生物净化反应器 本发明涉及利用生物净化技术再生污泥的方法和装置。
本申请人另外的WO95/22374、22375和WO95/22418描述了原位净化物质和土壤的方法。虽然这些技术具有令人满意的效果，但是它们需要相当大的建厂和人力投资，所以不适合大区域的净化需要。
本发明的目的之一是提供一种生物净化土壤的高效而且经济的方法和装置，不需要大量的建厂投资，所述土壤含有以下物质中的一种或多种：有毒重金属；金属；和有机污染物。
根据本发明内容之一，本发明提供了一种利用生物净化技术再生被一种或多种有机物和/或一种或多种金属污染的土壤的方法，所述方法的步骤包括提供槽，所述的槽耐酸耐碱；提供位于所述槽地开口处的支持装置，所述的支持装置装配有透过性膜；将有待再生的土壤堆积在所述的透过性膜上；所述的土壤中含有硫氧化细菌；选择性地提供有氧环境促进微生物的生长，从而初步降解含有一种或多种有机污染物的土堆中的有机污染物；维持所述的选择性条件，直至所述的一种或多种有机污染物被降解掉；然后，在促进所述硫氧化细菌生长和产生硫酸的条件下向所述土壤中加入养分和液体，促使所述的一种或多种金属转化成硫酸盐；将硫酸盐滤液收集在所述的槽中，所述的槽中已经预先在促进所述硫酸盐还原细菌生长的条件下加入了硫酸盐还原细菌和养分；将所述硫酸盐转化为金属硫化物。
根据本发明内容之二，本发明提供了一种再生含有一种或多种有机物和/或一种或多种金属的土壤的组合生物反应器，该反应器包括组合在一起的以下部件：直接位于硫酸盐还原细菌(SRB)生物反应器之上的硫氧化细菌(SOB)生物反应器；SOB生物反应器包括一堆有待净化的所述土壤，其中含有合适的、与污染物反应并将其降解的微生物；所述的SRB生物反应器包括槽，所述的槽在开口处装有用于支持所述土壤的支持装置，所述的支持装置装有透过性膜并含有槽中的硫酸盐还原细菌，该膜允许液体透过，但是完全不允许土壤透过；液体和养分提供装置用于促进所述组合生物反应器中的硫氧化细菌和所述硫酸盐还原细菌的生长。
可以理解的是，硫氧化细菌需要可氧化的硫源作为能源。如果这种硫源并不事先存在于待净化土壤中则需要将其加入土中，例如元素硫或其它硫化合物。同理，可以理解的是，硫还原细菌通常需要碳源，例如乙醇、乳酸盐、某些有机污染物(其中包括例如挥发性有机化合物-VOC，酚类，氯代芳香族化合物)中的一种或混合物；如果它们由于例如选择性的有机降解步骤而不存在于槽中的滤液中，则需要将其加入。所以，SRB反应器可以起到降解土堆中未被SOB以及任何前置降解去除的污染性有机物质的作用。
除了SRB产生的硫化物之外还可生成可溶性硫化合物，典型的是亚硫酸盐。对于生物反应器的最佳运作来说，这些亚硫酸盐或直接或经过前置氧化步骤后返回到SOB中以提供硫。
较好的是，槽是陷于地面内的一个坑，而且衬有合适的不透性塑料薄膜，从而能够耐受硫酸、乙醇、碱性硫化物和硫化氢之类的作用。槽的大小取决于需要再生的土壤的量和需要进行再生运作的区域的大小。
或者，槽可以用混凝土板或其它合适的廉价材料建造在地面以上。
槽的支持装置可以是任何合适的填料，例如碎石、卵石、碎裂的水泥、石头或砂砾其中之一，其中几种或者全部的混合物。支持填料可以与地面大致水平，而且其孔隙率足以允许槽中的液体至少在槽的有限区域内流动或循环。
或者，支持装置可以是覆盖槽的开口的金属网格，并具有透过性薄膜以防止土壤进入槽中。
较好的是，支持装置还具有或配备了不透性薄膜，以分开两个反应器。没有这张薄膜时，滤液可以通过透过性薄膜直接进入槽中，但是有这张薄膜时，必需利用通过不透性薄膜的通路或绕开不透性薄膜，或者利用管道和泵令来自土壤的滤液进入SRB。
SRB反应器中的支持装置或填料其主要作用在于支持上方SOB反应器中的土堆。它还能促进SRB生物膜的发育和生长。
土堆可能高至2米，或者是与槽的宽度和土堆的稳定性相宜的任何高度。
槽和土堆内可以具有抽吸和/或送料管用于按需要抽吸或提供液体、养分、酸、碱和气体(例如空气)。管道可以配有合适的泵或抽吸装置以提供或抽吸液体和/或气体。例如，槽可以具有用于抽吸液体和将其泵送回液体的管道，以促进液体在SRB生物反应器内的循环和混合。
SRB生物反应器的送料/抽吸管可以排列在槽的两个或两个以上的不同水平面上。例如，可以配备管道来促进作为槽内SRB的碳源的乙醇循环/分布，以及促进氢氧化钠之类的碱在整个槽内的分布。
SRB生物反应器还具有靠近其底部和顶部用于再循环的液体抽吸管，从而可以将液体(经必要的处理后)引到土堆中去。对于位置较低的液体排放口来说，槽的底部最好向排放口略为倾斜。
同理，SOB反应器的土堆内可以(选择性地)在不同高度埋设送料管，以便控制例如还原态硫的加入，即来自SRB反应器的液体或气体的再循环。所述的送料可以连续或者不连续地进行。
本发明生物反应器特有的优点之一在于，环绕在槽周围的土堆可以起到气密作用，以防止硫酸盐向硫化物转化过程中产生的硫化氢逃逸到大气中。这是通过将槽内的不透性薄膜铺展到槽外，平铺在地面上，并令土堆的外缘堆积在平铺部分上。硫化氢可以被导回土堆中与其它化学物质反应提供促进SOB生长的硫源。所以，这就基本消除了组合生物反应器周围的大气污染。
随时间的进展，土堆中的有机污染物首先被降解成无毒或毒性较低的物质，而金属污染物则从土壤中滤出并进入SRB生物反应器，在那里，它们可能被再生成硫化物泥浆的形式，并用已知方法为了回收或排放进行进一步处理。一旦从土壤中去除了污染物后，土壤就可以被取走并通过撒在地上来再利用，而可以将另一批被污染的土壤堆到SRB生物反应器上并如前所述进行处理。该过程可以不断重复，直至需要再生的地点的所有土壤都被净化为止。如有必要，再利用土壤之前可以对它进行另外的处理，例如用石灰调节pH，和/或加入堆肥物质。
可以理解的是，虽然前文提到位于SRB上的一个土堆，但是，整堆中土的组成和/或分布可能具有连续或不连续的差别，或者还可能有要加到SRB中的一个或多个其它土堆。
为了更充分地说明本发明，现仅参照附图1给出实施例，图1显示的是本发明组合生物反应器的剖视图。
参见附图，组合生物反应器10具有上部的SOB生物反应器12和下部的SRB生物反应器14，它们由允许液体通过而不允许大量土壤通过的透过性薄膜16和将两反应器各自分开的不透性薄膜17隔开。下部SRB生物反应器14具有陷在地面11以下的槽18。槽18衬有可耐受所用的溶液和化学物质的塑料薄膜20。槽内充填了一层碎石和卵石填料22，填料床上是不透性薄膜17。填料床支持着SOB生物反应器内土壤的重量，并为微生物的生长提供基础。SRB生物反应槽18具有位于不同高度上的管24和26，管道与不同的泵连接以便按需要将液体排放和注入到SRB生物反应器内。管24和26的作用还在于促进槽内液体的循环，提供并分散乙醇之类的碳源，以及提供和在槽内分散氢氧化钠之类的碱以调节SRB生物反应器内的pH。泵50与管24连接，能够将抽取的液体/泥浆泵送到储罐(未显示)以供进一步处理，或者将液体再循环到管28中，由后者根据再生过程所到达的阶段在合适的高度送入SOB反应器12。空气泵30用来通过管32向SOB生物反应器12送入空气以提供气体，从而促进细菌的生长和生物过滤土堆中的污染物。养分可以从容器34经泵52和管28送入SOB生物反应器12中。SOB生物反应器主要含有待再生的被污染的土壤。土壤中可能混合了用于引发生物再生过程的微生物，养分和硫。
虽然只显示了两套送料/分布管，但是根据组合生物反应器的大小和需要对过程进行控制的程度，其数量当然不仅于此。如果被埋设在土堆中，管道本身可以是穿过孔的，以便按需要在尽可能广泛的范围内分布液体或空气。
现在假设土壤同时被有机和金属污染物所污染，以此说明组合生物反应器的运作。
再生的最初阶段是降解其中的有机物分子，并通过向土堆提供空气和养分控制为提供有氧条件，空气和养分的提供主要是通过管28、32缓慢地向下渗透至整个SOB。例如图中所示，管38可以通过泵52、容器34和管28用来将液体再循环到土堆中。利用生物方法化学降解有机分子的机制是已知的，可参见我们的另一待审专利申请WO95/22375，其中的内容在本文中作为参考。
在有机污染物被降解的同时，在SRB生物反应器14中加入pH6的稀硫酸盐溶液，并在槽内接种大量SRB。在SRB生物反应器中加入乙醇或其它合适的碳源，并形成有利于SRB健康生长的条件。生长期需要有硫酸根离子、养分和碳源，其中任何一种或全部可由一个或多个容器60提供，容器配有泵58和与之连接的管26。混合是如下进行的，由管24和泵50排放液体，再经泵50和管26将其重新注入槽18，由此促进混合和液体的流动。为了维持SRB的生长，有必要去除一些液体以防止出现对SRB有毒的情况。
一旦有机污染物被降解后，可将处理条件改为启动土壤中金属污染物的滤出。合适的养分从容器34通过泵52和管28被送入土堆以刺激SOB的生长。随着硫酸因SOB的生长而产生，酸前沿在土堆中向下移动，由此通过转化成金属硫酸盐令金属释放出来。来自SRB生物反应器底部的含有硫化物的液体被再循环到土壤中酸前沿前方更趋碱性的区域。再循环液体和土壤中的重金属污染物将形成金属硫化物，而基本上不放出硫化氢。上述过程的作用是尽可能减少硫化氢的放出，从而使SOB更有效地氧化硫化物，以及防止大量硫化氢逃逸到大气中。
自上而下渗过土堆的酸滤液在由泵56以控制速度加入槽18之前可先收集在容器40中。来自SRB生物反应器14的排放液在经管28再循环到土堆中之前加入储罐(未显示)并接受处理(取决于反应器的参数)。再循环的SRB液体内含有可溶性含硫化合物，它们提供了SOB生长所需的养分，由此提高了处理过程的经济性，因为另外添加硫相对较贵。当酸前沿最后通过整个土堆的厚度后，金属将以硫酸盐的形式被去除，并在SRB生物反应器中被转化为硫化物，然后在槽的底部沉淀成为泥浆，并由此排出。
反应器还被供以例如氮气的惰性气体源42，它通过管36进入SRB。这被用来在例如SRB建立之初保持SRB中没有氧气，并被用来去除SRB中形成的任何硫化氢气体。还可以在SRB和SOB之间设置管道(未显示)，用于传输来自SRB的气体以便在土堆中分散(以及在当气体为硫化氢时进行硫的循环)。
当土堆被净化之后，可以将其移去另作处理，而代之以新的被污染的土堆，并重复以上过程。