專利名稱：污染特質(zhì)的處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及污染物質(zhì)的處理方法，特別涉及用生化方法從大量顆粒物質(zhì)，例如土地或土壤中除去有機(jī)的和金屬的，尤其是重金屬的污染物。
在世界范圍內(nèi)，由于工業(yè)，廢物處置以及其它活動(dòng)的結(jié)果，大量土地已被有機(jī)和無(wú)機(jī)物所污染。這些污染物的實(shí)例包括有毒重金屬如汞、鎘、鋇、鉛；放射性核素，如錒系元素和裂變產(chǎn)物；有機(jī)污染物，例如btex(苯、甲苯，乙苯和二甲苯)，PAHs(多環(huán)芳烴)，多氯聯(lián)苯(PCBs)和二噁因(dioxines)。這樣的污染物對(duì)于地面水可能構(gòu)成重大威脅，因此，飲用水的供應(yīng)在許多場(chǎng)合下，或者受到限制，或者妨礙了土地的再使用。此外，由于美國(guó)的現(xiàn)代立法和歐洲共同體范圍內(nèi)以及其它地方大致類似的立法結(jié)果，廢物產(chǎn)生者們?nèi)绻麑?duì)于他們的廢物不負(fù)責(zé)任地自行其事，那末他們將要受法律起訴，要為回收和凈化付出代價(jià)。因此，對(duì)于能解決污染土地問(wèn)題的技術(shù)的需求日益增加了。
迄今為止，已發(fā)展了若干技術(shù)以改良被污染土地。實(shí)例包括土壤穩(wěn)定、電遷移、玻璃化、揮發(fā)、焚燒、土壤洗滌、泵汲與處理系統(tǒng)、土地耕種、污泥生物改良等等。許多這些已知技術(shù)具有一系列的局限性，包括a)缺少對(duì)問(wèn)題的永久解決辦法，例如轉(zhuǎn)化此種物質(zhì)為有毒的填土，或夾帶在壽命有限的基體內(nèi)；b)不適于處理寬范圍的污染物，例如目前生物處理方法中的金屬污染的土地；c)產(chǎn)生大體積的或難以管理的二次廢物，例如土壤穩(wěn)定與焚燒；d)缺少現(xiàn)場(chǎng)或場(chǎng)外操作的選擇性，以適宜于特定的場(chǎng)所，例如焚燒和土壤洗滌時(shí)的情況；e)高成本，例如焚燒，玻璃化，泵與處理系統(tǒng)；f)污染物再使用的有限能力，例如應(yīng)用于金屬時(shí)的土壤穩(wěn)定系統(tǒng)。
本發(fā)明試圖通過(guò)使生物系統(tǒng)能夠非特異地治理金屬和有機(jī)污染的介質(zhì)，例如土地，的途徑來(lái)解決這些問(wèn)題。
根據(jù)本發(fā)明，含有被一種或多種有機(jī)物和一種或多種金屬種類所污染的介質(zhì)的去污染方法，包括利用某一方法處理一批所述介質(zhì)的本體的步驟，該法通過(guò)微生物劑的作用使有機(jī)污染物分解，緊接著用微生物產(chǎn)生的硫酸處理同一介質(zhì)本體，以硫酸鹽的形式使金屬種類溶解并被浸?。缓屯ㄟ^(guò)生物沉淀方法處理被浸取的金屬硫酸鹽，此方法使所述的硫酸鹽轉(zhuǎn)化為一種或多種不可溶的金屬硫化物。如需要時(shí)，此方法還包括下列步驟a)硫化氫從不溶性金屬硫化物中分離出來(lái)。
b)被分離的硫化氫隨后進(jìn)行氧化，以形成可再使用的含硫成分來(lái)源。
在所述的方法中，有機(jī)污染物也可以通過(guò)在本方法第二階段(金屬種類去除)微生物產(chǎn)生的硫酸的作用而被分解。
在本方法的第一階段或稱有機(jī)降解階段，正被處理的介質(zhì)的pH最好在4-9的范圍內(nèi)。能分解有機(jī)化合物的微生物可以以天然存在的形式存在于所述的介質(zhì)中，例如存在于土壤中的細(xì)菌，或者將微生物的培養(yǎng)基加到所述的介質(zhì)中。在這兩種場(chǎng)合下，最好送入所需養(yǎng)料，以促進(jìn)適宜微生物種類的活性。所采用的相應(yīng)微生物將取決于所存在的有機(jī)污染物的類型，這可以利用所述介質(zhì)在先的分析進(jìn)行測(cè)定，據(jù)此也選定了所需的養(yǎng)料。加入不同類型的微生物使介質(zhì)富集以分解存在的有機(jī)污染物將在下文進(jìn)一步說(shuō)明。
有機(jī)污染物包括，例如，苯，甲苯，其它的芳香化合物，PHA或上述的其它常見(jiàn)有機(jī)污染物的任何一種。
待要去污的介質(zhì)可以含有顆粒物，例如土壤，巖粒，淤泥，淀積物，泥漿，工藝殘?jiān)?，熱解過(guò)程的熔渣，爐灰等等。污染物可以含在粒狀物表面上，也可能裹在粒狀物顆粒的內(nèi)部。
在所述的介質(zhì)中可以存在著幾種金屬種類，這些金屬種類可以轉(zhuǎn)化為不同的金屬硫酸鹽，隨后生物沉淀為不同的金屬硫化物。這里使用的“金屬種類”術(shù)語(yǔ)包括了金屬，合金，金屬鹽，準(zhǔn)金屬和含有金屬的化合物及配位化合物。
所述金屬種類污染物包括i)錒系元素或它們的放射性衰變產(chǎn)物，或它們的化合物；ii)裂變產(chǎn)物；iii)重金屬或它們的化合物。
錒系元素是原子序數(shù)在89-104范圍內(nèi)的元素。
這里所使用的“裂變產(chǎn)物”術(shù)語(yǔ)指的是核燃料裂變時(shí)由直接產(chǎn)物(或所謂的“裂變碎片”)形成的那些元素，和由這樣的直接產(chǎn)物β衰變或內(nèi)躍遷形成的產(chǎn)物。裂變產(chǎn)物包括周期表中由硒到鈰范圍內(nèi)的元素。
希望利用本發(fā)明方法分離的非放射性的重金屬包括有毒的金屬，如鎳，鋅，鎘，銅，汞和鈷。這些元素通常是以地面污染物被發(fā)現(xiàn)的，或者存在于應(yīng)用含有這些元素的化學(xué)品工廠附近的水生沉積物中或廢物處理的場(chǎng)地上。本發(fā)明方法所分離的金屬污染物可以包括放射性的和非放射性的金屬污染物的混合物。
顆粒物最好是使用浸取劑水溶液以生物產(chǎn)生的硫酸的浸取作用進(jìn)行處理。
當(dāng)要去污的介質(zhì)含有土壤或土地時(shí)，介質(zhì)可以在現(xiàn)場(chǎng)處理或現(xiàn)場(chǎng)外處理。在現(xiàn)場(chǎng)外處理的場(chǎng)合下，土壤可以進(jìn)行予處理，以除去或壓碎大塊物，例如礫石，石塊等等。含有生物產(chǎn)生的硫酸的水溶液和/或可生物轉(zhuǎn)化為硫酸的含硫物質(zhì)來(lái)源的合適的混合物可以注入土壤中或與土壤混合。也可以加入其它成分，例如富氮或富磷物和空氣?？梢园匆阎姆椒ǎ猛寥乐兴奈⑸飫┻M(jìn)行生物轉(zhuǎn)化。含硫物質(zhì)既可以含元素硫也可以含別的還原態(tài)硫。為了促進(jìn)有機(jī)降解所需要的微生物作用，可能需要加入某些營(yíng)養(yǎng)素。這些添加物的準(zhǔn)確性能是因現(xiàn)場(chǎng)而異的，可相應(yīng)地加以選擇。
當(dāng)土壤或其它的顆粒物，例如工藝殘?jiān)蛉墼?，要在?chǎng)外進(jìn)行處理時(shí)，土壤或其它的顆粒物可以在一個(gè)或多個(gè)的已知的適宜的反應(yīng)器中進(jìn)行處理?？梢约尤肷鲜龅某煞?，以促進(jìn)有機(jī)物的去除和酸的產(chǎn)生。
當(dāng)在要處理的土壤中進(jìn)行生物轉(zhuǎn)化以產(chǎn)生硫酸根離子時(shí)，利用天然存在的硫氧化微生物的作用可以促使這種生物轉(zhuǎn)化，天然存在的硫氧化微生物包括氧化鐵硫桿菌，氧化硫硫桿菌，和那不勒斯硫桿菌。這些微生物利用還原態(tài)的硫的氧化或者亞鐵離子氧化為鐵離子而獲得它們成長(zhǎng)所需要的能量，由此還原硫的氧化產(chǎn)生了硫酸鹽和硫酸。
如果土壤缺少合適的微生物，或者如果顆粒物要在單獨(dú)的生物反應(yīng)器中進(jìn)行處理，那末這些微生物可以以由類似的土壤環(huán)境物得到的混合聯(lián)合體的形式加入。
除了上述的酸浸取外，可以利用下列一種或多種作用過(guò)程析出金屬a)金屬硫化物的直接化學(xué)浸蝕；
b)利用由浸在合適的電解液，例如硫酸中的兩種不同的金屬相接觸，而形成的電化學(xué)過(guò)程(原電池轉(zhuǎn)化)；或c)利用硫酸鐵的氧化作用。
作為另一替代方法，可以用化學(xué)方法或生物化學(xué)方法在分開(kāi)的生化反應(yīng)器中產(chǎn)生浸取過(guò)程所需要的硫酸，以及在產(chǎn)生后此硫酸加到土壤或其它的顆粒物中。
在過(guò)程開(kāi)始工作期間，可以使用元素硫或硫酸(通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)生物產(chǎn)生酸)作為浸取酸的來(lái)源。此后元素硫或元素硫和硫酸的結(jié)合可以成為主要酸的來(lái)源?？梢约尤朐亓蚧蛄蛩幔匝a(bǔ)充以金屬硫化物的形式從系統(tǒng)中有效硫的損耗。
讓浸取液透過(guò)顆粒物本體，并從此顆粒物中排出。這樣收集得到的浸取液可以通過(guò)顆粒物再循環(huán)，也可以泵送入反應(yīng)器以實(shí)現(xiàn)生物沉淀過(guò)程。
本發(fā)明方法中的生物沉淀步驟可以是本身已知的步驟，該步驟可以應(yīng)用天然存在的非模擬硫酸鹽還原細(xì)菌(SRB)的聯(lián)合體，使水相金屬硫酸鹽轉(zhuǎn)化為金屬硫化物。擔(dān)負(fù)這種轉(zhuǎn)化的微生物包括脫硫弧菌屬，脫硫紅曲霉菌屬，它們可以在封閉的生物反應(yīng)器系統(tǒng)中生長(zhǎng)。這些生物體使簡(jiǎn)單的有機(jī)化合物例如乳酸和乙醇氧化，而得到它們成長(zhǎng)所需要的能量。然而，偶而也可使用更復(fù)雜的碳源，例如苯酚化合物，或者可能的在生物浸取期間由土壤浸取得的有機(jī)物質(zhì)。由于這種氧化，硫酸鹽被還原為硫化物和水。因?yàn)樵S多重金屬的硫化物在水溶液中的溶解度很低，所以這些硫化物以污泥物的形式與某些生化物反應(yīng)產(chǎn)物在生物沉淀反應(yīng)器中沉淀出來(lái)了。正常情況下金屬硫化物將以漿狀物的形式被分離，可以被回收，可以出售而回收金屬，或者在有毒的或放射性金屬的場(chǎng)合下，在隨后的過(guò)程中進(jìn)一步進(jìn)行固定。
進(jìn)入金屬浸取步驟的生物沉淀階段，例如反應(yīng)器的硫酸的還原作用將導(dǎo)致硫化氫的產(chǎn)生和隨后硫酸濃度的減少。這最終導(dǎo)致了在生物沉淀級(jí)的pH值接近中性。因此，維持了SRB活性的最佳pH值。此外，實(shí)質(zhì)上中性pH將會(huì)引起硫化氫留在溶液中，因此，對(duì)于SRB的生存維持足夠低的氧化還原電位，也就是＜-300mV的電位。
利用此種方法保持合適的氧化還原電位是共同的。雖然先前也曾使用此程序來(lái)保持合適的反應(yīng)器pH值(例如EP436254A)，但是先前未曾使用過(guò)此程序來(lái)緩沖pH為1.0這樣低的酸性液流的影響，正如本文所述的酸浸取步驟所遇見(jiàn)的pH1.0的情況。
由于在生物沉淀期間產(chǎn)生了硫化氫和金屬硫化物，因此從生物沉淀過(guò)程可以產(chǎn)生三種不同的產(chǎn)物液流(a)沉淀金屬鹽(例如硫化物和氫氧化物)和某些生化產(chǎn)物；(b)水溶性硫化氫、可溶金屬和硫化物以及某些生化產(chǎn)物；(c)氣體硫化氫和二氧化碳。
氣體硫化氫可以利用裝在反應(yīng)器頂部或接近頂部的放空設(shè)備抽取出來(lái)。水溶硫化氫和其它的可溶性硫化物可以與漿狀物分離。
金屬硫化物漿狀物可以單獨(dú)地通過(guò)反應(yīng)器合適的排出口而移出。然后漿狀物脫水，收集，送往另外的場(chǎng)地，為金屬再循環(huán)進(jìn)行處理，或利用合適的封裝過(guò)程，例如進(jìn)行生物增強(qiáng)金屬固定處理。
已提取的氣體和水性硫化氫是可再利用的有價(jià)值的硫源，它們可在后續(xù)生物化學(xué)氧化過(guò)程中加以利用。
在根據(jù)本發(fā)明方法的金屬浸取步驟操作起始階段，進(jìn)入生物沉淀過(guò)程的浸取液將具有大致中性pH值。因此，可以使用這樣的一部分液體來(lái)溶解生物沉淀產(chǎn)生的氣體硫化氫廢氣。
生物沉淀產(chǎn)生的兩份水性硫化氫可以單獨(dú)使用，優(yōu)選地合并使用，然后在封閉的反應(yīng)器中進(jìn)行氧化。生物反應(yīng)器可以包含有已知系統(tǒng)，該系統(tǒng)含有天然存在的硫化物氧化的微生物聯(lián)合體。已知的能使可溶硫化物氧化的微生物的實(shí)例包括氧化硫硫桿菌(Thiobacillus thioparus)，那不勒斯硫桿菌(T.neapolitanus)，脫氮菌硫桿菌(T.denifrificans)和，硫微螺旋菌體(Thiomicrospira species)。對(duì)于硫化物的氧化可能有兩條路線(a)直接氧化為硫酸和硫酸鹽；(b)氧化為元素硫，如果合適的話，元素硫可以加到污染土壤中，以產(chǎn)生硫酸。
氧化為元素硫需要限氧環(huán)境，但是具有提供無(wú)硫化物，pH中性的母液的優(yōu)點(diǎn)，這種母液能夠用來(lái)溶解生物沉淀過(guò)程產(chǎn)生的硫化氫氣體。直接氧化產(chǎn)生硫酸母液對(duì)于在隨后的與污染土壤接觸的使用是更通用的。
如上所述，本發(fā)明的方法包括了一種或多種從所述污染介質(zhì)中除去有機(jī)污染物的步驟，同時(shí)這一方法也可作為一個(gè)補(bǔ)充于以與去除金屬方法所使用的類似方式加以擴(kuò)展應(yīng)用。通常，已知不同的微生物會(huì)降解不同的有機(jī)化合物，可以根據(jù)待要降解的化合物的類型來(lái)選擇合適的微生物聯(lián)合體，這些化合物通常是存在于污染物中的。在處理前，為了保證已經(jīng)存在著合適的聯(lián)合體或加入這種聯(lián)合體，污染物預(yù)先優(yōu)選地進(jìn)行分析。下面給出了可以進(jìn)行選擇的可降解對(duì)策的實(shí)例。
由于對(duì)先有技術(shù)感興趣并對(duì)它進(jìn)行了研究，為了研究有機(jī)污染物微生物的降解，已經(jīng)出現(xiàn)了幾種已知的關(guān)鍵性對(duì)策。所應(yīng)用的對(duì)策很大程度上受到氧的影響，氧既可以起優(yōu)選的電子接受體的作用，也可以起酶的作用進(jìn)入分子中。
烷烴-可以被幾類微生物有氧降解，這幾類微生物包括假單胞菌(Pseudomoas)，諾卡氏菌(Nocardia)，分枝桿菌(Mycobacteria)和黃桿菌(Flavobacteria)。這樣化合物的降解一開(kāi)始包括由單氧化酶將氧引入分子中。所得到的脂肪酸隨后轉(zhuǎn)化為醛和羧酸和通過(guò)β氧化途徑(Gottschalk1986)可以進(jìn)一步進(jìn)行氧化。
烯烴和炔烴-既能有氧降解也能無(wú)氧降解。根據(jù)類似于烷烴的機(jī)制進(jìn)行有氧降解。可是，雙鍵和叁鍵更活潑的性質(zhì)也可以在無(wú)氧條件下通過(guò)水化反應(yīng)或者環(huán)氧化反應(yīng)引發(fā)分子的降解。然而隨后的氧化是通過(guò)β氧化進(jìn)行。
鹵代脂肪化合物-易于發(fā)生有氧和無(wú)氧降解。通常，鹵代程度較高的化合物更易于發(fā)生無(wú)氧降解。
脂環(huán)化合物和芳香化合物-再一次易于發(fā)生有氧和無(wú)氧降解。在有氧條件下，引發(fā)反應(yīng)包括通過(guò)氧化酶將一系列的氧原子引入分子中。為了實(shí)現(xiàn)環(huán)的斷裂，隨后進(jìn)行降解，其途徑是涉及到進(jìn)一步的加雙氧化酶的鄰位分裂或間位分裂。這樣的降解所涉及到的微生物包括布氏菌屬，假單胞菌屬和棒狀桿菌屬以及黃素菌屬，而布氏菌屬(Alcaiigons)，假單胞菌屬(PSeudomonas)和棒狀桿菌屬(Corynebacteria)能使多氯聯(lián)苯降解(Unlevman等人，1988)，而黃素菌屬(Flavobacferia)能使五氯苯酚降解(Frick等人，1988)。
在無(wú)氧條件下，被取代的芳香化合物還原為環(huán)己酮。然后通過(guò)水化實(shí)現(xiàn)環(huán)的開(kāi)裂。含有多于一個(gè)氯原子的芳香化合物在轉(zhuǎn)化為環(huán)酮之前進(jìn)行還原脫鹵。
鹵代化合物-特別是那些具有多于一個(gè)官能鹵基的鹵代化合物，這些化合物也發(fā)生了還原性脫鹵。這包括起著電子接受體作用的化合物，和這導(dǎo)致了氯原子從將要被氫原子取代的分子上被排除。高鹵代化合物，例如六氯乙烷發(fā)生了強(qiáng)烈的氧化，其電子親合勢(shì)大于分子氧。由于發(fā)生了遞次一系列的脫鹵作用和電子親合勢(shì)的下降，所以使用可替代的電子接受體例如氧和硝酸鹽就成為可能的了，因此控制了能實(shí)現(xiàn)降解的微生物的條件和類別。還原性脫氯所涉及到的微生物的例子包括假單胞細(xì)菌(Pseudomonas)，布氏菌(Alcaligenes)和芽孢梭菌(Clostridia)。
與去除金屬不同，用于使有機(jī)土壤或土地污染物降解的機(jī)制對(duì)于不同現(xiàn)場(chǎng)是各異的，因?yàn)檫@些機(jī)制需要適合于現(xiàn)場(chǎng)存在的特定的污染物。但是，可以作出某些一般性的判斷1、為了在有氧或無(wú)氧條件下減少和/或除去一系列的有機(jī)化合物，特別是揮發(fā)性的有機(jī)化合物和多環(huán)芳烴化合物，降解過(guò)程將要進(jìn)行優(yōu)化處理。這些化合物將無(wú)機(jī)化為CO2和H2O。
2、除了硫酸鹽源和可能的無(wú)氧環(huán)境外，為促進(jìn)可降解微生物的成長(zhǎng)而需要的營(yíng)養(yǎng)素，與金屬生物浸取期間的營(yíng)養(yǎng)素相同，并將需要處于相同的濃度。
3、為了使能夠生長(zhǎng)的可降解的微生物體的數(shù)目和種類達(dá)到最大，需要接近中性的pH條件。
4、需要供有機(jī)物降解用的與去除金屬期間所需要的設(shè)備類型相似的土壤處理設(shè)備。
在某些場(chǎng)合下，與金屬污染物一同存在的有機(jī)污染物最好在有效酸化前，或金屬在污染物中遷移前進(jìn)行處理，因?yàn)榻饘僭谖廴疚飪?nèi)遷移對(duì)于有機(jī)物降解步驟中所需要的微生物會(huì)有有害的影響。
因此，在金屬浸取前，在根據(jù)本發(fā)明方法運(yùn)行期間，有機(jī)物可以開(kāi)始降解。在金屬浸取期間，可以進(jìn)行有機(jī)物的進(jìn)一步降解。根據(jù)有機(jī)污染物降解的要求，裝置可以有氧運(yùn)行，無(wú)氧運(yùn)行，或者有氧與無(wú)氧相結(jié)合的方式進(jìn)行?？墒牵瑹o(wú)氧操作將會(huì)延遲污染物的酸化。另外，如果有大量的有機(jī)污染物存在，那末就需要延遲過(guò)程的酸化，直到出現(xiàn)了足夠的有機(jī)降解為止。例如，對(duì)于鹵代化合物例如三氯乙烯，可以維持無(wú)氧條件，使還原性脫氯形成氯乙烯，氯乙烯隨后在無(wú)氧條件下進(jìn)行礦化。在大多數(shù)有機(jī)物降解后，然后起動(dòng)去除金屬裝置。另外，某些去除金屬應(yīng)用的有機(jī)物能夠使特定的污染物進(jìn)行降解，例如苯酚化合物可以被脫硫菌降解。
有機(jī)物處理步驟當(dāng)應(yīng)用于土壤之類物質(zhì)時(shí)，這一步驟根據(jù)金屬浸取步驟要求所決定的情況，既可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行也可在場(chǎng)外進(jìn)行。在現(xiàn)場(chǎng)外進(jìn)行的過(guò)程中，營(yíng)養(yǎng)素溶液在不滲透的基地上與挖掘后的土壤進(jìn)行接觸，如果需要的話，在充氣后，收集浸取液，并再循環(huán)。
有機(jī)物污染的土壤或土地處理的現(xiàn)場(chǎng)過(guò)程，既可以將營(yíng)養(yǎng)素注射入污染區(qū)域，也可以將營(yíng)養(yǎng)噴灑在污染區(qū)域，因此避免了挖土。對(duì)于污染物降解當(dāng)需要對(duì)營(yíng)養(yǎng)素溶液進(jìn)行充氣時(shí)，可以將空氣注入污染區(qū)域，或者將氧化劑，例如過(guò)氧化氫加入營(yíng)養(yǎng)素溶液中。浸取液既可在溝槽中收集，也可以使用回收井裝置進(jìn)行收集，并進(jìn)行再循環(huán)。
因此，本發(fā)明可以使用單一的多步驟生物處理系統(tǒng)有利地將金屬和有機(jī)污染物從污染介質(zhì)中去除。因?yàn)榱蛟粗辽倏梢圆糠值卦傺h(huán)，因此可以再使用過(guò)程母液，該方法通常可以作為一個(gè)循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行。本發(fā)明提供了下列勝過(guò)在先工藝過(guò)程的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)(1)它給污染問(wèn)題提供了永久的解決辦法。(2)它可以同時(shí)處理金屬和有機(jī)污染物。(3)可以利用現(xiàn)場(chǎng)和場(chǎng)外處理系統(tǒng)，并根據(jù)適合的情況進(jìn)行選擇。(4)二次廢物流的體積可以最小，因此處理它們的價(jià)格最低。(5)它使能危害環(huán)境的苛性化學(xué)品使用量降低到少。(6)可提供再使用某些金屬污染物的機(jī)會(huì)。
現(xiàn)在將參照附圖以實(shí)例的方式對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行說(shuō)明，附圖中

圖1是體現(xiàn)本發(fā)明的補(bǔ)救方法在現(xiàn)場(chǎng)處理的土地區(qū)域以及本方法所使用的裝備的斷面示意圖。
如圖1所示，待要處理的土地區(qū)域包括覆蓋在水位線2下方的地下含水層3上面的土壤層1。土壤層1包含了金屬污染區(qū)4，污染區(qū)4是由于廢物槽5的污染物的遷移產(chǎn)生的，廢物槽5設(shè)置在土壤層1的表面。金屬污染區(qū)4延伸入含水層3。為了能夠?qū)Υ獪y(cè)定的污染區(qū)4的污染程度進(jìn)行測(cè)量，監(jiān)測(cè)井6向下伸出穿過(guò)污染區(qū)4。污染區(qū)4的深度和面積采用已知的分析技術(shù)預(yù)先已測(cè)定過(guò)，用數(shù)字18表示了地坪線。
營(yíng)養(yǎng)素源22的營(yíng)養(yǎng)素在方法的合適階段加到空槽5的底面，營(yíng)養(yǎng)素可以被合適的液體載體載帶，例如為充氣水所載帶。這種應(yīng)用是由噴灑器7實(shí)現(xiàn)的。也可以通過(guò)位置合適的注入井8和滲濾通道來(lái)施加這種液體，以便滲透污染區(qū)4的物質(zhì)。為了使用上述的一種或多種方法在大致為中性的pH條件下提供有機(jī)物的降解，一開(kāi)始就選擇營(yíng)養(yǎng)素以促進(jìn)合適的微生物成長(zhǎng)。稍后改變營(yíng)養(yǎng)素的加入，以便促進(jìn)土壤的酸化。在此第二次處理階段，為了進(jìn)一步促進(jìn)金屬種類的現(xiàn)場(chǎng)生物浸取，可以加入元素硫，并混入淺污染區(qū)，例如廢物槽的底部。
為了在污染區(qū)4使有氧條件能夠形成和維持，通過(guò)與一系列的排氣井10(圖中只畫一個(gè))相連的空氣鼓風(fēng)機(jī)21吹入空氣，鼓風(fēng)機(jī)將空氣通過(guò)污染區(qū)4引入土壤層1中或者將空氣注射入含水層的地下水中，或者二者兼而有之。另外，為了避免在污染區(qū)4產(chǎn)生的缺氧條件，可以合適地改變營(yíng)養(yǎng)素加入的速度。供給水相介質(zhì)中營(yíng)養(yǎng)素和配料的土層1和含水層3的羽狀地帶或區(qū)域是由參考號(hào)20表明的。這羽狀地帶20包括了土層1和含水層3中的污染區(qū)4。
這種處理使有機(jī)物降解，隨后以上述方式在區(qū)域4中產(chǎn)生金屬的酸浸取。這可以繼續(xù)數(shù)周或數(shù)月，直到污染區(qū)4的土壤正如時(shí)時(shí)以合適的分析所表明的那樣顯著地不含有機(jī)物和金屬。
有機(jī)物降解和金屬浸取的產(chǎn)物收集在x方向的一部分的地下水流中，地下水流有的是自然存在的，有的是人工產(chǎn)生的，使用合適的泵(未畫出)通過(guò)一系列的回收井11(畫出一個(gè))收集有機(jī)降解和金屬浸取產(chǎn)物并使它們返回到土層/的地面上。通過(guò)滲流坑道24加入水可以調(diào)節(jié)含水層3的水位2，以促進(jìn)x方向的水流動(dòng)。
所收集的清液然后送到下述選擇之一(a)在再應(yīng)用于污染區(qū)之前充氣，和加入合適營(yíng)養(yǎng)素的緩沖槽12。這是本方法運(yùn)行初期的主要路線；(b)生物沉淀反應(yīng)器13；(c)為將硫化氫從生物沉淀的氣體流出物中洗提的氣液接觸器14。
清液進(jìn)入反應(yīng)器的底部，而向上流過(guò)反應(yīng)器13。如此進(jìn)行時(shí)，存在于反應(yīng)器13的硫酸鹽還原微生物依照上述的方式將流體硫酸鹽轉(zhuǎn)化為硫化物。
在生物沉淀期間在反應(yīng)器13中產(chǎn)生的氣體流出物穿過(guò)與反應(yīng)器13相連的氣-液接觸器14。接觸器14可以使硫化氫回收。離開(kāi)接觸器14的氣流經(jīng)過(guò)二次洗滌裝置19，然后排放到大氣中。
含有不溶性硫化物的生物沉淀漿狀物收集在反應(yīng)器13的底部，然后送往單獨(dú)的處理工序，例如生物增強(qiáng)金屬固定，或者脫水和收集并送往金屬回收的另一個(gè)場(chǎng)所。漿狀物脫水得到的清液既可以返回，供實(shí)施本發(fā)明的過(guò)程的生物浸取步驟再使用，或者進(jìn)一步處理和排放。
含有生物沉淀產(chǎn)生的已溶解的硫化物的流出物清液被提取，并與氣/液接觸器14產(chǎn)生的硫化物液流合并。合并硫化物液流然后通過(guò)氣/液接觸器16泵汲，并送入硫化物氧化反應(yīng)器17。接觸器16保證反應(yīng)器17中的酸所釋放出的任何氣體硫化氫能被堿流出物清液再溶解。
在氧化反應(yīng)器17中，含有硫化物的清液直接與合適的微生物混合，并依據(jù)上述的方式氧化成硫酸鹽。所產(chǎn)生的酸液然后送往緩沖罐或生物反應(yīng)器12，如果需要的話，在此反應(yīng)器中，可以從硫源23加入另外的元素硫，酸液以上述方式(通過(guò)井8，和通道9和噴灑器7)，在再加入土層1的污染物中之前通過(guò)反應(yīng)器17載帶的微生物將其氧化成硫酸。所加的含硫物和營(yíng)養(yǎng)素形成了羽狀地帶20。
去除金屬的處理方法因此是循環(huán)的，土壤層1的部分3中的金屬污染物在去除金屬過(guò)程的不同循環(huán)期間，逐漸地被含有生物產(chǎn)生的硫酸的流出液浸取，并以在生物沉淀反應(yīng)器13中形成的不溶性硫化物的形式加以回收。
在氧化反應(yīng)器17中的硫化物的氧化作用可回收部分硫，并供金屬污染物土壤的酸浸取再使用。
權(quán)利要求
1.一種介質(zhì)的去污方法，該介質(zhì)含有一種被一種或多種有機(jī)物和一種或多種金屬種類所污染，此方法包括利用一種方法處理所述介質(zhì)本體的步驟，該方法在微生物產(chǎn)生的硫酸處理介質(zhì)本體之后再利用或通過(guò)微生物劑的作用而使有機(jī)污染物分解，以金屬硫酸鹽的形式溶解和浸取金屬種類，并利用生物沉淀過(guò)程處理被浸取的金屬硫酸鹽，該生物沉淀過(guò)程使所述的硫酸鹽轉(zhuǎn)化為一種或多種不溶的金屬硫化物。
2.權(quán)利要求1的方法，其中生物沉淀期間產(chǎn)生的硫化氫與不溶性金屬硫化物分離。
3.權(quán)利要求2的方法，其中硫化氫被氧化以形成含硫成分的可再使用源。
4.前述權(quán)利要求的任一方法，其中在此方法的第一階段，有機(jī)污染物在所述酸處理前先用微生物劑進(jìn)行生物降解，污染介質(zhì)的pH維持在5-9的范圍內(nèi)。
5.權(quán)利要求4的方法，其中所述有機(jī)污染物也因在本方法第二階段微生物產(chǎn)生的硫酸的作用而分解。
6.前述權(quán)利要求的任一方法，其中所述介質(zhì)包含有選自土壤，巖粒，污泥，沉積物，淤漿，工藝殘?jiān)?，熔渣和爐灰的顆粒物。
7.前述權(quán)利要求的任一方法，其中金屬種類包括放射性的或有毒重金屬種類。
8.權(quán)利要求6或7的方法，其中所述介質(zhì)包括要在現(xiàn)場(chǎng)處理的土壤。
9.前述權(quán)利要求的任一個(gè)的方法，其中此方法的金屬種類處理部分是循環(huán)的，含硫成分再使用源被微生物轉(zhuǎn)化為硫酸，以供所述介質(zhì)再使用。
10.權(quán)利要求9的方法，其中所述形成硫酸的微生物轉(zhuǎn)化是在待處理的介質(zhì)中現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行的。
全文摘要
含有被一種或多種有機(jī)物和一種或多種金屬種類污染物質(zhì)的介質(zhì)的去污方法，此方法包括了用一種方法處理所述介質(zhì)本體的步驟，該法通過(guò)微生物試劑的作用使有機(jī)污染物分解，接著用微生物法產(chǎn)生的硫酸處理同一介質(zhì)本體，以金屬硫酸鹽的形式使金屬物溶解和浸取，被浸取的金屬硫酸鹽用生物沉淀方法進(jìn)行處理，此生物沉淀方法使所述硫酸鹽轉(zhuǎn)化為一種或多種不溶解金屬硫化物。
文檔編號(hào)A62D3/02GK1146162SQ95192568
公開(kāi)日1997年3月26日 申請(qǐng)日期1995年2月13日 優(yōu)先權(quán)日1994年2月16日
發(fā)明者H·艾克斯 申請(qǐng)人:英國(guó)核子燃料公司