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1环境污染生物修复技术主讲司万童电话18747235750E-mailsiwt02@163.com21概述在自然界有哪些原因会导致环境的自净过程极其缓慢，甚至还会因污染速度大于净化速度，使污染物不断贮积？3微生物修复的基本原理：调节污染地的环境条件以促使原有微生物或接种微生物的降解作用迅速完全进行。净化速度缓慢由于三方面的原因生物修复技术系统中添加氮、磷等营养盐接种、驯化高效菌自然条件下DO不足营养盐缺乏缺乏合适的降解微生物或微生物数量（浓度）过低供氧快速去除污染物41概述在天然的环境下通过某些工程手段以强化污染物降解的生物净化作用，使污染物在被污染的河道、海洋、地下水、土壤中就地或现场得到净化处理。52生物修复的基本内容与原理广义的生物修复通常是指利用各种生物（包括微生物，动物和植物）的特性，吸收、降解、转化环境中的污染物，使受污染的环境得到改善的治理技术，一般分为植物修复、动物修复和微生物修复三种类型。狭义的生物修复通常是指在自然或人工控制的条件下，利用特定的微生物降解、清除环境中污染物的技术。6生物修复动物修复微生物修复利用微生物将环境中的污染物降解或转化为其他无害物质的过程通过土壤动物群的直接或间接作用而修复土壤污染的过程植物修复利用植物去治理水体、土壤和底泥等介质中的污染的技术植物萃取、植物稳定、根基修复、植物转化、根际过滤、植物挥发等7生物修复的基本定义生物修复是针对受污染场地（面源污染，污染物已进入环境）利用生物自净功能或强化生物净化功能对污染物进行降解的过程。生物修复的目的是将有机污染物浓度降低到低于检测限或低于环境标准规定的安全浓度。8生物修复可以现场进行，这样减少了运输费用和人类直接接触污染物的机会；生物修复经常以原位方式进行，这样可使对污染位点的干扰或破坏达到最小，可在难以移动的地方（如建筑物下、公路下）进行，在生物修复时场地可以照常使用；生物修复使有机物分解为二氧化碳和水，可以永久性地消除污染物和长期的隐患，无二次污染，不会使污染转移；生物修复可与其他处理技术结合使用，处理复合污染；降解过程迅速，费用低，只是传统物理、化学修复的30－50%。3.1.生物修复技术的优点3生物修复的优缺点9不是所有的污染物都适用于生物修复。有些化学品不易或根本不能被生物降解，如多氯代化合物和重金属。污染物的不溶解性及其在土壤中与腐殖质和粘粒结合，使生物修复更难以进行；有些化学品经微生物降解后其产物的毒性和移动性比母体化合物反而增加。例如三氯乙烯（TCE）在厌氧条件下可以进行一系列的还原脱卤作用，产物之一的氯乙烯（VC）是致癌物。因此，如果不对微生物降解过程有全面了解，有时情况会比原来更糟；生物修复是一种科技含量较高的处理方法，它的运作必须符合污染地的特殊条件。因此，最初用在修复地点进行生物可处理性研究和处理方案可行性评价的费用要高于常规技术（如空气吹脱）的相应费用，一些低渗透性土壤往往不适合生物修复。3.2.生物修复技术的不足124生物修复的主要方法生物修复技术的分类原位生物修复异位生物修复1314155.1.用于生物修复的生物种类土著微生物外来微生物基因工程菌采用基因工程技术，将降解性质粒转移到一些能在污水和受污染土壤中生存的菌体内定向地构建高效降解难降解污染物的工程菌。植物及超积累植物特性：即使在污染物浓度较高时，也具有较高的积累速率；能在体内积累高浓度的污染物；生长快、生物量大；能同时积累多种污染物；具有抗虫抗病能力。5生物修复的影响因素与基本措施16非生物因素：温度、pH值、湿度水平、盐度、有毒物质、静水压力营养物质：添加氮、磷营养元素电子受体：环境中的有机污染物在微生物的作用下被氧化分解时需耗氧。复合基质：自身吸附，微生物附着。微生物的协同作用：多数生物降解过程需要两种或更多种类微生物的协同作用。捕食作用：与被捕食作用。种植植物：5.2.生物修复的影响因素1718接种微生物或引种超积累植物添加营养物提供电子受体提供共代谢底物以诱导共代谢酶产生添加表面活性剂5.3.生物修复的基本措施191、使用适合的微生物2、在适合的地点3、适合的环境条件6生物修复三原则20适合的微生物：具有生理和代谢能力并能降解污染物的细菌和真菌。在许多情况下，则要加入外源微生物。6.1、使用适合的微生物6生物修复三原则21适合的地点：要有污染物和合适的微生物相接触的地点。6.2、使用适合的地点6生物修复三原则22适合的环境条件：要控制或改变环境条件，使微生物的代谢和生长活动处于最佳状态。6.3、使用适合的环境条件6生物修复三原则237生物修复和生物处理生物修复生物处理主要控制环境中的污染物控制排放口污染物降解的化学品多是比较难降解的有毒化学品的复杂混合物多是比较容易降解的有机物进行降解的基体常是多相的非均质的环境在精心设计的工程系统中进行248.1土壤的生物修复8生物修复技术的应用（1）土壤污染的概念土壤污染直接的影响是土地生产力的下降；通过土壤-植物-动物-人体食物链的污染，危害人体健康、威胁人类生存；土壤污染还危害其他环境要素如水体，大气等。土壤污染是指进入土壤中的有害、有毒物质超出土壤的自净能力，导致土壤的物理、化学和生物学性质发生改变，降低农作物的产量和质量，并危害人体健康的现象。25中国重金属污染耕地总计：2000万公顷中国有机物污染农田总计：6000万公顷（中国耕地约有9572万公顷）据报道26《国民经济和社会发展第十一个五年计划纲要》决定从2006年起“开展全国土壤污染现状调查，综合治理土壤污染”。2006年7月18日，国家环保总局组织召开全国土壤污染状况调查会议，全国土壤污染状况调查7月18日在北京启动。全国土壤现状调查及污染防治项目由环保总局和国土资源部共同承担，包括八个专题，总经费预算约为10亿元，将在除台湾省和港澳地区以外的各省、自治区、直辖市所辖全部陆地国土展开，计划在三年半左右的时间完成。全国土壤污染状况调查27宁波市江东等五个蔬菜基地土壤的重金属含量（mg/kg)元素铜锌铅镉铬含量范围17.3-50.759.5-194.319.0-63.50.035-0.29847.3-68.4平均值33.3110.343.40.19454.6土壤背景值21.188.226.70.10055.0引自：陆正松等，土壤环境、施肥与农产品品质的关系28宁波市部分蔬菜基地蔬菜重金属污染情况调查（陆正松等，2000年，内部资料）0102030405060708090蔬菜重金属污染面积占调查数的%铜锌铅镉铬重金属轻污染中污染重污染29温州市城郊兴通桥等六个蔬菜基地土壤的重金属含量（mg/kg)元素铜锌铅镉含量范围29.5-64.1215.3-1552.455.9-411.61.08-15.6平均值41.5575.6143.64.1土壤背景值22.491.138.80.14土壤环境质量标准（II级）502002500．3引自：王亮等，温州市城郊污灌对土壤和蔬菜品质的影响300.20.0500.10.20.30.40.50.60.70.80.9蔬菜重金属含量(mg/kg)莴苣小青菜大白菜甘蓝葫芦标准蔬菜品种(春季)铅镉温州市部分蔬菜基地蔬菜重金属污染情况调查（王亮等，2000年，内部资料）31杭州市城郊转塘等十一个蔬菜基地土壤的重金属含量（mg/kg)元素铜锌铅含量范围18.5-55.256.3-177.018.9-52.3平均值33.8107.833.8土壤背景值18.5276.9116.83土壤环境质量标准（II级）50200250引自：谢正苗等，杭州市郊菜园土部分重金属污染状况的调查研究32人类活动向土壤施加有害物质，是加速土壤污染，引起土壤环境质量恶化加剧的主要原因。（2）土壤污染的原因导致土壤污染人类活动：工农业生产、生活废弃物排放，如开矿、冶炼、化工生产、施肥等等。土壤发生污染是由于进入土壤的污染物净积累。•土壤自净作用：指进入土壤的污染物，在土壤矿物质、有机质和土壤微生物的作用下，经过一系列的物理、化学及生物化学反应过程，降低其浓度或改变其形态，从而消除或降低污染物毒性的现象。34（3）土壤污染的危害•造成减产、导致严重的直接经济损失•导致食物品质下降•通过食物链危害人体健康•导致其他环境（大气、地表水、地下水污染，生态系统退化等）问题35土壤的组成和性质决定土壤具有一定的净化能力。土壤的净化能力是有限的，当进入土壤的污染物质数量和速度超过了土壤的净化能力时，污染物在土壤中积累，危害作物的正常生长发育，通过食物链会直接影响人类健康。土壤的净化能力是指污染物进入土壤后，经生物和化学降解成为无毒物质；通过化学沉淀、络合和螯合、氧化还原等作用转化为其它物质，被土壤牢固吸附，不被植物利用。44污染土壤修复工作流程可处理计划系统分析应急对策长期对策净化处理稳定处理原位修复异位修复原位分解原位提取分离分解净化原位稳定异位稳定污染土壤的典型修复技术的流程及原理458.2土壤的生物修复方法8.2.1土壤原位生物处理土地耕作法土地耕作法（landfarming）就是对污染土壤进行耕犁处理。在处理过程中施加肥料，进行灌溉，施加石灰，从而尽可能为微生物代谢污染物提供一个良好环境，使其有充足的营养、水分和适宜的pH值，保证生物降解在土壤的各个层面上都能发生。46生物强化法生物强化法是指在生物处理体系中投加具有特定功能的微生物来改善原有处理体系的处理效果，如对难降解有机物的去除等。投加的微生物可以来源于原来的处理体系，经过驯化、富集、筛选、培养达到一定数量后投加，也可以是原来不存在的外源微生物。在生物强化技术的实际应用中这两种方法都有采用，这取决于原有处理体系中的微生物组成及所处的环境。8.2.1土壤原位生物处理47生物通气法（bioventing）生物通气法（bioventing）是向土壤亚表层供给空气或O2，促进不饱和层中污染物生物降解的技术。这项技术只能用于不饱和层土壤。8.2.2土壤原位生物处理48生物通风技术一般流程：生物通风原位处理方式示意图51（1）植物修复（photoremediation）植物修复是直接或间接利用高等植物分解有机物的技术。光修复过程可能包括植物对污染物质的吸收及植物根部及根部附件土壤中微生物对污染物的分解。2.3土壤原位生物处理52可同时去除有机污染物和重金属、放射性核素，适用于大面积、低污染的位点。其费用与其他生物处理技术相比较低。但通常速率较低，需要时间较长。且对于吸附力较强或已经老化或处于螯合状态的有机物不宜用此技术。植物修复的特点53利用植物及其根际微生物共存体系净化土壤中有机污染物。大部分植物根上都有菌根菌生长，菌根菌和植物共生具有独特的代谢途径，可代谢自生菌不能降解的有机物。（2）植物—微生物联合修复54植物修复有机污染物的方式主要以植物固定、植物降解为主。紫花苜蓿,黑麦草,小蓝茎草已成功地用于土壤中PAHs的修复，在6个月内可以将PAHs总量降低57%；银合欢可以吸收和代谢二溴甲烷、三氯乙烯；转基因胡萝卜根须中聚集的苯酚浓度可达1000mmol/L，氯酚50mmol/L，在120h内可降解90%以上的苯酚类化合物,研究表明根须中的过氧化酶可以促进这些物质的代谢;在黑麦与大豆轮作的地块上TPH消失量显著高于无植被的地块；植物还能降解杀虫剂和除草剂，桑科植物及蔷薇科植物的根系分泌物能促进PCB降解菌的生长。柳树、鹅掌揪、落羽松、掸木及栋属植物都能有效地降解除草剂灭草松。55（3）生物冲淋法生物冲淋法（bioflooding）将含氧和营养物的水补充到亚表层，促进土壤和地下水中的污染物的生物降解。生物冲淋法大多在各种石油烃类污染的治理中使用，改进后也能用于处理氯代脂肪烃溶剂，如加入甲烷和氧促进甲烷营养菌降解三氯乙烯和少量的氯乙烯。氧可以用空气或纯氧经喷射供给，也可以加入过氧化氢，也可以供应硝酸盐、硫酸盐、三价铁盐等作为电子受体。56（1）异位土地耕作将污泥或污染土壤均匀撒到土地表面，然后用拖拉机作