任务一污染土壤的生物修复技术

1污染环境的生物修复技术【学习目标】知识目标：1.了解生物修复的基本概念、特点以及应用生物修复技术应具备的条件2.认识污染土壤的生物修复、地下水的生物修复技能目标：陈述污染土壤及水体的修复原理和过程态度目标：具有努力学习实践、刻苦钻研技术的敬业精神2一、概述3（一）生物修复技术的基本概念生物修复技术主要是利用生物特有的分解有毒有害物质的能力，去除污染环境如土壤中的污染物，达到清除环境污染的目的。生物修复是采用诸如提高通气效率、补充营养(对石油污染而言，主要是补充N、P)，投加优良菌种、改善环境条件等办法来提高微生物的代谢作用和降解活性水平，以促进对污染物的降解速度，从而达到治理污染环境的目的。生物修复可以分为微生物修复、植物修复、动物修复和生态修复四大类，其中微生物修复就是我们通常所称的狭义上的生物修复。4（二）应用生物修复技术应具备的条件应用微生物修复技术必须具备以下条件：存在具有代谢活性的微生物降解过程不产生有毒副产物污染环境中的污染物对微生物无害或其浓度不影响微生物的生长目标化合物必须能被微生物利用处理场地利于微生物的生长；处理费用较低，至少要低于其他处理技术5（三）生物修复技术的特点与化学、物理处理方法相比，生物修复技术具有下列的优点：污染物在原地被降解清除修复时间较短操作简便，对周围环境干扰少费用少，仅为传统化学、物理修复经费的30％～50％人类直接暴露在这些污染物下的机会减少不产生二次污染，遗留问题少6二、生物修复技术的原理7（一）在生物修复技术中应用的微生物大多数下层土含有能降解低浓度芳香化合物(如苯、甲苯、乙基苯和二甲苯)的微生物，但是在自然条件下由于溶解氧不足、营养盐缺乏和微生物生长缓慢等限制性因素，微生物自然净化速度很慢，因此，需要采用各种方法来强化这一过程。微生物修复技术不仅能有效降低环境中的有机污染物，而且能消除环境中的无机污染物。8（二）影响生物修复的环境因素非生物因素影响营养物质和电子受体共存物质氧化分解后的最终电子受体的种类和浓度微生物的协同作用生物间的相互作用9任务一污染土壤的生物修复技术10一、土壤原位生物处理原位生物处理是在受污染地区直接利用土壤中固有的微生物净化污染物，使土壤的理化特性、生物学特性和功能得到恢复的技术。主要有以下三种主要方式：土地处理直接或间接利用高等植物分解有机物的生物修复技术通风生物修复法11通风生物修复法流程12二、土壤异位生物修复土壤异位生物修复是将受污染土壤挖掘起来，将之运输到一个经各种工程准备的制备床进行生物修复(下图)，防止污染物向地下水或更广大地域扩散，处理后的土壤再运回原地的一种生物修复技术。13土壤异位生物修复主要方式堆肥：将污染物质与一些自身容易分解的有机物混合堆放，并加入氮、磷及其他无机营养物质。土壤堆积：将土壤挖起并加入限制性营养，在底部作防渗漏处理，附高通风系统，然后将污染土壤调理至适宜的含水率进行控制通风堆积。反应器处理：将受污染的土壤挖掘起来，和水混合后，在接种了微生物的反应器内进行处理，处理后的土壤与水分离后，经脱水处理后再运回原地。14案例1:湖南郴州邓家塘砷污染土壤修复示范工程在国家高技术发展计划(863项目)、973前期专项和国家自然科学基金重点项目的支持下，2001年陈同斌研究员在湖南郴州建立了世界上第一个砷污染土壤植物修复工程示范基地。蜈蚣草叶片富集砷达0.5%，为普通植物的数十万倍；能够生长在0.15-3%的污染土壤和矿渣上，具有极强的耐砷毒能力；其地上部与根的含砷比率为5：1，显示其具有超常的从土壤中吸收富集砷的能力。蜈蚣草对砷和磷的吸收并不表现为拮抗作用，二是一种协同作用，增施磷肥可增强蜈蚣草对砷的吸收能力。田间管理除水肥管理外，还需除草、冬季盖膜防冻等措施。15蜈蚣草生物量大，富集砷能力强，每年去除土壤砷的效率为10%左右。收割的蜈蚣草通过砷的固定剂安全焚烧。备注：2000年1月8日，郴州市苏仙区邓家塘乡发生一起严重砷污染事故，导致600多亩稻田弃耕、2人死亡、400多人集体住院，诱发严重纠纷和暴力冲突。16任务二地下水的生物修复技术17一、原位处理法通过深井向地下水层中添加微生物净化过程必需的营养物和高氧化还原电位的化合物，改变地下水体的营养状况和氧化还原状态，依靠土著微生物的作用促进地下水中污染物分解和氧化(见右图)。18地上处理法在一个区域内的地下水受到污染后，也可以打数眼深井，直至地下受污染水层，然后将地下水抽提出来在地面上用一种或多种工艺处理。地上处理的方法较多，其中研究最多的是生物膜反应器法。净化后的地下水通过两种方法回补地下水层：通过深井直接注入地下水层排入渗滤区经土壤淋溶后返回地下水层实际应用中此方法很难将吸附在地下水层基质上的污染物提取出来，因此效率较低，应用较少。19案例由上海水产大学、苏州大学、江苏省太湖渔管办联合承担的江苏省太湖水污染治理科技专项“驯化食藻虫引导太湖水下生态修复示范”项目日前启动，进入实验室阶段。该项目将把经过特殊驯化的食藻虫投入太湖水域，通过食藻虫来引导太湖沉水植被种群的生态恢复，从而起到抑制蓝藻暴发、净化水质的目的。20案例昆明“四退三还一护”修复滇池湖滨带05年为推进滇池湖滨生态修复工程，昆明市政府在滇池流域2920公里核心区、6738平方公里辐射区、涵盖415万人口的城乡一体化范围内，全面实施“四退、三还、一护”，即退田还林、退塘还湿、退房还岸、退人护水，全面消除近湖区域生产生活污染源。昆明市将结合草海片区的开发，同步恢复建设草海湿地，大力开展湖滨生态修复和生态建设，形成良性的湖滨生态系统。在滇池外海环湖公路以内，科学规划建设环湖亲水型生态林地与生态湿地；在环湖公路以外，利用自然地力，采用抗污染植被，保护和建设生态林带。21(205年)总面积3.3平方公里的昆明滇池草海东风坝及老干鱼塘综合整治工程二期生态恢复工程提前两个月完工，１１月１号通过专家验收。标志着滇池实施规模化生态修复工程获得成功，滇池又有了一个崭新的“肺”。１０年前，滇池东风坝近５０％的水面上长满了水葫芦，另一半则被网箱养鱼所覆盖，给滇池水质造成了严重的污染。国务院批准把综合整治滇池工程列为“十五”期间云南环境保护的重要项目，对此，昆明市政府于２００３年５月实施了东风坝及老干鱼塘综合整治一期退塘还湖工程，让３．３平方公里的水域重见天日，水体景观得到了明显改善。22为了巩固这一成果，省市共投资2580万元，启动了东风坝及老干鱼塘综合整治二期生态恢复工程，种植和恢复了挺水、沉水、浮叶等１５种大型水生植物１４４４亩；在东风坝北岸抽取湖心底泥，实施人工吹填８．２万立方米，造滩１２０亩；为实现与草海通水，在坝体上设计了６个开口，最终使大型水生植被覆盖率达３０％。经过历时两年的整治，目前，东风坝水域透明度上升了５６％，老干鱼塘水域透明度上升了５２．２％。23案例胶莱两湾分处黄渤海，渔业资源丰富，沿岸分布有广阔的湿地资源。由于近年来人们对两湾的不合理开发利用，两湾湿地已呈现出明显的退化趋势。其中退化的主要原因就是围垦和污染。黄河三角洲湿地也面临着湿地污染、水资源不足、人类不合理的开发利用及各种自然灾害的威胁，其湿地生态系统受到严重破坏。对于两湾和黄河三角洲地区的湿地恢复也应在控制污染源和合理开发资源的基础上，采取治疏并举的方法改善生态环境。可利用生物修复技术，根据环境特征进行芦苇人工湿地控制污染，净化水质。然后通过胶莱人工海河的疏导功能，提高海水自净能力，改善湿地和海洋生态环境。24简介海洋石油污染的生物修复技术25全世界每年有10亿吨原油经海上运输，其中约有320万吨因泄漏污染海洋；同时油库、输油管泄漏造成土壤污染事件也时有发生。20世纪80年代以来生物修复技术开始应用于石油污染治理。主要通过添加一种含N、P且不被海水冲走的肥料，从而能够促进石油降解微生物的生长繁殖，加快石油降解速度。该法能使原油的降解速度提高6～9倍，16个月内降解率可达60％～70％，而对海水养分、藻类生长不造成影响。原油污染可以基本得到清除，治理时间可由原先估计的10～20年缩短为2～3年。26案例:胶莱两湾与黄河三角洲湿地保护与修复湿地是水陆系统相互作用形成的独特的生态系统，是自然界生物多样性最丰富的生态景观，具有“地球之肾”、“生物基因库”和“人类摇篮”的美誉。近十几年来，受围垦、滩涂养殖、污染等因素的影响，我国湿地资源受到严重破坏，胶州湾，和莱州湾沿岸湿地呈现出明显的退化趋势，湿地面积不断萎缩，生物多样性遭到破坏。黄河湿地三角洲在自然与人为双重作用下不断损失和退化。27对于两湾和黄河三角洲地区的湿地恢复也应在控制污染源和合理开发资源的基础上，采取治疏并举的方法改善生态环境。可利用生物修复技术，根据环境特征进行芦苇人工湿地控制污染，净化水质。然后通过胶莱人工海河的疏导功能，提高海水自净能力，改善湿地和海洋生态环境。28分组讨论1.什么叫生物修复？2.生物修复技术中应用的微生物有哪些？简述污染土壤的生物修复。3.简述地下水异位修复技术的原理及应用，试举例说明。4.海洋石油污染的生物修复必须考虑到什么？