環(huán)境-管理受污染環(huán)境的修復(fù)重點(diǎn)習(xí)題及參考答案

1、受污染環(huán)境的修復(fù)重點(diǎn)習(xí)題及參考答案1微生物修復(fù)所需的環(huán)境條件是什么？微生物修復(fù)技術(shù)是指通過(guò)微生物的作用清除土壤和水體中的污染物， 或是使 污染物無(wú)害化的過(guò)程。它包括自然和人為控制條件下的污染物降解或無(wú)害化過(guò) 程。在自然修復(fù)過(guò)程 (natural attenuation )中，利用土著微生物 ( indigenous microorga nism )的降解能力，但需要有以下環(huán)境條件：有充分和穩(wěn)定的地 下水流；有微生物可利用的營(yíng)養(yǎng)物；有緩沖 pH的能力；有使代謝能夠進(jìn) 行的電子受體。 如果缺少一項(xiàng)條件， 將會(huì)影響生物修復(fù)的速率和程度。 特別是對(duì) 于外來(lái)化合物， 如果污染新近發(fā)生， 很少會(huì)有土著微生

2、物能降解它們， 所以需要 加入有降解能力的外源微生物( exogenous microorganism )。2請(qǐng)列舉幾種強(qiáng)化微生物原位修復(fù)技術(shù)。原位強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)包括生物強(qiáng)化法、 生物通氣法、生物注射法、 生物沖淋法 及生物翻耕法等。(1) 生物強(qiáng)化法是指在生物處理體系中投加具有特定功能的微生物來(lái)改善 原有處理體系的處理效果， 如對(duì)難降解有機(jī)物的去除等。 投加的微生物可以來(lái)源 于原來(lái)的處理體系，經(jīng)過(guò)馴化、富集、篩選、培養(yǎng)達(dá)到一定數(shù)量后投加，也可以 是原來(lái)不存在的外源微生物。(2) 生物通氣法( bioventing )用于修復(fù)受揮發(fā)性有機(jī)物污染的地下水水 層上部通氣層( Vadose Zone

3、)土壤。這種處理系統(tǒng)要求污染土壤具有多孔結(jié) 構(gòu)以利于微生物的快速生長(zhǎng)。 另外， 污染物應(yīng)具有一定的揮發(fā)性， 亨利常數(shù)大于1.01325Pa m3mol-1時(shí)才適于通過(guò)真空抽提加以去除。生物通氣法的主要制約因素是影響氧和營(yíng)養(yǎng)物遷移的土壤結(jié)構(gòu)， 不適的土壤結(jié)構(gòu)會(huì)使氧和營(yíng)養(yǎng)物在到達(dá) 污染區(qū)之前被消耗。（3）生物注射法（ biosparging ）又稱空氣注射法，這種方法適用于處理 受揮發(fā)性有機(jī)物污染的地下水及上部土壤。處理設(shè)施采用類似生物通氣法的系 統(tǒng)，但這里的空氣是經(jīng)過(guò)加壓后注射到污染地下水的下部， 氣流加速地下水和土 壤有機(jī)物的揮發(fā)和降解。也有人把生物注射法歸入生物通氣法。（4）生物沖淋法（ b

4、ioflooding ）將含氧和營(yíng)養(yǎng)物的水補(bǔ)充到亞表層，促 進(jìn)土壤和地下水中的污染物的生物降解。 生物沖淋法大多在各種石油烴類污染的 治理中使用， 改進(jìn)后也能用于處理氯代脂肪烴溶劑， 如加入甲烷和氧促進(jìn)甲烷營(yíng) 養(yǎng)菌降解三氯乙烯和少量的氯乙烯。（5）土地耕作法（ land farming ）就是對(duì)污染土壤進(jìn)行耕犁處理。在處理 過(guò)程中施加肥料， 進(jìn)行灌溉， 施加石灰， 從而盡可能為微生物代謝污染物提供一 個(gè)良好環(huán)境，使其有充足的營(yíng)養(yǎng)、水分和適宜的 pH 值，保證生物降解在土壤的 各個(gè)層面上都能發(fā)生。3請(qǐng)列舉幾種強(qiáng)化微生物異位修復(fù)技術(shù)。異位生物修復(fù)主要包括堆肥法、生物反應(yīng)器處理、厭氧處理。（1 ）堆

5、肥法（ composting ）是處理固體廢棄物的傳統(tǒng)技術(shù)，被用于受石 油、洗滌劑、多氯烴、農(nóng)藥等污染土壤的修復(fù)處理，取得了很好的處理效果。堆 肥過(guò)程中，將受污染土壤與水（達(dá)到至少 35% 含水量）、營(yíng)養(yǎng)物、泥炭、稻草和 動(dòng)物肥料混合后，使用機(jī)械或壓氣系統(tǒng)充氧，同時(shí)加石灰以調(diào)節(jié) pH 。經(jīng)過(guò)一段 時(shí)間的發(fā)酵處理， 大部分污染物被降解， 標(biāo)志著堆肥完成。 經(jīng)處理消除污染的土 壤可返回原地或用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。 堆肥法包括風(fēng)道式堆肥處理、 好氣靜態(tài)堆肥處理 和機(jī)械堆肥處理。（ 2）生物反應(yīng)器處理（ bioreactor ）是把污染物移到反應(yīng)器中完成微生物 的代謝過(guò)程。 這是一種很有價(jià)值和潛力的處理技術(shù)，

6、 適用于處理地表土及水體的 污染。生物反應(yīng)器包括土壤泥漿生物反應(yīng)器（ soil slurry bioreactor ）和預(yù)制床 反應(yīng)器（ prepared bed reactor ）。（3）厭氧處理對(duì)某些具有高氧化狀態(tài)的污染物的降解，如三硝基甲苯、多 氯取代化合物（ PCBs 等）等，比耗氧處理更為有效。但總的來(lái)說(shuō)，在生物修復(fù) 中好氧方法的使用要比厭氧方法廣泛得多。 主要原因是， 嚴(yán)格的厭氧條件難于達(dá) 到，厭氧過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生一些毒性更大、更難降解的中間代謝產(chǎn)物。此外，厭氧發(fā) 酵的終產(chǎn)物H2S和CH4也存在毒性和風(fēng)險(xiǎn)。4植物修復(fù)重金屬的主要過(guò)程是什么？根據(jù)其作用過(guò)程和機(jī)理，重金屬污染土壤的植物修復(fù)

7、技術(shù)可分為 3 種類型。（1）植物提?。豪弥亟饘俪e累植物從土壤中吸取一種或幾種重金屬， 并將其轉(zhuǎn)移、 儲(chǔ)存到地上部分， 隨后收割地上部分并集中處理， 連續(xù)種植這種植 物，即可使土壤中重金屬含量降低到可接受的水平。所謂超積累植物（ hyperaccumulator ），是指對(duì)重金屬的吸收量超過(guò)一般 植物 100 倍以上的植物，超積累植物積累的 Cr、Co、Ni、Cu、Pb 含量一般在 110mg/ kg（ 干重） 以上，積累的 Mn 、Zn 含量一般在 10mg/ kg（ 干重 ）以上。超積累植物從根際吸收重金屬， 并將其轉(zhuǎn)移和積累到地上部， 這個(gè)過(guò)程中包 括許多環(huán)節(jié)和調(diào)控位點(diǎn)： 跨根細(xì)胞質(zhì)

8、膜運(yùn)輸； 根皮層細(xì)胞中橫向運(yùn)輸； 從 根系的中柱薄壁細(xì)胞裝載到木質(zhì)部導(dǎo)管； 木質(zhì)部中長(zhǎng)途運(yùn)輸； 從木質(zhì)部卸載 到葉細(xì)胞（跨葉細(xì)胞膜運(yùn)輸）；跨葉細(xì)胞的液泡膜運(yùn)輸。在組織水平上，重金 屬主要分布在表皮細(xì)胞、 亞表皮細(xì)胞和表皮毛中； 在細(xì)胞水平， 重金屬主要分布 在質(zhì)外體和液泡。（ 2 ）植物穩(wěn)定：利用耐重金屬植物的根際的一些分泌物，增加土壤中有毒 金屬的穩(wěn)定性， 從而減少金屬向作物的遷移， 以及被淋濾到地下水或通過(guò)空氣擴(kuò) 散進(jìn)一步污染環(huán)境的可能性。其中包括沉淀、螯合、氧化還原等多種過(guò)程。（3）植物揮發(fā)：利用植物的吸收、積累和揮發(fā)而減少土壤中一些揮發(fā)性污 染物，即植物將污染物吸收到體內(nèi)后將其轉(zhuǎn)化為氣

9、態(tài)物質(zhì)， 釋放到大氣中， 目前 這方面研究最多的是類金屬元素汞和非金屬元素硒。5請(qǐng)說(shuō)明臭氧與有機(jī)污染物反應(yīng)的主要機(jī)理。（ 1 ）臭氧分子的直接氧化反應(yīng)臭氧的分子結(jié)構(gòu)呈三角形， 中心氧原子與其它兩個(gè)氧原子間的距離相等， 在 分子中有一個(gè)離域n鍵，臭氧分子的特殊結(jié)構(gòu)使得它可以作為偶極試劑、親電試 劑和親核試劑。與有機(jī)物的直接反應(yīng)機(jī)理可以分為三類： 打開(kāi)雙鍵發(fā)生加成反應(yīng)。由于臭氧具有一種偶極結(jié)構(gòu)，因此可以同有機(jī)物的不飽和鍵發(fā)生 1， 3 偶極 環(huán)加成反應(yīng)， 形成臭氧化的中間產(chǎn)物， 并進(jìn)一步分解形成醛、 酮等羰基化合物和 水。例如：RiC=CR2+O3 RiC(-OOH, G)+R 2C=0式中的 G

10、 代表 OH ，OCH 3，OC（O）CH 3基 親電反應(yīng)親電反應(yīng)發(fā)生在分子中電子云密度高的點(diǎn)。 對(duì)于芳香族化合物， 當(dāng)取代基為 給電子基團(tuán)（ OH ， NH 2等）時(shí)，它與鄰位或?qū)ξ惶季哂懈叩碾娮釉泼芏龋?臭氧化反應(yīng)發(fā)生在這些位置上；當(dāng)取代基是吸電子基團(tuán)（如 COOH ， NO 2 等）時(shí)，臭氧化反應(yīng)比較弱，反應(yīng)發(fā)生在這類取代基的間位碳原子上，進(jìn)一步與 臭氧反應(yīng)則形成醌打開(kāi)芳環(huán)，形成帶有羰基的脂肪族化合物。 親核反應(yīng)親核反應(yīng)只發(fā)生在帶有吸電子基團(tuán)的碳原子上。 分子臭氧的反應(yīng)具有極強(qiáng)的 選擇性，僅限于同不飽和芳香族或脂肪族化合物或某些特殊基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)。（ 2）自由基的反應(yīng) 臭氧在堿性環(huán)境等因素

11、作用下，產(chǎn)生活潑的自由基，主要是羥基自由基（?OH ），與污染物反應(yīng)。臭氧在催化條件下易于分解形成? OH ，土壤中天然存在 的金屬氧化物（a -Fe2O3）, MnO2和AI2O3通常可以作為這種催化反應(yīng)的活性 位點(diǎn)。因此，臭氧氣體能直接或通過(guò)在土壤中形成? OH 迅速氧化土壤中的許多 有害污染物， 使它們變得易于生物降解或者變成親水性的無(wú)害化合物。 進(jìn)一步的 研究發(fā)現(xiàn)，臭氧的氧化作用可以增大土壤中的小分子酸的比例和有機(jī)質(zhì)的親水 性，并通過(guò)改變土壤顆粒的結(jié)構(gòu)， 促進(jìn)有機(jī)污染物從土壤的脫附， 從而提高有機(jī) 物被生物降解的可能性。 然而，臭氧的作用也會(huì)由于以下因素而受到限制， 例如 土壤有機(jī)質(zhì)的

12、競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)、土壤濕度、滲透性和 pH 值等。要提高臭氧的氧化速率 和效率，必須采取其它措施促進(jìn)臭氧的分解而產(chǎn)生活潑的羥基自由基。6 寫出 Fe PRB 去除重金屬的主要機(jī)理。以零價(jià)鐵為反應(yīng)活性填料的 PRB 占整個(gè)技術(shù)的 70 ，它可以用于可還原有 機(jī)污染物、可還原無(wú)機(jī)陰離子，如硫酸根及硝酸根，及重金屬的去除。它的反應(yīng) 機(jī)理非常復(fù)雜，包括還原降解；還原沉淀（沉積） ；吸附；共沉淀；表面絡(luò)合等 化學(xué)過(guò)程。很多場(chǎng)合，即使是對(duì)一種污染物，也是多種過(guò)程同時(shí)起作用。零價(jià)鐵 PRB技術(shù)用于重金屬去除最成熟的是對(duì) Cr、U和Tc的去除，有較多實(shí)際應(yīng)用的 工程實(shí)例，去除原理為還原沉淀。以 Cr 為例，生成的三價(jià)鉻，形成氫氧化鉻沉 淀以及與鐵離子形成氫氧化物共沉淀。Fe° + CrO 42- + 4H 2O = FexCri x（0H）3（x<1