环境污染生物修复技术精选文档.ppt

环环境境境境污污染生物修复技染生物修复技染生物修复技染生物修复技术术本讲稿第一页，共二十四页生物修复的概念广义的生物修复，指一切以利用生物为主体的环境污染的治理技术。狭义的生物修复，是指通过微生物的作用清除土壤和水体中的污染物，或是使污染物无害化的过程。本讲稿第二页，共二十四页生物修复技术的特点优点：投资费用省，对环境影响小，能有效降低污染物浓度，适用于在其他技术难以应用的场地，而且能同时处理受污染的土壤和地下水。局限性：需对具体地点的状况和污染物进行详细而昂贵的考察，微生物活性受温度和其他环境条件的影响，某些情况下，生物修复不能去除全部的污染物。本讲稿第三页，共二十四页生物修复的分类按作用方式中有无人为的有目的的活动分两类：自然生物修复和人为生物修复。实际上一般分类为：植物修复，微生物修复以及动物修复本讲稿第四页，共二十四页植物修复植物修复过程中可以具体分为5种：1.植物转化植物转化2.根滤作用根滤作用3.植物辅助生物修复植物辅助生物修复4.植物萃取植物萃取5.植物固定植物固定本讲稿第五页，共二十四页植物转化原理：植物转化也称植物降解(Phytodegradation)，指通过植物体内的新陈代谢作用将吸收的污染物进行分解，或者通过植物分泌出的化合物（比如酶）的作用对植物外部的污染物进行分解。植物转化技术使用于疏水性适中的污染物，如BTEX，TCE，TNT等军用排废.对于疏水性非常强的污染物，由于其会紧密结合在根系表面和土壤中，从而无法发生运移.对于这类污染物，更适合采用之后提到的植物固定和植物辅助生物修复技术来治理。本讲稿第六页，共二十四页根滤作用原理：借助植物羽状根系所具有的强烈吸持作用，从污水中吸收，浓集，沉淀金属或有机污染物，植物根系可以吸附大量的铅，铬等金属.另外也可以用于放射性污染物，疏水性有机污染物(如三硝基甲苯TNT)的治理。进行根滤作用所需要的媒介以水为主.因此根滤是水体，浅水湖和湿地系统进行植物修复的重要方式，所选用的植物也以水生植物为主。本讲稿第七页，共二十四页植物辅助生物修复原理：通过植物的吸收促进某些重金属转移为可挥发态，挥发出土壤和植物表面，达到治理土壤重金属污染的目的。有些元素如Se、As和Hg通过甲基化挥发，大大减轻土壤的重金属污染。如B.Juncea能使土壤中的Se以甲基硒的形式挥发去除。还有的研究表明烟草能使毒性大的二价汞转化为气态的零价汞。Rugh等将细菌的汞还原酶基因转入Arabidopsistfialiana中，发现该植物对HgCl2的抗性和将Hg2+还原为Hg的能力明显增强。这一方法只适用于挥发性污染物，植物挥发要求被转化后的物质毒性要小于转化前的污染物质，以减轻环境害。由于这一方法只适用于挥发性污染物，应用范围很小，并且将污染物转移到大气和（或）异地土壤中对人类和生物又一定的风险，因此，它的应用将受到限制。本讲稿第八页，共二十四页植物萃取原理：种植一些特殊植物，利用其根系吸收污染土壤中的有毒有害物质并运移至植物地上部，通过收割地上部物质带走土壤中污染物的一种方法。植物提取作用是目前研究最多，最有发展前景的方法。该技术利用的是一些对重金属具有较强忍耐和富集能力的特殊植物。要求所用植物具有生物量大、生长快和抗病虫害能力强的特点，并具备对多种重金属较强的富集能力。此方法的关键在于寻找合适的超富集植物和诱导出超级富集体。本讲稿第九页，共二十四页植物固定原理：利用植物根际的一些特殊物质使土壤中的污染物转化为相对无害物质的一种方法。植物在植物稳定中主要有两种功能：1.保护污染土壤不受侵蚀，减少土壤渗漏来防止金属污染物的淋移;2.通过金属根部的积累和沉淀或根表吸持来加强土壤中污染物的固定。应用植物稳定原理修复污染土壤应尽量防止植物吸收有害元素，以防止昆虫、草食动物及牛、羊等牲畜在这些地方觅食后可能会对食物链带来的污染。然而植物稳定作用并没有将环境中的重金属离子去除，只是暂时将其固定，使其对环境中的生物不产生毒害作用，但并没有彻底解决环境中的重金属污染问题。如果环境条件发生变化，重金属的生物可利用性可能又会发生改变。因此，植物固定不是一个很理想的修复方法。本讲稿第十页，共二十四页植物修复的评价优点：花费低，适应性广，无二次污染物。缺点：修复周期长，对于深层污染的修复有困难，由于气候及地质等因素使得植物的生长受到限制，存在污染物通过“植物动物”的食物链进入自然界的可能。本讲稿第十一页，共二十四页微生物修复微生物修复技术是指通过微生物的作用清除土壤和水体中的污染物，或是使污染物无害化的过程。它包括自然和人为控制条件下的污染物降级或无害化的过程。本讲稿第十二页，共二十四页人工湿地系统污水处理中的微生物人工湿地技术是20世纪70年代发展起来一项新型污水生态处理技术。所谓人工湿地,就是人工建造的、可控制的和工程化的湿地系统。人工湿地是一种经济适用的污水处理方法,其具有污泥减量化、处理高效性、运行和维护成本低廉、无化学污染和能源损耗、无臭气等优点,同时还可以作为城市景观。人工湿地对污染物的净化主要是通过植物、填料和微生物之间的物理、化学、生物作用得以实现,而微生物群体是维持湿地生态系统和实现生态净化功能的重要组成本讲稿第十三页，共二十四页赤潮防治中的微生物在赤潮藻的生消过程中,除了与环境中温度、盐度、光照、水深、营养物供应等物理化学因素有密切关系外,还与大量不同种类的微生物共生,它们各自的代谢物可以对彼此产生有利或有害的影响,细菌代谢物可以有效地阻碍甚至终止藻类的繁殖。本讲稿第十四页，共二十四页石油化工污染治理中的微生物早在20世纪70年代,美国率先开始利用细菌来消除石油污染的研究,随后各国相继开展。我国丝状真菌、细菌等微生物在石油污染的研究中也取得了一些成果。据报道,能够降解石油的微生物可达200多种,分属于70个属,其中细菌占40个属,常见的海洋石油降解菌有4大类群:细菌、放线菌、霉菌、酵母菌。本讲稿第十五页，共二十四页石油化工污染治理中的微生物利用微生物修复石油化工造成的污染已经有很多成功的典型实例。1984年,针对美国密苏里州西部石油运输泄漏事件,采用了添加氮磷营养物质、人工曝气的方法进行原位生物修复,经过32个月的运行,苯、甲苯和二甲苯的质量浓度从2030 mg/L急降至00501 mg/L,得到了良好的环境修复效果。本讲稿第十六页，共二十四页微生物修复展望目前我们对于微生物的研究开发利用还是冰山一角,而我国又面临着来自生活生产各个方面的严峻环境污染问题,所以进一步深入研究微生物的环境修复功能不仅具有很大潜力,而且时间很紧迫,任务很艰巨。在已有的研究基础上,为了更好地提高微生物修复治理效果,获得环境污染治理新突破,就要采用新的工艺手段,生产易于微生物降解的化合物,合成具有特殊降解能力的工程菌。本讲稿第十七页，共二十四页土壤动物修复的概念土壤动物修复技术：利用土壤动物及其肠道微生物在人工控制或自然条件下,在污染土壤中生长、繁殖、穿插等活动过程中对污染物进行破碎、分解、消化和富集的作用,从而使污染物降低或消除的一种生物修复技术。本讲稿第十八页，共二十四页土壤动物对一般有机污染物的处理机理土壤动物主要是通过对生活垃圾及粪便污染物进行破碎、消化和吸收转化,把污染物转化为颗粒均匀,结构良好的粪肥。而且这种粪肥中还有大量有益微生物和其他活性物质,其中原粪便中的有害微生物大部分被土壤动物吞噬或杀灭。其次,土壤动物肠道微生物转移到土壤后,填补了土著微生物的不足,加速了微生物处理剩余有机污染物的处理能力。本讲稿第十九页，共二十四页土壤动物对一般有机污染物的处理机理全国已有500多家公司利用蚯蚓处理畜禽粪便,也有许多农场养殖蝇蛆、蛴螬等来处理粪便,大大地降低了粪便污染量。而中国农业大学的孙振钧教授等研究的蚯蚓生物反应器每台每年可处理生活垃圾等废弃物几千吨,同时可以产生1800 t蚓粪有机肥料。本讲稿第二十页，共二十四页土壤动物对农药、矿物油类的富集农药中含有有机氯、有机磷等具有很强的毒性,对高等动物的神经系统、大脑、心脏、脂肪组织造成损伤;而矿物油类抑制土壤呼吸,使得土壤肥力降低。从生态学角度上看,土壤动物处在陆地生态链的底部,对农药、矿物油类等具有富集和转化作用。本讲稿第二十一页，共二十四页土壤动物对重金属的形态的转化和富集作用土壤动物不仅直接富集重金属,还和微生物、植物协同富集重金属,改变重金属的形态,使重金属钝化而失去毒性。特别是蚯蚓等动物的活动促进了微生物的转移,使得微生物在土壤修复的作用更加明显;同时土壤动物把土壤有机物分解转化为有机酸等,使重金属钝化而失去毒性。本讲稿第二十二页，共二十四页土壤动物对重金属的形态的转化和富集作用蚯蚓活动不仅增加了黑麦草根部的积累,菌根则能促进从黑麦草根部向地上部转移.黑麦草吸收含量与土壤和蚓粪中提取态含量之间呈显著正相关,蚓粪中Cd含量显著高于土壤中的含量。因此,蚓粪中有效态是植物吸收的重要供源。本讲稿第二十三页，共二十四页土壤动物修复不足之处 国内外对土壤动物的生态作用和环境指示作用研究得比较多,把土壤动物用于修复污染和恢复退化土壤生态系统研究得比较少,这方面的理论和技术还有待于进一步地研究。植物修复技术、微生物修复技术地过热,导致土壤动物研究滞后,土壤动物与前两种研究技术的结合不够紧密。而土壤动物在土壤生态中的作用也是不可忽视的。因此,土壤动物、土壤动物修复技术也应该得到重视。本讲稿第二十四页，共二十四页