環(huán)境生物技術(shù)2(7)-環(huán)境污染的生物修復(fù)(司)

1環(huán)境污染生物修復(fù)技術(shù)主講司萬(wàn)童電-mailsiwt02@163.com21概述

在自然界有哪些原因會(huì)導(dǎo)致環(huán)境的自?xún)暨^(guò)程極其緩慢，甚至還會(huì)因污染速度大于凈化速度，使污染物不斷貯積？3微生物修復(fù)的基本原理：調(diào)節(jié)污染地的環(huán)境條件以促使原有微生物或接種微生物的降解作用迅速完全進(jìn)行。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)鹽缺乏缺乏合適的降解微生物或微生物數(shù)量（濃度）過(guò)低供氧快速去除污染物41概述

在天然的環(huán)境下通過(guò)某些工程手段以強(qiáng)化污染物降解的生物凈化作用，使污染物在被污染的河道、海洋、地下水、土壤中就地或現(xiàn)場(chǎng)得到凈化處理。52生物修復(fù)的基本內(nèi)容與原理廣義的生物修復(fù)通常是指利用各種生物（包括微生物，動(dòng)物和植物）的特性，吸收、降解、轉(zhuǎn)化環(huán)境中的污染物，使受污染的環(huán)境得到改善的治理技術(shù)，一般分為植物修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)和微生物修復(fù)三種類(lèi)型。狹義的生物修復(fù)通常是指在自然或人工控制的條件下，利用特定的微生物降解、清除環(huán)境中污染物的技術(shù)。6生物修復(fù)動(dòng)物修復(fù)微生物修復(fù)利用微生物將環(huán)境中的污染物降解或轉(zhuǎn)化為其他無(wú)害物質(zhì)的過(guò)程通過(guò)土壤動(dòng)物群的直接或間接作用而修復(fù)土壤污染的過(guò)程植物修復(fù)利用植物去治理水體、土壤和底泥等介質(zhì)中的污染的技術(shù)植物萃取、植物穩(wěn)定、根基修復(fù)、植物轉(zhuǎn)化、根際過(guò)濾、植物揮發(fā)等7生物修復(fù)的基本定義生物修復(fù)是針對(duì)受污染場(chǎng)地（面源污染，污染物已進(jìn)入環(huán)境）利用生物自?xún)艄δ芑驈?qiáng)化生物凈化功能對(duì)污染物進(jìn)行降解的過(guò)程。生物修復(fù)的目的是將有機(jī)污染物濃度降低到低于檢測(cè)限或低于環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安全濃度。8生物修復(fù)可以現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，這樣減少了運(yùn)輸費(fèi)用和人類(lèi)直接接觸污染物的機(jī)會(huì)；生物修復(fù)經(jīng)常以原位方式進(jìn)行，這樣可使對(duì)污染位點(diǎn)的干擾或破壞達(dá)到最小，可在難以移動(dòng)的地方（如建筑物下、公路下）進(jìn)行，在生物修復(fù)時(shí)場(chǎng)地可以照常使用；生物修復(fù)使有機(jī)物分解為二氧化碳和水，可以永久性地消除污染物和長(zhǎng)期的隱患，無(wú)二次污染，不會(huì)使污染轉(zhuǎn)移；

生物修復(fù)可與其他處理技術(shù)結(jié)合使用，處理復(fù)合污染；降解過(guò)程迅速，費(fèi)用低，只是傳統(tǒng)物理、化學(xué)修復(fù)的30－50%。3.1.生物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)3生物修復(fù)的優(yōu)缺點(diǎn)9不是所有的污染物都適用于生物修復(fù)。有些化學(xué)品不易或根本不能被生物降解，如多氯代化合物和重金屬。污染物的不溶解性及其在土壤中與腐殖質(zhì)和粘粒結(jié)合，使生物修復(fù)更難以進(jìn)行；有些化學(xué)品經(jīng)微生物降解后其產(chǎn)物的毒性和移動(dòng)性比母體化合物反而增加。例如三氯乙烯（TCE）在厭氧條件下可以進(jìn)行一系列的還原脫鹵作用，產(chǎn)物之一的氯乙烯（VC）是致癌物。因此，如果不對(duì)微生物降解過(guò)程有全面了解，有時(shí)情況會(huì)比原來(lái)更糟；生物修復(fù)是一種科技含量較高的處理方法，它的運(yùn)作必須符合污染地的特殊條件。因此，最初用在修復(fù)地點(diǎn)進(jìn)行生物可處理性研究和處理方案可行性評(píng)價(jià)的費(fèi)用要高于常規(guī)技術(shù)（如空氣吹脫）的相應(yīng)費(fèi)用，一些低滲透性土壤往往不適合生物修復(fù)。3.2.生物修復(fù)技術(shù)的不足103.3.局限性微生物不能降解污染環(huán)境中的所有污染物。要求對(duì)地點(diǎn)狀況進(jìn)行工程前期的考察，往往費(fèi)時(shí)、費(fèi)錢(qián)。一些低滲透性土壤往往不宜采用生物修復(fù)技術(shù)。特定的微生物只降解特定的化合物類(lèi)型，化合物形態(tài)一旦變化就難以被原有的微生物酶系降解。微生物活性受溫度和其他環(huán)境條件的影響。有些情況下，生物修復(fù)不能將污染物全部去除。如何開(kāi)展對(duì)寒冷地區(qū)的污染土壤和海洋中的石油污染治理是生物修復(fù)尚待研究的重要課題。11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。3生物修復(fù)技術(shù)的特點(diǎn)總結(jié)124生物修復(fù)的主要方法生物修復(fù)技術(shù)的分類(lèi)原位生物修復(fù)異位生物修復(fù)1314155.1.用于生物修復(fù)的生物種類(lèi)土著微生物外來(lái)微生物基因工程菌采用基因工程技術(shù)，將降解性質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到一些能在污水和受污染土壤中生存的菌體內(nèi)定向地構(gòu)建高效降解難降解污染物的工程菌。植物及超積累植物特性：即使在污染物濃度較高時(shí)，也具有較高的積累速率；能在體內(nèi)積累高濃度的污染物；生長(zhǎng)快、生物量大；能同時(shí)積累多種污染物；具有抗蟲(chóng)抗病能力。5生物修復(fù)的影響因素與基本措施16非生物因素：溫度、pH值、濕度水平、鹽度、有毒物質(zhì)、靜水壓力營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)：添加氮、磷營(yíng)養(yǎng)元素電子受體：環(huán)境中的有機(jī)污染物在微生物的作用下被氧化分解時(shí)需耗氧。復(fù)合基質(zhì)：自身吸附，微生物附著。微生物的協(xié)同作用：多數(shù)生物降解過(guò)程需要兩種或更多種類(lèi)微生物的協(xié)同作用。捕食作用：與被捕食作用。種植植物：5.2.生物修復(fù)的影響因素1718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5.3.生物修復(fù)的基本措施191、使用適合的微生物2、在適合的地點(diǎn)3、適合的環(huán)境條件6生物修復(fù)三原則20適合的微生物：具有生理和代謝能力并能降解污染物的細(xì)菌和真菌。在許多情況下，則要加入外源微生物。6.1、使用適合的微生物6生物修復(fù)三原則21適合的地點(diǎn)：要有污染物和合適的微生物相接觸的地點(diǎn)。6.2、使用適合的地點(diǎn)6生物修復(fù)三原則22適合的環(huán)境條件：要控制或改變環(huán)境條件，使微生物的代謝和生長(zhǎng)活動(dòng)處于最佳狀態(tài)。6.3、使用適合的環(huán)境條件6生物修復(fù)三原則237生物修復(fù)和生物處理生物修復(fù)生物處理主要控制環(huán)境中的污染物控制排放口污染物降解的化學(xué)品多是比較難降解的有毒化學(xué)品的復(fù)雜混合物多是比較容易降解的有機(jī)物進(jìn)行降解的基體常是多相的非均質(zhì)的環(huán)境在精心設(shè)計(jì)的工程系統(tǒng)中進(jìn)行248.1土壤的生物修復(fù)8生物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用（1）土壤污染的概念

土壤污染直接的影響是土地生產(chǎn)力的下降；通過(guò)土壤-植物-動(dòng)物-人體食物鏈的污染，危害人體健康、威脅人類(lèi)生存；土壤污染還危害其他環(huán)境要素如水體，大氣等。

土壤污染是指進(jìn)入土壤中的有害、有毒物質(zhì)超出土壤的自?xún)裟芰?，?dǎo)致土壤的物理、化學(xué)和生物學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，降低農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量，并危害人體健康的現(xiàn)象。25

中國(guó)重金屬污染耕地總計(jì)：2000萬(wàn)公頃中國(guó)有機(jī)物污染農(nóng)田總計(jì)：6000萬(wàn)公頃（中國(guó)耕地約有9572萬(wàn)公頃）據(jù)報(bào)道26《國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年計(jì)劃綱要》決定從2006年起“開(kāi)展全國(guó)土壤污染現(xiàn)狀調(diào)查，綜合治理土壤污染”。2006年7月18日，國(guó)家環(huán)?？偩纸M織召開(kāi)全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查會(huì)議，全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查7月18日在北京啟動(dòng)。全國(guó)土壤現(xiàn)狀調(diào)查及污染防治項(xiàng)目由環(huán)?？偩趾蛧?guó)土資源部共同承擔(dān)，包括八個(gè)專(zhuān)題，總經(jīng)費(fèi)預(yù)算約為10億元，將在除臺(tái)灣省和港澳地區(qū)以外的各省、自治區(qū)、直轄市所轄全部陸地國(guó)土展開(kāi)，計(jì)劃在三年半左右的時(shí)間完成。全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查27寧波市江東等五個(gè)蔬菜基地

土壤的重金屬含量（mg/kg)引自：陸正松等，土壤環(huán)境、施肥與農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)的關(guān)系28寧波市部分蔬菜基地蔬菜重金屬污染情況調(diào)查

（陸正松等，2000年，內(nèi)部資料）29溫州市城郊興通橋等六個(gè)蔬菜基地

土壤的重金屬含量（mg/kg)引自：王亮等，溫州市城郊污灌對(duì)土壤和蔬菜品質(zhì)的影響30溫州市部分蔬菜基地蔬菜重金屬污染情況調(diào)查

（王亮等，2000年，內(nèi)部資料）31杭州市城郊轉(zhuǎn)塘等十一個(gè)蔬菜基地

土壤的重金屬含量（mg/kg)引自：謝正苗等，杭州市郊菜園土部分重金屬污染狀況的調(diào)查研究32人類(lèi)活動(dòng)向土壤施加有害物質(zhì)，是加速土壤污染，引起土壤環(huán)境質(zhì)量惡化加劇的主要原因。（2）土壤污染的原因?qū)е峦寥牢廴救祟?lèi)活動(dòng)：工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活廢棄物排放，如開(kāi)礦、冶煉、化工生產(chǎn)、施肥等等。土壤發(fā)生污染是由于進(jìn)入土壤的污染物凈積累。土壤自?xún)糇饔茫褐高M(jìn)入土壤的污染物，在土壤礦物質(zhì)、有機(jī)質(zhì)和土壤微生物的作用下，經(jīng)過(guò)一系列的物理、化學(xué)及生物化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，降低其濃度或改變其形態(tài)，從而消除或降低污染物毒性的現(xiàn)象。33

我國(guó)無(wú)公害蔬菜衛(wèi)生指標(biāo)(重金屬)34（3）土壤污染的危害造成減產(chǎn)、導(dǎo)致嚴(yán)重的直接經(jīng)濟(jì)損失導(dǎo)致食物品質(zhì)下降通過(guò)食物鏈危害人體健康導(dǎo)致其他環(huán)境（大氣、地表水、地下水污染，生態(tài)系統(tǒng)退化等）問(wèn)題35土壤的組成和性質(zhì)決定土壤具有一定的凈化能力。土壤的凈化能力是有限的，當(dāng)進(jìn)入土壤的污染物質(zhì)數(shù)量和速度超過(guò)了土壤的凈化能力時(shí)，污染物在土壤中積累，危害作物的正常生長(zhǎng)發(fā)育，通過(guò)食物鏈會(huì)直接影響人類(lèi)健康。土壤的凈化能力是指污染物進(jìn)入土壤后，經(jīng)生物和化學(xué)降解成為無(wú)毒物質(zhì)；通過(guò)化學(xué)沉淀、絡(luò)合和螯合、氧化還原等作用轉(zhuǎn)化為其它物質(zhì)，被土壤牢固吸附，不被植物利用。36（4）土壤組成對(duì)污染物毒性的影響一般認(rèn)為，土壤中某污染物的水溶態(tài)或交換態(tài)有效濃度越大，其對(duì)生物的毒性較大，而專(zhuān)性吸附態(tài)、氧化物態(tài)或礦物固定態(tài)含量越高，則其毒性越小。粘粒礦物有機(jī)質(zhì)土壤生物吸附作用靜電吸附和絡(luò)合(螯合)作用土壤組成降低、消除土壤污染物的主要機(jī)制（對(duì)有機(jī)污染物的）降解、轉(zhuǎn)化作用371、通過(guò)影響土壤組分和污染物的電荷特性，沉淀溶解、吸附解吸和絡(luò)合解絡(luò)平衡來(lái)改變污染物的毒性；2、通過(guò)土壤微生物的活性來(lái)改變污染物的毒性。土壤酸堿性土壤氧化還原性質(zhì)土壤氧化還原狀況主要影響沉淀溶解、變價(jià)元素。（4）土壤組成對(duì)污染物毒性的影響38（5）土壤污染的特點(diǎn)

隱蔽性和滯后性：土壤污染從產(chǎn)生污染到出現(xiàn)問(wèn)題通常會(huì)滯后較長(zhǎng)的時(shí)間。日本的“骨痛病”

累積性：污染物在土壤中不斷積累，同時(shí)也使土壤污染具有很強(qiáng)的地域性。不可逆轉(zhuǎn)性：土壤重金屬污染基本上是一個(gè)不可逆轉(zhuǎn)的過(guò)程，許多有機(jī)化學(xué)物質(zhì)的污染也需要較長(zhǎng)的時(shí)間才能降解。土壤污染治理難度大：土壤中的難降解污染物很難靠稀釋作用和自?xún)糇饔脕?lái)消除。土壤污染一旦發(fā)生，僅僅依靠切斷污染源的方法則往往很難恢復(fù)。治理污染土壤通常成本較高、治理周期較長(zhǎng)。39控制和消除土壤污染源：增加土壤容量，提高土壤凈化能力“預(yù)防為主，防治結(jié)合”（6）土壤污染的防治原則

實(shí)行污染總量控制，嚴(yán)格控制工業(yè)“三廢”的排放量和排放濃度，合理施用肥料和使用農(nóng)藥等。污染土壤的治理對(duì)已污染的土壤，采取措施防治土壤中污染物的遷移轉(zhuǎn)化，進(jìn)入食物鏈。40（7）污染土壤的治理方法由于土壤污染多為復(fù)合污染，且修復(fù)難度大，應(yīng)根據(jù)污染物的來(lái)源及污染實(shí)際情況采取相應(yīng)措施進(jìn)行治理。通常需要結(jié)合不同方法，開(kāi)展污染土壤的綜合治理。污染土壤的治理可分為原位或異位物理/工程措施、化學(xué)措施、生物措施、農(nóng)業(yè)措施及改變土地利用方式。異位物理/化學(xué)措施所需時(shí)間較短，而且更能確定處理的一致性，但挖掘土壤常導(dǎo)致花費(fèi)和工程量增大，因而不適宜于大面積的土壤治理。411.理化措施客土深翻、施用石灰及其它化學(xué)試劑等。重金屬污染的土壤，通過(guò)施加改變重金屬污染物在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化方向，常用的有石灰、磷酸鹽、硅酸鹽等。施用石灰提高土壤pH，使Cd，Cu，Hg形成氫氧化物沉淀。有機(jī)物（包括石油、農(nóng)藥、PAHs等）污染的土壤，采用化學(xué)治理方法如化學(xué)清洗法、光化學(xué)降解法和化學(xué)柵防治法等。理化治理方法的費(fèi)用高，化學(xué)法對(duì)環(huán)境造成二次污染的風(fēng)險(xiǎn)性高。422.農(nóng)藝措施改變耕作制度（輪作、灌溉等），改變土壤環(huán)境，可消除某些污染物或減小污染物的活性；合理施肥，降低土壤污染物活性；嚴(yán)重污染的土壤，改種其他抗性、耐性、低積累型作物。農(nóng)藝措施的費(fèi)用低，但治理效果有限。43利用生物轉(zhuǎn)化或降解的方法來(lái)去除或消除有毒有害污染物，是改善環(huán)境質(zhì)量最有效的方法。利用生物的吸收、富集、代謝等作用將污染物轉(zhuǎn)化或降解為無(wú)害物質(zhì)甚至有用物質(zhì)，從而去除或消除環(huán)境污染的一種生物技術(shù)。也被稱(chēng)為生物清除、生物恢復(fù)。包括微生物、植物修復(fù)及微生物-植物聯(lián)合修復(fù)。生物修復(fù)技術(shù)具有成本低、無(wú)繼發(fā)污染、操作簡(jiǎn)便，環(huán)境影響小,維持自然生態(tài)，并能夠提高土壤肥力，利于可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)越性。3.生物恢復(fù)措施44污染土壤修復(fù)工作流程可處理計(jì)劃系統(tǒng)分析應(yīng)急對(duì)策長(zhǎng)期對(duì)策凈化處理穩(wěn)定處理原位修復(fù)異位修復(fù)原位分解原位提取分離分解凈化原位穩(wěn)定異位穩(wěn)定污染土壤的典型修復(fù)技術(shù)的流程及原理458.2土壤的生物修復(fù)方法8.2.1土壤原位生物處理土地耕作法

土地耕作法（landfarming）就是對(duì)污染土壤進(jìn)行耕犁處理。在處理過(guò)程中施加肥料，進(jìn)行灌溉，施加石灰，從而盡可能為微生物代謝污染物提供一個(gè)良好環(huán)境，使其有充足的營(yíng)養(yǎng)、水分和適宜的pH值，保證生物降解在土壤的各個(gè)層面上都能發(fā)生。46生物強(qiáng)化法

生物強(qiáng)化法是指在生物處理體系中投加具有特定功能的微生物來(lái)改善原有處理體系的處理效果，如對(duì)難降解有機(jī)物的去除等。投加的微生物可以來(lái)源于原來(lái)的處理體系，經(jīng)過(guò)馴化、富集、篩選、培養(yǎng)達(dá)到一定數(shù)量后投加，也可以是原來(lái)不存在的外源微生物。在生物強(qiáng)化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用中這兩種方法都有采用，這取決于原有處理體系中的微生物組成及所處的環(huán)境。

8.2.1土壤原位生物處理47生物通氣法（bioventing）

生物通氣法（bioventing）是向土壤亞表層供給空氣或O2，促進(jìn)不飽和層中污染物生物降解的技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)只能用于不飽和層土壤。8.2.2土壤原位生物處理48生物通風(fēng)技術(shù)一般流程：生物通風(fēng)原位處理方式示意圖49原位修復(fù)技術(shù)（1）原位生物修復(fù)一般流程：生物修復(fù)原位處理方式示意圖50土地耕作Composting生物通風(fēng)強(qiáng)化堆置一般混合處理51（1）植物修復(fù)（photoremediation）植物修復(fù)是直接或間接利用高等植物分解有機(jī)物的技術(shù)。光修復(fù)過(guò)程可能包括植物對(duì)污染物質(zhì)的吸收及植物根部及根部附件土壤中微生物對(duì)污染物的分解。2.3土壤原位生物處理52

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)。其費(fèi)用與其他生物處理技術(shù)相比較低。但通常速率較低，需要時(shí)間較長(zhǎng)。且對(duì)于吸附力較強(qiáng)或已經(jīng)老化或處于螯合狀態(tài)的有機(jī)物不宜用此技術(shù)。植物修復(fù)的特點(diǎn)53

利用植物及其根際微生物共存體系凈化土壤中有機(jī)污染物。大部分植物根上都有菌根菌生長(zhǎng)，菌根菌和植物共生具有獨(dú)特的代謝途徑，可代謝自生菌不能降解的有機(jī)物。（2）植物—微生物聯(lián)合修復(fù)

54

植物修復(fù)有機(jī)污染物的方式主要以植物固定、植物降解為主。紫花苜蓿,黑麥草,小藍(lán)莖草已成功地用于土壤中PAHs的修復(fù)，在6個(gè)月內(nèi)可以將PAHs總量降低57%；銀合歡可以吸收和代謝二溴甲烷、三氯乙烯；轉(zhuǎn)基因胡蘿卜根須中聚集的苯酚濃度可達(dá)1000mmol/L，氯酚50mmol/L，在120h內(nèi)可降解90%以上的苯酚類(lèi)化合物,研究表明根須中的過(guò)氧化酶可以促進(jìn)這些物質(zhì)的代謝;在黑麥與大豆輪作的地塊上TPH消失量顯著高于無(wú)植被的地塊；植物還能降解殺蟲(chóng)劑和除草劑，?？浦参锛八N薇科植物的根系分泌物能促進(jìn)PCB降解菌的生長(zhǎng)。柳樹(shù)、鵝掌揪、落羽松、撣木及棟屬植物都能有效地降解除草劑滅草松。55（3）生物沖淋法

生物沖淋法（bioflooding）將含氧和營(yíng)養(yǎng)物的水補(bǔ)充到亞表層，促進(jìn)土壤和地下水中的污染物的生物降解。生物沖淋法大多在各種石油烴類(lèi)污染的治理中使用，改進(jìn)后也能用于處理氯代脂肪烴溶劑，如加入甲烷和氧促進(jìn)甲烷營(yíng)養(yǎng)菌降解三氯乙烯和少量的氯乙烯。氧可以用空氣或純氧經(jīng)噴射供給，也可以加入過(guò)氧化氫，也可以供應(yīng)硝酸鹽、硫酸鹽、三價(jià)鐵鹽等作為電子受體。56（1）異位土地耕作將污泥或污染土壤均勻撒到土地表面，然后用拖拉機(jī)作業(yè)使之與土壤混合，必要時(shí)加入營(yíng)養(yǎng)物，以后不必每年都加。但是耕翻需要根據(jù)土壤的通氣情況反復(fù)進(jìn)行。8.2.4土壤異位生物修復(fù)57（2）土壤堆積修復(fù)（soilpiles/biopiles）將含污染物的土壤挖掘處理，堆放在不透水的襯層上。在堆放的土壤中設(shè)置通氣管道，通入空氣或O2或抽真空以促進(jìn)污染物的好氧降解。含有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的液體施用于土壤表面，以促進(jìn)微生物活性，滲濾液被收集并循環(huán)于堆積土壤中。58（3）堆肥法

堆肥法（composting）是處理固體廢棄物的傳統(tǒng)技術(shù)，被用于受石油、洗滌劑、多氯烴、農(nóng)藥等污染土壤的修復(fù)處理，取得了很好的處理效果。堆肥過(guò)程中，將受污染土壤與水（達(dá)到至少35%含水量）、營(yíng)養(yǎng)物、泥炭、稻草和動(dòng)物肥料混合后，使用機(jī)械或壓氣系統(tǒng)充氧，同時(shí)加石灰以調(diào)節(jié)pH。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的發(fā)酵處理，大部分污染物被降解，標(biāo)志著堆肥完成。經(jīng)處理消除污染的土壤可返回原地或用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。堆肥法包括風(fēng)道式堆肥處理、好氣靜態(tài)堆肥處理和機(jī)械堆肥處理。59（4）生物反應(yīng)器處理

生物反應(yīng)器處理（bioreactor）是把污染物移到反應(yīng)器中完成微生物的代謝過(guò)程。生物反應(yīng)器包括土壤泥漿生物反應(yīng)器（soilslurrybioreactor）和預(yù)制床反應(yīng)器（preparedbedreactor）。對(duì)污染土壤的修復(fù)而言，土壤泥漿生物反應(yīng)器能起重要作用。60618.3地下水污染的生物修復(fù)1、地下水流動(dòng)系統(tǒng)概述在天然條件下，地下水在三維空間內(nèi)從補(bǔ)給區(qū)向排泄區(qū)流動(dòng)，地下水由大氣降水獲得補(bǔ)給，通過(guò)非飽和帶滲入地下飽和帶；地下水的補(bǔ)給也可以通過(guò)地表水體獲得。飽和帶的地下水以泉、溪流、湖泊、濕地和植物蒸發(fā)蒸騰等形式進(jìn)行排泄。這樣，地下水從補(bǔ)給區(qū)到排泄區(qū)的三維流動(dòng)水體就組成了地下水流動(dòng)系統(tǒng)（圖1）。地下水流動(dòng)系統(tǒng)的面積從幾平方米到上萬(wàn)平方米不等，地下水徑流通道從幾米到幾百米不等。地下水流動(dòng)系統(tǒng)的補(bǔ)給區(qū)和排泄區(qū)之間具有一定的水力聯(lián)系。

不同的地下水流動(dòng)系統(tǒng)，地下水的年齡（距補(bǔ)給的時(shí)間）也有所不同，從補(bǔ)給區(qū)到排泄區(qū)地下水的年齡穩(wěn)定增加。在淺層地下水流動(dòng)系統(tǒng)中，排泄區(qū)的地下水年齡從不足一天到幾百年不等，而且補(bǔ)給區(qū)的地下水年齡要小于排泄區(qū)。在流動(dòng)通道較長(zhǎng)（幾十英里）的地下水系統(tǒng)中，地下水的年齡會(huì)達(dá)到幾千年或幾萬(wàn)年（見(jiàn)圖1）。埋深較淺和形成年代較晚的地下水對(duì)地表污染物較為敏感；而埋藏較深和形成年代較長(zhǎng)的地下水則更容易在長(zhǎng)期的流動(dòng)的過(guò)程中接觸某些天然存在的污染物。對(duì)地下水流向和流速的認(rèn)識(shí)，有助于更好地理解地下水系統(tǒng)固有敏感性的發(fā)生機(jī)理。62632、非飽和帶當(dāng)水（和潛在污染物）從地表向地下遷移時(shí)，在補(bǔ)給飽和地下水流動(dòng)系統(tǒng)之前，首先會(huì)流經(jīng)非飽和帶，所以，水通過(guò)非飽和帶時(shí)發(fā)生的物理化學(xué)作用，會(huì)影響水（和潛在污染物）的流量和流速。非飽和帶較厚的含水層（水位較低）與較薄的含水層相比，接受補(bǔ)給的速度相對(duì)要慢一些。64265生物注射法(biosparging)

有機(jī)粘土法

抽提地下水系統(tǒng)和回注系統(tǒng)相結(jié)合法

生物反應(yīng)器法

8.4地下水污染的生物修復(fù)技術(shù)分類(lèi)6667（1）生物注射法38.4.1原位修復(fù)技術(shù)68它是在傳統(tǒng)氣提技術(shù)的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)形成的新技術(shù)。它主要是將加壓后的空氣注射到污染地下水的下部,氣流加速地下水和土壤中有機(jī)物的揮發(fā)和降解。

這種方法主要是抽提、通氣并用,并通過(guò)增加及延長(zhǎng)停留時(shí)間促進(jìn)生物降解,提高修復(fù)效率。69局限性：這項(xiàng)技術(shù)的使用會(huì)受到場(chǎng)所的限制,它只適用于土壤氣提技術(shù)可行的場(chǎng)所生物注射法的效果亦受到巖相學(xué)和土層學(xué)的影響,空氣在進(jìn)入非飽和帶之前應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離粗孔層,避免影響污染區(qū)域。另外它在處理粘土層方面效果不理想。70（2）有機(jī)粘土法：利用人工合成的有機(jī)粘土有效去除有毒化合物71

將抽提地下水系統(tǒng)和回注系統(tǒng)(注入空氣或H2O2、營(yíng)養(yǎng)物和已馴化的微生物)結(jié)合起來(lái),促進(jìn)有機(jī)污染物的生物降解。（3）抽提地下水系統(tǒng)和回注系統(tǒng)相結(jié)合法：72（4）生物反應(yīng)器法73這種處理方法包括4個(gè)步驟,自然形成一閉路環(huán)：(1)將污染地下水抽提至地面;(2)在地面生物反應(yīng)器內(nèi)對(duì)其進(jìn)行好氧降解,生物反應(yīng)器在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中要補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物和氧氣;(3)處理后的地下水通過(guò)滲灌系統(tǒng)回灌到土壤內(nèi);(4)在回灌過(guò)程中加入營(yíng)養(yǎng)物和已馴化的微生物,并注入氧氣,使生物降解過(guò)程在土壤及地下水層內(nèi)亦得到加速進(jìn)行。

抽提地下水系統(tǒng)和回注系統(tǒng)相結(jié)合法的改進(jìn),就是將地下水抽提到地上部分用生物反應(yīng)器加以處理的過(guò)程。748.5海洋污染的生物修復(fù)（1）投加分散劑（表面活性劑）

石油烴類(lèi)基本上不溶于水，但通常烴類(lèi)物質(zhì)只有在水溶性環(huán)境中與微生物接觸才能被更好的利用。分散劑(即表面活性劑)是集親水基和疏水基結(jié)構(gòu)于同一分子內(nèi)部的兩親化合物，通過(guò)添加分散劑，可以使油形成很微小的油顆粒，增加其與微生物和O2的接觸機(jī)會(huì)，從而促進(jìn)油的生物降解。75（2）添加營(yíng)養(yǎng)鹽和電子受體

目前使用的營(yíng)養(yǎng)鹽有3類(lèi)：緩釋肥料、親油肥料和水溶性肥料。緩釋肥料要求肥料具有適合的釋放速率，可以將營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)緩慢的釋放出來(lái)。親油肥料要求其營(yíng)養(yǎng)鹽可以溶入到油中。水溶性肥料可以與海水混合。在石油污染水體中建立藻菌共生系統(tǒng)，通過(guò)藻類(lèi)的光合作用，可以有效地增加水體中的溶解氧，在藻類(lèi)和細(xì)菌等微生物的聯(lián)合作用下，石油的降解速率能夠得到顯著提高。76（3）引進(jìn)海洋石油降解菌

用于生物修復(fù)的微生物有土著微生物、外來(lái)微生物和基因工程菌。77油污染土壤高濃度污染土壤低濃度污染土壤無(wú)污染土壤回填清潔土壤土壤淋洗表面活性劑污染土壤洗凈土壤洗凈水油水分離油層吸附處理或回收材料廢棄材料水層排水處理排水處理處理水達(dá)標(biāo)排放原位或異位生物修復(fù)營(yíng)養(yǎng)鹽加熱系統(tǒng)污染土壤Air石油污染修復(fù)一般流程8.6石油污染土壤修復(fù)78

研究表明，有種類(lèi)繁多的細(xì)菌、真菌及它們的純化酶可以代謝石油烴類(lèi)，但是由于吸附動(dòng)力學(xué)、可降解性微生物群落、電子受體競(jìng)爭(zhēng)能力等方面的限制，土壤中的石油烴降解非常緩慢。79石油污染土壤的原位生物修復(fù)（ISB）

原位處理簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)，但處理時(shí)間長(zhǎng)。在長(zhǎng)期的處理過(guò)程中，污染物可能會(huì)擴(kuò)散到深層土壤和地下水中，因而該技術(shù)適用的對(duì)象為被污染時(shí)間較長(zhǎng)且情況已經(jīng)基本穩(wěn)定的土壤或面積廣闊的區(qū)域。808.7重金屬的生物修復(fù)

利用生物作用，削減、凈化土壤中重金屬或降低重金屬毒性，這種技術(shù)主要通過(guò)2種途徑來(lái)達(dá)到對(duì)土壤中重金屬的凈化作用：通過(guò)生物作用改變重金屬在土壤中的化學(xué)形態(tài)，使重金屬固定或解毒，降低其在土壤環(huán)境中的移動(dòng)性和生物可利用性；通過(guò)生物吸收、代謝達(dá)到對(duì)重金屬的削減、凈化與固定作用。818.7.1重金屬污染土壤動(dòng)物修復(fù)技術(shù)

利用土壤中某些低等動(dòng)物，如蚯蚓等吸收土壤中的重金屬，因而能一定程度上降低污染土壤中重金屬的含量。此種途徑雖能在一定程度上減少土壤中的重金屬，但低等動(dòng)物吸收重金屬后可能再次釋放到土壤中造成二次污染。828.7.2重金屬污染土壤微生物修復(fù)技術(shù)

利用土壤中的某些微生物對(duì)重金屬具有吸收、沉淀、氧化還原等租用，降低土壤重金屬的毒性。某些微生物能代謝產(chǎn)生檸檬酸、草酸等物質(zhì)，這些代謝產(chǎn)物能與重金屬產(chǎn)生螯合或是形成草酸鹽沉淀，從而減輕重金屬的傷害。某些微生物能夠產(chǎn)生胞外聚合物，這些物質(zhì)具有大量的陰離子基團(tuán)，由于其對(duì)重金屬具有很強(qiáng)的親合吸附性，有毒金屬離子可以沉積在細(xì)胞的不同部位或結(jié)合到胞外基質(zhì)上，或被輕度螯合在可溶性或不溶性生物多聚物上。某些微生物在重金屬的脅迫下微生物能通過(guò)自身的生命活動(dòng)積極的改變環(huán)境中重金屬的存在狀態(tài)。838.7.3重金屬污染土壤植物修復(fù)技術(shù)

利用土壤中的某些微生物對(duì)重金屬具有吸收、沉淀、氧化還原等租用，降低土壤重金屬的毒性。植物吸收、轉(zhuǎn)化、降解和合成；根系分泌物促進(jìn)土壤微生物（細(xì)菌、真菌、放線(xiàn)菌等）的降解、轉(zhuǎn)化及生物固化作用；根系的機(jī)械阻留作用；根系的離子交換和吸附作用、841）植物固定利用植物根際的一些特殊物質(zhì)，使土壤中污染物轉(zhuǎn)化為相對(duì)無(wú)害的物質(zhì)，再由耐重金屬植物或超積累植物降低重金屬的活性，從而減少金屬被淋濾到地下水或通過(guò)空氣擴(kuò)散進(jìn)一步污染環(huán)境的可能性。

2）植物揮發(fā)利用植物根系分泌的一些特殊物質(zhì)或微生物使土壤中的某些重金屬轉(zhuǎn)化為揮發(fā)形態(tài)，或者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。

3）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。植物修復(fù)金屬污染的方式85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)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86

應(yīng)用植物修復(fù)重金屬污染遏蘭菜（Thlaspicaerulensens）東南景天（SedumalfrediiH.）以重金屬（超）積累植物大量吸收某種或某些化學(xué)元素，然后利用除去地上部生物量的方法將重金屬移出土體。87經(jīng)常被作為植物吸收重金屬試驗(yàn)的植物88

目前已發(fā)現(xiàn)400多種重金屬超積累植物，基中以超量積累Ni的植物最多。CdCoCrCuMnNiPbZn18002002400135005180047500800039600一般超積累植物內(nèi)含的重金屬是非超積累植物的100倍表不同重金屬元素在超積累植物體內(nèi)的濃度（ppm)89

寶山堇菜是一種Cd超富集植物,它不僅可以超量吸收Cd，而且可以從地下向地上部位有效輸送。蜈蚣草不僅有較強(qiáng)的耐受和富集Sn的能力,同時(shí)也具有較強(qiáng)的耐Pb、Zn的能力,具有生長(zhǎng)速度快和生物量大的特點(diǎn),通過(guò)改善植物生長(zhǎng)條件等措施可以大幅度提高其富集能力,是有潛力的Zn、Cd污染土壤的修復(fù)植物。90

植物通過(guò)根系吸收、濃縮和沉淀水體中有毒有害重金屬是非常具有吸引力的一種含重金屬?gòu)U水的處理方法,是目前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。用于修復(fù)水體污染物的植物大多是沉水和水面漂浮植物,其中如綠藻對(duì)Cd、Hg、Cu、Pb的去除率可達(dá)80%-90%;黑麥草對(duì)黃金廢水不僅有很強(qiáng)的凈化能力,而且也具有很高的富集功能,其根部的含金量最高可達(dá)784g/t(干重)。91

植物種苗對(duì)水中重金屬的去除作用比植物根的去除作用更強(qiáng)，利用植物種苗去除水中重金屬被稱(chēng)為種苗過(guò)濾，是修復(fù)含重金屬?gòu)U水發(fā)展的新方向。有人研究了玉米、豌豆、蓖麻和向日葵等作物種苗對(duì)水體中Zn、Pb、Cu的去除作用，結(jié)果表明:蓖麻對(duì)Zn的積累最高，達(dá)30.0mg/g；向日葵對(duì)Pb的積累最高,達(dá)91.6mg/g；向日葵對(duì)Cu的積累最高,達(dá)24.3mg/g，其莖、葉中也有一定量的銅積累。92938.8湖泊污染的生物修復(fù)深水曝氣修復(fù)技術(shù)生物添加劑修復(fù)技術(shù)生物膜修復(fù)技術(shù)8.8.1微生物修復(fù)94人工濕地生物浮床技術(shù)8.8.2水生植被修復(fù)生物疏浚生物調(diào)控8.8.2其他修復(fù)方法951、重水體生物修復(fù)而忽視底泥生物修復(fù)目前我國(guó)城市水環(huán)境生物修復(fù)存在的問(wèn)題2、重外源微生物投放而忽視土著微生物激活3、重單一措施而忽視綜合處理4、重污染源控制而忽視水環(huán)境生態(tài)恢復(fù)96（1）存在具有代謝活性的微生物；（2）有較大的降解速率，并能將污染物濃度降低到符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)；（3）過(guò)程中生成的中間產(chǎn)物必須沒(méi)有毒性；（4）污染場(chǎng)地必須不含對(duì)降解菌種有抑制作用的物質(zhì)，否則需要先行稀釋或?qū)⒃撘种苿o(wú)害化；（5）污染物必須能夠被微生物利用；（6）污染場(chǎng)地的條件必須有利于微生物生長(zhǎng)并保持活性，例如，適宜的溫度、濕度等；（7）技術(shù)費(fèi)用必須盡可能低。原位生物修復(fù)（ISB）的前提條件97目前這一領(lǐng)域的研究工作主要集中于以下三方面：

1微生物的活性

2石油烴生物可降解性研究

3具有高效降解力的生物選擇ISB的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀98

這方面工作主要是圍繞如何給微生物提供一個(gè)更合適的環(huán)境，包括溫度、濕度、酸度、營(yíng)養(yǎng)和供氧等方面。

Will