污染场地地下水修复技术已有长足进展,但是环境友好、低耗高效的生态和生物修复技术仍然亟待创新。本论文遵循“污染场地调查和污染物特征识别—目标污染物生物降解菌的分离和鉴别研发—所获菌株实验室多环芳烃降解性能研究—场地AS修复技术和机理研究—场地污泥人工湿地生态修复技术研究”的思路进行系统研究,取得成果如下:(1)在野外调查基础上,开展水样品的采集与分析测试,确定农业场地地下水污染的种类和来源,从而确定场地污染的修复技术。对污染场地调查可知该地区地下水中多环芳烃浓度在1.2~2.25μg/L之间,浓度自东至西逐渐增加。场地地下水中砷浓度自东南至西北逐渐增加,平均浓度高达18μg/L已超过地下水饮用标准。总铁含量从东向西逐渐增高,而锰元素自北部向南部浓度逐渐增加。污泥中多环芳烃的平均含量为6.4 mg/kg。针对共性污染物多环芳烃污染物问题,地下水水中多环芳烃的污染场地修复是研究难点。(2)从受污染场地土壤样品中分离筛选出一株高效降解多环芳烃芘的功能菌,对该菌进行形态观察及利用分子生物学技术将测得的16SrDNA序列在GenBank中进行Blast比对判断为芽孢杆菌。该菌株首次在农业污染场地发现,并将其命名为B4。同时考察了菌株B4对几种典型多环芳烃的降解效果,实验结果如下:菌株B4对菲、萘、荧蒽、和芴的去除效率分别为91%、96%、79%、84%,表明该菌对多环芳烃具有较好的广谱降解性能。此外,我们也测试了不同的pH、温度、溶解氧和电解质强度对微生物生长活性的影响,B4菌株最适合生长的pH值为7.0,温度为29℃,溶解氧为2.5 mg/L,电解质强度为1%。(3)通过研究,菌株B4对以芘为单一底物的培养液进行生物降解效果明显,较低浓度芘对菌株B4的生长活性具有一定刺激作用,使菌株生物活性增加,在最佳条件下降解率高达91.2%。在30 d培养期内,酶辅助菌株B4在20 d后对芘降解率达到了84.3%并趋于稳定。人工湿地中的植物在以降解芘为底物的生态修复过程中发挥着显著地作用,处理效率达到90%以上。通过酶辅助B4菌株和植物辅助B4菌株对其他多环芳烃生物降解性能研究,可以得出植物辅助B4菌株对多环芳烃降解效果体现在时间短、效率高,因为植物在生长过程中,其根系本身就产生酶,通过外加酶后效果更加理想。(4)针对农业场地地下水污染首次提出了构建原位空气扰动(AS)修复工程,在原有的地下水监测井基础上,布设8处钻孔,其中1处为注气井(AS井),其余7口井为监测井(M1~M7)。工程运行结果表明:(a)地下多孔介质具有孔隙性与渗透性,修复系统运行30 min后,监测井中水位大幅上升,120 min后各个点位水位均有所回落并保持相对稳定。这一现象表明:离注气井越近的点地下水位受到的影响越大,抬升幅度相对显著,水-气作用响应时间也短。(b)AS过程中地下水中溶解氧DO有效响应的范围,它与水位的响应范围基本一致,覆盖了注气点至监测井孔间的区域。(c)污染物砷的浓度在1~6 h之间浓度迅速升高并达到峰值,随着曝气时间的延长,砷的浓度逐渐降低。分析峰值原因是由于曝气对地下水起到扰动作用,使沉积在底泥中的砷等污染物质释放,导致峰值出现。以M6井为例,砷的浓度从最高的19.6μg/L下降至2.5μg/L,分析认为,这是由于发生了砷铁共沉淀所致。(5)本次人工湿地技术提出以B4微生物协同植物为生态修复驱动力,具有能耗低,效果佳的优点。运行结果表明:(a)系统内由于污泥的营养作用,植物长势较野生芦苇好;单位面积植物生物量高出66%左右。从资源化的角度,在污泥得到稳定生态处理的同时,也实现了资源转移。(b)通过对湿地处理指标的测定,厌氧芦苇湿地对总磷去除效果最好;好氧芦苇对总氮、总碳和多环芳烃去除效果好,其中先后投入B4菌株和酶后,湿地对多环芳烃处理效果显著,通过现场验证时间上较传统湿地显著缩短。(c)当污泥含水率由97.55%降到66.77%时,体积从200 L降到14.75 L,很好实现了剩余污泥减量化处理的目标。