污染環(huán)境的生物修復

1、污染環(huán)境的生物修復污染環(huán)境的生物修復污染環(huán)境的生物修復生物修復的概念及其原理生物修復的概念及其原理生物修復工程技術生物修復工程技術生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)污染環(huán)境的生物修復國家環(huán)境保護總局國家環(huán)境保護總局新化學物質(zhì)申報表新化學物質(zhì)申報表毒理學毒理學項目 急性毒性 短期重復毒性 亞慢性毒性 慢性毒性 生殖/發(fā)育毒性 神經(jīng)毒性 致突變性 致畸性 致癌性 毒代動力學 其他污染環(huán)境的生物修復生態(tài)毒理項目藻類生長抑制毒性溞類急性毒性魚類急性毒性鳥類毒性高等植物種子發(fā)芽和生長毒性 蚯蚓急性毒性 活性污泥呼吸抑制毒性 吸附/解吸性降解性 生物蓄積性其他污染環(huán)境的生物修復污染環(huán)境的生物修復

2、污染環(huán)境的生物修復第一節(jié)第一節(jié) 生物修復的概念及其原理生物修復的概念及其原理污染環(huán)境的生物修復一一 生物修復的基本原理和特點生物修復的基本原理和特點（BioremediationBioremediation）指利用生物將土壤、地）指利用生物將土壤、地表及地下水或海洋中的危險性污染物現(xiàn)場去除或降解表及地下水或海洋中的危險性污染物現(xiàn)場去除或降解的工程技術系統(tǒng)。的工程技術系統(tǒng)。污染環(huán)境的生物修復優(yōu)點：優(yōu)點：投資費用省，對環(huán)境影響小，能有效降低投資費用省，對環(huán)境影響小，能有效降低污染物濃度，適用于在其他技術難以應用的場地，污染物濃度，適用于在其他技術難以應用的場地，而且能同時處理受污染的土壤和地下水。

3、而且能同時處理受污染的土壤和地下水。局限性：局限性：需對具體地點的狀況和污染物進行詳細需對具體地點的狀況和污染物進行詳細而昂貴的考察，微生物活性受溫度和其他環(huán)境條而昂貴的考察，微生物活性受溫度和其他環(huán)境條件的影響，某些情況下，生物修復不能去除全部件的影響，某些情況下，生物修復不能去除全部的污染物。的污染物。與生物處理的區(qū)別：與生物處理的區(qū)別：兩者原理一致，但生物修復兩者原理一致，但生物修復側重于受污區(qū)域的原位生物處理。側重于受污區(qū)域的原位生物處理。污染環(huán)境的生物修復二二. . 生物修復種主要生物種類及修復原生物修復種主要生物種類及修復原理理通過微生物的降解和轉化，將有機污染物轉化為無害的通過微

4、生物的降解和轉化，將有機污染物轉化為無害的小分子化合物和二氧化碳與水小分子化合物和二氧化碳與水土著微生物：環(huán)境中固有的微生物土著微生物：環(huán)境中固有的微生物外來微生物：需大量接種的高效菌外來微生物：需大量接種的高效菌基因工程菌（基因工程菌（GEMGEM）污染環(huán)境的生物修復微生物對物質(zhì)降解與轉化的特點: 微生物個體微小，比表面積大，代謝速率大； 種類繁多，分布廣泛，代謝類型多樣； 微生物具有多種降解酶； 微生物繁殖快，易變異，適應性強； 微生物具有巨大的降解能力； 質(zhì)粒（Plasmid）：染色體外遺傳物質(zhì)，是在原核微生物中除染色體外，還存在的一種較小的攜帶少量遺傳基因的環(huán)狀DNA分子。 質(zhì)?？捎脕?/p>

5、培育優(yōu)良菌種，或用作基因工程中基因轉移的載體。 例如：多功能超級細菌的構建污染環(huán)境的生物修復ABBACABC圖31 多質(zhì)粒超級菌的構建示意簡圖質(zhì)粒細胞的染色體注：污染環(huán)境的生物修復 共代謝（CoMetabolism） 微生物在利用生長基質(zhì)A時（從中獲得能量、碳源或其他任何營養(yǎng)），同時非生長基質(zhì)B（不能從中獲得能量或營養(yǎng)）也伴隨著發(fā)生氧化或其它反應。 在純培養(yǎng)下，共代謝只是一種截止式轉化，但在混合培養(yǎng)和自然環(huán)境條件下，轉化可為其它微生物進行的共代謝或其他生物對某種物質(zhì)的降解鋪平道路，使其代謝產(chǎn)物可繼續(xù)降解，故污染物在有合適的底物和環(huán)境條件下可通過共代謝作用而降解。ABCDE1E2E2E1污染環(huán)境

6、的生物修復微生物對污染物降解與轉化的途徑 自然界中化學物質(zhì)的降解的3種方式：這三種方式往往綜合交叉進行。 光降解 化學降解 生物降解（Biodegradation）：指由于生物的作用，把污染物大分子轉會為小分子，實現(xiàn)污染物的分解或降解。其中微生物所起的降解作用最大，故也稱為微生物降解。 微生物代謝活動中的化學作用（實質(zhì)是酶反應） 氧化作用 還原作用 脫羧作用 水解作用 脫氨基作用等污染環(huán)境的生物修復影響微生物對物質(zhì)降解轉化作用的因素（1） 微生物的代謝活性 不同種類微生物對同一底物的反應不同； 微生物在不同的生長時期的活性是不相同的，在對數(shù)期代謝最旺盛，活性最強。 微生物的種類組成決定化合物降

7、解的方向和速度，同時微生物的種類組成又與環(huán)境中的化學物質(zhì)有關。 微生物的適應性 馴化（馴化（Domestication）：是一種定向選育微生物的方法與過程，通過人工措施使微生物逐步適應某特定條件，最后獲得具有較高耐受力和代謝活性的菌株。污染環(huán)境的生物修復影響微生物對物質(zhì)降解轉化作用的因素（2） 化合物的結構 烴類：鏈烴的易降解性大于環(huán)烴，直鏈烴大于支鏈烴，不飽和烴大于飽和烴，支鏈烷基越多，越不易被降解 當主鏈上的C被S、N、O取代時，對生物氧化的阻抗上升 當C原子上的H被烷基或芳基取代時，會生成生物氧化的阻抗物。 官能團的性質(zhì)和數(shù)量 分子量大小 環(huán)境因素 溫度 酸堿度 營養(yǎng) 氧 底物濃度污染環(huán)

8、境的生物修復微生物分解有機物的作用 微生物分解有機物的作用可總括成如下圖式：復雜有機物簡單有機物需氧微生物胞內(nèi)酶厭氧微生物胞內(nèi)酶微生物胞外酶CO2、H2OCO2、H2O、H2、CH4、H2S及有機酸、醇、酮、醛等未完全氧化產(chǎn)物圖32 微生物分解有機物的作用示意圖污染環(huán)境的生物修復微生物對常見污染物的降解與轉化 生物大分子的降解 糖類：以纖維素和淀粉的分解為例，見圖54，55 脂肪 蛋白質(zhì)脂肪H2O脂肪酶甘油高級脂肪酸蛋白質(zhì)肽氨基酸蛋白酶肽酶污染環(huán)境的生物修復丁酸、CO2、H2等CO2、H2、有機酸等淀粉葡萄糖需氧微生物胞內(nèi)酶厭氧微生物胞內(nèi)酶微生物淀粉酶CO2、H2O圖35淀粉分解途徑示意圖纖維

9、素葡萄糖需氧微生物胞內(nèi)酶厭氧微生物胞內(nèi)酶 H2O纖維素酶CO2、H2O圖34 纖維素分解途徑示意圖纖維二糖 H2O纖維素酶污染環(huán)境的生物修復 烴類 石油類 人工合成有機物 農(nóng)藥 合成洗滌劑 增塑劑 多氯聯(lián)苯污染環(huán)境的生物修復危險性化合物 危險性化合物（Hazardous Chemicals）的概念 微生物具有降解自然界產(chǎn)生的有機化合物的代謝機制，從而促使地球有機碳平衡，而在自然界具有新穎結構的合成化合物（異型生物質(zhì)，又稱非生物性物質(zhì)，xenobiotics）往往對微生物的降解表現(xiàn)出抗逆性，其原因可能是這些化合物進入自然界的時間比較短，微生物界還未進化出降解此類難降解化合物的代謝機制。這些化合物

10、大多數(shù)對環(huán)境具有毒害作用，故稱之危險性化合物。 危險性化合物來源 人工合成的農(nóng)藥、殺蟲劑、除草劑、防腐劑、溶劑、增塑劑等污染環(huán)境的生物修復 危險性化合物的降解特點和研究 盡管其在自然界可能會有部分緩慢降解，微生物有可能通過多種途徑來改變自身的結構信息以獲得對這類化合物的降解能力，但這需要一個漫長的過程來實現(xiàn)，依靠微生物的自然進化過程遠不能滿足要求，而且長此以往將會造成生態(tài)系統(tǒng)的失衡。因此，研究一些可以使微生物群體在較短時間內(nèi)獲得最大的降解該物質(zhì)能力的方法顯得愈加重要和迫切。污染環(huán)境的生物修復 危險性化合物的降解特點和研究 近年來科學工作者做了大量工作，包括：通過長時間的馴化來得到具有一定降解能

11、力的微生物群體；通過基因工程手段來改造微生物使其具有特定的降解能力； 此外在對危險性化合物的降解研究中發(fā)現(xiàn)，混合培養(yǎng)比純培養(yǎng)具有潛在的優(yōu)勢，徹底礦化往往需要一個或一個以上的營養(yǎng)菌群（如發(fā)酵水解菌群、產(chǎn)硫菌群、產(chǎn)乙酸菌群、產(chǎn)甲烷菌群等）通過多步反應將有毒化合物轉化為礦化最終產(chǎn)物。 研究人員依據(jù)不同的代謝作用至少可以將微生物群落中的微生物分為7種類型：提供特殊營養(yǎng)物；去除生長抑制產(chǎn)物；改善單個微生物的基本生長參數(shù)；對底物協(xié)調(diào)攻擊；共代謝；氫（電子）轉移；提供一種以上初級底物利用者。污染環(huán)境的生物修復有機污染物的生物可降解性及其評價方法 什么是生物可降解性？ 所有化合物根據(jù)微生物對它們的降解性可分成

12、可生物降解、難生物降解和不可生物降解。 評價生物可降解性的方法： 測定生物氧化率 測呼吸線 測定相對耗氧速度曲線 測BOD5與COD Cr之比 測COD30 培養(yǎng)法污染環(huán)境的生物修復時間（h）耗氧量（mg/g）內(nèi)呼吸線生化呼吸線生化呼吸線時間（h）耗氧量（mg/g）內(nèi)呼吸線圖36 生化呼吸線與內(nèi)呼吸線比較時間（h）耗氧量（mg/g）內(nèi)呼吸線生化呼吸線tabc污染環(huán)境的生物修復底物濃度D、有毒，不能被利用C、有毒，能被利用A、無毒，不能被利用B、無毒，能被利用相對耗氧速度（以內(nèi)呼吸的表示）100圖37 相對耗氧速率曲線污染環(huán)境的生物修復基因工程在環(huán)境生物處理中的應用基因工程在環(huán)境生物處理中的應用

13、集中與創(chuàng)造與目的基因，提供綜合性代謝新污染的通集中與創(chuàng)造與目的基因，提供綜合性代謝新污染的通路和雜種細胞。路和雜種細胞。提高代謝通路結構基因的表達，針對新的污染物，改提高代謝通路結構基因的表達，針對新的污染物，改變表達的調(diào)節(jié)方式。變表達的調(diào)節(jié)方式?？刂平到馔緩降南拗菩圆襟E，提高分解代謝酶的合成控制降解途徑的限制性步驟，提高分解代謝酶的合成或其他生化反應過程效率或其他生化反應過程效率防止有毒中污染物的產(chǎn)生，防止非需要產(chǎn)品的出現(xiàn)，防止有毒中污染物的產(chǎn)生，防止非需要產(chǎn)品的出現(xiàn)，用確定的基因實現(xiàn)最初的目的。用確定的基因實現(xiàn)最初的目的。污染環(huán)境的生物修復降解鹵代芳烴的基因工程菌降解鹵代芳烴的基因工程菌分

14、解尼龍寡聚物的基因工程菌分解尼龍寡聚物的基因工程菌分解多糖的基因工程菌分解多糖的基因工程菌抗金屬基因工程菌抗金屬基因工程菌除草劑降解基因工程菌除草劑降解基因工程菌殺蟲劑降解基因工程菌殺蟲劑降解基因工程菌轉基因植物轉基因植物?污染環(huán)境的生物修復營養(yǎng)鹽：營養(yǎng)鹽：需添加氮、磷營養(yǎng)元素需添加氮、磷營養(yǎng)元素電子受體：電子受體：可通過對土壤鼓氣或添加產(chǎn)氧劑的方式來提供可通過對土壤鼓氣或添加產(chǎn)氧劑的方式來提供DODO作為有機物降解的電子受體；此外，硝酸根、作為有機物降解的電子受體；此外，硝酸根、硫酸根、鐵離子也可作為有機物降解的電子受硫酸根、鐵離子也可作為有機物降解的電子受體。體。共代謝基質(zhì)共代謝基質(zhì)污染環(huán)

15、境的生物修復污染現(xiàn)場和土壤特性：污染現(xiàn)場和土壤特性：土壤特性影響污染物和微生物的相對活性，最土壤特性影響污染物和微生物的相對活性，最終影響生物修復的速度和程度。終影響生物修復的速度和程度。有毒有機污染物的物理化學性質(zhì)有毒有機污染物的物理化學性質(zhì)微生物菌株微生物菌株( (基因工程菌基因工程菌) )污染環(huán)境的生物修復 廢水生物處理實際是水體的自凈原理在水污染治理中的應用，即模擬天然水體自凈作用的生物過程。在特定構筑物中人工創(chuàng)造適宜條件，充分發(fā)揮微生物的作用以高速度、高效率凈化污水，通過微生物代謝產(chǎn)生的酶來降解轉化有機物，將有機物最終轉化為無害的二氧化碳和水，從而使廢水得到凈化。污染環(huán)境的生物修復污

16、水處理中的生化過程O2、CO2、SO42、NO3等細胞構成物C、H、O、N、維生素等能 源受氫體微生物微生物細胞合成生物污泥分解能量代謝產(chǎn)物熱能CO2、H2O、SO42、NO3、NH4、PO43、H2S、CH4、有機酸、醇等排水排出不可降解殘留物內(nèi)源呼吸圖38 污水處理中的生化過程污染環(huán)境的生物修復活性污泥法和生物膜法 目前最常用的生物處理方法是活性污泥法和生物膜法。 活性污泥和生物膜的概念 活性污泥活性污泥是由細菌、原生動物等微生物與懸浮物質(zhì)、膠體物質(zhì)混雜在一起形成的具有吸附分解有機物能力的絮狀體?；钚晕勰嗍蔷哂泻軓姷奈椒纸庥袡C物能力的、充滿微生物的污泥； 生物膜生物膜是附著在填料上呈薄膜

17、狀的活性污泥。污染環(huán)境的生物修復污染環(huán)境的生物修復活性污泥和生物膜的特點 具有很強的吸附能力 具有很強的分解、氧化有機物的能力 圖 具有較強的食物鏈 食物鏈越長，作為能量消耗的比例就越大，在系統(tǒng)中存在的生物量就比較少，所剩余的污泥量就相應較少，可減輕生物處理后污泥處理的負擔。 具有良好的沉降性能 處理水易與污泥分離，最終達到廢水凈化的目的。污染環(huán)境的生物修復 按所利用的微生物種類 好氧處理：活性污泥法 厭氧處理：污泥消化 兼性處理：生物膜法 按處理系統(tǒng)中微生物存在的狀態(tài) 懸浮生長系統(tǒng) 固定膜系統(tǒng) 按反應器的形式 完全混合式反應器 間歇式反應器 完全推流式反應器 固定填充床式反應器 流化床式反應

18、器污染環(huán)境的生物修復 可同時去除有機污染物和重金屬、放射性核素，可同時去除有機污染物和重金屬、放射性核素，適用于大面積、低污染的位點。適用于大面積、低污染的位點。污染環(huán)境的生物修復蜈蚣草（Pteris vittata Linn.）東南景天 寶山堇菜（Viola baoshanensis）污染環(huán)境的生物修復植物組織積累植物組織積累植物排斥植物排斥植物固定植物固定植物降解植物降解植物揮發(fā)植物揮發(fā)植物修復重金屬污染土壤的機理示意圖植物修復重金屬污染土壤的機理示意圖污染環(huán)境的生物修復A A。環(huán)境中金屬污染的去除。環(huán)境中金屬污染的去除已有方案：場外修復，先將土壤挖掘、轉移，再已有方案：場外修復，先將土壤

19、挖掘、轉移，再去除金屬離子；去除金屬離子；微生物修復：生物量小，從而吸收量小，同時生微生物修復：生物量小，從而吸收量小，同時生物體過小難以進行后處理；物體過小難以進行后處理；植物修復特點：生物量大，從而吸收量大，同時植物修復特點：生物量大，從而吸收量大，同時易于進行后處理。易于進行后處理。污染環(huán)境的生物修復 植物修復金屬污染的方式植物修復金屬污染的方式1）植物固定）植物固定適應重金適應重金屬脅迫的屬脅迫的植物植物不吸收或少吸收重金不吸收或少吸收重金屬屬將吸收的金屬鈍化在將吸收的金屬鈍化在植物的地下部分植物的地下部分大量吸收金屬的同時正常大量吸收金屬的同時正常生長生長可在金屬污染土壤中生可在金屬

20、污染土壤中生產(chǎn)符合環(huán)境標準的農(nóng)產(chǎn)產(chǎn)符合環(huán)境標準的農(nóng)產(chǎn)品品通過栽種植物積累金通過栽種植物積累金屬，收獲后進行植物屬，收獲后進行植物提取提取污染環(huán)境的生物修復指利用植物和其他一些添加物使環(huán)境中的金屬流指利用植物和其他一些添加物使環(huán)境中的金屬流動性降低，生物可利用性下降，降低金屬對生物動性降低，生物可利用性下降，降低金屬對生物的毒性。的毒性。該法只是暫時將金屬固定，并沒有徹底去除環(huán)境該法只是暫時將金屬固定，并沒有徹底去除環(huán)境中的金屬。中的金屬。2）植物揮發(fā)）植物揮發(fā)指植物將污染物吸收到體內(nèi)后又將其轉化為氣態(tài)指植物將污染物吸收到體內(nèi)后又將其轉化為氣態(tài)物質(zhì)，釋放到大氣中。物質(zhì)，釋放到大氣中。該法只適用于

21、揮發(fā)性污染物。該法只適用于揮發(fā)性污染物。污染環(huán)境的生物修復3 3）植物吸收）植物吸收 指利用能耐受并可過量積累金屬的植物吸收環(huán)境指利用能耐受并可過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中的金屬離子，將它們輸送并貯存在植物體的地上部分。上部分。 需要選擇能耐受并可過量積累金屬的植物種類。需要選擇能耐受并可過量積累金屬的植物種類。B B 環(huán)境中有機物的降解與去除環(huán)境中有機物的降解與去除 去除機理去除機理植物對有機污染物的直接吸收作用植物對有機污染物的直接吸收作用植物釋放分泌物和酶植物釋放分泌物和酶強化根區(qū)的礦化作用強化根區(qū)的礦化作用污染環(huán)境的生物修復C C、環(huán)境中放射性

22、核素的去除、環(huán)境中放射性核素的去除已有的方法：將土壤從污染未點搬移，然后用分已有的方法：將土壤從污染未點搬移，然后用分散劑或鰲合劑進行處理。散劑或鰲合劑進行處理。植物可從污染的土壤中吸收并累積大量的放射性植物可從污染的土壤中吸收并累積大量的放射性核素，因此植物去除是一個值得研究的方法。核素，因此植物去除是一個值得研究的方法。植物對放射性核素的吸收與植物種類及土壤的性植物對放射性核素的吸收與植物種類及土壤的性質(zhì)有關。土壤的粒子交換能力越強，植物吸收放質(zhì)有關。土壤的粒子交換能力越強，植物吸收放射性核素的能力越大。射性核素的能力越大。污染環(huán)境的生物修復（1）富營養(yǎng)化水體）富營養(yǎng)化水體水華和赤潮水華和

23、赤潮防治水體富營養(yǎng)化的對策：防治水體富營養(yǎng)化的對策： 控制外源性營養(yǎng)物質(zhì)的輸入；控制外源性營養(yǎng)物質(zhì)的輸入； 減少內(nèi)源性營養(yǎng)物質(zhì)的負荷。減少內(nèi)源性營養(yǎng)物質(zhì)的負荷。防治水體富營養(yǎng)化的措施：防治水體富營養(yǎng)化的措施： 工程性措施：挖走底泥、水底深層曝氣等；工程性措施：挖走底泥、水底深層曝氣等； 化學法：凝聚沉降、化學藥劑殺藻等；化學法：凝聚沉降、化學藥劑殺藻等；污染環(huán)境的生物修復 生物法：即生物修復，利用水生生物吸收氮、生物法：即生物修復，利用水生生物吸收氮、磷進行代謝活動從而除去水體中的營養(yǎng)物質(zhì)。磷進行代謝活動從而除去水體中的營養(yǎng)物質(zhì)。（2）高等水生植物凈化水體的特點）高等水生植物凈化水體的特點以大

24、型植物為主體，植物和根區(qū)微生物共生，產(chǎn)以大型植物為主體，植物和根區(qū)微生物共生，產(chǎn)生協(xié)同效應，經(jīng)過植物直接吸收、微生物轉化、生協(xié)同效應，經(jīng)過植物直接吸收、微生物轉化、物理吸附和沉降作用除去氮、磷和懸浮顆粒，同物理吸附和沉降作用除去氮、磷和懸浮顆粒，同時對重金屬元素也有去除效果。時對重金屬元素也有去除效果。污染環(huán)境的生物修復第二節(jié)第二節(jié) 生物修復工程技術生物修復工程技術污染環(huán)境的生物修復一、一、 生物修復工程技術可行性研究生物修復工程技術可行性研究污染環(huán)境的生物修復二、二、 地表水生物修復技術地表水生物修復技術針對流動的河道水體，可采用直接曝氣、針對流動的河道水體，可采用直接曝氣、生物膜法等；生物

25、膜法等；對于淺水湖泊，可添加營養(yǎng)鹽、采用曝氣對于淺水湖泊，可添加營養(yǎng)鹽、采用曝氣機攪拌混合等法；機攪拌混合等法；湖湖泊泊點源污染控制點源污染控制l城鎮(zhèn)生活污水治理l除磷脫氮l禁用含磷洗滌劑l分散性生活污水治理l工業(yè)廢水治理l含氮工業(yè)廢水治理l含磷工業(yè)廢水治理面源污染控制面源污染控制l農(nóng)村村落污染控制 村落廢水控制 村落固體廢棄物處理 村落環(huán)境管理l農(nóng)田污染控制 田間污染控制 坡耕地改造 水土保持農(nóng)業(yè) 生態(tài)農(nóng)業(yè)l小流域生態(tài)治理工程l前置庫工程l強侵蝕區(qū)污染控制湖內(nèi)污染源治理湖內(nèi)污染源治理l網(wǎng)箱養(yǎng)魚控制l污染底泥疏浚與處置l湖內(nèi)旅游控制l船舶污染控制l湖內(nèi)藻類控制生態(tài)工程治理生態(tài)工程治理l湖內(nèi)水生

26、生態(tài)修復工程l陸生生態(tài)恢復工程湖泊富營養(yǎng)化治理的長期性復雜性湖泊富營養(yǎng)化治理的長期性復雜性湖濱防護帶湖濱防護帶污染環(huán)境的生物修復糧食糧食生活排水生活排水人類生活人類生活太陽光太陽光旱地旱地糧糧食食肥料肥料畜舍畜舍風能風能太陽能太陽能可再生能源的可再生能源的有效利用有效利用居民、行政部門的循環(huán)居民、行政部門的循環(huán)利用體系利用體系石化能源石化能源配合飼料配合飼料監(jiān)測系統(tǒng)和水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和水環(huán)境改善的評價改善的評價根據(jù)氮磷自動監(jiān)根據(jù)氮磷自動監(jiān)測系統(tǒng)的評價測系統(tǒng)的評價環(huán)保型施肥管理體系環(huán)保型施肥管理體系通過水生植物栽通過水生植物栽培法對氮磷進行培法對氮磷進行資源回收資源回收河流河流水處理系統(tǒng)水處理系統(tǒng)

27、評價法評價法高溫好氧發(fā)酵裝置高溫好氧發(fā)酵裝置情報網(wǎng)絡情報網(wǎng)絡湖泊治理技術的確立湖泊治理技術的確立節(jié)能、小型、省資源、經(jīng)濟性節(jié)能、小型、省資源、經(jīng)濟性適合地球環(huán)境、地域特性適合地球環(huán)境、地域特性創(chuàng)造未來的最佳處理系統(tǒng)創(chuàng)造未來的最佳處理系統(tǒng)有機生活垃圾有機生活垃圾資源化資源化污泥污泥磷酸鹽磷酸鹽處理水處理水簡易高效水處理裝置簡易高效水處理裝置養(yǎng)殖廢水養(yǎng)殖廢水湖泊污染治理和生態(tài)恢復湖泊污染治理和生態(tài)恢復建立可持續(xù)發(fā)展的建立可持續(xù)發(fā)展的 流域體系流域體系湖泊污染治理的復雜性與長期性湖泊污染治理的復雜性與長期性建設建設污染環(huán)境的生物修復三、三、 土壤的污染修復土壤的污染修復 （一）土壤自凈作用（一）土壤

28、自凈作用 污染物進入土壤后，通過在土壤環(huán)境中發(fā)生的物理、物理化學、化學和生物化學等一系列反應過程，土壤使污染物分解和消失的能力。 污染物進入土壤后，其自凈過程大致為：污染物在土壤內(nèi)經(jīng)擴散、稀釋、揮發(fā)等物理過程降低其濃度；經(jīng)生物和化學降解為無毒或低毒物質(zhì)，或通過化學沉淀、配合或螯合作用、氧化還原作用轉化為不溶性化合物。污染環(huán)境的生物修復1. 影響凈化作用的因素 土壤的組成、土壤環(huán)境、污染物種類和性質(zhì)2. 土壤自凈作用的應用如土壤處理槽裝置，如用于廢水處理 設法使 土壤中異養(yǎng)微生物有機碳污染物 降解為CO2、H2O、CH4 氨化細菌、硝化細菌有機氮污染物 N2（逸散至空氣中） 脫氮菌等作用和CH4

29、細菌作用污染環(huán)境的生物修復土壤污染的治理方法土壤污染的治理方法制定相應的政策法令，使土壤降低污染外：常用方法：1. 沉淀法： 以除去水中的污染物引入土壤的天然水 先進入沉淀池 沉淀后再用于灌溉2. 稀釋法：用清凈水稀釋污染的灌溉水3. 排土法：移動污染土層4. 鋪墊客土法：在受污染的土壤上鋪墊一層非污染客土。5. 混層法 和 倒轉層法（污染土與清潔土混合） （上、下土層易位法）6. 土壤改良法如向土壤投加石灰、磷酸鹽、硅酸鹽，使土壤改良。污染環(huán)境的生物修復污染環(huán)境的生物修復土壤生物修復主導技術土壤生物修復主導技術 特點：原地進行，無需挖出土壤和運輸，采用土特點：原地進行，無需挖出土壤和運輸，采

30、用土著微生物或經(jīng)馴化的微生物處理。著微生物或經(jīng)馴化的微生物處理。 包括兩方面內(nèi)容：包括兩方面內(nèi)容： 對受油污染的土壤進行修復對受油污染的土壤進行修復 對礦山廢棄地進行植被恢復對礦山廢棄地進行植被恢復污染環(huán)境的生物修復特點：可在受污染初期限制污染物的擴散和遷移，特點：可在受污染初期限制污染物的擴散和遷移，減少受污染范圍，但運輸、挖掘費用較高，運輸減少受污染范圍，但運輸、挖掘費用較高，運輸過程中可能引發(fā)新的污染或因挖掘造成土壤生態(tài)過程中可能引發(fā)新的污染或因挖掘造成土壤生態(tài)結構的破壞。結構的破壞。特點：此法類似于污水生物處理，受污染的土壤特點：此法類似于污水生物處理，受污染的土壤挖出與水混合后在接種

31、了微生物的反應器內(nèi)進行挖出與水混合后在接種了微生物的反應器內(nèi)進行處理，處理速度較快，但工程復雜，費用較高。處理，處理速度較快，但工程復雜，費用較高。污染環(huán)境的生物修復廢水處理系統(tǒng)廢水處理系統(tǒng)營養(yǎng)鹽營養(yǎng)鹽 空氣空氣污染區(qū)污染區(qū)抽抽水水井井地下水位地下水位注注水水井井觀觀測測井井圖圖 生物修復原位處理方式示意圖生物修復原位處理方式示意圖污染環(huán)境的生物修復四、四、 地下水生物修復工程技術地下水生物修復工程技術特點：與土壤原位處理基本相同。特點：與土壤原位處理基本相同。指使用暫時的物理屏障以減緩并阻滯污染物在地指使用暫時的物理屏障以減緩并阻滯污染物在地下水中的進一步遷移。下水中的進一步遷移。又稱抽取處

32、理技術，將受污染的地下水從地下又稱抽取處理技術，將受污染的地下水從地下水層中抽取出來，在地面上用一種或多種工藝處水層中抽取出來，在地面上用一種或多種工藝處理之后，再將水注入地層。理之后，再將水注入地層。+ +污染環(huán)境的生物修復第三節(jié)第三節(jié) 生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)生態(tài)工程與污水處理系統(tǒng)污染環(huán)境的生物修復1 1 生態(tài)工程簡介生態(tài)工程簡介v生態(tài)工程（生態(tài)工程（Ecological Engineering）指由人工設計）指由人工設計的、以生物種群為主要結構組分、具有一定功能的、以生物種群為主要結構組分、具有一定功能的、宏觀的、人為參與調(diào)控的工程系統(tǒng)。它可以的、宏觀的、人為參與調(diào)控的工程系統(tǒng)。它可以是人

33、工設計的一個群落、生態(tài)系統(tǒng)或更宏觀的地是人工設計的一個群落、生態(tài)系統(tǒng)或更宏觀的地域性生態(tài)空間。域性生態(tài)空間。v生態(tài)工程構建和運行的主要理論依據(jù)是生態(tài)學原生態(tài)工程構建和運行的主要理論依據(jù)是生態(tài)學原理，同時在設計時還必須遵循社會規(guī)律和經(jīng)濟規(guī)理，同時在設計時還必須遵循社會規(guī)律和經(jīng)濟規(guī)律。律。污染環(huán)境的生物修復v環(huán)境生態(tài)工程的主要目的是為了保護生態(tài)環(huán)境，環(huán)境生態(tài)工程的主要目的是為了保護生態(tài)環(huán)境，也有可能在保護環(huán)境的同時，通過良好的物質(zhì)也有可能在保護環(huán)境的同時，通過良好的物質(zhì)循環(huán)和能量流動過程，獲得經(jīng)濟效益。循環(huán)和能量流動過程，獲得經(jīng)濟效益。物質(zhì)能量多層利用生態(tài)工程物質(zhì)能量多層利用生態(tài)工程物質(zhì)轉化與再生

34、生態(tài)工程物質(zhì)轉化與再生生態(tài)工程無污染生態(tài)工程無污染生態(tài)工程污染自凈多功能生態(tài)工程污染自凈多功能生態(tài)工程工農(nóng)業(yè)聯(lián)合生態(tài)工程工農(nóng)業(yè)聯(lián)合生態(tài)工程污染環(huán)境的生物修復2 2 氧化塘法氧化塘法（Oxidation PondOxidation Pond）又稱穩(wěn)定塘，是利用藻）又稱穩(wěn)定塘，是利用藻類和細菌兩類生物間功能上的協(xié)同作用處理污水的一類和細菌兩類生物間功能上的協(xié)同作用處理污水的一種生態(tài)系統(tǒng)。種生態(tài)系統(tǒng)。氧化塘的凈化原理是利用了細菌與藻類的互生關氧化塘的凈化原理是利用了細菌與藻類的互生關系。系。藻類進行光合作用釋放氧氣；藻類進行光合作用釋放氧氣；細菌利用藻類產(chǎn)生的氧氣分解流入塘內(nèi)的有機物；細菌利用藻類產(chǎn)

35、生的氧氣分解流入塘內(nèi)的有機物；污染環(huán)境的生物修復分解產(chǎn)物中的分解產(chǎn)物中的COCO2 2、N N、P P等無機物以及一部分小分等無機物以及一部分小分子有機物成為藻類的營養(yǎng)源；子有機物成為藻類的營養(yǎng)源；增殖的細菌和藻類細胞為微型動物所捕食。增殖的細菌和藻類細胞為微型動物所捕食。藻類和光合細菌的光合放氧過程；藻類和光合細菌的光合放氧過程；好氧反應：氧化作用、氮氧化作用、硫氧化作用好氧反應：氧化作用、氮氧化作用、硫氧化作用等；等；厭氧反應：硝酸鹽還原反應、硫酸鹽還原反應、厭氧反應：硝酸鹽還原反應、硫酸鹽還原反應、發(fā)酵反應等；發(fā)酵反應等；污染環(huán)境的生物修復氧化塘內(nèi)的生物學過程氧化塘內(nèi)的生物學過程藻類細菌

36、衰亡細胞CO2、NH3H2O、PO43O2流入污水能沉淀的固體處理出水O2 風陽光（厭氧性）（兼性）有機物微生物有機酸、醇等微生物CH4CO2NH3等污染環(huán)境的生物修復位于氧化塘的表層，常見的有：小球藻位于氧化塘的表層，常見的有：小球藻屬、衣藻屬、眼蟲藻屬等；屬、衣藻屬、眼蟲藻屬等；大量存在于氧化塘下層，在好氣狀態(tài)下，大量存在于氧化塘下層，在好氣狀態(tài)下，無色桿菌、假單胞菌、芽孢桿菌等優(yōu)勢生長；無色桿菌、假單胞菌、芽孢桿菌等優(yōu)勢生長；在氧化塘底部的厭氧層還有硫酸還原菌和甲烷在氧化塘底部的厭氧層還有硫酸還原菌和甲烷細菌。細菌。存在多種原生動物、輪蟲、以及甲存在多種原生動物、輪蟲、以及甲殼類等。殼類

37、等。污染環(huán)境的生物修復（Facultative Pond）塘深塘深1.01.02.5m2.5m，上層，上層DODO充足，好氧微生物占優(yōu)勢；充足，好氧微生物占優(yōu)勢；中層中層DODO不足，兼性微生物占優(yōu)勢；下層厭氧微生不足，兼性微生物占優(yōu)勢；下層厭氧微生物占優(yōu)勢。可應用于處理工業(yè)、農(nóng)業(yè)廢水和生活物占優(yōu)勢?？蓱糜谔幚砉I(yè)、農(nóng)業(yè)廢水和生活污水。污水。塘深塘深2m2m以上，厭氧微生物占主導，可接納預處理以上，厭氧微生物占主導，可接納預處理各種高濃度有機工業(yè)廢水。它后面通常還置有兼各種高濃度有機工業(yè)廢水。它后面通常還置有兼性塘和好氧塘。性塘和好氧塘。污染環(huán)境的生物修復塘深塘深2 25m5m。機械曝氣充氧

38、。機械曝氣充氧。v 綜合生物塘是運用生態(tài)學原理，將個具體特點的生態(tài)綜合生物塘是運用生態(tài)學原理，將個具體特點的生態(tài)單元，按照一定的比例和方式組合起來的具有污水凈單元，按照一定的比例和方式組合起來的具有污水凈化和無水資源化雙重功能的新型穩(wěn)定塘技術化和無水資源化雙重功能的新型穩(wěn)定塘技術水生維管束植物生態(tài)凈化功能水生維管束植物生態(tài)凈化功能藻藻-菌呼聲生態(tài)系統(tǒng)代謝活性菌呼聲生態(tài)系統(tǒng)代謝活性提高出水水質(zhì)的生態(tài)學措施提高出水水質(zhì)的生態(tài)學措施污染環(huán)境的生物修復進水流程流程：處理：處理BODBOD5 5150150200mg/L200mg/L的污水，包括全部的生態(tài)單元，的污水，包括全部的生態(tài)單元，水力停留時間水

39、力停留時間16.3d16.3d；流程流程：處理：處理BODBOD5 5100100150mg/L150mg/L的污水，水力停留時間的污水，水力停留時間 11.5d 11.5d ；流程流程或或 ：處理：處理BODBOD5 57070100mg/L100mg/L的污水，水力停留時間的污水，水力停留時間4 45d5d；沉砂厭氧植物藻菌生態(tài)修飾養(yǎng)殖灌溉出水植物藻菌污染環(huán)境的生物修復3 3 水生植物水生植物污水格柵二級水生生物曝氣塘砂濾反滲透粒狀炭柱臭氧消毒出水選擇適宜的高等水生植物種類選擇適宜的高等水生植物種類營養(yǎng)膜技術營養(yǎng)膜技術污染環(huán)境的生物修復4 4 人工濕地處理系統(tǒng)人工濕地處理系統(tǒng)每年在足夠長的

40、時間內(nèi)均具有前的表面水層，每年在足夠長的時間內(nèi)均具有前的表面水層，能維持大型水生植物生長的生態(tài)系統(tǒng)能維持大型水生植物生長的生態(tài)系統(tǒng)根據(jù)自然濕地模擬的人工生態(tài)系統(tǒng)，用于處根據(jù)自然濕地模擬的人工生態(tài)系統(tǒng)，用于處理廢水。理廢水。污染環(huán)境的生物修復凈化效率優(yōu)于氧化塘；運轉費用低；對廢水凈化效率優(yōu)于氧化塘；運轉費用低；對廢水處理廠難以去除的營養(yǎng)元素凈化效果好。處理廠難以去除的營養(yǎng)元素凈化效果好。蘆葦濕地處理系統(tǒng)蘆葦濕地處理系統(tǒng)污染環(huán)境的生物修復5 5 污水土地處理系統(tǒng)污水土地處理系統(tǒng)（Land Treatment System）利用土地及其中的微生物和植物根系對污染物的利用土地及其中的微生物和植物根系對

41、污染物的凈化能力來處理已經(jīng)經(jīng)過預處理的污水或廢水，凈化能力來處理已經(jīng)經(jīng)過預處理的污水或廢水，同時利用其中的水分和肥分促進農(nóng)作物、牧草或同時利用其中的水分和肥分促進農(nóng)作物、牧草或樹木生長的工程設施。樹木生長的工程設施。污水的預處理設施，污水的調(diào)節(jié)與儲存設施，污污水的預處理設施，污水的調(diào)節(jié)與儲存設施，污水的輸送、布水和控制系統(tǒng)，土地處理面積，排水的輸送、布水和控制系統(tǒng)，土地處理面積，排出水收集系統(tǒng)。出水收集系統(tǒng)。污染環(huán)境的生物修復凈化機理包括：土壤的過濾截留、物理和化學的凈化機理包括：土壤的過濾截留、物理和化學的吸附、化學分解、生物氧化以及植物和微生物的吸附、化學分解、生物氧化以及植物和微生物的攝取等作用。攝取等作用。地表漫流系統(tǒng)地表漫流