緒論 污染環(huán)境生物修復(fù)工程ppt課件

1、主講主講: :楊志敏楊志敏工業(yè)工業(yè)“三廢污染農(nóng)地面積三廢污染農(nóng)地面積10001000萬(wàn)萬(wàn)hm2hm2，“三廢污染減產(chǎn)糧食三廢污染減產(chǎn)糧食120120億億kg kg 農(nóng)用化學(xué)品污染農(nóng)地面積約農(nóng)用化學(xué)品污染農(nóng)地面積約870870萬(wàn)萬(wàn)hm2hm2，使糧食每年減產(chǎn)，使糧食每年減產(chǎn)100100億億kg kg 農(nóng)田污灌面積已達(dá)農(nóng)田污灌面積已達(dá)130130多萬(wàn)多萬(wàn) hm2hm2，每年灌水污染減產(chǎn)糧食每年灌水污染減產(chǎn)糧食12.512.5億億kg kg 全國(guó)受全國(guó)受污染耕污染耕地面積地面積20002000萬(wàn)萬(wàn)hm2hm2，約占耕約占耕地總面地總面積的積的1/6. 1/6. l產(chǎn)前控制產(chǎn)前控制l產(chǎn)中控制產(chǎn)中控制l

2、產(chǎn)后控制產(chǎn)后控制l更新技術(shù),改進(jìn)工藝,減少污染產(chǎn)生的總l量-清潔生產(chǎn)。l污染物集中處理污染物集中處理-達(dá)標(biāo)排放。達(dá)標(biāo)排放。l對(duì)進(jìn)入環(huán)境中的污染物進(jìn)行處理、修復(fù)l受損環(huán)境。 污染環(huán)境的修復(fù)技術(shù)包括物理方法、化學(xué)方法和生物方法三大類(lèi)。（其中生物方法已成為環(huán)境保護(hù)技術(shù)的重要組成部分。本門(mén)課程主要研討生物方法對(duì)污染環(huán)境的修復(fù)）。l對(duì)已經(jīng)被廣泛污染的大面積環(huán)境，采用對(duì)已經(jīng)被廣泛污染的大面積環(huán)境，采用廢水及垃圾處理的方法是不可修復(fù)的。廢水及垃圾處理的方法是不可修復(fù)的。那么我們?nèi)祟?lèi)對(duì)此就無(wú)能為力了嗎？那么我們?nèi)祟?lèi)對(duì)此就無(wú)能為力了嗎？l近年來(lái)，各國(guó)科學(xué)家已經(jīng)成功的研究開(kāi)近年來(lái)，各國(guó)科學(xué)家已經(jīng)成功的研究開(kāi)發(fā)出可

3、用于治理被大面積污染環(huán)境的生發(fā)出可用于治理被大面積污染環(huán)境的生物技術(shù)，這就是生物修復(fù)技術(shù)。在大面物技術(shù)，這就是生物修復(fù)技術(shù)。在大面積污染治理領(lǐng)域，被普遍認(rèn)為是最有效、積污染治理領(lǐng)域，被普遍認(rèn)為是最有效、最經(jīng)濟(jì)、最具有生態(tài)性的高新環(huán)境技術(shù)。最經(jīng)濟(jì)、最具有生態(tài)性的高新環(huán)境技術(shù)。 l生物修復(fù)技術(shù)生物修復(fù)技術(shù): :指一切以利用生物為指一切以利用生物為主體的環(huán)境污染的治理技術(shù)。它包主體的環(huán)境污染的治理技術(shù)。它包括利用植物、動(dòng)物和微生物吸收、括利用植物、動(dòng)物和微生物吸收、降解、轉(zhuǎn)化降解、轉(zhuǎn)化 環(huán)境中的污染物，使污環(huán)境中的污染物，使污染物的濃度降低到可接受的水平，染物的濃度降低到可接受的水平，或?qū)⒂卸居泻Φ?/p>

4、污染物轉(zhuǎn)化為無(wú)害或?qū)⒂卸居泻Φ奈廴疚镛D(zhuǎn)化為無(wú)害的物質(zhì)，也包括將污染物穩(wěn)定化，的物質(zhì)，也包括將污染物穩(wěn)定化，以減少其向周邊環(huán)境的擴(kuò)散。以減少其向周邊環(huán)境的擴(kuò)散。第一章第一章 緒論緒論 第一章第一章 緒論緒論 教學(xué)目的：掌握生物修復(fù)的概念和教學(xué)目的：掌握生物修復(fù)的概念和類(lèi)型、生物修復(fù)的原則和可處理試類(lèi)型、生物修復(fù)的原則和可處理試驗(yàn)，了解生物修復(fù)工程設(shè)計(jì)的一般驗(yàn)，了解生物修復(fù)工程設(shè)計(jì)的一般程序。程序。第一章第一章 緒論緒論 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)： 生物修復(fù)的概念生物修復(fù)的概念 生物修復(fù)的類(lèi)型生物修復(fù)的類(lèi)型 生物修復(fù)的特點(diǎn)生物修復(fù)的特點(diǎn) 生物修復(fù)的可處理試驗(yàn)生物修復(fù)的可處理試驗(yàn) 生物修復(fù)的原

5、則生物修復(fù)的原則 生物修復(fù)的可處理試驗(yàn)生物修復(fù)的可處理試驗(yàn) 生物修復(fù)工程設(shè)計(jì)程序生物修復(fù)工程設(shè)計(jì)程序第一章第一章 緒論緒論污染環(huán)境生物修復(fù)的概念污染環(huán)境生物修復(fù)的概念機(jī)生物修復(fù)的類(lèi)型生物修復(fù)的類(lèi)型生物修復(fù)的產(chǎn)生與發(fā)展生物修復(fù)的產(chǎn)生與發(fā)展生物修復(fù)的可處理試驗(yàn)生物修復(fù)的可處理試驗(yàn)生物修復(fù)的應(yīng)用生物修復(fù)的應(yīng)用生物修復(fù)的特點(diǎn)生物修復(fù)的特點(diǎn)一、生物修復(fù)的產(chǎn)生與發(fā)展一、生物修復(fù)的產(chǎn)生與發(fā)展 30多年的歷史 1972年，美國(guó)Ambler清除管線泄漏的汽油首次記錄） 1989年，美國(guó)阿拉斯加海灘污染后生物修復(fù)成功，是修復(fù)史上的里程碑首次大規(guī)模應(yīng)用） 美國(guó)從1991年開(kāi)始實(shí)施超基金項(xiàng)目superfund pro

6、grams 整個(gè)歐洲從事生物修復(fù)工程技術(shù)的研究機(jī)構(gòu)和商業(yè)公司大約有近百個(gè)。二、污染環(huán)境生物修復(fù)的概念二、污染環(huán)境生物修復(fù)的概念 指人類(lèi)直接或間接地向環(huán)境排指人類(lèi)直接或間接地向環(huán)境排放超過(guò)其自凈能力的物質(zhì)或能量，放超過(guò)其自凈能力的物質(zhì)或能量，從而使環(huán)境的質(zhì)量降低，對(duì)人類(lèi)的從而使環(huán)境的質(zhì)量降低，對(duì)人類(lèi)的生存與發(fā)展、生態(tài)系統(tǒng)和財(cái)產(chǎn)造成生存與發(fā)展、生態(tài)系統(tǒng)和財(cái)產(chǎn)造成不利影響的現(xiàn)象。不利影響的現(xiàn)象。（一環(huán)境污染（二環(huán)境修復(fù)（二環(huán)境修復(fù) 借助外界作用力使某個(gè)受損的特定對(duì)象部分地或全部恢復(fù)到原初狀態(tài)的過(guò)程，修復(fù)包括恢復(fù)、重建、改建等三個(gè)方面的活動(dòng)。環(huán)境修復(fù)環(huán)境修復(fù) 指對(duì)被污染的環(huán)境采取物理、化學(xué)與生物學(xué)技術(shù)

7、措施，使存在于環(huán)境中的污染物質(zhì)濃度減少，或毒性降低或完全無(wú)害化。修復(fù)修復(fù)remediationremediation）（二環(huán)境修復(fù)（二環(huán)境修復(fù) 恢復(fù)恢復(fù)restorationrestoration）：將使部分受損）：將使部分受損的對(duì)象向原初狀態(tài)發(fā)生改變的對(duì)象向原初狀態(tài)發(fā)生改變 重建重建reconstructionreconstruction）：使完全喪）：使完全喪失功能的對(duì)象恢復(fù)至原初水平失功能的對(duì)象恢復(fù)至原初水平 改建改建renewalrenewal）：部分受損的對(duì)象進(jìn)）：部分受損的對(duì)象進(jìn)行改善，增加人類(lèi)所期望的行改善，增加人類(lèi)所期望的“人造特點(diǎn)，人造特點(diǎn)，減小人類(lèi)不希望的自然特點(diǎn)減小人類(lèi)不

8、希望的自然特點(diǎn) 三者間關(guān)系圖一）三者間關(guān)系圖一）第四狀態(tài)原初狀態(tài)完全受損狀態(tài)部分受損狀態(tài)重建改建恢復(fù)恢復(fù)、重建、改建之間的關(guān)系 環(huán)境修復(fù)環(huán)境修復(fù)強(qiáng)調(diào)人類(lèi)有意識(shí)的強(qiáng)調(diào)人類(lèi)有意識(shí)的外源活動(dòng)對(duì)污染物外源活動(dòng)對(duì)污染物質(zhì)或能量的清除過(guò)質(zhì)或能量的清除過(guò)程，是一種人為的、程，是一種人為的、主動(dòng)的過(guò)程。主動(dòng)的過(guò)程。環(huán)境凈化環(huán)境凈化強(qiáng)調(diào)的是環(huán)境強(qiáng)調(diào)的是環(huán)境中內(nèi)源因子對(duì)中內(nèi)源因子對(duì)污染物質(zhì)或能污染物質(zhì)或能量的清除過(guò)程，量的清除過(guò)程，是一種自然的、是一種自然的、被動(dòng)的過(guò)程。被動(dòng)的過(guò)程。區(qū)別環(huán)境修復(fù)與環(huán)境凈化共同點(diǎn) 目的都是使進(jìn)入環(huán)境中的污染因子的總量減少，或強(qiáng)度降低，或毒性下降。 （三生物修復(fù)（三生物修復(fù)biore

9、mediationbioremediation）：）：廣義的生物修復(fù)：指利用生物的生命代謝活動(dòng)，減少存于環(huán)境廣義的生物修復(fù)：指利用生物的生命代謝活動(dòng)，減少存于環(huán)境中有毒有害物質(zhì)的濃度或使其完全無(wú)害化，使污染了的環(huán)境能中有毒有害物質(zhì)的濃度或使其完全無(wú)害化，使污染了的環(huán)境能夠部分地或完全的恢復(fù)到原初狀態(tài)的過(guò)程包括微生物修復(fù)、植夠部分地或完全的恢復(fù)到原初狀態(tài)的過(guò)程包括微生物修復(fù)、植物修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)和細(xì)胞游離酶生物修復(fù)四大主要類(lèi)型。物修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)和細(xì)胞游離酶生物修復(fù)四大主要類(lèi)型。 狹義的生物修復(fù)：是指通過(guò)微生物的作用清除環(huán)境中的污染物，狹義的生物修復(fù)：是指通過(guò)微生物的作用清除環(huán)境中的污染物，或是使污

10、染物無(wú)害化的過(guò)程。它包括自然的和人為控制條件下或是使污染物無(wú)害化的過(guò)程。它包括自然的和人為控制條件下的污染物降解或無(wú)害化過(guò)程。的污染物降解或無(wú)害化過(guò)程。三、生物修復(fù)的類(lèi)型三、生物修復(fù)的類(lèi)型 生物修復(fù)可根據(jù)修復(fù)主體、修復(fù)受體和修復(fù)場(chǎng)所等進(jìn)行分類(lèi)。（一修復(fù)主體（一修復(fù)主體修復(fù)主體微生物修復(fù)植物修復(fù)動(dòng)物修復(fù)生態(tài)修復(fù)（一修復(fù)主體（一修復(fù)主體修復(fù)主體土著生物修復(fù)外源生物強(qiáng)化修復(fù) 修復(fù)受體修復(fù)受體（環(huán)境要素） 污染大氣生物修復(fù)污染水體生物修復(fù)污染土壤生物修復(fù)固體廢棄物生物修復(fù)（二修復(fù)受體（二修復(fù)受體修復(fù)場(chǎng)所修復(fù)場(chǎng)所原位生物修復(fù) 聯(lián)合生物修復(fù) 異位生物修復(fù)原位自然生物修復(fù)原位工程生物修復(fù) （三修復(fù)場(chǎng)所（三修

11、復(fù)場(chǎng)所四、生物修復(fù)的特點(diǎn)四、生物修復(fù)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 1 1、 可以現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，節(jié)可以現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，節(jié)省治理費(fèi)用省治理費(fèi)用2 2、環(huán)境影響小、環(huán)境影響小 3 3、最大限度地降低污、最大限度地降低污染物的濃度染物的濃度 4 4、適用于其它技術(shù)難、適用于其它技術(shù)難以使用的場(chǎng)地，以使用的場(chǎng)地， 5 5、可以同時(shí)處理受污、可以同時(shí)處理受污染的土壤和地下水染的土壤和地下水 局限性局限性1、耗時(shí)長(zhǎng)、耗時(shí)長(zhǎng)2、條件苛刻、條件苛刻3、污染物的低生物有、污染物的低生物有效性、難利用性及難效性、難利用性及難降解性等常常使生物降解性等常常使生物修復(fù)不能進(jìn)行修復(fù)不能進(jìn)行4、工程前期投入高、工程前期投入高5、有的化學(xué)物質(zhì)經(jīng)降、

12、有的化學(xué)物質(zhì)經(jīng)降解后的毒性、移動(dòng)性解后的毒性、移動(dòng)性更強(qiáng)更強(qiáng) 特點(diǎn)特點(diǎn)五、應(yīng)用實(shí)例五、應(yīng)用實(shí)例生物修復(fù)生物修復(fù)“蘇州河底泥蘇州河底泥” 河道污染，底泥是個(gè)難以解決的大問(wèn)題。采用清淤辦法撈起底泥所造成的二次污染更是令人頭疼。 馮坤范對(duì)蘇州河生物修復(fù)的原理是利用改變菌的電子受體和它的營(yíng)養(yǎng)源，讓它成為復(fù)合菌群。但是投入放線菌本身會(huì)不會(huì)形成新的污染？不會(huì)！因?yàn)樗浅缘粲袡C(jī)污染之后就無(wú)物可吃了，自己也就消亡了。 人類(lèi)在治理環(huán)境時(shí)手段非常重要，必須考慮到它可能會(huì)給子孫后代造成后遺癥。采用生物修復(fù)技術(shù)治理河流底泥，這在全國(guó)范圍內(nèi)還是首創(chuàng)。 美國(guó)一塊美國(guó)一塊2.8hm22.8hm2的土地，堆放石油廢棄的土地，

13、堆放石油廢棄物已有多年，以致于土壤中含有物已有多年，以致于土壤中含有1010種金種金屬和屬和2020多種有機(jī)物大多具有揮發(fā)性）。多種有機(jī)物大多具有揮發(fā)性）。經(jīng)原位生物修復(fù)后，土壤中總揮發(fā)性有經(jīng)原位生物修復(fù)后，土壤中總揮發(fā)性有機(jī)物濃度從機(jī)物濃度從3400mg/L3400mg/L降為降為150mg/L150mg/L，苯，苯從從300mg/L300mg/L降為降為12mg/L12mg/L，氯乙烯從，氯乙烯從600mg/L600mg/L降為降為17mg/L17mg/L。整個(gè)生物修復(fù)工。整個(gè)生物修復(fù)工程耗資程耗資0.470.47億億$ $，若采用其它技術(shù)，估計(jì)，若采用其它技術(shù)，估計(jì)需耗資需耗資0.630

14、.631.671.67億億$ $。應(yīng)用前景應(yīng)用前景 具有低耗、高效和環(huán)境安全的特色和優(yōu)點(diǎn)，必將成為本世紀(jì)初環(huán)境技術(shù)的主攻方向之一。作為環(huán)境科學(xué)研究中一個(gè)富有挑戰(zhàn)性的前沿領(lǐng)域，目前已進(jìn)入一個(gè)相當(dāng)活躍的時(shí)期。 生物修復(fù)并不是萬(wàn)能的，它必須在一定生物修復(fù)并不是萬(wàn)能的，它必須在一定的原則下，經(jīng)過(guò)可處理試驗(yàn)，確定生物的原則下，經(jīng)過(guò)可處理試驗(yàn)，確定生物修復(fù)設(shè)計(jì)工藝參數(shù)。修復(fù)設(shè)計(jì)工藝參數(shù)。六、六、 生物修復(fù)的可處理試驗(yàn)生物修復(fù)的可處理試驗(yàn)1、生物修復(fù)的原則適合的生物主體）適合的生物主體） 先決條件先決條件適合的場(chǎng)所受體）適合的場(chǎng)所受體） 污染物和合適的污染物和合適的生物相接觸的地點(diǎn)生物相接觸的地點(diǎn)適合的環(huán)境

15、條件適合的環(huán)境條件 控制或改變環(huán)境條件控制或改變環(huán)境條件使生物的代謝與生長(zhǎng)活動(dòng)處于最佳狀態(tài)環(huán)使生物的代謝與生長(zhǎng)活動(dòng)處于最佳狀態(tài)環(huán)境因子包括溶解氧、溫度、境因子包括溶解氧、溫度、pHpH值、無(wú)機(jī)養(yǎng)值、無(wú)機(jī)養(yǎng)分氮、磷）、電子受體氧氣、硝酸鹽、分氮、磷）、電子受體氧氣、硝酸鹽、硫酸鹽、二氧化碳等。硫酸鹽、二氧化碳等。2 2、生物修復(fù)的可處理試驗(yàn)、生物修復(fù)的可處理試驗(yàn)5、確定生物修復(fù)效果所需的監(jiān)測(cè)手段。 （1）、可處理試驗(yàn)的目的1、提供污染物在生物修復(fù)過(guò)程中的行為和歸宿的數(shù)據(jù)2、評(píng)價(jià)生物修復(fù)所能達(dá)到的速度和程度:對(duì)任何系統(tǒng),最重要的問(wèn)題是確定能達(dá)到的處理水平和耗時(shí)長(zhǎng)短3、評(píng)估生物修復(fù)技術(shù)的可行性和局限

16、性 4、評(píng)價(jià)污染物被修復(fù)后所帶來(lái)的二次污染問(wèn)題反應(yīng)器試驗(yàn)（2 2）、可處理性試驗(yàn)方法）、可處理性試驗(yàn)方法土壤滅菌試驗(yàn)土壤滅菌試驗(yàn)土壤柱試驗(yàn)土壤柱試驗(yàn)搖瓶試驗(yàn)搖瓶試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)小區(qū)試驗(yàn)土壤滅菌試驗(yàn)土壤滅菌試驗(yàn)選取有代表性土壤經(jīng)混勻后分裝于容器中。容器分為兩組，一組經(jīng)高溫滅菌或適當(dāng)藥劑處理以殺滅其中微生物，另一組不滅菌。分別施入同量的目標(biāo)污染物，置于空氣中培養(yǎng)。在一個(gè)時(shí)期內(nèi)，定期監(jiān)測(cè)兩組土壤中該污染物的消失情況，最后判定是否為可生物降解性物質(zhì)及其降解速率。如試驗(yàn)周期長(zhǎng)于7d，需補(bǔ)充無(wú)菌水以利土壤微生物的活動(dòng)。土壤柱試驗(yàn)土壤柱試驗(yàn)一般以擬修復(fù)的污染土壤類(lèi)型及耕作層深度，并按相應(yīng)的疏松程度容重裝成土柱。土柱

17、內(nèi)徑至少5cm以上。加氧強(qiáng)制通氣或用雙氧水）。搖瓶試驗(yàn)搖瓶試驗(yàn) 在三角瓶中配制以該污染物為主要碳源的培養(yǎng)在三角瓶中配制以該污染物為主要碳源的培養(yǎng)液，另補(bǔ)加適當(dāng)?shù)囊海硌a(bǔ)加適當(dāng)?shù)腘 N、P P、S S、生長(zhǎng)素等其它營(yíng)、生長(zhǎng)素等其它營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，調(diào)節(jié)養(yǎng)物質(zhì)，調(diào)節(jié)pHpH值必要時(shí)可調(diào)至中性微堿及值必要時(shí)可調(diào)至中性微堿及微酸性兩種培養(yǎng)液以分別適應(yīng)細(xì)菌與真菌的需微酸性兩種培養(yǎng)液以分別適應(yīng)細(xì)菌與真菌的需要）。設(shè)不接種微生物的處理組作為對(duì)照，接要）。設(shè)不接種微生物的處理組作為對(duì)照，接種的微生物可以是一種或多種，也可接種經(jīng)馴種的微生物可以是一種或多種，也可接種經(jīng)馴化的活性污泥，在不同的通氣條件與溫度條件化的活性污

18、泥，在不同的通氣條件與溫度條件下進(jìn)行培養(yǎng)。在一個(gè)階段內(nèi)定時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)各三下進(jìn)行培養(yǎng)。在一個(gè)階段內(nèi)定時(shí)連續(xù)監(jiān)測(cè)各三角瓶?jī)?nèi)培養(yǎng)液的變化。角瓶?jī)?nèi)培養(yǎng)液的變化。 反應(yīng)器試驗(yàn)反應(yīng)器試驗(yàn)探頭入孔采樣口樹(shù)脂收集器CO2收集器土壤、水懸浮混合液直接傳動(dòng)混合器空氣圖13 實(shí)驗(yàn)室反應(yīng)器試驗(yàn)?zāi)Ｐ?生物轉(zhuǎn)化：在生物酶的作用下使污染物生物轉(zhuǎn)化：在生物酶的作用下使污染物的形態(tài)、結(jié)構(gòu)發(fā)生微小的改變，使污染的形態(tài)、結(jié)構(gòu)發(fā)生微小的改變，使污染物毒性加強(qiáng)或減弱。物毒性加強(qiáng)或減弱。 生物降解：在生物酶的作用下經(jīng)過(guò)一系生物降解：在生物酶的作用下經(jīng)過(guò)一系列生化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單化合物的現(xiàn)象。列生化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單化合物的現(xiàn)象。 礦化：終極生物降解。指有機(jī)污染物降礦化：終極生物降解。指有機(jī)污染物降解為解為CO2 CO2 和水的過(guò)程。和水的過(guò)程。現(xiàn)場(chǎng)小區(qū)試驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)小區(qū)試驗(yàn) 在處理現(xiàn)場(chǎng)的一部分區(qū)域，從1幾百平方米，用木板隔開(kāi)，深度24米。3 3、生物修復(fù)工程設(shè)計(jì)、生物修復(fù)工程設(shè)計(jì) 生物修復(fù)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它需要依靠工程學(xué)、環(huán)境學(xué)、生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、微生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)、土壤學(xué)、水文學(xué)、化學(xué)等多學(xué)科的合作，為了確定生物修復(fù)技術(shù)是否適用于某一受污染環(huán)境和某種污染物，需要進(jìn)行生物修復(fù)的工程設(shè)計(jì)。生物修復(fù)工程設(shè)計(jì)要素：生物修復(fù)工程設(shè)計(jì)要素：生物修復(fù)工程設(shè)計(jì)場(chǎng)地信息收集技術(shù)查詢技術(shù)路線選擇可處理性試驗(yàn)修復(fù)效果評(píng)價(jià)實(shí)際工程設(shè)計(jì)小試中試場(chǎng)地信息收集場(chǎng)地信息