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环境污染的生物修复你现在浏览的是第一页，共99页第一节第一节 生物修复的概念及其原理生物修复的概念及其原理一、生物修复技术的基本概念一、生物修复技术的基本概念1.1.广义的生物修复广义的生物修复(Bioremediation)(Bioremediation)利用生物将土壤、地表及地下水或海洋中的危险性污染利用生物将土壤、地表及地下水或海洋中的危险性污染物现场去除或降解的工程技术系统称为生物修复。物现场去除或降解的工程技术系统称为生物修复。2.2.生物修复分类生物修复分类 可以分为微生物修复、植物修复、动物修复和生态修可以分为微生物修复、植物修复、动物修复和生态修复四大类，其中微生物修复就是我们通常所称的狭义复四大类，其中微生物修复就是我们通常所称的狭义上的生物修复。上的生物修复。你现在浏览的是第二页，共99页一、生物修复技术的基本概念一、生物修复技术的基本概念3.3.狭义的生物修复狭义的生物修复 通常是指在自然或人工控制的条件下，利用特定的通常是指在自然或人工控制的条件下，利用特定的微生物降解、清除环境中污染物的技术。微生物降解、清除环境中污染物的技术。土著微生物土著微生物外来微生物外来微生物基因工程菌基因工程菌 采用基因工程技术，将降解性质粒转移到一些能在采用基因工程技术，将降解性质粒转移到一些能在污水和受污染土壤中生存的菌体内定向地构建高效降污水和受污染土壤中生存的菌体内定向地构建高效降解难降解污染物的工程菌。解难降解污染物的工程菌。你现在浏览的是第三页，共99页二、二、(微微)生物修复的基本原理生物修复的基本原理 1.1.生物修复的基本原理生物修复的基本原理 由于溶解氧不足、营养盐缺乏和有效微生物生长缓由于溶解氧不足、营养盐缺乏和有效微生物生长缓慢等限制性因素，使以微生物作用为主的环境慢等限制性因素，使以微生物作用为主的环境自然净化速度很慢，在环境的人工治理中需要采自然净化速度很慢，在环境的人工治理中需要采用各种方法来强化这一过程。这就是生物修复的用各种方法来强化这一过程。这就是生物修复的 基本思想。基本思想。原理：通过微生物的降解和转化，将有机污染物转化为原理：通过微生物的降解和转化，将有机污染物转化为 无害的小分子化合物和二氧化碳与水无害的小分子化合物和二氧化碳与水 采用诸如提高通气效率、补充营养采用诸如提高通气效率、补充营养(对石油污染对石油污染而言，主要是补充而言，主要是补充N N、P)P)，投加优良菌种、改善环境条，投加优良菌种、改善环境条件等办法来提高微生物的代谢作用和降解活性水平，以件等办法来提高微生物的代谢作用和降解活性水平，以促进对污染物的降解速度，从而达到治理污染环境的目促进对污染物的降解速度，从而达到治理污染环境的目的。的。你现在浏览的是第四页，共99页难降解有机污染物和重金属及其相应的降解转化微生物你现在浏览的是第五页，共99页你现在浏览的是第六页，共99页二、二、(微微)生物修复的基本原理生物修复的基本原理2.2.应用微生物修复技术必须具备以下条件：应用微生物修复技术必须具备以下条件：存在具有代谢活性的微生物存在具有代谢活性的微生物降解过程不产生有毒副产物降解过程不产生有毒副产物污染环境中的污染物对微生物无害或其浓度不影响微污染环境中的污染物对微生物无害或其浓度不影响微生物的生长生物的生长目标化合物必须能被微生物利用目标化合物必须能被微生物利用处理场地利于微生物的生长；处理场地利于微生物的生长；处理费用较低，至少要低于其他处理技术处理费用较低，至少要低于其他处理技术你现在浏览的是第七页，共99页三、生物修复技术特点三、生物修复技术特点1.优点：与物理、化学处理技术相比，采用生物修复优点：与物理、化学处理技术相比，采用生物修复技术投资费用省，对环境影响小，能有效降低污染技术投资费用省，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现场操物浓度，适用于在其他技术难以应用的场地现场操作，如位于建筑物或公路下受污染土壤。适用于大作，如位于建筑物或公路下受污染土壤。适用于大面积、低浓度的污染位点而且能同时处理受污染的面积、低浓度的污染位点而且能同时处理受污染的土壤和地下水。在土壤修复中利用适当的植物种类土壤和地下水。在土壤修复中利用适当的植物种类不仅可去除环境的有机污染物，还可去除环境中的不仅可去除环境的有机污染物，还可去除环境中的重金属和放射性核素。可对富营养化地表水体进行重金属和放射性核素。可对富营养化地表水体进行修复修复 2.局限性：如微生物不能降解进入环境的所有污染物，局限性：如微生物不能降解进入环境的所有污染物，需要对具体地点的状况和存在的污染物进行详细而昂需要对具体地点的状况和存在的污染物进行详细而昂贵的具体考察，微生物活性受温度和其他环境条件影贵的具体考察，微生物活性受温度和其他环境条件影响，在有些情况下，生物修复不能去除全部污染物。响，在有些情况下，生物修复不能去除全部污染物。你现在浏览的是第八页，共99页三、生物修复技术特点三、生物修复技术特点3.3.影响微生物修复的因素影响微生物修复的因素 营养营养 微生物的生长需要维持一定量的微生物的生长需要维持一定量的C:N:PC:N:P营养营养 物质及某些微量营养元素。物质及某些微量营养元素。电子受体电子受体 环境中的有机污染物在微生物的作用下被氧化分解时需耗氧。环境中的有机污染物在微生物的作用下被氧化分解时需耗氧。有毒有害有机污染物的化学性质有毒有害有机污染物的化学性质污染现场和土壤的特性污染现场和土壤的特性 共代谢基质共代谢基质 你现在浏览的是第九页，共99页四、微生物在环境污染治理中的作用四、微生物在环境污染治理中的作用1.1.微生物对有机污染物的降解与转化微生物对有机污染物的降解与转化 微生物是自然界中的分解者，在好氧条件下，它微生物是自然界中的分解者，在好氧条件下，它能将有机污染物彻底氧化，分解成能将有机污染物彻底氧化，分解成COCO2 2、H H2 2O O、SOSO4 42-2-、POPO4 43-3-、NONO2 2-、NONO3 3-等无机物。等无机物。在厌氧条件下，能将有机物降解，转化成小分子有在厌氧条件下，能将有机物降解，转化成小分子有机酸、机酸、COCO2 2、H H2 2、CHCH4 4等。因此，微生物是生物修复中污等。因此，微生物是生物修复中污染物降解的主力军。染物降解的主力军。你现在浏览的是第十页，共99页2.2.微生物对重金属的转化与固定微生物对重金属的转化与固定 微生物虽然不能降解重金属，但是可以降低其微生物虽然不能降解重金属，但是可以降低其毒性，并可将其累积在菌体内使之固定。毒性，并可将其累积在菌体内使之固定。汞的去甲基化及还原汞的去甲基化及还原 例如：蓝绿色假单胞菌、变形杆菌可使汞离子例如：蓝绿色假单胞菌、变形杆菌可使汞离子转化成元素汞，经转化成元素汞，经1010小时后挥发掉的汞可达小时后挥发掉的汞可达75%75%。假单胞菌假单胞菌K K6262能使无机汞和有机汞形成元素汞。能使无机汞和有机汞形成元素汞。四、微生物在环境污染治理中的作用四、微生物在环境污染治理中的作用你现在浏览的是第十一页，共99页 累积及固定重金属累积及固定重金属 在微生物累积重金属方面，已阐明同细胞内金在微生物累积重金属方面，已阐明同细胞内金属硫蛋白属硫蛋白(Metalothioneins)(Metalothioneins)简称简称MTMT有关，有关，MTMT是一种是一种低分子量的细胞质蛋白，同低分子量的细胞质蛋白，同Hg,ZnHg,Zn、CdCd、CuCu、AgAg等等重金属有强烈的亲和性，结果使重金属富集并抑制其重金属有强烈的亲和性，结果使重金属富集并抑制其毒性。毒性。四、微生物在环境污染治理中的作用四、微生物在环境污染治理中的作用你现在浏览的是第十二页，共99页第二节植物在环境污染治理中的作用第二节植物在环境污染治理中的作用一、植物修复的概念一、植物修复的概念 利用绿色植物清除环境中的污染物，使其去除降低或消利用绿色植物清除环境中的污染物，使其去除降低或消失称作植物修复失称作植物修复(phytoremediation)(Raskin(phytoremediation)(Raskin等等.1994).1994)。植物修复的主要对象是植物修复的主要对象是有毒重金属有毒重金属和有机污染物。和有机污染物。研究表明，许多细菌、真菌、藻类和植物都有从周围环研究表明，许多细菌、真菌、藻类和植物都有从周围环境富集重金属的能力，然而至今仍没有一种经济有效的境富集重金属的能力，然而至今仍没有一种经济有效的方法从土壤中回收富集了重金属的微生物。相比较而言，方法从土壤中回收富集了重金属的微生物。相比较而言，回收富集了重金属的植物则较容易。尤其是那些将重金回收富集了重金属的植物则较容易。尤其是那些将重金属吸收到地上部的植物的回收更加简便易行。属吸收到地上部的植物的回收更加简便易行。你现在浏览的是第十三页，共99页你现在浏览的是第十四页，共99页植物固定植物固定(Phytostabilization)(Phytostabilization)根系降解根系降解(Rhizodegradation)(Rhizodegradation)植物促进植物促进(Phytoaccumulation)(Phytoaccumulation)植物降解植物降解(Phytodegradation)(Phytodegradation)植物挥发植物挥发(Phytovolatilization)(Phytovolatilization)挥发转移挥发转移(Evapotranspiration)(Evapotranspiration)二、植物修复的类型二、植物修复的类型你现在浏览的是第十五页，共99页1.1.植物固定植物固定(Phytostabilization)(Phytostabilization)利用植物将有毒有害污染物如重金属聚集在根利用植物将有毒有害污染物如重金属聚集在根系地带系地带,降低其活动性降低其活动性,阻止其向深层土壤或地下阻止其向深层土壤或地下水中扩散水中扩散,但并不为植物利用但并不为植物利用,即根系对污染物起即根系对污染物起固定作用。固定作用。你现在浏览的是第十六页，共99页2.2.根系降解根系降解(Rhizodegradation)(Rhizodegradation)植物中超过植物中超过20%20%的营养成分如糖分、氨基酸、有的营养成分如糖分、氨基酸、有机酸等都聚集在根部机酸等都聚集在根部,因此会生长很多微生物因此会生长很多微生物,尤其尤其在根表面向外在根表面向外1-3mm 1-3mm 的地方的地方,这些微生物是没有种这些微生物是没有种植过植物的土壤的植过植物的土壤的3-4 3-4 倍。一些微生物可以同植物倍。一些微生物可以同植物相结合促进重金属的降解相结合促进重金属的降解,也可以矿化某些有机污染也可以矿化某些有机污染物如物如PAHsPAHs、PCBsPCBs。你现在浏览的是第十七页，共99页3.3.植物促进植物促进(Phytoaccumulation)(Phytoaccumulation)也称之为植物提取也称之为植物提取(phytoextraction),(phytoextraction),植物根系植物根系将土壤中重金属或有机污染物从污染的土壤中转移到植将土壤中重金属或有机污染物从污染的土壤中转移到植物的地上部分。一般指那些能累积超过叶子干重物的地上部分。一般指那些能累积超过叶子干重1.0%1.0%的的MnMn，或者，或者0.1%0.1%的的CoCo、CuCu、PbPb、NiNi、ZnZn，或者，或者0.01%0.01%的的CdCd的植物。目前世界上有的植物。目前世界上有500500多种这样的植物。多种这样的植物。你现在浏览的是第十八页，共99页4.4.植物降解植物降解(Phytodegradation)(Phytodegradation)植物的根、茎、叶吸收或降解污染物植物的根、茎、叶吸收或降解污染物,主要是主要是有机污染物如有机污染物如PAHsPAHs、TPHsTPHs、PCBs,PCBs,无机污染物如氮无机污染物如氮氧化物、硫氧化物。判断这些污染物能否进入植物氧化物、硫氧化物。判断这些污染物能否进入植物体内的指标是该物质在辛醇体内的指标是该物质在辛醇水中的分配系数水中的分配系数(logKOW)logKOW)。logKOW logKOW 在在1-3.5 1-3.5 之间的物质可以被植物之间的物质可以被植物吸收降解。吸收降解。你现在浏览的是第十九页，共99页5.5.植物挥发植物挥发(Phytovolatilization)(Phytovolatilization)某些易挥发污染物被植物吸收后从植物表面组织空某些易挥发污染物被植物吸收后从植物表面组织空隙中挥发。如桉树降解三氯乙烯隙中挥发。如桉树降解三氯乙烯(TCE)(TCE)、甲基叔丁基醚、甲基叔丁基醚(MTBE)(MTBE)，印度芥菜降解硒化合物；烟草挥发甲基汞。，印度芥菜降解硒化合物；烟草挥发甲基汞。从植物茎叶挥发出的物质可能被空气中的活性羟基分从植物茎叶挥发出的物质可能被空气中的活性羟基分解。如有毒的解。如有毒的HgHg2+2+经植物挥发后变成了低毒的经植物挥发后变成了低毒的HgHg，高毒，高毒的硒变成了低毒的硒化物气体等。的硒变成了低毒的硒化物气体等。你现在浏览的是第二十页，共99页6.6.挥发转移挥发转移(Evapotranspiration)(Evapotranspiration)植物通过叶表孔隙挥发水分的形式转移在水系中植物通过叶表孔隙挥发水分的形式转移在水系中的污染物。如白杨、桉树、河香柏等树木具有很深的的污染物。如白杨、桉树、河香柏等树木具有很深的根系根系,每天可以蒸腾大量的水每天可以蒸腾大量的水,将水中某些污染将水中某些污染物转移至植物体内。物转移至植物体内。你现在浏览的是第二十一页，共99页1.1.植物修复在空气污染中的应用植物修复在空气污染中的应用 2.2.植物在水环境污染中的应用植物在水环境污染中的应用 3.3.植物在土壤污染中的应用植物在土壤污染中的应用 三、植物修复在环境污染中的应用三、植物修复在环境污染中的应用你现在浏览的是第二十二页，共99页1.1.植物修复在空气污染中的应用植物修复在空气污染中的应用 氮氧化物氮氧化物N Nx xO Oy y是污染空气的一类主要化合物，是污染空气的一类主要化合物，NONO2 2同同O O3 3在光照的条件下容易形成光化学烟雾，在光照的条件下容易形成光化学烟雾，N N2 2O O是一种能是一种能引起温室效应的气体，它可以辐射传热引起温室效应的气体，它可以辐射传热,破坏同温层破坏同温层的的O O3 3。某些植物将氮氧化物转化为氨基酸或以其为氮。某些植物将氮氧化物转化为氨基酸或以其为氮源加以利用源加以利用,利用这些植物去除空气中的氮氧化物利用这些植物去除空气中的氮氧化物无疑是环保节能的好方法无疑是环保节能的好方法 。Hiromichi Morikawa Hiromichi Morikawa 等人详细研究了等人详细研究了NONO2 2被被217217种高等植物、种高等植物、5050种野生草本植物、种野生草本植物、6060种人工培育的种人工培育的草本植物和草本植物和107107种木本植物吸收和还原为种木本植物吸收和还原为N N2 2的情况，结的情况，结果表明辛荑对果表明辛荑对NONO2 2吸收最高，达吸收最高，达12.7mg/g(12.7mg/g(干重干重)；菊；菊科、桃金娘科、茄科和杨柳科有较高的还原科、桃金娘科、茄科和杨柳科有较高的还原N N2 2的能力。的能力。你现在浏览的是第二十三页，共99页2.2.植物在水环境污染中的应用植物在水环境污染中的应用 水环境中的污染大致可分为三类水环境中的污染大致可分为三类:（1 1）无机营养元素如氮、磷等；）无机营养元素如氮、磷等；（2 2）有机污染物如农药、杀虫剂、多环芳烃）有机污染物如农药、杀虫剂、多环芳烃PAH sPAH s、炸药等；炸药等；（3 3）重金属的污染）重金属的污染 。你现在浏览的是第二十四页，共99页（1 1）无机营养元素如氮、磷等去除）无机营养元素如氮、磷等去除 利用水生植物去除由氮、磷等无机营养元素引起利用水生植物去除由氮、磷等无机营养元素引起的水体富营养化问题已有大量研究。的水体富营养化问题已有大量研究。种植莲藕、水稻既可以去除氮、磷种植莲藕、水稻既可以去除氮、磷,又有很好又有很好的经济价值；被制成浮床的大椿草、水芹、水荣草、的经济价值；被制成浮床的大椿草、水芹、水荣草、多花黑麦草等对去除水体中的氮、磷和抑制藻类滋多花黑麦草等对去除水体中的氮、磷和抑制藻类滋生均有明显的作用。这些植物发达的根系及与根系生均有明显的作用。这些植物发达的根系及与根系共生或混生的微生物往往共同对水环境起着净化作共生或混生的微生物往往共同对水环境起着净化作用。用。你现在浏览的是第二十五页，共99页(三三)水体的富营养化水体的富营养化2.2.水体形成富营养化的指标水体形成富营养化的指标含氮量大于含氮量大于0.2-0.3 mg/L 0.2-0.3 mg/L，含磷量大于含磷量大于0.010.02mg/L 0.010.02mg/L，生化需氧量（生化需氧量（BODBOD5 5 ）大于）大于10mg/L10mg/L。在在pHpH值值7979的淡水中细菌总数达到的淡水中细菌总数达到10105 5个个mlml，标志藻类生长的叶绿素标志藻类生长的叶绿素a a大于大于1010 g gL L。你现在浏览的是第二十六页，共99页（2 2）有机污染物如农药、杀虫剂、多环芳烃）有机污染物如农药、杀虫剂、多环芳烃PAH sPAH s、炸药等去除、炸药等去除 利用某些植物降解、矿化污染物为毒性弱的小分子、利用某些植物降解、矿化污染物为毒性弱的小分子、具有无机物的特性具有无机物的特性,修复受污染的水体。修复受污染的水体。水葫芦水葫芦可以去除水体中的有机磷农药、染料、酚、可以去除水体中的有机磷农药、染料、酚、多环芳烃、甲基对硫磷等有机污染物；多环芳烃、甲基对硫磷等有机污染物；浮萍浮萍、伊乐藻伊乐藻对对杀虫剂杀虫剂DDTDDT降解有明显的作用降解有明显的作用,金鱼藻、伊乐藻或浮萍金鱼藻、伊乐藻或浮萍可以显著降低地表水中异丙甲草胺浓度可以显著降低地表水中异丙甲草胺浓度;长春花可用于修长春花可用于修复受炸药复受炸药TNT TNT 污染的地表水污染的地表水;龙葵能有效地降解龙葵能有效地降解PCBsPCBs。你现在浏览的是第二十七页，共99页（3 3）重金属去除）重金属去除 植物通过根系吸收、浓缩和沉淀水体中有毒有害重金植物通过根系吸收、浓缩和沉淀水体中有毒有害重金属是非常具有吸引力的一种含重金属废水的处理方法属是非常具有吸引力的一种含重金属废水的处理方法,是目前研究的热点问题。是目前研究的热点问题。用于修复水体污染物的植物大多是沉水和水面漂浮用于修复水体污染物的植物大多是沉水和水面漂浮植物植物,其中如其中如绿藻绿藻对对CdCd、HgHg、CuCu、Pb Pb 的去除率可达的去除率可达80%-90%;80%-90%;黑麦草黑麦草对黄金废水不仅有很强的净化能力对黄金废水不仅有很强的净化能力,而且也具有很高的富集功能而且也具有很高的富集功能,其根部的含金量最高可其根部的含金量最高可达达784 g/t(784 g/t(干重干重)。你现在浏览的是第二十八页，共99页植物种苗对水中重金属的去除作用比植物根的去除植物种苗对水中重金属的去除作用比植物根的去除作用更强，利用植物种苗去除水中重金属被称为种苗作用更强，利用植物种苗去除水中重金属被称为种苗过滤，是修复含重金属废水发展的新方向。过滤，是修复含重金属废水发展的新方向。渠荣遴等人研究了玉米、豌豆、蓖麻和向日葵等作物种渠荣遴等人研究了玉米、豌豆、蓖麻和向日葵等作物种苗对水体中苗对水体中ZnZn、PbPb、CuCu的去除作用，结果表明的去除作用，结果表明:蓖麻蓖麻对对ZnZn的积累最高，达的积累最高，达30.0m g/g30.0m g/g；向日葵向日葵对对PbPb的积累最的积累最高高,达达91.6mg/g91.6mg/g；向日葵向日葵对对Cu Cu 的积累最高的积累最高,达达24.3 m 24.3 m g/gg/g，其茎、叶中也有一定量的铜积累。，其茎、叶中也有一定量的铜积累。你现在浏览的是第二十九页，共99页3.3.植物在土壤污染中的应用植物在土壤污染中的应用 土壤中的污染物主要为：土壤中的污染物主要为：（1 1）有机物如有机农药、石油类）有机物如有机农药、石油类(TPH)(TPH)、酚类、氯、酚类、氯溴代有机化合物等；溴代有机化合物等；（2 2）重金属等。）重金属等。你现在浏览的是第三十页，共99页（1 1）植物修复有机污染物）植物修复有机污染物 植物修复有机污染物的方式主要以植物固定、植物降植物修复有机污染物的方式主要以植物固定、植物降解为主。解为主。紫花苜蓿紫花苜蓿,黑麦草黑麦草,小蓝茎小蓝茎草已成功地用于土壤中草已成功地用于土壤中PAHsPAHs的修复的修复,在在6 6个月内可以将个月内可以将PAHsPAHs总量降低总量降低57%57%；银合银合欢欢可以吸收和代谢二溴甲烷、三氯乙烯；转基因胡萝卜可以吸收和代谢二溴甲烷、三氯乙烯；转基因胡萝卜根须中聚集的苯酚浓度可达根须中聚集的苯酚浓度可达1000mmol/L1000mmol/L，氯酚，氯酚50mmol/L50mmol/L，在，在120h120h内可降解内可降解90%90%以上的苯酚类化合物以上的苯酚类化合物,研究表明研究表明根须中的过氧化酶根须中的过氧化酶你现在浏览的是第三十一页，共99页 可以促进这些物质的代谢可以促进这些物质的代谢;在在黑麦与大豆黑麦与大豆轮作的地块轮作的地块上上TPHTPH消失量显著高于无植被的地块；植物还能降解消失量显著高于无植被的地块；植物还能降解杀虫剂和除草剂，杀虫剂和除草剂，桑科植物及蔷薇科植物桑科植物及蔷薇科植物的根系分泌的根系分泌物能促进物能促进PCBPCB降解菌的生长。降解菌的生长。柳树、鹅掌揪、落羽松、柳树、鹅掌揪、落羽松、掸木及栋属植物掸木及栋属植物都能有效地降解除草剂灭草松。都能有效地降解除草剂灭草松。你现在浏览的是第三十二页，共99页（2 2）植物修复土壤中重金属污染）植物修复土壤中重金属污染 植物修复主要是选用超富集植物通过根系吸收固定这植物修复主要是选用超富集植物通过根系吸收固定这些重金属些重金属,并转移到地面部分并转移到地面部分,可采用收割的方式去除土可采用收割的方式去除土壤中重金属。壤中重金属。宝山堇菜宝山堇菜是一种是一种CdCd超富集植物超富集植物,它不仅可以超量吸收它不仅可以超量吸收CdCd，而且可以从地下向地上部位有效输送。，而且可以从地下向地上部位有效输送。蜈蚣草蜈蚣草不不仅有较强的耐受和富集仅有较强的耐受和富集SnSn的能力的能力,同时也具有较强的耐同时也具有较强的耐PbPb、ZnZn的能力的能力,具有生长速度快和生物量大的特点具有生长速度快和生物量大的特点,通通过改善植物生长条件等措施可以大幅度提高其富集能力过改善植物生长条件等措施可以大幅度提高其富集能力,是有潜力的是有潜力的ZnZn、CdCd污染土壤的修复植物。污染土壤的修复植物。你现在浏览的是第三十三页，共99页用于修复土壤重金属污染的植物应具有的特性用于修复土壤重金属污染的植物应具有的特性a即使在污染物浓度较低时也有较高的积累即使在污染物浓度较低时也有较高的积累速率；速率；b能在体内积累高浓度的污染物；能在体内积累高浓度的污染物；c能同时积累几种金属；能同时积累几种金属；d生长快，生物量大；生长快，生物量大；e具有抗虫抗病能力。具有抗虫抗病能力。你现在浏览的是第三十四页，共99页总结总结优点优点 与传统的修复技术相比与传统的修复技术相比,植物修复是一种容易接受、植物修复是一种容易接受、成本低、技术要求低的修复方法成本低、技术要求低的修复方法,它可应用于空气、它可应用于空气、地表水、地下水、土壤中污染物的修复。植物修复技地表水、地下水、土壤中污染物的修复。植物修复技术可清除的污染物包括无机污染物如氮、磷、重金属术可清除的污染物包括无机污染物如氮、磷、重金属等等;有机污染物如农药、炸药、有机氯化物、杀虫剂、除草有机污染物如农药、炸药、有机氯化物、杀虫剂、除草剂等。剂等。你现在浏览的是第三十五页，共99页总结总结缺点缺点 要求植株具有高的生物量；对污染物的耐受性要高要求植株具有高的生物量；对污染物的耐受性要高;受植物根系分布的限制受植物根系分布的限制;受气候、土质等的影响受气候、土质等的影响;清清除污染物所需的时间长除污染物所需的时间长;转基因技术的应用可能会造成转基因技术的应用可能会造成潜在的环境污染等等。潜在的环境污染等等。但随着各方面研究和实践的深入但随着各方面研究和实践的深入,它必将得到广它必将得到广泛推广与应用泛推广与应用,并为环境保护和治理工作带来新的前景并为环境保护和治理工作带来新的前景与希望。与希望。你现在浏览的是第三十六页，共99页第二节第二节 生物修复工程技术生物修复工程技术一、生物修复工程技术可行性研究一、生物修复工程技术可行性研究(一一)数据调查数据调查(二二)技术查询技术查询(三三)选择技术路线选择技术路线(四四)可处理性试验可处理性试验(五五)实际工程设计实际工程设计 你现在浏览的是第三十七页，共99页二、地表水生物修复工程技术二、地表水生物修复工程技术(一一)利用微生物进行修复利用微生物进行修复 你现在浏览的是第三十八页，共99页(二二)大型水生植物对水体的净化大型水生植物对水体的净化你现在浏览的是第三十九页，共99页 沈阳浑南表面流景观图 你现在浏览的是第四十页，共99页你现在浏览的是第四十一页，共99页你现在浏览的是第四十二页，共99页你现在浏览的是第四十三页，共99页三、土壤生物修复工程技术三、土壤生物修复工程技术(一一)原位处理原位处理 原位生物处理是在受污染地区直接利用土壤中原位生物处理是在受污染地区直接利用土壤中固有的微生物净化污染物，使土壤的理化特性、固有的微生物净化污染物，使土壤的理化特性、生物学特性和功能得到恢复的技术。生物学特性和功能得到恢复的技术。主要有以下三种主要方式：主要有以下三种主要方式：土地处理土地处理 直接或间接利用高等植物分解有机物的生物修复技直接或间接利用高等植物分解有机物的生物修复技术术 通风生物修复法通风生物修复法 你现在浏览的是第四十四页，共99页土壤原位处理对受油污染的土壤进行修复对受油污染的土壤进行修复你现在浏览的是第四十五页，共99页通风生物修复法流程你现在浏览的是第四十六页，共99页（二）土壤异位生物修复（二）土壤异位生物修复土壤异位生物修复是将受污染土壤挖掘土壤异位生物修复是将受污染土壤挖掘起来，将之运输到一个经各种工程准备的制起来，将之运输到一个经各种工程准备的制备床进行生物修复备床进行生物修复(下图下图)，防止污染物向地，防止污染物向地下水或更广大地域扩散，处理后的土壤再运下水或更广大地域扩散，处理后的土壤再运回原地的一种生物修复技术。回原地的一种生物修复技术。你现在浏览的是第四十七页，共99页土壤异位生物修复主要方式土壤异位生物修复主要方式堆肥：将污染物质与一些自身容易分解的有机物混合堆堆肥：将污染物质与一些自身容易分解的有机物混合堆放，并加入氮、磷及其他无机营养物质。放，并加入氮、磷及其他无机营养物质。土壤堆积：将土壤挖起并加入限制性营养，在底土壤堆积：将土壤挖起并加入限制性营养，在底部作防渗漏处理，附高通风系统，然后将污染土部作防渗漏处理，附高通风系统，然后将污染土壤调理至适宜的含水率进行控制通风堆积。壤调理至适宜的含水率进行控制通风堆积。反应器处理：将受污染的土壤挖掘起来，和水混合后，反应器处理：将受污染的土壤挖掘起来，和水混合后，在接种了微生物的反应器内进行处理，处理后的土壤在接种了微生物的反应器内进行处理，处理后的土壤与水分离后，经脱水处理后再运回原地。与水分离后，经脱水处理后再运回原地。你现在浏览的是第四十八页，共99页案例案例1:湖南郴州邓家塘砷污染土壤修复示范湖南郴州邓家塘砷污染土壤修复示范工程工程在国家高技术发展计划在国家高技术发展计划(863项目项目)、973前期专项和国前期专项和国家自然科学基金重点项目的支持下，家自然科学基金重点项目的支持下，2001年陈同斌研年陈同斌研究员在湖南郴州建立了世界上第一个砷污染土壤植物修究员在湖南郴州建立了世界上第一个砷污染土壤植物修复工程示范基地。蜈蚣草叶片富集砷达复工程示范基地。蜈蚣草叶片富集砷达0.5%，为普通，为普通植物的数十万倍；能够生长在植物的数十万倍；能够生长在0.15-3%的污染土壤和的污染土壤和矿渣上，具有极强的耐砷毒能力；其地上部与根的含砷矿渣上，具有极强的耐砷毒能力；其地上部与根的含砷比率为比率为5：1，显示其具有超常的从土壤中吸收富集砷，显示其具有超常的从土壤中吸收富集砷的能力。蜈蚣草对砷和磷的吸收并不表现为拮抗作用，的能力。蜈蚣草对砷和磷的吸收并不表现为拮抗作用，二是一种协同作用，增施磷肥可增强蜈蚣草对砷的吸二是一种协同作用，增施磷肥可增强蜈蚣草对砷的吸收能力。田间管理除水肥管理外，还需除草、冬季盖收能力。田间管理除水肥管理外，还需除草、冬季盖膜防冻等措施。膜防冻等措施。你现在浏览的是第四十九页，共99页蜈蚣草生物量大，富集砷能力强，每年去除土壤砷蜈蚣草生物量大，富集砷能力强，每年去除土壤砷蜈蚣草生物量大，富集砷能力强，每年去除土壤砷蜈蚣草生物量大，富集砷能力强，每年去除土壤砷的效率为的效率为的效率为的效率为10%左右。收割的蜈蚣草通过砷的固定剂安全焚左右。收割的蜈蚣草通过砷的固定剂安全焚左右。收割的蜈蚣草通过砷的固定剂安全焚左右。收割的蜈蚣草通过砷的固定剂安全焚烧。烧。烧。烧。备注：备注：备注：备注：20002000年年年年1 1月月月月8 8日，郴州市苏仙区邓家塘乡发生一起严重砷污染日，郴州市苏仙区邓家塘乡发生一起严重砷污染日，郴州市苏仙区邓家塘乡发生一起严重砷污染日，郴州市苏仙区邓家塘乡发生一起严重砷污染事故，导致事故，导致事故，导致事故，导致600600多亩稻田弃耕、多亩稻田弃耕、多亩稻田弃耕、多亩稻田弃耕、2 2人死亡、人死亡、人死亡、人死亡、400400多人集体住院，诱发严多人集体住院，诱发严多人集体住院，诱发严多人集体住院，诱发严重纠纷和暴力冲突。重纠纷和暴力冲突。重纠纷和暴力冲突。重纠纷和暴力冲突。你现在浏览的是第五十页，共99页三、土壤生物修复工程技术三、土壤生物修复工程技术（三）矿山废弃地的植被恢复（三）矿山废弃地的植被恢复 (1)(1)回填回填 (2)(2)复土复土 (3)(3)先锋植物的筛选与种植先锋植物的筛选与种植 (4)(4)复垦及其对土壤养分状况改变复垦及其对土壤养分状况改变 你现在浏览的是第五十一页，共99页四、地下水生物修复工程技术四、地下水生物修复工程技术(一一)原位处理原位处理(二二)物理拦阻物理拦阻(三三)地上处理地上处理你现在浏览的是第五十二页，共99页你现在浏览的是第五十三页，共99页你现在浏览的是第五十四页，共99页你现在浏览的是第五十五页，共99页地下水资源面临的问题及修复方法地下水超采地下水污染细菌污染重金属污染硝酸类氮污染硬度增高石油烃污染你现在浏览的是第五十六页，共99页深层地下水超采引起生态环境恶化地下水位持续下降形成区域性降落漏斗地面沉降现状你现在浏览的是第五十七页，共99页地下水位持续下降形成区域性降落漏斗深层地下水超采使地下水位持续下降,造成大量泵井失效,泵井更新,单井出水量降低,提水成本增高。在地下水漏斗区,为适应水位下降和用水需要,不少深井更换了高扬程水泵,并在打井时增大变径管深度。受这类高强度开采井的影响,使大量较浅的深井和小扬程的水泵失效,经济损失巨大。你现在浏览的是第五十八页，共99页地面沉降地面沉降超采深层地下水,形成大面积区域性地下水位降落漏斗,改变了地下水压力、开采含水层和含水层上下滞水层的应力状态,产生了粘性土的释水以及含水层、滞水层的压缩效应,从而导致地面沉降。由于地面沉降,造成城区排水不畅。尤其暴雨过后,城区马路积水严重,影响城市交通和群众正常生活。原因是原建成区通往市郊的地下排水管道因市区地面沉降形成倒坡,致使管道淤积严重,流水不畅。地面沉降降低了水利工程的行洪标准。地面沉降使测量标志失准。国家投巨资在区内建设的水准点、三角点测量设施,由于地面沉降,导致水准高程失效,给水利、交通建设带来很大困难。你现在浏览的是第五十九页，共99页现状目前，全国有近70个城市因不合理开采地下水诱发了地面沉降，沉降范围6.4万平方千米，沉降中心最大沉降量超过2米的有上海、天津、太原、西安、苏州、无锡、常州等城市，其中天津塘沽的沉降量达到3.1米。此外，西安、大同、苏州、无锡、常州等城市的地面沉降同时伴有地裂缝，对城市基础设施构成严重威胁，而在河北、山东、云南、广东、海南等地也有不同程度的地裂缝发生。你现在浏览的是第六十页，共99页地下水超采的修复：调度可利用的水资源替代深层地下水的开采建设水库，冬天引蓄水代替开采地下水建设城区咸水中水道开发利用咸水集蓄雨洪径流,回灌地下水逐步关闭现有深机井,停止开采深层地下水你现在浏览的是第六十一页，共99页地下水的细菌污染地下水的细菌污染危害危害 地下水的细菌污染源主要来自动物粪便，因此，污染地地下水的细菌污染源主要来自动物粪便，因此，污染地下水的细菌主要是消化道的细菌，以大肠杆菌作为地下下水的细菌主要是消化道的细菌，以大肠杆菌作为地下水细菌污染的标志也是出于这个原因。现已清楚，地下水细菌污染的标志也是出于这个原因。现已清楚，地下水的细菌污染问题一般是局部或区域性的，但近年来，水的细菌污染问题一般是局部或区域性的，但近年来，随着大型废水处理厂的相继建立，大面积的污水灌溉和随着大型废水处理厂的相继建立，大面积的污水灌溉和废水的次表层回注，细菌污染问题变得日趋严重。地下废水的次表层回注，细菌污染问题变得日趋严重。地下水源一旦受到细菌污染，不仅很难挽回而且限制了这些水源一旦受到细菌污染，不仅很难挽回而且限制了这些水源的充分利用，尤其是饮用水源依赖地下水，且饮水水源的充分利用，尤其是饮用水源依赖地下水，且饮水处理不良的地区，长期饮用含菌水势必影响人体健康和处理不良的地区，长期饮用含菌水势必影响人体健康和工农业经济的持续发展。工农业经济的持续发展。你现在浏览的是第六十二页，共99页修复技术对于病原微生物来说,由于病原微生物存活期短,它的污染往往是局部的,因此可以在井中投加消毒剂,或设一坝,坝体内设置砂、粘土或粉砂土、含铁红土、磁铁矿砂、酸性腐殖土以去除病原微生物。因为细菌大小在0.510m左右,病毒大小在0.0011m,吸附可以去除细菌及病毒,而过滤可以去除部分细菌。另外，在污水灌溉问题上要慎重考虑。你现在浏览的是第六十三页，共99页重金属污染矿产资源是人类社会文明必需的物质基础。随着工农业生产的发展,人类精神、物质生活水平的提高,社会对矿产资源的需求量日益增大。矿产资源的开发、加工和使用过程中产生的各种各样污染物质,造成水环境污染,给生态环境和人类带来不利影响。去除或降解水环境中的污染物质就需对受污染的水体进行修复处理。而地下水由于其隐蔽性和难以恢复性,切断污染源后,仅靠自身的自然净化需长达十年、几十年、甚至上百年的时间。生物修复技术具有可现场进行,投资少,运行费用低,无二次污染,最终产物少等特点,应是地下水修复工程的主要修复技术。你现在浏览的是第六十四页，共99页微电解-生物法处理酸性重金属矿山地下水微电解生物法组合工艺试验装置如图所示。1-培菌池;2-原水调节池;3-计量泵;4-微电解反应柱;5-生物反应器;6-搅拌器你现在浏览的是第六十五页，共99页微电解法机理铸铁为铁-碳合金,碳以碳化铁颗粒分散在铁中。当铁屑浸入电解质溶液(矿山酸性地下水)时,便构成无数个Fe-C微原电池,纯铁为阳极,碳化铁为阴极,发生如下反应:你现在浏览的是第六十六页，共99页当有O2时,你现在浏览