前，我国土壤重金属和地下水污染存在污染范围广、污染程度重和治理难度高等特点，在许多地区还存在当地政府为了保护当地经济发展，掩盖污染事实，阻挠有关部门监管和治理等问题”。我国《重金属污染综合防治十二五规划》和《全国地下水污染防治规划（2011～2020）》等相关法律法规的制定和实施，将有效规范我国污染场地土壤治理和地下水污染防治程序和行为，并明确了我国污染场地治理和修复工作在政策和资金上的支持，这对我国污染场地的修复是极大的机遇。面对机遇，风险与挑战并存，相关政策要求和管理力度的提高、修复技术的缺乏及单一、治理资金的不足将是未来我国污染场地修复工作面临的巨大挑战。

2014年1月绿色科技第1期在机遇、风险与挑战并存的修复行业发展初期，作为国内的修复企业，应积极进行创新型技术储备，基于灵活的市场运作能力，整体协同研、产、销各环节，从而提升企业各环节响应市场的速度和成效；并在企业内部建立完善的内部协同和服务机制的同时，强化企业高层制定总体策略的功能；加强市场拓展队伍建设，用股票期权等激励方式，逐步提高核心团队的薪酬和福利待遇，协同业内相关行政管理部门，最终达到快速而有效地实现创新技术产业化的目标。

参考文献：

[1] 谢剑，李发生.中国污染场地的修复与再开发的现状分析[J].世界银行，2010（9）：24～26.

[2] 赵金艳，李莹，李珊珊，等.我国污染土壤修复技术及产业现状[J].中国环保产业，2013（3）：53～57.

[3] 骆永明.污染土壤修复技术研究现状与趋势[J].化学进展，2009，21（2/3）：558～565.

原位生物修复技术篇8

关键词：矸石山　土壤复垦　生物修复

煤矸石是我国煤矿区最主要的固体废弃物，占据大量土地［1］。统计显示，我国煤矸石山约有1，500座，占地面积超过1.33万hm2，每年新增占地300―400　hm2　［2］。矸石山不但污染环境，而且容易诱发地质灾害［3］，对居民财产与生命安全构成极大威胁。重建和恢复退化生态系统，是矸石山复垦的关键［4］。矸石山植被立地条件较差［5］，运用生物技术治理矸石山，不仅费用低，而且具有可观的经济，社会和生态效益。本文对生物修复技术在矸石山复垦中的应用研究动态，矸石山复垦的限制因子，矸石山生物修复的概念与机理、技术特点与分类、存在的问题与展望等进行了探讨。

1.　矸石山复垦的限制因子

矸石山风化层熟化程度是复垦成功与否的关键。其限制因子包括风化层厚度，表层风化物的水分状况、养分状况、盐分、　pH、温度、重金属含量等［6］。风化层厚度是影响表层矸石风化物质地、孔隙、水分等的决定性因素。风化层薄、孔隙多、持水性差，水分往往是矸石山植物生长的主要限制因子。风化层养分缺乏，N、P、K和有机质含量极低是复垦失败的重要原因。风化层往往呈碱性，局部呈酸性，不利于植物的生存。风化层含盐量极高，在局部半干旱地区水溶性总盐量达到1.2g/kg以上，极大限制了植物的生存。矸石山温度极高，夏日局部可达50度以上，灼伤植物根系，导致植物死亡。土壤重金属含量较高，使很多植物无法存活。另外，风化层土壤动物和微生物极少，无法完成土壤熟化的自然演替过程。

2.　矸石山生物修复的概念与机理

概念：利用矸石山土壤中原有的或引入的功能生物体，包括植物、动物和微生物，单独地或联合地吸收、降解或转化土壤中的污染物，使污染物的浓度降低到可接受的水平或将污染物转化成无害物质，并恢复土壤功能的过程或技术。

机理：利用植物、动物和微生物等修复技术转移、吸收、降解或转化矸石山场地中的污染物，或阻断污染物对受体的暴露途径，使污染物稳定化、低毒化或无害化，使污染物对暴露人群的健康风险控制在可接受水平，从而恢复污染矸石山土壤使用功能，保证开发利用的安全性。

3.　矸石生物修复技术特点与分类

特点：矸石山生物修复可现场进行，减少了人体直接接触污染物的机会；常以原位方式进行，对污染位点的干扰或破坏达到最小；可永久性地消除污染物，无二次污染隐患；降解过程迅速，费用低，只是传统物理、化学修复费用的30％―50％；可与其他处理技术结合使用，处理复合污染。

分类：按照处理地点可分为原位生物修复和异位生物修复。按照应用生物种类分为植物、动物和微生物修复。植物修复技术应用较为广泛，包括植物提取，植物挥发，植物过滤和植物钝化。根据污染物种类，分为有机污染、重金属污染和放射性污染修复技术。

4.　生物修复技术在矸石山复垦中的应用研究动态

赵广东等［7］发现植物措施配合生物肥料，菌剂和保水剂能明显提高煤矸石山肥力。魏忠义等［8］发现林灌种植改善了矸石山保水特性和表层风化物的酸度，提高了表层风化深度和风化物颗粒组成。王丽艳等［9］证实种植植被可使矸石山土壤容重，土壤持水量和孔隙度明显改善。胡振琪［10］认为采取适当的配土和配肥技术可以极大提高矸石山绿化植物成活率。冯凤玲等［11］研究发现蚯蚓能提高植物生物量和土壤重金属生物有效性。李建华［12］研究表明双接种VA菌根真菌和根瘤菌能显著提高三叶草的根瘤数量、鲜重和固氮酶的活性。

Robert　R.　D.等［13］研究认为至少积累750kg/hm2的包括煤矸石在内的煤矿废弃物，才能保证在上面正常生长的植物不依赖外部氮源供给。Heribert［14］研究发现土壤熟化的关键是快速改善和增加土壤的生物活性。Peter　S.［15］研究表明向紫砂页岩土壤中添加氮磷钾肥料和秸秆还田，可以极大增加土壤肥力，提高土壤的熟化速度。

5.　问题与展望

问题：单独使用生物方法，效率较低，交叉学科技术引入较少；能修复多种污染物或适合多种污染环境的土壤改良材料或生物研究不足；植物根系与根际矿物质及其他污染物的作用机制不明确；异域引入复垦先锋植物，可能对当地生态环境带来灾难；经济效益不明显，社会资金倾斜度不高。

展望：增强学科交叉技术发展与运用；加强微生物、植物、动物联合修复技术在矸石山生态复垦中的应用研究；加快矸石山土壤改良生理生化及分子生物学机制研究；加快目标植物筛选和相关数据库的建立；发展适合大规模应用的低成本的矸石山生物修复技术；加强矸石山生态复垦环境安全性评价研究。

参考文献

[1]　许丽等，煤矸石废弃地复垦研究进展，中国水土保持学报，2005（9）：117―122

[2]　芮素生.煤炭工业和可持续发展与环境，煤炭工业出版社，1994

[3]　彭德福.我国土地复垦与生态重建的回顾与展望，中国土地科学，2000（1）：13―15

[4]　李贵宝，尹澄清等.城市污泥对退化森林生态系统土壤的人工熟化研究，应用生态学报，2002，13（2）：159―162

[5]　高建钰等，煤矸石山立地条件与林业复垦研究，山西林业科技，1999，3（1）：18―21，45

[6]　魏忠义，王秋兵.大型煤矸石山植被重建的土壤限制因子分析.水土保持研究，2009，16（1）：179―182

[7]　赵广东，王兵等.煤矸石山废弃地不同植物复垦措施及其对土壤化学性质的影响.中国水保持学报，2005，3（2）：65―69

[8]　魏忠义，胡振琪等，煤矸石山植被绿化措施对煤矸石风化物理化特性的影响，安徽农业科学，2007，35（36）：11929―11930，12033王志亚等，煤矸石复垦工程中绿肥牧草对矸石风化层生态环境影响，土壤学报，1996，33（3）：317―321

[9]　王艳丽，韩有志等.不同植被恢复模式下煤矸石山复垦土壤性质及煤矸石风化物的变化特征，生态学报，2011，31（21）：6429―6441

[10]　胡振琪.半干旱地区煤矸石山绿化技术研究，煤炭学报，1995，20（3）：322―324

[11]　冯凤玲，成杰民等.蚯蚓在植物修复重金属污染土壤中的应用前景，土壤通报，2006，37（4）：809―814

[12]　李建华，郜春花等.菌剂与肥料配施对矿区复垦土壤白三叶草生长的影响，中国生态农业学报，2011，19（2）：280―284

[13]　Robert　R.D.et　al.　Ecosystem　development　on　naturally　colonized　China　clay　waste，vegetation　changes　and　overall　accumulation　of　organic　matter　and　nutrients，Journal　of　Ecology，1981，69∶153―161

原位生物修复技术篇9

[关键词]煤矸石堆放区 垃圾堆放区 塌陷区 适生植物 生态修复技术

中图分类号：TU522.1+3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）24-0400-01

一、 概况和前景

我国是世界第一产煤大国，煤炭产量占世界的37%。在未来相当长的时期内，我国仍将是以煤为主的能源结构。煤炭资源是我国国民经济和社会发展的物质基础，但煤炭资源的开发往往伴随着生态破坏，不可避免造成地表沉陷、植被破坏、地下水位下降、水土流失和空气、水质污染，随着我国园林事业的发展，安徽淮南市的城市面貌和人居环境发生了巨大的变化，城市园林建设水平不断提高。淮南市是我国重要的煤炭生产基地之一，淮南大通矿是淮南最早开采的矿区之一，资源枯竭，百废待兴。对废弃矿区进行修复无疑对环境和民生有着双重意义。

大通矿区一期生态修复面积40000平方米，经过2007年、2008年两年的改造，引导并加速了该区域的自然演化过程。客观的说，虽然没有能力完全恢复成原生态系统，但垫定了一定的基础，苗木经过适应性生长改变了煤矸石堆放区、垃圾堆放区及采空塌陷区原面貌，其焕然一新的面貌已成为公共休憩的良好空间。

通过对修复区修复状况的调研，并整理归纳，总结其优点，分析其问题。进一步掌握各树种在生态修复中的成功经验和失败教训，根据不同类地对树种的要求，选择适宜的树种，为实现更好的矿区生态环境修复提供理论依据。

二、 从大通生态修复栽植案例看其先进性水平的体现

1、 煤矸石堆放区植物表现情况及修复技术

调研表明大通修复区在原煤矸石地质条件下，成活率在85%以上的苗木有：桂花、栀子花、石楠、银芽柳、紫穗槐、池杉；成活率在85%-60%的苗木有：香樟、重阳木、广玉兰、红枫、高杆女贞、栾树；成活率在60%-30%的苗木有：丁香、合欢、酸枣、枫杨；成活率在30%以下的苗木有：刺槐、马褂木、红花继木。由此可见，成活率在85%以上的苗木可以在今后的生态修复中继续推广应用；成活率在30%以下的应慎重运用。

一期煤矸石地生态修复是采取覆土和加强水肥管理的技术。平均覆土30公分，共计10000平方米。根据后期植物的表现情况可见：煤矸石地虽然条件差，只要运用合理的覆土厚度，为树木提供必要的生存条件，并加强影响树木成活的关键因素“水”的管理后，在煤矸石地造林绿化是能够成功的。

2、 垃圾堆放区植物表现情况及修复技术

垃圾堆放区成活率在85%以上的苗木有：紫穗槐、高杆女贞、法青、海桐球、蚊母、金银花、锦带花、木芙蓉、大叶黄杨球、石楠球；成活率在85%-60%的苗木有：酸枣、夹竹桃、枫杨、刺槐；成活率在60%-30%的苗木有：阔叶十大功劳、椿树；成活率在30%以下的苗木有：广玉兰、合欢、栾树。由此可见，在今后的生态修复中应选择成活率在85%以上的乔灌木，成活率在30%以下的植物品种应慎重选择。

建筑垃圾和化工废料堆放区质地普遍比较坚硬，主要为强碱性污染（PH值大都在10.3-10.6之间），并且建筑垃圾区的Cr超标，无法直接恢复植被，有些较耐瘠薄的植物也因养分缺乏、扎根难而生长缓慢、不良。因此需要对其碱性和Cr污染采取治理措施。

该区域采用了下铺生态垫及土壤酸碱综合处理相结合的修复技术，具体工艺：（1）用推土机进行表面平整；（2）夯实后，铺设生态垫；（3）取2份土与1份煤矸石搅拌均匀，在生态垫上覆盖60公分厚。根据后期植物表现情况可见：此方法基本解决了土壤强碱性现象，较好的保证了植物的成活率。

3、 塌陷区植物表现情况及修复技术

生态区内分部着很多由于长期采煤造成的塌陷地，和烧砖取土形成的取土坑，根据不同的类地条件，因地制宜，采取不同的修复技术。

该区域的修复在保持原生态的基础上，主要以恢复为人工湖面，减小坡度角度，增加护坡植物为主，由于东高西低的地势原因，通过水位控制，利用高水位侧流的方式，使水面水域贯通，形成水系。增加的护坡植被为淮南适生能力较强的树种，大多表现良好。

三、生态修复的技术难点和路径

修复区各方面的总体情况都表明，要想对本地区进行生态修复，使其成为一个较为理想健康的生态系统，任务十分艰巨，首要解决也是必须解决的困难，就是要改变现状土壤和水体条件，这就要求掐断所有的污染源和污染途径，在进行人为治理已被污染的土地和水体，最后进行植被的恢复。

矸石和垃圾堆是修复区中受污染最为严重的区域，一般位于修复区的中部和北部，此类型区域土壤PH值酸碱差异较明显，土壤的营养成分含量非常低，且由于煤矸石的理化性质造成的水分含量低且保水能力很差，此类区域采用分层剥离覆土、直接覆土和客土回填等工艺，并选取适宜的先锋植物品种进行土壤肥力和土壤水分墒情的提高，逐步进行生态修复。

四、 从大通生态修复栽植案例看推广应用价值

1、针对矸石堆放区和垃圾堆放区的生态修复技术措施

污染土地生态修复，主要针对矸石堆放区和垃圾堆放区，主要采取下铺生态垫和土壤酸碱综合处理相结合的修复技术以及种植岛植物栽培方式进行修复，由以上栽植案列可见，植物成活率较高，成效较好。

2、针对塌陷区的生态修复技术措施

现状的塌陷区边坡需进行整形，减缓坡度，可在坡面处塑造多级阶地，在其上覆以生态垫，以扦插为主栽植灌木作为护坡、持水之用。在塌陷区周围边坡栽植的乔木，既增加了景观效果，又加大了护坡力度。从以上栽植案例可见针对塌陷区的生态修复技术改善了水资源，健全了原水生态系统。

综上所述，煤矿废气矿的生态修复技术应综合分析各种因素，充分考虑地形地貌、污染程度以及规划方向，采取在技术上可行，社会效应良好的前提下，不断推广应用，从而获得最佳的社会效益、经济效益和生态效益。

参考文献：

原位生物修复技术篇10

关键词 基因编辑 锌指核酸酶 转录激活因子样效应物核酸酶 CRISPR/Cas9核酸酶

中图分类号 Q-49 文献标志码 E

基因编辑是指对基因组进行定点修饰的一项新技术。利用该技术，可以精确地定位到基因组的某一位点上，在这位点上剪断靶标DN段并插入新的基因片段。此过程既模拟了基因的自然突变，又修改并编辑了原有的基因组，真正达成了“编辑基因”。

1 研究背景

近年来，随着分子生物学的迅速发展，研究人员正通过定点突变的方法使目的基因完全失活来研究特定基因的功能，这是一种最直接有效的研究方法。随着高特异性及更具操作性的人工核酸酶的出现和技术体系的完善，基因编辑技术获得了飞速发展，并将靶向基因操作推向高潮，使得定点基因敲除、敲入变得更为简单且高效。与传统的以同源重组和胚胎干细胞（ES）技术为基础的基因打靶技术相比，基因编辑新技术保留了可定点修饰的特点，并应用到更多的物种上，效率更高，构建时间更短，成本更低。

现代基因编辑技术的基本原理是相同的，即借助特异性DNA双链断裂（DSB）激活细胞的天然修复机制，包括非同源末端连接（NHEJ）和同源重组修复（HDR）两条途径。

2.1 非同源末端连接

非同源末端连接是一种低保真度的修复过程，断裂的DNA修复重连的过程中会发生碱基随机地插入或丢失，造成移码突变，使基因失活，实现目的基因敲除。如果一个外源性供体基因序列存在，NHEJC制会将其连入双链断裂DSB位点，从而实现定点的基因敲入。

2.2 同源重组修复

同源重组修复是一种相对高保真度的修复过程，在一个带有同源臂的重组供体存在的情况下，供体中的外源目的基因会通过同源重组过程完整地整合到靶位点，不会出现随机的碱基插入或丢失。若在一个基因两侧同时存在DSB及同源供体的情况下，可以进行原基因的替换。

目前主要有3种基因编辑技术，分别为人工核酸酶介导的锌指核酸酶（ZFN）技术；转录激活因子样效应物核酸酶（TALEN）技术；RNA引导的CRISPR/Cas核酸酶技术（CRISPR/Cas RGNs）。

ZFN技术是第一代基因编辑技术，是基于锌指蛋白发展起来的。1986年，Diakun等首先在真核生物转录因子的DNA结合区域发现了Cys2/His2锌指模块。1996年，Kim等首次人工连接了锌指蛋白与核酸内切酶。2005年，Urnov等发现一对由4个锌指连接而成的ZFN，可识别24 bp的特异性序列，由此揭开了ZFN在基因编辑中的应用。

ZFN由锌指蛋白（ZFP）和FokⅠ核酸内切酶组成。其中，由ZFP构成的DNA识别域能识别DNA特异位点并与之结合，而由FokⅠ构成的切割域能执行剪切功能，两者结合可使靶位点的双链DNA断裂。于是，细胞可以通过同源重组修复机制和非同源末端连接修复机制来修复DNA。HDR修复有可能会对靶位点进行恢复修饰或者插入修饰，而NHEJ修复极易发生插入突变或缺失突变。两者都可造成移码突变，由此达到基因敲除的目的。

ZFN诱导的基因编辑技术可应用于很多物种及基因位点的编译，具有较好的发展潜力。但是目前有3个缺陷制约了该技术的推广：① 以现有的策略设计高亲和性的ZFN，需投入大量的工作和时间；② 在细胞中持续表达ZFN对细胞有毒性；③ 虽然三联体设计具有一定特异性，但仍存在不同程度的脱靶效应。

2009年，研究者在植物病原体黄单胞菌中发现一种转录激活子样因子效应物，是特异识别DNA序列的基础。TALEN识别模块一般由34个氨基酸组成，其中第12、13位氨基酸高度可变，被称为重复可变的双氨基酸残基（RVD）。RVD决定了对特异性核苷酸的识别，其与A、G、C、T有恒定的对应关系，如即NI识别A，NG识别T，HD识别C，NN识别G。随后，TALEN特异识别DNA序列的特性被用来取代ZFN技术中的锌指蛋白。它的可设计性更强，不受上下游序列的影响，具备比ZFN更广阔的应用潜力。

TALEN包含2个TALEN蛋白，每个TALEN都是由TALE array与FokⅠ融合而成。在进行基因编辑时，其中一个TALEN靶向正义链上的靶位点，另一个则靶向反义链上的靶位点。然后FokⅠ形成二聚体，在靶向序列中间的spacer处切割DNA，造成双链DNA断裂，随后细胞启动DNA损伤修复机制，FokⅠ针对不同的TALEN骨架，其最适宜的spacer长度不同，其长度范围一般为12～20 bp。实验结果表明，TALEN在靶向DNA时，第一个碱基为T时其结合效果更佳。