[论文解读] Bioremediation of oil and heavy metal contaminated soil in construction sites: a case study of using bioventing-biosparging and phytoextraction techniques

Ebrahim Eslami, Seyedeh Hanie Seyed Joodat|arXiv (Cornell University)|Jun 10, 2018

Microbial bioremediation and biosurfactants被引用 11

一句话总结

本研究评估了在伊朗建筑工地土壤中联合采用生物通风-生物汽提与植物提取技术，修复石油类污染物（BTEX、PAHs）和重金属（Pb）污染的成效。水泥污染降低了深层土壤中乙苯和芘的降解速率，原因在于土壤渗透性下降；但通过稳定土壤并提高污染物可利用性，反而增强了浅层土壤中Pb的植物提取效率。

ABSTRACT

This paper studies the bioremediation techniques utilized for degrading soil pollutants in a construction site located in Iran. The activities in a construction site, located in Garmdareh, Karaj, polluted the soil environment with a large amount of contaminants among which BTEX, PAHs and heavy metals are considered to be the most important components. Employing conventional physicochemical techniques for remediation of such a polluted soil is both technically and economically challenging. Bioremediation, which involves taking advantage of the microorganisms for the removal of pollutants, is the most promising technology which is both relatively efficient and cost-effective. In this study, the coupled bioventing-biosparging technique and the phytoextraction process were utilized to remediate the deep and shallow layers of the polluted environment, respectively. However, the widespread presence of the cement components in the site influenced the performance of bioremediation techniques. The results of this study indicated that the cement- polluted soil lowered the degradation rate of both BTEX (Ethylbenzene) and PAH (Pyrene) pollutants within deep layers. Conversely, the degradation rate of Pb was increased in phytoextraction process due to proper stabilization of the surficial soil in presence of cement components. This study provides a critical view on the limitations and influential parameters of function-directed soil remediation techniques dealing with the presence of cementitious materials in construction sites.

研究动机与目标

• 评估原位生物修复技术——生物通风-生物汽提与植物提取——在受石油烃类和重金属污染的深层与浅层土壤中的有效性。
• 研究胶凝材料对建筑工地土壤中生物修复性能的影响。
• 评估水泥污染如何改变深层与浅层土壤的渗透性、氧气传输及污染物降解动力学。
• 确定水泥组分是否在土壤结构和金属迁移性方面发挥双重作用——在深层土壤中具有负面影响，在浅层土壤中具有积极作用。
• 为在复杂污染与水泥存在的真实建筑工地条件下优化生物修复策略，提供基于现场的实践洞见。

提出的方法

• 在深层土壤中应用原位生物通风-生物汽提技术，通过注入空气激活本地微生物，促进BTEX和PAHs（特别是乙苯和芘）的有氧降解。
• 采用植物辅助修复技术进行浅层土壤中的植物提取，利用植物根系系统稳定并提取铅（Pb）污染物。
• 在50天内监测污染物浓度，将实测降解速率与理想条件下的预期降解曲线进行对比。
• 评估水泥组分对土壤渗透性和孔隙度的影响，尤其关注水泥渗入导致深层土壤中氧气扩散和营养物质传输受阻的情况。
• 评估水泥对表层土壤的稳定作用，该作用减少了污染物淋溶，并提高了Pb在根际的生物可利用性。
• 开展现场测量，并对实测与预期降解趋势进行对比分析，以量化水泥对生物修复效率的影响。

实验结果

研究问题

• RQ1 在生物通风-生物汽提过程中，胶凝材料的存在在深层土壤中如何影响BTEX（特别是乙苯）和PAHs（特别是芘）的降解速率？
• RQ2 水泥污染在多大程度上降低土壤渗透性和氧气传输，从而损害深层土壤中的原位生物修复？
• RQ3 浅层土壤中水泥引起的土壤稳定化如何影响铅（Pb）植物提取的效率？
• RQ4 水泥组分是否能同时抑制深层土壤中的生物修复，同时增强浅层土壤中的生物修复？其背后的机制是什么？
• RQ5 水泥污染对在建筑工地设计和监测生物修复策略具有哪些实际影响？

主要发现

• 由于水泥渗入导致土壤渗透性降低和密度增加，深层土壤中乙苯的降解速率在50天后降低了5%。
• 深层土壤中芘的降解速率也低于预期，与水泥引起的土壤压实导致氧气和营养物质传输受阻一致。
• 在浅层土壤中，Pb植物提取的降解效率超过预期值，实测降解速率高于理论曲线，表明水泥引起的稳定作用提高了Pb的生物可利用性。
• 浅层土壤中的水泥组分减少了污染物淋溶，并提高了根际区域的金属浓度，从而增强了植物辅助修复对Pb的效率。
• 深层土壤中水泥的存在通过降低氧气扩散和微生物活性，对生物通风-生物汽提产生负面影响，尽管该技术在理论上具有完全降解污染物的潜力。
• 本研究证实，水泥污染具有双重作用：在深层土壤中因渗透性降低而具有破坏性，但在浅层土壤中通过稳定土壤并提高金属提取效率而具有积极作用。