水污染與水環(huán)境修復(fù)環(huán)境修復(fù)原理與技術(shù)生態(tài)修復(fù)課件

1、環(huán)境修復(fù)原理與技術(shù)Environmental Remediation :Principles and Technology趙景聯(lián)教材：環(huán)境修復(fù)原理與技術(shù), 趙景聯(lián)主編, 化學(xué)工業(yè)出版社, 2006第一章 緒論環(huán)境概述1.1環(huán)境問題1.2環(huán)境修復(fù)1.31.1 環(huán)境概述1.1.1環(huán)境概念 環(huán)境是一個極其復(fù)雜、相互影響、彼此制約的辯證的自然綜合體。環(huán)境科學(xué)所研究的環(huán)境，總是以人類作為中心事物的自然環(huán)境。人類的環(huán)境是作用于人類這一主體（中心事物）的所有外界影響和力量的總和，它可分為社會環(huán)境和自然環(huán)境兩種。 社會環(huán)境 指人們生活的社會經(jīng)濟制度和上層建筑，它是人類在從事物質(zhì)資料的生產(chǎn)和消費過程中，由于共同

2、進行生產(chǎn)勞動、求取生存和發(fā)展而建立起來的生產(chǎn)關(guān)系的總和。 人類的環(huán)境 自然環(huán)境 指環(huán)繞于我們周圍的各種自然因素的總和，是人類賴以生存和發(fā)展必不可少的物質(zhì)條件。 中華人民共和國環(huán)境保護法明確規(guī)定 “本法所稱環(huán)境，是指影響人類生存和發(fā)展的各種天然的和經(jīng)過人工改造的自然因素的總體，包括大氣、水、海洋、土地、礦藏、森林、草原、野生生物、自然遺跡、人文遺跡、自然保護區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、城市和鄉(xiāng)村等”。 本書各部分內(nèi)容中提及的環(huán)境均指自然環(huán)境。 環(huán)境科學(xué)中宇宙環(huán)境是指地球大氣圈以外的環(huán)境，又稱星際環(huán)境。不過，此處所指宇宙環(huán)境，僅限于人類進入空間活動的年代以后，人和飛行器(人造衛(wèi)星、探測器、航天飛機等)在太陽系

3、內(nèi)飛行觸及到的環(huán)境。 1.1.2環(huán)境分類 根據(jù)不同原則，人類環(huán)境有不同的分類方法。通常的分類原則是：環(huán)境范圍的大小、環(huán)境的主體、環(huán)境的要素、人類對環(huán)境的作用、以及環(huán)境的功能。下面介紹一種按環(huán)境的范圍由近及遠進行的分類： (1)聚落環(huán)境(2)地理環(huán)境(3)地質(zhì)環(huán)境(4)宇宙環(huán)境 聚落是人類聚居的地方與活動的中心，聚落環(huán)境也就是人類聚居場所的環(huán)境。聚落環(huán)境根據(jù)其性質(zhì)、功能和規(guī)?？煞譃樵郝洵h(huán)境、村落環(huán)境和城市環(huán)境。 地理環(huán)境位于地球的表層，即巖石圈、水圈、上圈、大氣圈和生物圈相互制約、相互滲透、相互轉(zhuǎn)化的交錯帶上，其厚度約10 30Km。 簡單地說，地質(zhì)環(huán)境是指地理環(huán)境中除生物圈以外的其余部分。地質(zhì)

4、環(huán)境為人類提供大量的生產(chǎn)資料豐富的礦物資源，它對人類社會的影響也將隨著生產(chǎn)的發(fā)展而與日俱增。 1.1.3環(huán)境基本特性基本特性災(zāi)害放大性 整體性 隱顯性 不可逆性 1.1 環(huán)境問題1.2.1環(huán)境問題概念 所謂環(huán)境問題，是指由于人類不恰當(dāng)?shù)纳a(chǎn)活動引起全球環(huán)境或區(qū)域環(huán)境質(zhì)量的惡化，出現(xiàn)了不利于人類生存和發(fā)展的問題。1.2.2環(huán)境問題的分類1.2.3 環(huán)境問題的產(chǎn)生與發(fā)展 1）環(huán)境問題萌芽階段時間段： 從人類出現(xiàn)直到工業(yè)革命前夕主要特點： 主要表現(xiàn)為生態(tài)環(huán)境破壞。 如大量砍伐森林、破壞草原、盲目開荒等，往往引起的嚴重 水土流失，水旱災(zāi)頻繁和沙漠化問題。 影響： 主要對小區(qū)域范圍的生態(tài)影響。影響力度增

5、長緩慢2）環(huán)境問題的發(fā)展惡化階段 時間段： 19世紀(jì)工業(yè)革命至20世紀(jì)50年代 主要特點： 蒸汽機的發(fā)明和使用后，大工業(yè)日益發(fā)展，生產(chǎn)力有了很大的提高，環(huán)境問題也隨之發(fā)展并逐步惡化。 例如：從1873年1892年間的冬季英國倫敦多次發(fā)生有毒煙霧事件 影響： A.環(huán)境問題，尤其污染問題集中在工業(yè)發(fā)達國家 B.環(huán)境質(zhì)量開始惡化，但未引起重視3）環(huán)境問題的第一次高潮 時間段： 20世紀(jì)50年代至80年代前夕 主要特點： 環(huán)境問題更加突出，震驚世界的公害事件接連不斷 形成因素： A.人口的迅猛增長，都市化的速度加快。 B.工業(yè)不斷集中和擴大，能源的集中大增。 影響： A.工業(yè)發(fā)達國家把環(huán)境問題列入國家

6、的議事日程，包括制定法律、建立機構(gòu)、加強管理、采用新技術(shù)等。 B.到70年代中期環(huán)境污染得到有效控制，城市和工業(yè)的環(huán)境質(zhì)量有明顯改善。4）環(huán)境問題的第二次高潮 時間段： 20世紀(jì)80年代至今 主要特點： A.開始共同關(guān)注在全球范圍內(nèi)出現(xiàn)的環(huán)境問題。 B.全球性大氣污染 例如溫室效應(yīng)和全球氣候變暖、臭氧層破壞和酸雨 C.大面積生態(tài)破壞 大面積森林破壞、草場退化、沙漠化等 D.突發(fā)性的嚴重污染事件 影響： 全球性環(huán)境問題嚴重威脅著人類的生存和發(fā)展1.3 環(huán)境修復(fù)1.3.1 環(huán)境修復(fù)的概念 修復(fù)(remediation)本來是工程上的一個概念，顧名思義，它是指借助外界作用力使某個受損的特定對象部分或

7、全部恢復(fù)到原初狀態(tài)的過程。嚴格說來，修復(fù)包括恢復(fù)、重建、改建等三個方面的活動?；謴?fù)(restoration)是指使部分受損的對象向原初狀態(tài)發(fā)生改變；重建(reconstruction)是指使完全喪失功能的對象恢復(fù)至原初水平；改建(renewal)則是指使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。它們?nèi)叩年P(guān)系見圖1-2所示。 環(huán)境意義上的修復(fù)是指對被污染的環(huán)境采取物理、化學(xué)與生物學(xué)技術(shù)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。 因此，為了更好地理解環(huán)境修復(fù)，有必要從下面三方面進行理解。首先要界定污染環(huán)境與健康環(huán)境 眾所周知，所謂環(huán)境污染

8、(contaminated environment)，是指任何物質(zhì)或能量因子的過分集中，超過了環(huán)境的承載能力，從而對環(huán)境表現(xiàn)出有害的現(xiàn)象。環(huán)境污染的實質(zhì)是由于人類活動不當(dāng)所引起的環(huán)境質(zhì)量的下降和環(huán)境功能的衰退。根據(jù)這實質(zhì)，不難將污染環(huán)境定義為任何物質(zhì)過度聚集而產(chǎn)生的質(zhì)量下降、功能衰退了的環(huán)境。 與污染環(huán)境相對應(yīng)的是健康環(huán)境(sound environment)。最健康的環(huán)境當(dāng)然是具有原始背景值的環(huán)境，但當(dāng)今地球上似乎再也難找到一塊未受人類活動影響的“凈土”，即使人類足跡鮮至的南極、珠穆朗瑪峰也可檢測到農(nóng)藥的存在。因此健康環(huán)境只是相對的，特指存在于其中的各種物質(zhì)或能量都低于有關(guān)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。 眾

9、所周知，環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是環(huán)境質(zhì)量的反映，而環(huán)境價值又是環(huán)境質(zhì)量與人類需要之間客觀存在的一種特定關(guān)系(肯定或否定關(guān)系)，它受到道德準(zhǔn)則的制約和影響。比如說某區(qū)域環(huán)境質(zhì)量對一部分人來說可能滿足其需要，而對另一部分人來說則可能相反。從這個意義上講，健康環(huán)境體現(xiàn)了人類的價值取向。其次要界定環(huán)境修復(fù)(environmental remediation)與環(huán)境凈化(environmental self-purification)。 環(huán)境有一定的自凈能力。污染因子進入環(huán)境中，并非一定會產(chǎn)生污染，而是只有當(dāng)環(huán)境污染因子的載荷量超過了環(huán)境凈化容量時才導(dǎo)致污染。環(huán)境中存在各種各 樣的凈化機制，如稀釋、擴散、沉降、揮

10、發(fā)等物理機制，氧化還原、中和、分解、化合、吸附解吸、離子交換等化學(xué)(含物理化學(xué))機制，有機生命體新陳代謝等生物學(xué)機制。這些機制共同作用于環(huán)境，致使污染物的數(shù)量或性質(zhì)向有利于環(huán)境安全的方向發(fā)生改變。環(huán)境污染和環(huán)境凈化是環(huán)境質(zhì)量形成過程中的一對對立統(tǒng)一的矛盾，其辨證關(guān)系見圖13。 環(huán)境修復(fù)與環(huán)境凈化之間既有共同的一面，也有不同的一面。它們兩者的目的都是使進入環(huán)境中的污染因子的總量減少或強度降低或毒性下降。但環(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；而環(huán)境修復(fù)則強調(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。再次要界定環(huán)境修復(fù)與

11、“三廢”治理 傳統(tǒng)“三廢”(廢水、廢氣、廢渣)治理是環(huán)境工程的核心內(nèi)容，強調(diào)的是點源治理，即工廠排污口的治理，需要建造成套的處理設(shè)施，在最短的時間內(nèi)，以最快的速度和最低的成本，將污染物凈化去除。而環(huán)境修復(fù)是最近幾十年才發(fā)展起來的環(huán)境工程技術(shù)，它強調(diào)的是面源治理，即對人類活動的環(huán)境進行治理，它不可能建造把整個修復(fù)對象包容進去的處理系統(tǒng)。如采用傳統(tǒng)治理凈化技術(shù)，即使對于局部小系統(tǒng)的修復(fù)，其運行費用也將是天文數(shù)字。環(huán)境修復(fù)和“三廢”處理都是控制環(huán)境污染，只不過“三廢”處理屬于環(huán)境污染的產(chǎn)中控制，環(huán)境修復(fù)屬于產(chǎn)后控制，而我們通常所說的污染預(yù)防則應(yīng)該屬于產(chǎn)前控制，他們?nèi)吖餐瑯?gòu)成污染控制的全過程體系，是

12、可持續(xù)發(fā)展在環(huán)境中的重要體現(xiàn)。1）依照環(huán)境修復(fù)的對象分：1.3.2 環(huán)境修復(fù)的類型2） 按照環(huán)境修復(fù)的方法來分類：物理方法化學(xué)方法生物方法 其中生物修復(fù)方法已成為環(huán)境保護技術(shù)的重要組成部分。環(huán)境修復(fù)技術(shù) 指人類修復(fù)環(huán)境時所采用的手段。環(huán)境修復(fù)的對象 是自然界，相應(yīng)的技術(shù)作用對象也是自然界。技術(shù)的基本作用在于改變自然界的運動形式和狀態(tài)，由此形成了工程技術(shù)、物理技術(shù)、化學(xué)技術(shù)與生物技術(shù)等四類基本技術(shù)。工程技術(shù)(engineering technology)是指廣義的機械技術(shù)，是一個人工的機械自然過程，被用來改變自然界的機械運動狀態(tài)和自然物的形態(tài)；物理技術(shù)(physical technology)，

13、是一個人工的物理自然過程，被用來改變自然物的物理性質(zhì)；化學(xué)技術(shù)(chemical technology)是一個人工的 化學(xué)自然過程，被用來改變自然界物質(zhì)的化學(xué)組成；生物技術(shù)(biotechnology)是一個人工的生命運動過程，被用來改變生命體 的運動狀態(tài)與性質(zhì)。 以此為基礎(chǔ)，環(huán)境修復(fù)可分為工程修復(fù)、物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)等四大類型。環(huán)境物理修復(fù)技術(shù)是一項借助物理手段污染物從環(huán)境中提取分離出來的技術(shù)，工藝簡單，費用低。這些分離方式?jīng)]有高度的選擇性。通常 情況下，物理分離技術(shù)被作為初步的分選。一般來說，物理分離技術(shù)未能充分達到環(huán)境修復(fù)的要求。環(huán)境化學(xué)修復(fù)技術(shù)相對于其他修復(fù)技術(shù)來講發(fā)展較早，

14、也相對成熟。目前，化學(xué)修復(fù)技術(shù)主要涵蓋化學(xué)淋洗、溶劑浸提、化學(xué)氧化修復(fù)和化學(xué)還原與還原脫氯修復(fù)幾方面的技術(shù)類型。相比較而言，化學(xué)氧化技術(shù)是一種快捷、積極，對污染物類型和濃度不是很敏感的修復(fù)方式；尤其對于土壤修復(fù)中，化學(xué)還原和還原脫氯法則作用于分散在地表下較大、較深范圍內(nèi)的氯化物等對還原反應(yīng)敏感的化學(xué)物質(zhì)，將其還原、降解；原位化學(xué)淋洗技術(shù)對去除低溶解度和吸附力較強的污染物更加有效。環(huán)境生物修復(fù)是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)境能部分或完全恢復(fù)到原始狀態(tài)的過程。工業(yè)革命極大地改變了人類社會文明發(fā)展的進程，使人們在享受工業(yè)文明創(chuàng)造的豐碩果實的同時

15、，也遭受了隨之而來的環(huán)境污染和生態(tài)破壞的危害。 盡管環(huán)境污染日益加劇，污染狀態(tài)更加復(fù)雜，但人們對環(huán)境質(zhì)量的要求卻越來越高。 我國污染環(huán)境的修復(fù)工程應(yīng)采取生物修復(fù)為主、物理化學(xué)修復(fù)為輔的策略。 生物修復(fù)工程是環(huán)境工程的重要組成部分，盡管其出現(xiàn)時間不長，但發(fā)展非常迅速，已經(jīng)成為環(huán)境保護領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的重要生長點。1.3.3環(huán)境修復(fù)的產(chǎn)生與發(fā)展 污染物是引起環(huán)境惡化的最根本原因之一，解決環(huán)境問題的關(guān)鍵是對污染物的控制與處理。污染預(yù)防工程著眼于從源頭上遏制排放；傳統(tǒng)的環(huán)境工程（即“三廢”治理工程）則側(cè)重于將污染物通過轉(zhuǎn)化或再利用的方法進行消減。以上兩種方法在污染控制上發(fā)揮著重要的作用，但對于已經(jīng)遭受污染

16、的環(huán)境卻無能為力。實際上，工業(yè)污染物大多具有嚴重的毒性，且不易降解，在環(huán)境中性質(zhì)穩(wěn)定，毒性持久并具有累積效應(yīng)。對污染環(huán)境的治理，同預(yù)防與遏制一樣重要。環(huán)境修復(fù)工程正是針對這方面的需求發(fā)展起來的。污染預(yù)防工程、傳統(tǒng)的環(huán)境工程和污染環(huán)境的修復(fù)工程分別屬于污染物控制的產(chǎn)前、產(chǎn)中和產(chǎn)后三個環(huán)節(jié)，三者共同構(gòu)成污染物控制的全過程體系，是可持續(xù)發(fā)展在環(huán)境方面的重要體現(xiàn)。 環(huán)境修復(fù)的對象是自然界中各種各樣的因為環(huán)境污染和破壞等帶來的環(huán)境問題，使得環(huán)境能夠部分或者全部的恢復(fù)到原始狀態(tài)。因此，環(huán)境修復(fù)的對象就是各種需要修復(fù)的環(huán)境要素。環(huán)境污染的對象主要可以劃分為大氣污染、水污染、固體廢棄物污染等幾個大類。相應(yīng)的，

17、環(huán)境修復(fù)研究的主要內(nèi)容和任務(wù)也就可以分為污染土壤的環(huán)境修復(fù)、污染水體的環(huán)境修復(fù)、污染大氣的環(huán)境修復(fù)以及固體廢物污染的環(huán)境修復(fù)等幾個主要的大類1.3.4環(huán)境修復(fù)的對象和任務(wù)污染水體的環(huán)境修復(fù) 水環(huán)境中的污染物質(zhì)直接破壞水體和土壤的功能，使其變得不適宜各種生物的生存，或者污染物質(zhì)通過“食物鏈”影響植物、動物和人類；或者污染物質(zhì)抑制了分解者的活性導(dǎo)致污染物質(zhì)在環(huán)境中的積累?？傊廴疚镔|(zhì)的毒性說明其不能夠與環(huán)境兼容，而去除或者降解環(huán)境中的污染物質(zhì)則需要對受污染的水體和土壤進行修復(fù)處理。對水環(huán)境進行修復(fù)是我國迫切的需要。 在水環(huán)境修復(fù)領(lǐng)域，所修復(fù)的水體對象是環(huán)境的一部分，不可能建造能將整個修復(fù)對象包容

18、進去的處理系統(tǒng)。如果采用傳統(tǒng)治理凈化技術(shù)，即使對于局部小系統(tǒng)的修復(fù)，其運行費用也將是天文數(shù)字。在水環(huán)境修復(fù)的過程中，需要保護周圍環(huán)境。水環(huán)境修復(fù)比傳統(tǒng)環(huán)境工程需要的專業(yè)面更廣，包括環(huán)境工程、土木工程、生態(tài)工程、化學(xué)、生物學(xué)、毒理學(xué)、地理信息和分析監(jiān)測等，需要將環(huán)境因素融入技術(shù)中。污染土壤的環(huán)境修復(fù) 我國的地下水和土壤污染相當(dāng)嚴重，主要污染物是重金屬離子和有毒有害有機物。據(jù)調(diào)查，農(nóng)村土地的土壤和地下水污染土壤是由粗放式農(nóng)業(yè)耕作和鄉(xiāng)鎮(zhèn)工業(yè)造成的。 發(fā)達國家已經(jīng)投人大量資金對受污染環(huán)境進行修復(fù)。相關(guān)的修復(fù)技術(shù)在國外也得到了迅速開發(fā)。修復(fù)技術(shù)基本上分為兩類：物理化學(xué)類型和生物學(xué)類型。物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)包括隔離、泵抽取和地上處理、土壤清洗、萃取、固化和穩(wěn)定化等；生物修復(fù)技術(shù)包括地上生物處理和地下現(xiàn)場生物修復(fù)等。 物理化學(xué)類型的修復(fù)技術(shù)一般是將受污染的土壤或地下水移走，再進行適當(dāng)?shù)奶幚砗吞幹?。這類技術(shù)能夠徹底清除土壤和地下水中的污染，其缺點是嚴重影響土壤的結(jié)構(gòu)和地下水所處的生態(tài)環(huán)境，而且成本非常高。相比較而言，現(xiàn)場生物修復(fù)技術(shù)不會破壞生態(tài)環(huán)境，但其修復(fù)過程非常緩慢、效率低不能滿足快速修復(fù)的需要，尤其是在較密實的土壤中，修復(fù)所需要的活性微生物、輔助藥劑等很難輸送至受污染的區(qū)域。固體廢棄物污染修復(fù)（礦山污染