緒論污染環(huán)境生物修復工程

1、,污染環(huán)境生物修復工程,工業(yè)“三廢”污染農(nóng)地面積1000萬 hm2，“三廢”污染減產(chǎn)糧食120億kg,農(nóng)用化學品污染農(nóng)地面積約870萬hm2，使糧食每年減產(chǎn)100億kg,農(nóng)田污灌面積已達130多萬 hm2， 每年灌水污染減產(chǎn)糧食12.5億kg,全國受污染耕地面積2000萬hm2，約占耕地總面積的1/6.,污染控制途徑,產(chǎn)前控制 產(chǎn)中控制 產(chǎn)后控制,更新技術,改進工藝,減少污染產(chǎn)生的總 量-清潔生產(chǎn)。,污染物集中處理-達標排放。,對進入環(huán)境中的污染物進行處理、修復 受損環(huán)境。,污染環(huán)境的修復技術包括物理方法、化學方法和生物方法三大類。 （其中生物方法已成為環(huán)境保護技術的重要組成部分。本門課程主要

2、研討生物方法對污染環(huán)境的修復）。,對已經(jīng)被廣泛污染的大面積環(huán)境，采用廢水及垃圾處理的方法是不可修復的。那么我們?nèi)祟悓Υ司蜔o能為力了嗎？ 近年來，各國科學家已經(jīng)成功的研究開發(fā)出可用于治理被大面積污染環(huán)境的生物技術，這就是生物修復技術。在大面積污染治理領域，被普遍認為是最有效、最經(jīng)濟、最具有生態(tài)性的高新環(huán)境技術。,生物修復技術:指一切以利用生物為主體的環(huán)境污染的治理技術。它包括利用植物、動物和微生物吸收、降解、轉(zhuǎn)化 環(huán)境中的污染物，使污染物的濃度降低到可接受的水平，或?qū)⒂卸居泻Φ奈廴疚镛D(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)，也包括將污染物穩(wěn)定化，以減少其向周邊環(huán)境的擴散。,第一章 緒論,第一章 緒論,教學目的：掌握生物

3、修復的概念和類型、生物修復的原則和可處理試驗，了解生物修復工程設計的一般程序。,第一章 緒論,教學重點和難點： 生物修復的概念 生物修復的類型 生物修復的特點 生物修復的可處理試驗 生物修復的原則 生物修復的可處理試驗 生物修復工程設計程序,第一章 緒論,污染環(huán)境生物修復的概念,機,生物修復的類型,生物修復的產(chǎn)生與發(fā)展,生物修復的可處理試驗,生物修復的應用,生物修復的特點,一、生物修復的產(chǎn)生與發(fā)展,30多年的歷史 1972年，美國Ambler清除管線泄漏的汽油（首次記錄） 1989年，美國阿拉斯加海灘污染后生物修復成功，是修復史上的里程碑（首次大規(guī)模應用） 美國從1991年開始實施超基金項目s

4、uperfund programs 整個歐洲從事生物修復工程技術的研究機構和商業(yè)公司大約有近百個。,二、污染環(huán)境生物修復的概念,指人類直接或間接地向環(huán)境排放超過其自凈能力的物質(zhì)或能量，從而使環(huán)境的質(zhì)量降低，對人類的生存與發(fā)展、生態(tài)系統(tǒng)和財產(chǎn)造成不利影響的現(xiàn)象。,（一）環(huán)境污染,（二）環(huán)境修復,借助外界作用力使某個受損的特定對象部分地或全部恢復到原初狀態(tài)的過程，修復包括恢復、重建、改建等三個方面的活動。,環(huán)境修復,指對被污染的環(huán)境采取物理、化學與生物學技術措施，使存在于環(huán)境中的污染物質(zhì)濃度減少，或毒性降低或完全無害化。,修復（remediation）,（二）環(huán)境修復,恢復（restoration

5、）：將使部分受損的對象向原初狀態(tài)發(fā)生改變 重建（reconstruction）：使完全喪失功能的對象恢復至原初水平 改建（renewal）：部分受損的對象進行改善，增加人類所期望的“人造”特點，減小人類不希望的自然特點 三者間關系（圖一）,第四狀態(tài),原初狀態(tài),完全受損狀態(tài),部分受損狀態(tài),重建,改建,恢復,恢復、重建、改建之間的關系,環(huán)境修復強調(diào)人類有意識的外源活動對污染物質(zhì)或能量的清除過程，是一種人為的、主動的過程。,環(huán)境凈化 強調(diào)的是環(huán)境中內(nèi)源因子對污染物質(zhì)或能量的清除過程，是一種自然的、被動的過程。,區(qū)別環(huán)境修復與環(huán)境凈化,共同點,目的都是使進入環(huán)境中的污染因子的總量減少，或強度降低，或毒

6、性下降。,（三）生物修復（bioremediation）：,廣義的生物修復：指利用生物的生命代謝活動，減少存于環(huán)境中有毒有害物質(zhì)的濃度或使其完全無害化，使污染了的環(huán)境能夠部分地或完全的恢復到原初狀態(tài)的過程包括微生物修復、植物修復、動物修復和細胞游離酶生物修復四大主要類型。 狹義的生物修復：是指通過微生物的作用清除環(huán)境中的污染物，或是使污染物無害化的過程。它包括自然的和人為控制條件下的污染物降解或無害化過程。,三、生物修復的類型,生物修復可根據(jù)修復主體、修復受體和修復場所等進行分類。,（一）修復主體,修復主體,微生物修復,植物修復,動物修復,生態(tài)修復,（一）修復主體,修復主體,土著生物修復,外源

7、生物強化修復,修復受體,（環(huán)境要素）,污染大氣生物修復,污染水體生物修復,污染土壤生物修復,固體廢棄物生物修復,（二）修復受體,修復場所,原位生物修復,聯(lián)合生物修復,異位生物修復,原位自然 生物修復,原位工程 生物修復,（三）修復場所,四、生物修復的特點,優(yōu)點 1、 可以現(xiàn)場進行，節(jié)省治理費用 2、環(huán)境影響小 3、最大限度地降低污染物的濃度 4、適用于其它技術難以使用的場地， 5、可以同時處理受污染的土壤和地下水,局限性 1、耗時長 2、條件苛刻 3、污染物的低生物有效性、難利用性及難降解性等常常使生物修復不能進行 4、工程前期投入高 5、有的化學物質(zhì)經(jīng)降解后的毒性、移動性更強,特點,五、應用

8、實例生物修復“蘇州河底泥”,河道污染，底泥是個難以解決的大問題。采用清淤辦法撈起底泥所造成的二次污染更是令人頭疼。 馮坤范對蘇州河生物修復的原理是利用改變菌的電子受體和它的營養(yǎng)源，讓它成為復合菌群。但是投入放線菌本身會不會形成新的污染？不會！因為它是吃掉有機污染之后就無物可吃了，自己也就消亡了。 人類在治理環(huán)境時手段非常重要，必須考慮到它可能會給子孫后代造成后遺癥。采用生物修復技術治理河流底泥，這在全國范圍內(nèi)還是首創(chuàng)。,美國一塊2.8hm2的土地，堆放石油廢棄物已有多年，以致于土壤中含有10種金屬和20多種有機物（大多具有揮發(fā)性）。經(jīng)原位生物修復后，土壤中總揮發(fā)性有機物濃度從3400mg/L降

9、為150mg/L，苯從300mg/L降為12mg/L，氯乙烯從600mg/L降為17mg/L。整個生物修復工程耗資0.47億$，若采用其它技術，估計需耗資0.631.67億$。,應用前景,具有低耗、高效和環(huán)境安全的特色和優(yōu)點，必將成為本世紀初環(huán)境技術的主攻方向之一。作為環(huán)境科學研究中一個富有挑戰(zhàn)性的前沿領域，目前已進入一個相當活躍的時期。,生物修復并不是萬能的，它必須在一定的原則下，經(jīng)過可處理試驗，確定生物修復設計工藝參數(shù)。,六、 生物修復的可處理試驗,1、生物修復的原則,適合的生物（主體） 先決條件,適合的場所（受體） 污染物和合適的 生物相接觸的地點,適合的環(huán)境條件 控制或改變環(huán)境條件 使

10、生物的代謝與生長活動處于最佳狀態(tài)環(huán)境因子包括溶解氧、溫度、pH值、無機養(yǎng)分（氮、磷）、電子受體（氧氣、硝酸鹽、硫酸鹽、二氧化碳）等。,2、生物修復的可處理試驗,5、確定生物修復效果所需的監(jiān)測手段。,（1）、可處理試驗的目的,1、提供污染物在生物修復過程中的行為和歸宿的數(shù)據(jù),2、評價生物修復所能達到的速度和程度:對任何系統(tǒng),最重要的問題是確定能達到的處理水平和耗時長短,3、評估生物修復技術的可行性和局限性,4、評價污染物被修復后所帶來的二次污染問題,反應器試驗,（2）、可處理性試驗方法,土壤滅菌試驗,土壤柱試驗,搖瓶試驗,現(xiàn)場小區(qū)試驗,土壤滅菌試驗,選取有代表性土壤經(jīng)混勻后分裝于容器中。容器分為

11、兩組，一組經(jīng)高溫滅菌或適當藥劑處理以殺滅其中微生物，另一組不滅菌。分別施入同量的目標污染物，置于空氣中培養(yǎng)。在一個時期內(nèi)，定期監(jiān)測兩組土壤中該污染物的消失情況，最后判定是否為可生物降解性物質(zhì)及其降解速率。如試驗周期長于7d，需補充無菌水以利土壤微生物的活動。,土壤柱試驗,一般以擬修復的污染土壤類型及耕作層深度，并按相應的疏松程度（容重）裝成土柱。土柱內(nèi)徑至少5cm以上。加氧（強制通氣或用雙氧水）。,搖瓶試驗,在三角瓶中配制以該污染物為主要碳源的培養(yǎng)液，另補加適當?shù)腘、P、S、生長素等其它營養(yǎng)物質(zhì)，調(diào)節(jié)pH值（必要時可調(diào)至中性微堿及微酸性兩種培養(yǎng)液以分別適應細菌與真菌的需要）。設不接種微生物的處

12、理組作為對照，接種的微生物可以是一種或多種，也可接種經(jīng)馴化的活性污泥，在不同的通氣條件與溫度條件下進行培養(yǎng)。在一個階段內(nèi)定時連續(xù)監(jiān)測各三角瓶內(nèi)培養(yǎng)液的變化。,反應器試驗,生物轉(zhuǎn)化：在生物酶的作用下使污染物的形態(tài)、結構發(fā)生微小的改變，使污染物毒性加強或減弱。 生物降解：在生物酶的作用下經(jīng)過一系列生化反應轉(zhuǎn)化為簡單化合物的現(xiàn)象。 礦化：終極生物降解。指有機污染物降解為CO2 和水的過程。,現(xiàn)場小區(qū)試驗,在處理現(xiàn)場的一部分區(qū)域，從1幾百平方米，用木板隔開，深度24米。,3、生物修復工程設計,生物修復是一項系統(tǒng)工程，它需要依靠工程學、環(huán)境學、生物學、生態(tài)學、微生物學、地質(zhì)學、土壤學、水文學、化學等多學科的合作，為了確定生物修復技術是否適用于某一受污染環(huán)境和某種污染物，需要進行生物修復的工程設計。,生物修復工程設計要素：,生物修 復工程 設計,場地信息收集,技術查詢,技術路線選擇,可處理性試驗,修復效果評價,實際工程設計,小試,中試,場地信息收集,（1）污染物的種類和化學性質(zhì)、在土壤中的分布和濃度、受污染的時間。 （2）當?shù)卣Ｇ闆r下和受污染后微生物的種類、數(shù)量和活性以及在土壤中的分布，分離鑒定微生物的屬種，檢測微生物的代謝活性，從而確定該地是否存在適于完成生物修復的微生物種群。 （3）土壤特征，如溫度、孔隙度、滲透率。