受污染環(huán)境的修復(fù)

關(guān)于受污染環(huán)境的修復(fù)第一頁，共六十五頁，2022年，8月28日第一節(jié)微生物修復(fù)技術(shù)一、概述

微生物修復(fù)技術(shù)是指通過微生物的作用清除土壤和水體中的污染物，或是使污染物無害化的過程，包括自然和人為控制條件下的污染物降解或無害化過程。第二頁，共六十五頁，2022年，8月28日微生物修復(fù)（源分類）自然修復(fù)過程利用土著微生物的條件：充分和穩(wěn)定的地下水流有微生物可利用的營養(yǎng)物有緩沖pH的能力有使代謝能夠進行的電子受體第三頁，共六十五頁，2022年，8月28日微生物修復(fù)（源分類）人為修復(fù)工程：采用外源微生物又稱強化生物修復(fù)或工程化的生物修復(fù)手段：生物刺激技術(shù)：滿足微生物生長環(huán)境條件生物強化技術(shù)：投入外源微生物等第四頁，共六十五頁，2022年，8月28日生物修復(fù)（場址分類）原位生物修復(fù)：污染的原地點異位生物修復(fù)：將污染物移動到鄰近點或反應(yīng)器內(nèi)進行。第五頁，共六十五頁，2022年，8月28日海洋污染的生物修復(fù)游船海難事故造成的原油泄漏；污染海面和海灘進行生物修復(fù)投表面活性劑投微生物菌劑投營養(yǎng)物第六頁，共六十五頁，2022年，8月28日二、影響微生物修復(fù)效率的因素（1）營養(yǎng)物質(zhì)

污染物主要提供碳源，而N,P是限制微生物活動的重要因素典型的細菌細胞組成第七頁，共六十五頁，2022年，8月28日（2）電子受體

土壤中污染物氧化分解的最終電子受體種類和濃度極大影響著污染物降解的速率和程度，微生物氧化還原反應(yīng)的最終電子受體分為：溶解氧有機物分解的中間產(chǎn)物無機酸根影響微生物修復(fù)效率的因素第八頁，共六十五頁，2022年，8月28日（3）污染物的性質(zhì)

可降解性是關(guān)鍵；另外還包括毒性，揮發(fā)性和鎖定

鎖定：污染物與土壤顆粒物相互作用，生物有效性下降。影響微生物修復(fù)效率的因素第九頁，共六十五頁，2022年，8月28日（4）環(huán)境條件

土壤顆粒的性質(zhì)（有機質(zhì)及黏土含量等及介質(zhì)條件（酸堿度、溫度、濕度和孔隙率等）（5）微生物的協(xié)同作用

微生物降解過程需要兩種或更多種類微生物的協(xié)同作用才能夠完成。影響微生物修復(fù)效率的因素第十頁，共六十五頁，2022年，8月28日三、強化生物修復(fù)的主要類型原位強化修復(fù)技術(shù)生物強化法生物通氣法生物注射法生物沖淋法土地耕作法

第十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日原位強化修復(fù)技術(shù)（1）生物強化法

在生物處理體系中投加具有特定功能的微生物來改善原有處理體系的處理效果。第十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日芳香烴降解fpg

基因的構(gòu)建與表達策略pGEX4TdigestedbyBamHIandEcoRIFgpgeneBamHIEcoRIRecombinantpGEX-fpg

pT-fpgvectordigestedbyBamHI/EcoRIandfpggenewasrecovered第十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日fpg

融合基因克隆與構(gòu)建結(jié)果PCRproductsofTP-PCRmethod12M2000bp1000bp750bp500bp250bp100bp123M456構(gòu)建結(jié)果第十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日表達載體構(gòu)建結(jié)果重組pGEX4T-fpg

載體構(gòu)建及fpg基因的表達結(jié)果ConstructionofpGEX4T-fpgandfpgexpressionresults12345678M12345678M116.0kD66.2kD45.0kD35.0kD25.0kD18.4kD14.4kD第十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日質(zhì)粒轉(zhuǎn)化第十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日攜帶有fpg融合基因表達蛋白的大腸桿菌（左）和野生菌（右）熒光顯微鏡下形態(tài)第十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日（2）生物通氣法用于修復(fù)受揮發(fā)性有機物污染的地下水水層上部通氣層土壤。原位強化修復(fù)技術(shù)第十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日（3）生物注射法適用于處理受揮發(fā)性有機物污染的地下水及上部土壤。（4）生物沖淋法將含氧和營養(yǎng)物的水補充到亞表層，促進土壤和地下水中的污染物的生物降解。（5)土地耕作法對污染土壤進行耕梨處理。原位強化修復(fù)技術(shù)第十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日

異位生物修復(fù)(1)堆肥法處理固體廢棄物的傳統(tǒng)技術(shù)，用于受石油，洗滌劑，多氯烴，農(nóng)藥等污染土壤的修復(fù)處理。(2)生物反應(yīng)器處理把污染物移到反應(yīng)器中完成微生物移到反應(yīng)器中完成微生物的代謝過程，生物反應(yīng)器包括土壤泥漿生物反應(yīng)器和預(yù)制床反應(yīng)器第二十頁，共六十五頁，2022年，8月28日(3)厭氧處理厭氧處理對于某些具有高氧化狀態(tài)的污染物的降解，如三硝基甲苯，多氯取代化合物（PCB等），比耗氧處理更為有效。異位生物修復(fù)第二十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日四、生物修復(fù)的優(yōu)缺點優(yōu)點：現(xiàn)場、原位、徹底、低耗缺點：有的不能修復(fù)有的降解后毒性更大前期費用較高第二十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日第二節(jié)植物修復(fù)技術(shù)一、概述

植物修復(fù)技術(shù)直接利用各種活體植物，通過提取，降解和固定等過程清除環(huán)境中的污染物，或消減污染物的毒性，可以用于受污染的地下水，沉積物和土壤的原位處理。第二十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日第二十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日二、植物修復(fù)重金屬污染的過程和機理（1）植物提取植物提取是利用重金屬超積累植物從土壤中吸取一種或幾種重金屬，并將其轉(zhuǎn)移，儲存到地上部分，隨后收割地上部分并集中處理，連續(xù)種植這種植物，即可使土壤中重金屬含量降低到可接受的水平。第二十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日超積累植物的篩選518Zn36Ni612Mn35Pb1124Cu1226Co22Cd23AsNumberoffamiliesNumberofspeciesMetals518Zn36318Ni612Mn35Pb1124Cu1226Co22Cd3AsNumberoffamiliesNumberofspeciesMetals世界上發(fā)現(xiàn)的超積累植物種類第二十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日MetalsPlantsMaxiumcontentsCuIpomoeaalpina12300CdThlaspicaerulenscens1800PbThlaspicaerulenscens8200ZnThlaspicaerulenscens51600MnMacadamianeurophylla51800CoHaumaniastrumrobertii10200NiBerkheyacoddii7880AsPterisvittata5000一些超積累植物和累積金屬的最大含量第二十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日國內(nèi)一些學(xué)者發(fā)現(xiàn)的超積累植物第二十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日我們發(fā)現(xiàn)的錳超積累植物——商陸第二十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日（2）植物穩(wěn)定

植物穩(wěn)定是利用耐重金屬植物的根際的一些分泌物，增加土壤中有毒金屬的穩(wěn)定性，從而減少金屬向作物的遷移，以及被淋濾到地下水或通過空氣擴散進一步污染環(huán)境的可能性。第三十頁，共六十五頁，2022年，8月28日（3）植物揮發(fā)植物揮發(fā)是利用植物的吸收，積累和揮發(fā)而減少土壤中一些揮發(fā)性污染物，即植物將污染物吸收到體內(nèi)后將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)，釋放到大氣中，多用于吸收金屬元素汞和非金屬元素硒。第三十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日植物耐受重金屬毒害的機制植物耐金屬毒害的機制復(fù)雜多樣，包括細胞壁鈍化，跨膜運輸減少，主動外排，區(qū)域化分布，鰲合，合成逆境蛋白，產(chǎn)生乙烯。其中最主要的，最普遍的機制是通過誘導(dǎo)金屬配體的合成，形成金屬配體復(fù)合物，并在器官，細胞和亞細胞水平呈區(qū)域化分布。第三十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日重金屬吸收、累積和存在形態(tài)重金屬的主動吸收和被動吸收機理重金屬吸收的離子通道和轉(zhuǎn)運蛋白重金屬在植物體內(nèi)的分布定位重金屬在植物體內(nèi)累積的分子形態(tài)第三十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日根系吸收主動與被動吸收在重金屬污染土壤上，植物對重金屬的吸收由于環(huán)境濃度差異大而存在被動吸收；Knight

等認為超積累植物對土壤溶液中Zn可能存在主動吸收過程。離子通道或轉(zhuǎn)運蛋白鋅轉(zhuǎn)運蛋白(ZIP)和鐵轉(zhuǎn)運蛋白(ITR1)對根吸收土壤中Zn和Fe起重要作用；ZIP和ITR1也具有吸收轉(zhuǎn)運Mn(II),Co(II),Cd(II)或Cu(II)等重金屬離子的潛力。Uptakeandsequestration第三十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日木質(zhì)部薄壁細胞轉(zhuǎn)載到導(dǎo)管的能量可能來自木質(zhì)部薄壁細胞膜上的H-ATPase產(chǎn)生的負性跨膜電勢在導(dǎo)管中運輸?shù)哪芰恐饕獊碜愿鶋汉驼趄v拉力有機分子在超積累植物體內(nèi)重金屬運輸中有重要作用，用X-射線吸收精細結(jié)構(gòu)分析法(EXAFS)研究,發(fā)現(xiàn)印度芥菜傷流液中有機酸參與了Cd在木質(zhì)部的運輸木質(zhì)部運輸Xylemtransport第三十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日卸載與組織分布從木質(zhì)部卸載到葉細胞(跨葉細胞膜運輸)在組織水平上,重金屬主要分布在表皮細胞、亞表皮細胞和表皮毛中Unloadingandtissuedistribution第三十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日細胞分布定位細胞壁液泡線粒體葉綠體高爾基體其他Traffickingandsequestration液泡常被認為是重金屬貯存的主要場所,用電子探針觀察了遏藍菜屬T.caerulenscens觀察到根中的Zn大部分分布在液泡中。細胞壁是重金屬離子進入的第一道屏障,它的金屬沉淀作用是一些植物耐重金屬的原因。蹄蓋蕨屬（Athyriumyokoscense)植物吸收的Cu大約有70-90%位于細胞壁。第三十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日三、植物修復(fù)有機污染物的過程和機理（1）直接吸收有機污染物被植物吸收以后，可直接以母體化合物或以不具有植物毒性的代謝產(chǎn)物的形態(tài)，通過木質(zhì)化作用在植物組織中貯藏，也可代謝或礦化為水和CO2等，或隨植物的蒸騰（呼吸）作用排除植物體。第三十八頁，共六十五頁，2022年，8月28日（2）植物分泌物的降解作用植物的根系可向土壤環(huán)境釋放大量分泌物，其數(shù)量約占植物年光合作用的10％－20％。植物產(chǎn)生的各種天然有機物或酶類，可以促進有機污染物在植物體外發(fā)生生物降解。酶對污染物的降解起到關(guān)鍵作用。第三十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日（3）增強根際微生物降解直接圍繞在植物根周圍的土壤環(huán)境，一般稱作根際。植物根系分泌一些物質(zhì)及酶進入土壤，不但可以降解有機污染物，還向生活在根際的微生物提供營養(yǎng)和能量，支持根際微生物的生長和活性，使根際環(huán)境的微生物數(shù)量明顯高于非根際土壤，生物降解作用增強。

根冠細胞和分泌物是根區(qū)微生物生長的重要營養(yǎng)源。第四十頁，共六十五頁，2022年，8月28日第三節(jié)化學(xué)氧化技術(shù)一、概述

化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)是利用氧化劑的氧化性能，使污染物氧化分解，轉(zhuǎn)變成無毒或毒性較小的物質(zhì)，從而消除土壤和水環(huán)境中的污染。第四十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日

深度氧化技術(shù)，是相對于常規(guī)氧化技術(shù)而言的，指在體系中能產(chǎn)生具有高度反應(yīng)活性的自由基（如羥基自由基），充分利用自由基的活性，快速徹底地氧化有機污染物的處理技術(shù)。第四十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日二、高錳酸鉀氧化法

（1）高錳酸鉀在酸性溶液中有很強的氧化性

MnO4-+8H++5e-——Mn2++4H2O

標準氧化還原電位為E＝1.51V（2）高錳酸鉀在中性溶液中氧化性要低得多

MnO4-+2H2O+3e-——MnO2+4OH-

標準氧化還原電位為E=0.588V(3)高錳酸鉀在堿性溶液中的氧化性也較弱

E＝0.564V(4)高錳酸鉀氧化有機污染物的機理——在酸性條件下，它是通過提供氧原子而不是通過生成羥基自由基進行氧化反應(yīng)第四十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日三、臭氧氧化技術(shù)

臭氧在酸性介質(zhì)中氧化還原電位為2.07V,在堿性介質(zhì)中為1.27V，其氧化能力僅次于氟，高于氯和高錳酸鉀。（1）臭氧分子的直接氧化反應(yīng)

1打開雙鍵發(fā)生加成反應(yīng)

2親電反應(yīng)－發(fā)生在分子中電子云密度高的點

3親核反應(yīng)－只發(fā)生在帶有吸電子基團的碳原子上，限于同不飽和芳香族或脂肪族化合物或某些特殊基團發(fā)生反應(yīng)第四十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日（2）自由基的反應(yīng)

臭氧在堿性環(huán)境等因素作用下，產(chǎn)生活潑的自由基，主要是羥基自由基，與污染物反應(yīng)，臭氧在催化條件下易于分解形成OH自由基，土壤中天然存在的金屬氧化物如α-Fe2O3,MnO2和Al2O3通常可以作為這種催化反應(yīng)的活性位點。第四十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日四、過氧化氫及FENTON氧化技術(shù)

Fenton試劑是指在天然或人為添加的亞鐵離子（Fe2+）時，與過氧化氫發(fā)生作用，能夠產(chǎn)生高反應(yīng)活性的羥基自由基（OH·）的試劑。第四十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日

Fenton反應(yīng)體系中，過氧化氫產(chǎn)生羥基自由基的總反應(yīng)方程為：酸性條件下

Fe2++H2O2——Fe3++O2+OH·Fenton反應(yīng)生成的OH·能快速降解多種有機化合物：

RH+OH·——H2O+R·R·+Fe3+——Fe2++產(chǎn)物第四十七頁，共六十五頁，2022年，8月28日

Fenton試劑反應(yīng)需在酸性條件才能進行，對環(huán)境條件的要求比較苛刻：1PH的影響——酸性條件2H2O2濃度的影響——隨著濃度的增大，COD的去除首先增大，而后出現(xiàn)下降3催化劑(Fe2+)濃度的影響——適量4反應(yīng)溫度——適當(dāng)?shù)臏囟燃せ钭杂苫谒氖隧?，共六十五頁?022年，8月28日第四節(jié)電動力學(xué)修復(fù)一、基本原理

利用電動力學(xué)原理對受污染土壤進行修復(fù)的方法稱為電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)。電動力學(xué)修復(fù)是將電極插入受污染的地下水及土壤區(qū)域，施加直流電，形成直流電場。由于土壤顆粒表面雙電層，孔隙水中帶有電荷的離子或顆粒，在電場作用下通過電遷移、電滲析流或電泳的方式沿電場方向遷移，這些統(tǒng)稱為電動效應(yīng)。這樣，污染物離開土壤向兩極遷移，最終富集在電極區(qū)得到集中處理或分離。第四十九頁，共六十五頁，2022年，8月28日Z——離子的電荷數(shù)

D——擴散系數(shù)

T——熱力學(xué)溫度

L——Avogadro常數(shù)

R——摩爾氣體常數(shù)電遷移速率第五十頁，共六十五頁，2022年，8月28日

由于離子在土壤中的遷移比在水中的更復(fù)雜，所以在實際土壤中電遷移速率應(yīng)為：

u*=u/ττ為經(jīng)驗常數(shù)電滲析流可以用以下方程描述：

qv=KexIexAqv—體積流量

Ke－電滲析流導(dǎo)率系數(shù)

Ie－電流梯度

A－截面積

第五十一頁，共六十五頁，2022年，8月28日第五十二頁，共六十五頁，2022年，8月28日二、聯(lián)用技術(shù)

電動力學(xué)修復(fù)只是將土壤中的污染物從土壤遷移到電極溶液，要將污染物徹底去除，可與其他修復(fù)技術(shù)聯(lián)用。例如，電動力學(xué)修復(fù)技術(shù)與離子交換技術(shù)并用，可使土壤中重金屬離子徹底去除。重金屬在電場的作用下，進入電極室溶液抽提到地面進入離子交換系統(tǒng)，發(fā)生離子交換后的溶液可再次通入地下循環(huán)利用。第五十三頁，共六十五頁，2022年，8月28日第五節(jié)地下水修復(fù)的可滲透反應(yīng)格柵技術(shù)一、概述

可滲透反應(yīng)格柵技術(shù)（PRB）是以活性填料組成的構(gòu)建物，垂直立于地下水水流的方向，污水流經(jīng)過反應(yīng)格柵，通過物理的，化學(xué)的及生物的反應(yīng)，使有機物得以有效去除的地下水凈化的技術(shù)。第五十四頁，共六十五頁，2022年，8月28日PRB是一項原位使用的技術(shù)，比起傳統(tǒng)的泵提－處理技術(shù)，可省去泵提、挖掘及異地處理的費用；不阻斷水流，對環(huán)境的影響??；維護容易；在功能喪失后可直接取出處理因而在經(jīng)濟上和工程應(yīng)用上均顯示出優(yōu)勢。第五十五頁，共六十五頁，2022年，8月28日二、Fe-PRB1.0價Fe去除地下水中的有機污染物C2HCl3+Fe0+H2O——C2H2Cl2+Cl-+OH-+Fe2+C2H2Cl2+Fe0+H2O——C2H3Cl+Cl-+OH-+Fe2+C2H3Cl+Fe0+H2O——C2H4+Cl-+OH-+Fe2+第五十六頁，共六十五頁，2022年，8月28日2.0價鐵去除地下水中無機污染物1)對重金屬的去除

Fe0+CrO42-+H2O——FexCr1-x(OH)3+OH-

上述反應(yīng)的去除原理