微生物修复优秀PPT.ppt

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1、原位生物修复In situ Bioremediation原位生物修复原位修复时在污染源就地处理污染物的一种生物处理技术，包括自然修复和工程修复两种过程，是最常见的生物修复形式。主要是指在人为限制条件下进行(1)不饱和土壤(2)饱和土壤(3)地下水中污染物的生物降解与污染治理。原位生物修复的主要过程是投加养分物质、供应氧源（通常是H2O2）、接种特殊微生物。原位修复不需将污染物转移，具有省时、高效的优点。缺点是过程难以限制。原位生物修复中，氧的传输和土壤的渗透性是成功的关键。原位修复的主要处理法有生物通风法(bioventing):对不饱和土壤生物搅拌法(biosparging):对饱和土壤部分

2、打入空气泵处理法：抽出法第一节 水力学限制原位生物修复设计的第一阶段是选择隔离和限制污染带的技术。水力学限制对移动或阻挡地下水流、提高和降低水位及限制污染羽流等都是必需的。流体力学隔离系统的费用一般比物理遏制结构要低,也更敏捷.水力系统除了能隔离污染带以外，还是过程限制的重要手段;系统包括注入井、回收井以及限制进出污染区传质可能的障碍;补给水运用经过处理的回用水或未受污染的水源水;补给水流中可以含有养分盐、基质和电子受体输入亚表层，还可以加微生物接种体。水力限制设计须要了解现场的水文地质。含水层反应试验、示踪试验、水力模型是比较常用的手段。注入速率影响降解速率，流速影响溶质和气体的传输速率、接

3、触时间，最佳注入速率一般用水力模型难以预料，必需依靠现场监测。其次节 亚表层供应系统原位生物修复的基质（生物修复限制剂）供应系统种类 方法重力法淹灌、塘灌、表面喷灌、渗滤沟、渗滤床强制法水泵注入、空气真空、空气注入1 重力注入地表重力供应系统法适合于浅层废物沉积、高渗透性场所和局部的污染.即对渗流带的效果较好,在饱和带重力法充分混合较难,要充分考察后运用.寒冷天气是一个限制因素.p设计重力供应系统应当考虑的主要问题：p电子受体和养分盐的供应速率、渗入速率p污染概况(地点、深度、污染带)p场地特征(水力传导特性、降水量、孔隙度)p含水层厚度电子受体、养分盐以及基质的须要量应依据污染物的质量或呼吸

4、试验计算得到。假如重力法供应的物质速率可满足有机物降解速率，则可接受重力法；假如达不到要求，则需用强制法。在重力供应系统中，受电子受体供应速率的限制，修复速率很慢。虽然每月投入的人力物力很少，但耗时长，最终总费用可能会超过其它供应系统。p重力法渗透供应系统与修复项目亲密相关:p首要考虑是污染物是在渗流带还是在饱和带，重力法在渗流带、饱和带和两者均可用。p其次考虑是电子受体如何携带。假如水仅携带养分，气则要另外注入，那么不饱和带就要保持较高的透气率。假如电子受体由水携带，那么就要以最快的速度下渗。2 强制注入强制注入在过程限制中较为敏捷。但浅水注入点限制注入系统的水头和注入井影响的区域。注入井，

5、回收井壁一般要考虑作密封处理,防止气体或水向上渗透.在原位生物修复中各种不同的影响带在原位生物修复中各种不同的影响带p生物修复的影响带常常是依据携带氧浓度所确立的(1mg/L):p氧影响带确定了强制注入井的间隔以及井的投资(井的材质、深度）;p志向的注入井和回收井之间的距离，应是能使养分液在注入后6周内达到污染区,但要留意养分液在此期间的损耗;p化学品迁移时间和反应速率可以依据可处理性探讨和泵试验估算，但必需经现场监测证明。3 回收系统回收技术也分重力法和强制法种类 方法重力法沟渠，埋管强制法井点，土壤渗滤仪，深井泵现水位现水位原水位原水位回收井回收井4 注入井和回收井的构造指井的排列形式;各

6、个场地的特征导致井的形式各异;可依据模拟地下水流的形式设计井系统。线性规划结合地下水流模型，或非线性规划结合地下水流模型和平流迁移模型。p影响因子：含水层水力传导性的变异性亚表层的运移时间抽取速率污染物的分布表层和亚表层的结构原位生物修复的注入井和回收井的一般类型原位生物修复的注入井和回收井的一般类型致密含水层的注入井致密含水层的注入井-回收井形式回收井形式垂直水力循环系统垂直水力循环系统p强制注入和回收可与重力供应结合运用:p污染物在地下水面以上,可以抽气供氧,渗漏沟供养分盐;p污染物在渗流带和饱和带,可注水提升,或抽真空注入空气,或在渗流带抽气,在饱和带注水.特定微生物反应也可确定注入和回

7、收形式:共代谢、硝酸盐和硫酸盐还原菌以及多种代谢方式须要在设计中考虑促进微生物生长的措施。某些化合物的矿化须要既有厌氧代谢又有好氧代谢。原位处理中要求顺次厌氧和好氧代谢系统使设计和运行很困难。这段距离与地下水流量和脱卤作用速率有关显著的脱卤作用应当发生在转化化合物达到其次排过程限制井以前第三节 堵塞限制v运行过程中可能的问题时含水层和注入井的堵塞（clogging）。主要类型有:v悬浮固体堵塞v生物堵塞v化学堵塞1.悬浮固体堵塞2.限制注水中固体浓度2 mg/L，或浊度应低于1NTU.3.技术：限制pH，运用过滤器，避开氢氧化物的沉淀.2.生物堵塞3.注入井的滤网堵塞4.加入氧和养分盐后会刺激

8、井滤网上和四周含水层中生物生长5.也可在筛网和钻孔处加入杀菌剂，通常接受过氧化氢处理6.为了削减注入井堵塞，运用脉冲法分别以确定的间隔分别注入电子受体和养分盐，分开注入是避开注入点的生物最佳生长条件 脉冲注入电子受体和脉冲注入电子受体和基质防止注入堵塞基质防止注入堵塞p双脉冲注入系统须选择：p基质和氧各个脉冲的比率 依据化学反应计算得到p整个脉冲长度 可用生物修复剂的迁移模型确定 p周期频率B.铁细菌C.铁细茵的生物堵塞是水井和地表处理系统运行维护的普遍问题，水中铁含量很低的状况下就可以使膜生物反应器堵塞D.反应式为:3.化学堵塞4.养分盐、基质、氧和生物活性在含水层中的相互作用困难多变，了解

9、其中的化学沉淀堵塞的机制特别困难5.可处理性探讨和地球化学平衡模型可以评价含水层化学物质对注水混合的可能影响6.离子交换对堵塞本身没有显著影响，主要留意的问题是氧化还原电位和养分盐的加入引起的后续变更和反应 注入前的可处理性探讨要评价在实际土注入前的可处理性探讨要评价在实际土壤样品中的化学反应壤样品中的化学反应全部加入化学品都要评价全部加入化学品都要评价最好分别注入化学品而非混合注入最好分别注入化学品而非混合注入A.氧化还原电位氧化还原电位25下铁溶解下铁溶解度与度与pH值和值和pE关系关系图中图中、为采样点位为采样点位FeSFeSB.养分盐养分盐 C.磷酸盐是引起含水层堵塞的另一化学因磷酸盐

10、是引起含水层堵塞的另一化学因素。磷酸盐不能注入到石灰性土壤，素。磷酸盐不能注入到石灰性土壤，否否则会被吸附沉淀。则会被吸附沉淀。D.生物所需磷酸盐与沉淀反应常有冲突生物所需磷酸盐与沉淀反应常有冲突.第四节 原位氧源好氧微生物中氧通常是限制因子F可通过强制手段加入分子氧F也可通过化学反应加入系统p选择氧供应系统应按考虑的因素:污染负荷需氧量设计降解速率氧转移速率氧源传输利用的难易氧源的费用p供氧方式井孔通气含氧水的注入过氧化氢的注入生物通气生物注气1.井孔通气 2.井孔通气是结构最简洁、价格低廉的系统，可通过多孔气泡装置将空气扩散到井孔中。3.向井水中注气可运用金刚砂扩散器、多孔石、环带金属、碳

11、化硅扩散器等使空气气泡更细小，便于溶解。2.含氧水注入 用泵打入饱和含氧水是最常见的供氧注入速率/(L/min)单井供氧量/(kg/d)通气水(DO=10 mg/L)含氧水(DO=50 mg/L)4.50.01440.07245.50.1440.724551.447.2含氧水注入供应的氧v井孔通气、含氧水注入存在的问题:v生物堵塞常抑制气流进入井孔，解决方法是将注气器提出清洗和用化学品处理井。v 供氧速率低是其主要缺点，1m3烃类污染的土壤须要有20万m3饱和含氧水，解决方法是用过氧化氢和土壤通气方式注入氧。烃类矿化须要供应的氧量和硝酸盐量电子受体浓度和载体载体/烃类(质量)O2（空气）8 m

12、g/L,水40万O2（纯O2）40 mg/L,水8万O2（过氧化氢）100 mg/L H2O2,水6.5万500mg/LH2O2,水1.3万硝酸盐50 mg/L,水9万O2（空气）20.9%,空气133.过氧化氢注入4.质量比为1:0.475.须要有饱和的亚表层6.须要强制注入7.主要问题是限制分解速率 p运用中需留意的问题:p土壤酶促反应、一些金属、高pH值都可使过氧化氢分解p土壤降解限制了运用浓度，干净砂为500mg/L,其他为100mg/Lp过高有毒性,且各类细菌耐受实力不同p磷酸盐可使过氧化氢稳定时间加长,宜接受简洁困难磷酸盐混合物4.生物通气5.是向亚表层供应空气或氧气，促进不饱和层

13、中污染物生物降解的技术地下水地下水未饱和土壤未饱和土壤水位水位污染区域污染区域注入井注入井引风机引风机引风机引风机基本生物通气处理系统示意图基本生物通气处理系统示意图5.生物注气是将空气压人饱和层饱和层水中，使挥发性化合物进入不饱和层进行生物降解，同 时使饱和层也得到氧气有利于生物降解.扩大了生物降解的面积，使饱和带和不饱和带的土著菌都发挥作用地下水地下水未饱和土壤未饱和土壤水位水位污染区域污染区域注入井注入井引风机引风机引风机引风机生物注气处理系统示意图生物注气处理系统示意图第五节 生物通气生物通气可以很好的应用到不饱和带土不饱和带土壤壤的污染物好氧降解主要适用于烃类治理费用低，设备易于维护

14、主要作用:供氧、去除挥发性有机物回收井回收井回收气回收气处理处理有机污染物生物通气的应用性排序 化合物评价1三氯乙烯中2甲苯好好3苯好好4PCBs差差5氯仿中6四氯乙烯差差7酚好好81,1,1三氯乙烷中排序 化合物评价9乙苯好好10二甲苯好好11二氯甲烷中12反-1,2-二氯乙烯中13氯乙烯中141,2二氯乙烷中15氯苯中基本生物通气处理系统示意图基本生物通气处理系统示意图基本生物通气中去除效果与气流速率的关系基本生物通气中去除效果与气流速率的关系无抽气井的生物通气处理系统无抽气井的生物通气处理系统无抽气井的生物通气中去除效无抽气井的生物通气中去除效果与气流速率的关系果与气流速率的关系改进型生

15、物通气系统改进型生物通气系统生物通气的设计生物通气的设计依据现场需氧量和供氧实力来设计依据现场需氧量和供氧实力来设计须要估算供氧的影响半径，并在现场运行须要估算供氧的影响半径，并在现场运行时监测时监测影响半径依据土壤气体压力、氧气浓度和影响半径依据土壤气体压力、氧气浓度和气流确定，还可依据气体渗透性试验确定气流确定，还可依据气体渗透性试验确定注气或抽气近注气或抽气近8h，然后在多个监测点测压然后在多个监测点测压力变更力变更举荐的监测点间隔举荐的监测点间隔稳定态土壤渗透性计算公式稳定态土壤渗透性计算公式:氧源的费用和选择氧源的费用和选择生物注气费用生物注气费用注气系统最重要的运行费用是维护压缩注

16、气系统最重要的运行费用是维护压缩机、扩散器和井筛网机、扩散器和井筛网注入含氧水费用较低，运行费用主要是注入含氧水费用较低，运行费用主要是生物堵塞；注入过氧化氢运行费用很高生物堵塞；注入过氧化氢运行费用很高主要的建设费用是泵，维护应简洁，能主要的建设费用是泵，维护应简洁，能耗应最低。耗应最低。生物通气费用生物通气费用比注气和注含氧水问题少但排放气体处理费用很高现场监测现场监测原位生物修复的监测必需设计为多目标原位生物修复的监测必需设计为多目标:环境影响评价环境影响评价 完全的过程限制完全的过程限制记录下清除的水平记录下清除的水平费用要比地表处理系统的监测多得多费用要比地表处理系统的监测多得多第六

17、节 物料须要量计算物料有：电子受体、电子供体、主要基质、pH调整剂和养分盐。这些计算是确定处理过程设备大小和费用的基础。设备包括管道、泵损失限制和化学品贮备容器等。电子受体和养分物的须要量 估算过程:首先，依据现场试验数据了解污染物和有效养分物的种类和浓度其次步是将现场数据转化为污染物的质量负荷(等浓度钱)第三步就是推导用于生物修复的电子受体和养分物的比,须要书写平衡的氧化还原方程几种计算通式:1.电子供体的半反应HD 2.电子受体半反应HA3.细胞合成方程CS1.电子供体的半反应HD式中式中:2.电子受体半反应HA3.细胞合成方程CS在不同氧化还原反应中用于生物在不同氧化还原反应中用于生物量

18、合成的能量系数量合成的能量系数 电子受体电子受体fsSO42-0.04-0.2CO20.04-0.2O20.12-0.6(Ave.0.5)NO3-0.1-0.5计算示例:电子受体和养分物土壤受烃类污染的总污染物浓度为7000mg/kg，各种烃的浓度如下:F 解答过程如下：步骤1 :平均化学结构式0步骤步骤2 确定最合适的电子受体和烃类混合物的代谢方式 答：氧为电子受体步骤步骤3 选择合适的氮源 答：氨和硝酸盐均可，本例选氨 步骤步骤4 选择适当的能量转换系数 答：烃类氧化快，fs 选0.5，则fe也为0.5 步骤步骤5 写出半反应方程和细胞生长方程步骤步骤6 总反应方程步骤步骤7 确定质量比确

19、定质量比总分子量总分子量98依据总反应方程式可计算依据总反应方程式可计算原位修复实例胡广仁（1993）北京某水厂旁边一加油站两个柴油灌漏油78吨，25天后距离漏油点105米的供水井中检出油，一座5000吨的储水池及1000米以上的输水管道被污染，水厂被迫停工。处理：接受帷幕注浆换土，和抽水限制污染物迁移。作业：选择一种有毒污染物质，介绍两种作业：选择一种有毒污染物质，介绍两种不同的修复技术；及这两种修复技术间的不同的修复技术；及这两种修复技术间的差异（如介质不同、浓度不同等）。差异（如介质不同、浓度不同等）。打印两页以内，手写三页以内，第9周周3交。可到中国期刊网上查相关资料。本周本周5上课地点有变。上课地点有变。本周本周5第第2节课进行前三章的课堂测验。节课进行前三章的课堂测验。