污染環(huán)境的生物修復(fù)

1、第八章 環(huán)境污染生物修復(fù)技術(shù) 生物修復(fù)的概念及其原理 生物修復(fù)工程技術(shù)8.1生物修復(fù)的概念及其原理什么是生物修復(fù)?生物修復(fù)（Bioremediation）指利用生物將土壤、地表及地下水或海洋中的危險(xiǎn)性污染物現(xiàn)場(chǎng)去除或降解的工程技術(shù)系統(tǒng)。生物修復(fù)的基本指導(dǎo)思想凈化速度緩慢由于三方面的原因生物修復(fù)技術(shù)系統(tǒng)中添加氮、磷等營(yíng)養(yǎng)鹽接種、馴化高效菌自然條件下DO不足營(yíng)養(yǎng)鹽缺乏高效菌生長(zhǎng)緩慢供氧快速去除污染物生物修復(fù)技術(shù)的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：投資費(fèi)用省，對(duì)環(huán)境影響小，能有效降低污染物濃度，適用于在其他技術(shù)難以應(yīng)用的場(chǎng)地，而且能同時(shí)處理受污染的土壤和地下水。局限性：需對(duì)具體地點(diǎn)的狀況和污染物進(jìn)行詳細(xì)而昂貴的考察，微生物

2、活性受溫度和其他環(huán)境條件的影響，某些情況下，生物修復(fù)不能去除全部的污染物。與生物處理的區(qū)別：兩者原理一致，但生物修復(fù)側(cè)重于受污區(qū)域的原位生物處理。生物修復(fù)技術(shù)分類(lèi)：原位生物修復(fù)，異位生物修復(fù)生物修復(fù)的影響因素與基本措施微生物修復(fù)的生物類(lèi)型土著微生物：環(huán)境中固有的微生物外來(lái)微生物：需大量接種的高效菌基因工程菌（GEM）植物及超積累植物微生物修復(fù)的影響因素營(yíng)養(yǎng)鹽：需添加氮、磷營(yíng)養(yǎng)元素電子受體：可通過(guò)對(duì)土壤鼓氣或添加產(chǎn)氧劑的方式來(lái)提供DO作為有機(jī)物降解的電子受體；此外，硝酸根、硫酸根、鐵離子也可作為有機(jī)物降解的電子受體。共代謝基質(zhì)污染現(xiàn)場(chǎng)和土壤特性：土壤特性影響污染物和微生物的相對(duì)活性，最終影響生物

3、修復(fù)的速度和程度。有毒有機(jī)污染物的物理化學(xué)性質(zhì)生物修復(fù)的基本措施 接種微生物或引種超積累植物添加營(yíng)養(yǎng)物提供電子受體提供共代謝底物以誘導(dǎo)共代謝酶產(chǎn)生添加表面活性劑植物修復(fù)（Photoremediation）植物修復(fù)的特點(diǎn)可同時(shí)去除有機(jī)污染物和重金屬、放射性核素，適用于大面積、低污染的位點(diǎn)。植物對(duì)環(huán)境中金屬的去除環(huán)境中金屬污染的去除已有方案：場(chǎng)外修復(fù)，先將土壤挖掘、轉(zhuǎn)移，再去除金屬離子；微生物修復(fù)：生物量小，從而吸收量小，同時(shí)生物體過(guò)小難以進(jìn)行后處理；植物修復(fù)特點(diǎn)：生物量大，從而吸收量大，同時(shí)易于進(jìn)行后處理。適應(yīng)重金屬脅迫的植物不吸收或少吸收重金屬將吸收的金屬鈍化在植物的地下部分大量吸收金屬的同時(shí)

4、正常生長(zhǎng)可在金屬污染土壤中生產(chǎn)符合環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的農(nóng)產(chǎn)品通過(guò)栽種植物積累金屬，收獲后進(jìn)行植物提取植物修復(fù)金屬污染的方式植物固定指利用植物和其他一些添加物使環(huán)境中的金屬流動(dòng)性降低，生物可利用性下降，降低金屬對(duì)生物的毒性。該法只是暫時(shí)將金屬固定，并沒(méi)有徹底去除環(huán)境中的金屬。植物揮發(fā)指植物將污染物吸收到體內(nèi)后又將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)，釋放到大氣中。該法只適用于揮發(fā)性污染物。植物吸收指利用能耐受并可過(guò)量積累金屬的植物吸收環(huán)境中的金屬離子，將它們輸送并貯存在植物體的地上部分。需要選擇能耐受并可過(guò)量積累金屬的植物種類(lèi)。8.2 生物修復(fù)工程技術(shù)生物修復(fù)的可行性研究數(shù)據(jù)調(diào)查技術(shù)查詢(xún)選擇技術(shù)路線可處理性試驗(yàn)實(shí)際工程設(shè)計(jì)土

5、壤生物修復(fù)工程技術(shù)原位處理特點(diǎn)：原地進(jìn)行，無(wú)需挖出土壤和運(yùn)輸，采用土著微生物或經(jīng)馴化的微生物處理。包括兩方面內(nèi)容：對(duì)受油污染的土壤進(jìn)行修復(fù)對(duì)礦山廢棄地進(jìn)行植被恢復(fù)挖掘堆置處理特點(diǎn)：可在受污染初期限制污染物的擴(kuò)散和遷移，減少受污染范圍，但運(yùn)輸、挖掘費(fèi)用較高，運(yùn)輸過(guò)程中可能引發(fā)新的污染或因挖掘造成土壤生態(tài)結(jié)構(gòu)的破壞。反應(yīng)器處理特點(diǎn)：此法類(lèi)似于污水生物處理，受污染的土壤挖出與水混合后在接種了微生物的反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行處理，處理速度較快，但工程復(fù)雜，費(fèi)用較高。廢水處理系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)鹽 空氣污染區(qū)抽水井地下水位注水井觀測(cè)井生物修復(fù)原位處理方式示意圖地下水生物修復(fù)工程技術(shù)原位處理特點(diǎn)：與土壤原位處理基本相同。物理攔阻

6、指使用暫時(shí)的物理屏障以減緩并阻滯污染物在地下水中的進(jìn)一步遷移。地上處理又稱(chēng)抽取處理技術(shù)，將受污染的地下水從地下水層中抽取出來(lái)，在地面上用一種或多種工藝處理之后，再將水注入地層。地表水生物修復(fù)工程技術(shù)微生物修復(fù)針對(duì)流動(dòng)的河道水體，可采用直接曝氣、生物膜法等；對(duì)于淺水湖泊，可添加營(yíng)養(yǎng)鹽、采用曝氣機(jī)攪拌混合等法；大型水生植物對(duì)水體的凈化氧化塘法生物氧化塘（Oxidation Pond）的概念又稱(chēng)穩(wěn)定塘，是利用藻類(lèi)和細(xì)菌兩類(lèi)生物間功能上的協(xié)同作用處理污水的一種生態(tài)系統(tǒng)。氧化塘內(nèi)的生物組成藻類(lèi)：位于氧化塘的表層，常見(jiàn)的有：小球藻屬、衣藻屬、眼蟲(chóng)藻屬等；細(xì)菌：大量存在于氧化塘下層，在好氣狀態(tài)下，無(wú)色桿菌、

7、假單胞菌、芽孢桿菌等優(yōu)勢(shì)生長(zhǎng)；在氧化塘底部的厭氧層還有硫酸還原菌和甲烷細(xì)菌。微型動(dòng)物：存在多種原生動(dòng)物、輪蟲(chóng)、以及甲殼類(lèi)等。氧化塘的凈化原理氧化塘的凈化原理氧化塘的凈化原理是利用了細(xì)菌與藻類(lèi)的互生關(guān)系。藻類(lèi)進(jìn)行光合作用釋放氧氣；細(xì)菌利用藻類(lèi)產(chǎn)生的氧氣分解流入塘內(nèi)的有機(jī)物；分解產(chǎn)物中的CO2、N、P等無(wú)機(jī)物以及一部分小分子有機(jī)物成為藻類(lèi)的營(yíng)養(yǎng)源；增殖的細(xì)菌和藻類(lèi)細(xì)胞為微型動(dòng)物所捕食。氧化塘內(nèi)的反應(yīng)過(guò)程藻類(lèi)和光合細(xì)菌的光合放氧過(guò)程；好氧反應(yīng)：氧化作用、氮氧化作用、硫氧化作用等；厭氧反應(yīng)：硝酸鹽還原反應(yīng)、硫酸鹽還原反應(yīng)、發(fā)酵反應(yīng)等；氧化塘內(nèi)的生物學(xué)過(guò)程藻類(lèi)細(xì)菌衰亡細(xì)胞CO2、NH3H2O、PO43O

8、2流入污水能沉淀的固體處理出水O2 風(fēng)陽(yáng)光（厭氧性）（兼性）有機(jī)物微生物有機(jī)酸、醇等微生物CH4CO2NH3等好氧層兼性層 厭氧層氧化塘的分類(lèi)與功能好氧塘 深度較淺，陽(yáng)光直射塘底，主要是藻類(lèi)供氧，晚上易缺氧兼性塘 塘深1.02.5m，上層DO充足，好氧微生物占優(yōu)勢(shì)；中層DO不足，兼性微生物占優(yōu)勢(shì)；下層厭氧微生物占優(yōu)勢(shì)?？蓱?yīng)用于處理工業(yè)、農(nóng)業(yè)廢水和生活污水。厭氧塘塘深2m以上，厭氧微生物占主導(dǎo)，可接納預(yù)處理各種高濃度有機(jī)工業(yè)廢水。它后面通常還置有兼性塘和好氧塘。曝氣塘塘深35m。機(jī)械曝氣充氧。氧化塘的特點(diǎn)及實(shí)例氧化塘的特點(diǎn)構(gòu)筑物簡(jiǎn)單，能源消耗少，凈化效果好，費(fèi)用低，處理與利用相結(jié)合。占地面積大，

9、只適于中小城鎮(zhèn)，易污染地下水，易發(fā)臭，影響周邊環(huán)境 。應(yīng)用實(shí)例：武漢鴨兒湖氧化塘主要處理含有機(jī)磷的多種農(nóng)藥廢水；采用5個(gè)塘串聯(lián)的形式：見(jiàn)下圖經(jīng)多年運(yùn)轉(zhuǎn)表明，魚(yú)種塘出水的主要水質(zhì)指標(biāo)均可接近或達(dá)到地面水標(biāo)準(zhǔn)。厭氧塘兼性塘好氧塘魚(yú)種塘兼性塘人工濕地處理系統(tǒng)濕地是指每年在足夠長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)均具有淺的表面水層，能維持大型水生植物生長(zhǎng)的生態(tài)系統(tǒng)?？煞譃槿斯竦睾吞烊粷竦厝斯竦兀焊鶕?jù)天然濕地凈化污水的機(jī)理，由人工將礫石、砂、土壤、煤渣等材質(zhì)按一定比例填入，并有選擇性種植有關(guān)植物的污水處理系統(tǒng)，是工程化的并由人工控制的沼澤地。人工濕地凈化污水的過(guò)程是通過(guò)濕地中生態(tài)環(huán)境中的植物、基質(zhì)、微生物所發(fā)生的物理、化學(xué)、

10、生物作用的協(xié)同效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這些效應(yīng)包括沉淀、吸附、過(guò)濾、分解、離子交換、絡(luò)合、硝化與反硝化、營(yíng)養(yǎng)元素?cái)z取、生命代謝活動(dòng)等。人工濕地具有植物、土壤-無(wú)機(jī)膠體復(fù)合體、土壤微生物區(qū)系及酶的多樣性特征，污染物能通過(guò)拮抗、氧化還原等化學(xué)反應(yīng)。污水土地處理系統(tǒng)什么是污水土地處理系統(tǒng)（Land Treatment System）？利用土地及其中的微生物和植物根系對(duì)污染物的凈化能力來(lái)處理已經(jīng)經(jīng)過(guò)預(yù)處理的污水或廢水，同時(shí)利用其中的水分和肥分促進(jìn)農(nóng)作物、牧草或樹(shù)木生長(zhǎng)的工程設(shè)施。污水土地處理系統(tǒng)的組成污水的預(yù)處理設(shè)施，污水的調(diào)節(jié)與儲(chǔ)存設(shè)施，污水的輸送、布水和控制系統(tǒng)，土地處理面積，排出水收集系統(tǒng)。污水土地處理系統(tǒng)的凈化原理凈化機(jī)理包括：土壤的過(guò)濾截留、物理和化學(xué)的吸附、化學(xué)分解、生物氧化以及植物和微生物的攝取等作用。土地處理系統(tǒng)主要類(lèi)型地表漫流系統(tǒng)慢速滲濾系統(tǒng)快速滲濾系統(tǒng)自然濕地系統(tǒng)土地處理系統(tǒng)與污灌的主要區(qū)別（1）土地處理系統(tǒng)要求對(duì)污水進(jìn)行必要的預(yù)處理（2）土地處理系統(tǒng)是按照全年連續(xù)運(yùn)行的污水處理設(shè)施，即使冬季和非灌溉季節(jié)，污水也能得到適當(dāng)?shù)奶幚砗蛢?chǔ)存。污灌則是按照農(nóng)作物