第三章污染治理生物技術(shù)第三節(jié)生物修復(fù)

1、第三節(jié)第三節(jié) 污染環(huán)境的生物修復(fù)技術(shù)污染環(huán)境的生物修復(fù)技術(shù) 一、生物修復(fù)技術(shù)基礎(chǔ)一、生物修復(fù)技術(shù)基礎(chǔ) 二、二、 污染土壤的生物修復(fù)污染土壤的生物修復(fù) 三、地下水的生物修復(fù)三、地下水的生物修復(fù) 四、海洋石油污染生物修復(fù)四、海洋石油污染生物修復(fù)1. 生物修復(fù)生物修復(fù)(bioremediation)的基本概念的基本概念v生物修復(fù)技術(shù)生物修復(fù)技術(shù)主要是利用生物特有的分解有毒有害物質(zhì)的能力，去除污主要是利用生物特有的分解有毒有害物質(zhì)的能力，去除污染環(huán)境中的污染物，染環(huán)境中的污染物，使其濃度降至環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安全濃度以下。使其濃度降至環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安全濃度以下。v生物恢復(fù)生物恢復(fù)（biorestorati

2、onbiorestoration) )v生物修復(fù)是采用諸如提高通氣效率、補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)生物修復(fù)是采用諸如提高通氣效率、補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)( (對(duì)石油污染而言，主要對(duì)石油污染而言，主要是補(bǔ)充是補(bǔ)充N(xiāo) N、P)P)，投加優(yōu)良菌種、改善環(huán)境條件等辦法來(lái)提高微生物的代，投加優(yōu)良菌種、改善環(huán)境條件等辦法來(lái)提高微生物的代謝作用和降解活性水平，以促進(jìn)對(duì)污染物的降解速度，從而達(dá)到治理污謝作用和降解活性水平，以促進(jìn)對(duì)污染物的降解速度，從而達(dá)到治理污染環(huán)境的目的。染環(huán)境的目的。v生物修復(fù)包括微生物修復(fù)、植物修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)和生物修復(fù)包括微生物修復(fù)、植物修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)和生態(tài)修復(fù)生態(tài)修復(fù)四大類，其四大類，其中微生物修復(fù)就是我們通常所稱

3、的狹義上的生物修復(fù)。中微生物修復(fù)就是我們通常所稱的狹義上的生物修復(fù)。 v生物修復(fù)技術(shù)的種類生物修復(fù)技術(shù)的種類 原位生物修復(fù)和異位生物修復(fù)原位生物修復(fù)和異位生物修復(fù) 一、生物修復(fù)技術(shù)基礎(chǔ)一、生物修復(fù)技術(shù)基礎(chǔ)2. 2. 應(yīng)用生物修復(fù)技術(shù)應(yīng)具備的條件應(yīng)用生物修復(fù)技術(shù)應(yīng)具備的條件應(yīng)用微生物修復(fù)技術(shù)必須具備以下條件：應(yīng)用微生物修復(fù)技術(shù)必須具備以下條件：v存在具有代謝活性的微生物；存在具有代謝活性的微生物；v微生物必須能以相當(dāng)?shù)乃俾式到馕廴疚?，并使其濃度降低微生物必須能以相?dāng)?shù)乃俾式到馕廴疚铮⑹蛊錆舛冉档椭镰h(huán)境要求范圍內(nèi)；至環(huán)境要求范圍內(nèi)；v降解過(guò)程不產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物；降解過(guò)程不產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物；v污染環(huán)境

4、中的污染物對(duì)微生物無(wú)害或其濃度不影響微生物污染環(huán)境中的污染物對(duì)微生物無(wú)害或其濃度不影響微生物的生長(zhǎng)；的生長(zhǎng)；v目標(biāo)化合物必須能被微生物利用；目標(biāo)化合物必須能被微生物利用；v處理場(chǎng)地利于微生物的生長(zhǎng)；處理場(chǎng)地利于微生物的生長(zhǎng)；v處理費(fèi)用較低，至少要低于其他處理技術(shù)處理費(fèi)用較低，至少要低于其他處理技術(shù)。 3. 3. 生物修復(fù)技術(shù)的特點(diǎn)生物修復(fù)技術(shù)的特點(diǎn) 與化學(xué)、物理處理方法相比，生物修復(fù)技術(shù)具有下列的與化學(xué)、物理處理方法相比，生物修復(fù)技術(shù)具有下列的優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： v污染物在原地被降解清除；污染物在原地被降解清除；v修復(fù)時(shí)間較短，人類直接暴露在這些污染物下的機(jī)會(huì)減修復(fù)時(shí)間較短，人類直接暴露在這些污染物

5、下的機(jī)會(huì)減少；少； v操作簡(jiǎn)便，對(duì)周?chē)h(huán)境干擾少；操作簡(jiǎn)便，對(duì)周?chē)h(huán)境干擾少； v費(fèi)用少，僅為傳統(tǒng)化學(xué)、物理修復(fù)經(jīng)費(fèi)的費(fèi)用少，僅為傳統(tǒng)化學(xué)、物理修復(fù)經(jīng)費(fèi)的3050；v不產(chǎn)生二次污染，遺留問(wèn)題少。不產(chǎn)生二次污染，遺留問(wèn)題少。 4.4.影響生物修復(fù)的環(huán)境因素影響生物修復(fù)的環(huán)境因素v非生物因素影響非生物因素影響 v營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)v電子受體電子受體 v復(fù)合基質(zhì)復(fù)合基質(zhì)v微生物的協(xié)同作用微生物的協(xié)同作用 v生物間的捕食作用生物間的捕食作用v種植植物種植植物 二、污染土壤的生物修復(fù)技術(shù)1. 土壤原位生物處理v原位生物處理是在受污染地區(qū)直接利用土壤中原位生物處理是在受污染地區(qū)直接利用土壤中固有的微生物凈化

6、污染物，使土壤的理化特性、固有的微生物凈化污染物，使土壤的理化特性、生物學(xué)特性和功能得到恢復(fù)的技術(shù)。生物學(xué)特性和功能得到恢復(fù)的技術(shù)。 主要有主要有以下三種主要方式：以下三種主要方式：v土地處理土地處理 v植物修復(fù)植物修復(fù) 直接或間接利用高等植物分解有機(jī)物的生物修復(fù)技術(shù) v通風(fēng)生物修復(fù)法通風(fēng)生物修復(fù)法 通風(fēng)生物修復(fù)法流程 2. 2. 土壤異位生物修復(fù)土壤異位生物修復(fù) 土壤異位生物修復(fù)是將受污染土壤挖掘起來(lái)，土壤異位生物修復(fù)是將受污染土壤挖掘起來(lái)，將之運(yùn)輸?shù)揭粋€(gè)經(jīng)各種工程準(zhǔn)備的制備床進(jìn)行生物將之運(yùn)輸?shù)揭粋€(gè)經(jīng)各種工程準(zhǔn)備的制備床進(jìn)行生物修復(fù)修復(fù)( (下圖下圖) )，防止污染物向地下水或更廣大地域擴(kuò)，

7、防止污染物向地下水或更廣大地域擴(kuò)散，處理后的土壤再運(yùn)回原地的一種生物修復(fù)技術(shù)。散，處理后的土壤再運(yùn)回原地的一種生物修復(fù)技術(shù)。 土壤異位生物修復(fù)主要方式土壤異位生物修復(fù)主要方式v反應(yīng)器處理：反應(yīng)器處理：將受污染的土壤挖掘起來(lái)，和水混合將受污染的土壤挖掘起來(lái)，和水混合后，在接種了微生物的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行處理，處理后后，在接種了微生物的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行處理，處理后的土壤與水分離后，經(jīng)脫水處理后再運(yùn)回原地。的土壤與水分離后，經(jīng)脫水處理后再運(yùn)回原地。v堆肥：堆肥：將污染物質(zhì)與一些自身容易分解的有機(jī)物混將污染物質(zhì)與一些自身容易分解的有機(jī)物混合堆放，并加入氮、磷及其他無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。合堆放，并加入氮、磷及其他無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)

8、物質(zhì)。v土壤堆積：土壤堆積：將土壤挖起并加入限制性營(yíng)養(yǎng)，在底部將土壤挖起并加入限制性營(yíng)養(yǎng)，在底部作防滲漏處理，附高通風(fēng)系統(tǒng)，然后將污染土壤調(diào)作防滲漏處理，附高通風(fēng)系統(tǒng)，然后將污染土壤調(diào)理至適宜的含水率進(jìn)行控制通風(fēng)堆積。理至適宜的含水率進(jìn)行控制通風(fēng)堆積。 案例1:湖南郴州鄧家塘砷污染土壤修復(fù)示范工程 2001 2001年在湖南郴州建立了世界上第一個(gè)砷污染土壤植物修年在湖南郴州建立了世界上第一個(gè)砷污染土壤植物修復(fù)工程示范基地。復(fù)工程示范基地。 蜈蚣草葉片富集砷達(dá)蜈蚣草葉片富集砷達(dá)0.5%0.5%，為普通植物的數(shù)十萬(wàn)倍；能夠，為普通植物的數(shù)十萬(wàn)倍；能夠生長(zhǎng)在生長(zhǎng)在0.15-3%0.15-3%的污染土

9、壤和礦渣上，具有極強(qiáng)的耐砷毒的污染土壤和礦渣上，具有極強(qiáng)的耐砷毒能力；能力； 其地上部與根的含砷比率為其地上部與根的含砷比率為5 5：1 1，顯示其具有超常的從土，顯示其具有超常的從土壤中吸收富集砷的能力。壤中吸收富集砷的能力。 蜈蚣草對(duì)砷和磷的吸收并不表現(xiàn)為拮抗作用，而是一種協(xié)蜈蚣草對(duì)砷和磷的吸收并不表現(xiàn)為拮抗作用，而是一種協(xié)同作用，增施磷肥可增強(qiáng)蜈蚣草對(duì)砷的吸收能力。同作用，增施磷肥可增強(qiáng)蜈蚣草對(duì)砷的吸收能力。 蜈蚣草生物量大，富集砷能力強(qiáng)，每年去除土壤砷的效率蜈蚣草生物量大，富集砷能力強(qiáng)，每年去除土壤砷的效率為為10%10%左右。收割的蜈蚣草通過(guò)砷的固定劑安全焚燒。左右。收割的蜈蚣草通過(guò)

10、砷的固定劑安全焚燒。備注：備注：20002000年年1 1月月8 8日，郴州市蘇仙區(qū)鄧家塘鄉(xiāng)發(fā)生一起嚴(yán)重砷日，郴州市蘇仙區(qū)鄧家塘鄉(xiāng)發(fā)生一起嚴(yán)重砷污染事故，導(dǎo)致污染事故，導(dǎo)致600600多畝稻田棄耕、多畝稻田棄耕、2 2人死亡、人死亡、400400多人集體住多人集體住院，誘發(fā)嚴(yán)重糾紛和暴力沖突。院，誘發(fā)嚴(yán)重糾紛和暴力沖突。 三、地下水的生物修復(fù)技術(shù)三、地下水的生物修復(fù)技術(shù)1.1.原位處理法原位處理法 通過(guò)深井向地通過(guò)深井向地下水層中添加微生下水層中添加微生物凈化過(guò)程必需的物凈化過(guò)程必需的營(yíng)養(yǎng)物和高氧化還營(yíng)養(yǎng)物和高氧化還原電位的化合物，原電位的化合物，改變地下水體的營(yíng)改變地下水體的營(yíng)養(yǎng)狀況和氧化還

11、原養(yǎng)狀況和氧化還原狀態(tài)，依靠土著微狀態(tài)，依靠土著微生物的作用促進(jìn)地生物的作用促進(jìn)地下水中污染物分解下水中污染物分解和氧化和氧化( (見(jiàn)右圖見(jiàn)右圖) )。 2. 2. 地上處理法地上處理法 v在一個(gè)區(qū)域內(nèi)的地下水受到污染后，也可以打在一個(gè)區(qū)域內(nèi)的地下水受到污染后，也可以打數(shù)眼深井，直至地下受污染水層，然后將地下數(shù)眼深井，直至地下受污染水層，然后將地下水抽提出來(lái)在地面上用一種或多種工藝處理。水抽提出來(lái)在地面上用一種或多種工藝處理。 v地上處理的方法較多，其中研究最多的是生物地上處理的方法較多，其中研究最多的是生物膜反應(yīng)器法。凈化后的地下水通過(guò)兩種方法回膜反應(yīng)器法。凈化后的地下水通過(guò)兩種方法回補(bǔ)地下

12、水層：補(bǔ)地下水層： 通過(guò)深井直接注入地下水層通過(guò)深井直接注入地下水層 排入滲濾區(qū)經(jīng)土壤淋溶后返回地下水層排入滲濾區(qū)經(jīng)土壤淋溶后返回地下水層 v實(shí)際應(yīng)用中此方法很難將吸附在地下水層基質(zhì)實(shí)際應(yīng)用中此方法很難將吸附在地下水層基質(zhì)上的污染物提取出來(lái)，因此效率較低，應(yīng)用較上的污染物提取出來(lái)，因此效率較低，應(yīng)用較少。少。 案案 例例 v由上海水產(chǎn)大學(xué)、蘇州大學(xué)、江蘇省太湖漁管辦聯(lián)合由上海水產(chǎn)大學(xué)、蘇州大學(xué)、江蘇省太湖漁管辦聯(lián)合承擔(dān)的江蘇省太湖水污染治理科技專項(xiàng)承擔(dān)的江蘇省太湖水污染治理科技專項(xiàng)“馴化食藻蟲(chóng)馴化食藻蟲(chóng)引導(dǎo)太湖水下生態(tài)修復(fù)示范引導(dǎo)太湖水下生態(tài)修復(fù)示范”項(xiàng)目項(xiàng)目日前啟動(dòng)，進(jìn)入實(shí)日前啟動(dòng)，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)

13、室階段。驗(yàn)室階段。 v 該項(xiàng)目將把經(jīng)過(guò)特殊馴化的食藻蟲(chóng)投入太湖水域，通該項(xiàng)目將把經(jīng)過(guò)特殊馴化的食藻蟲(chóng)投入太湖水域，通過(guò)食藻蟲(chóng)來(lái)引導(dǎo)太湖沉水植被種群的生態(tài)恢復(fù)，從而過(guò)食藻蟲(chóng)來(lái)引導(dǎo)太湖沉水植被種群的生態(tài)恢復(fù)，從而起到抑制藍(lán)藻暴發(fā)、凈化水質(zhì)的目的。起到抑制藍(lán)藻暴發(fā)、凈化水質(zhì)的目的。v 食藻蟲(chóng)是一種功能經(jīng)過(guò)改良的濾食性枝角類，是經(jīng)過(guò)馴化的浮食藻蟲(chóng)是一種功能經(jīng)過(guò)改良的濾食性枝角類，是經(jīng)過(guò)馴化的浮游動(dòng)物，它可以在各種惡劣的藻水環(huán)境中生長(zhǎng)繁殖，比野生枝游動(dòng)物，它可以在各種惡劣的藻水環(huán)境中生長(zhǎng)繁殖，比野生枝角類個(gè)體大得多（平均個(gè)體可達(dá)角類個(gè)體大得多（平均個(gè)體可達(dá)5.5-6.5mm），食藻能力也強(qiáng)），食藻能力也

14、強(qiáng)得多。經(jīng)過(guò)六年多的自然水體試驗(yàn)證明：食藻蟲(chóng)食藻效果十分得多。經(jīng)過(guò)六年多的自然水體試驗(yàn)證明：食藻蟲(chóng)食藻效果十分顯著、自然環(huán)境穩(wěn)定性良好、易于操控。顯著、自然環(huán)境穩(wěn)定性良好、易于操控。 v全世界每年有全世界每年有1010億噸原油經(jīng)海上運(yùn)輸，其中約有億噸原油經(jīng)海上運(yùn)輸，其中約有320320萬(wàn)噸萬(wàn)噸因泄漏污染海洋；同時(shí)油庫(kù)、輸油管泄漏造成土壤污染事因泄漏污染海洋；同時(shí)油庫(kù)、輸油管泄漏造成土壤污染事件也時(shí)有發(fā)生。件也時(shí)有發(fā)生。2020世紀(jì)世紀(jì)8080年代以來(lái)生物修復(fù)技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用年代以來(lái)生物修復(fù)技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用于石油污染治理。于石油污染治理。v海洋加強(qiáng)生物降解，即是基于大海中存在大量的能降解石海洋加強(qiáng)生物降

15、解，即是基于大海中存在大量的能降解石油的土著微生物、外來(lái)微生物或工程菌，以及石油中存在油的土著微生物、外來(lái)微生物或工程菌，以及石油中存在的大量碳源，添加營(yíng)養(yǎng)劑或電子受體，利用微生物的新陳的大量碳源，添加營(yíng)養(yǎng)劑或電子受體，利用微生物的新陳代謝，以達(dá)到加速分解石油烴類物質(zhì)的目的代謝，以達(dá)到加速分解石油烴類物質(zhì)的目的. . v降解微生物種類降解微生物種類 一般分為三類，土著微生物、外來(lái)微生物和基因工程菌。一般分為三類，土著微生物、外來(lái)微生物和基因工程菌。海洋石油污染的生物修復(fù)技術(shù)海洋石油污染的生物修復(fù)技術(shù) 石油污染海洋石油污染海洋生物修復(fù)生物修復(fù)常用的方法常用的方法v接種石油降解菌接種石油降解菌 接

16、種效果并不明顯，海洋中存在的土著微生物常常會(huì)影響接種接種效果并不明顯，海洋中存在的土著微生物常常會(huì)影響接種微生物的活動(dòng)。另外在實(shí)驗(yàn)室中的基因工程菌可以迅速降解石油，微生物的活動(dòng)。另外在實(shí)驗(yàn)室中的基因工程菌可以迅速降解石油，但是，在開(kāi)放環(huán)境中釋放基因工程菌卻一直引起爭(zhēng)論的問(wèn)題。但是，在開(kāi)放環(huán)境中釋放基因工程菌卻一直引起爭(zhēng)論的問(wèn)題。v使用表面活性劑使用表面活性劑 可以增加細(xì)菌對(duì)石油的利用性。但并不是所有的表面活性劑均有可以增加細(xì)菌對(duì)石油的利用性。但并不是所有的表面活性劑均有促進(jìn)作用，許多表面活性劑由于其毒性和持久性會(huì)造成環(huán)境污染，促進(jìn)作用，許多表面活性劑由于其毒性和持久性會(huì)造成環(huán)境污染，特別是沿岸

17、地區(qū)的環(huán)境污染。因此，經(jīng)常利用微生物產(chǎn)生的表面特別是沿岸地區(qū)的環(huán)境污染。因此，經(jīng)常利用微生物產(chǎn)生的表面活性劑來(lái)加速石油降解?；钚詣﹣?lái)加速石油降解。v 使用氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽使用氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽 使用氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽是最簡(jiǎn)單而有效的方法。在海洋溢油后，石油使用氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽是最簡(jiǎn)單而有效的方法。在海洋溢油后，石油降解菌會(huì)大量繁殖，碳源充足，限制降解的因素是氧和營(yíng)養(yǎng)鹽。降解菌會(huì)大量繁殖，碳源充足，限制降解的因素是氧和營(yíng)養(yǎng)鹽。使用的營(yíng)養(yǎng)鹽有三類：緩釋肥料、親油肥料和水溶性肥料。使用的營(yíng)養(yǎng)鹽有三類：緩釋肥料、親油肥料和水溶性肥料。習(xí)習(xí) 題題v 什么叫生物修復(fù)？簡(jiǎn)述污染土壤的生物修什么叫生物修復(fù)？簡(jiǎn)述污染土壤的生物修復(fù)。復(fù)。v

18、 簡(jiǎn)述地下水異位修復(fù)技術(shù)的原理及應(yīng)用，簡(jiǎn)述地下水異位修復(fù)技術(shù)的原理及應(yīng)用，試舉例說(shuō)明。試舉例說(shuō)明。v 海洋石油污染的生物修復(fù)必須考慮到什么？海洋石油污染的生物修復(fù)必須考慮到什么？ 第四節(jié)第四節(jié) 固體廢棄物生物處理固體廢棄物生物處理 及處置技術(shù)及處置技術(shù)第五節(jié)第五節(jié) 大氣污染的生物治理技術(shù)大氣污染的生物治理技術(shù)隨著有機(jī)合成工業(yè)和石油工業(yè)的迅速發(fā)展，隨著有機(jī)合成工業(yè)和石油工業(yè)的迅速發(fā)展，進(jìn)入大氣的有機(jī)化合物越來(lái)越多，這類物進(jìn)入大氣的有機(jī)化合物越來(lái)越多，這類物質(zhì)往往帶有惡臭，不僅對(duì)感觀有刺激作用，質(zhì)往往帶有惡臭，不僅對(duì)感觀有刺激作用，而且不少有機(jī)化合物具有一定毒性，產(chǎn)生而且不少有機(jī)化合物具有一定毒性，產(chǎn)生“三致三致”效應(yīng)，從而多人體和環(huán)境產(chǎn)生很效應(yīng)，從而多人體和環(huán)境產(chǎn)生很大的危害。大的危害。一、生物法凈化有機(jī)廢氣的原理一、生物法凈化有機(jī)廢氣的原理 有機(jī)廢氣生物凈化是利用微生物以廢氣中的有機(jī)廢氣生物凈化是利用微生物以廢氣中的有機(jī)組分作為其生命活動(dòng)的能源或其他養(yǎng)分，有機(jī)組分作為其生命活動(dòng)的能源或其他養(yǎng)分，經(jīng)代謝降解，轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物（經(jīng)代謝降解，轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物（COCO2 2、水等）水等）及細(xì)胞組成物質(zhì)。及細(xì)胞組成物質(zhì)。 與廢水生物處理過(guò)程的最大區(qū)別在于：與廢水生物處理過(guò)程的最大