環(huán)境修復(fù)技術(shù)-第一章緒論

環(huán)境修復(fù)技術(shù)EnvironmentalRemediation

Technology課程主要內(nèi)容緒論污染環(huán)境的修復(fù)原理污染環(huán)境的植物修復(fù)污染土壤的環(huán)境修復(fù)技術(shù)污染水環(huán)境修復(fù)技術(shù)污染大氣環(huán)境修復(fù)技術(shù)固體廢棄物環(huán)境修復(fù)技術(shù)污染環(huán)境修復(fù)的生態(tài)工程第一章緒論1.1環(huán)境修復(fù)的類型1.2環(huán)境修復(fù)的概念1.11.1環(huán)境修復(fù)的概念環(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。

1.1.1環(huán)境概念社會環(huán)境

指人們生活的社會經(jīng)濟(jì)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，由于共同進(jìn)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(hù)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(hù)區(qū)、風(fēng)景名勝區(qū)、城市和鄉(xiāng)村等”。

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(yuǎn)進(jìn)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(jìn)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)在太陽系內(nèi)飛行觸及到的環(huán)境。聚落環(huán)境地理環(huán)境地質(zhì)環(huán)境宇宙環(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、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)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。1.1.3環(huán)境問題1.環(huán)境問題的分類2.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(yán)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(dá)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(dá)國家把環(huán)境問題列入國家的議事日程，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(yán)重污染事件

●影響：

全球性環(huán)境問題嚴(yán)重威脅著人類的生存和發(fā)展

1.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全部恢復(fù)到原初狀態(tài)的過程。嚴(yán)格說來，修復(fù)包括恢復(fù)、重建、改建等三個方面的活動。恢復(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(jìn)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。1.1.4環(huán)境修復(fù)的概念環(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(jìn)行理解。首先要界定污染環(huán)境與健康環(huán)境

所謂環(huán)境污染(contaminatedenvironment)，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)這一實質(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(soundenvironment)。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)(environmentalremediation)與環(huán)境凈化(environmentalself-purification)。

環(huán)境有一定的自凈能力。污染因子進(jìn)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。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(jìn)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“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。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(jìn)行治理，它不可能建造把整個修復(fù)對象包容進(jìn)去的處理系統(tǒng)。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，是可持續(xù)發(fā)展在環(huán)境中的重要體現(xiàn)。工業(yè)革命極大地改變了人類社會文明發(fā)展的進(jìn)程，使人們在享受工業(yè)文明創(chuàng)造的豐碩果實的同時，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(hù)領(lǐng)域技術(shù)發(fā)展的重要生長點。1.1.5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(jìn)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)遭受污染的環(huán)境卻無能為力。實際上，工業(yè)污染物大多具有嚴(yán)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)。1.2環(huán)境修復(fù)的類型1.2.1依照環(huán)境修復(fù)的對象分⑴污染水體的環(huán)境修復(fù)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)對象包容進(jìn)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(hù)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。⑵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(yán)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(dá)國家已經(jīng)投人大量資金對受污染環(huán)境進(jìn)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(jìn)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(yán)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。⑶固體廢棄物污染修復(fù)（礦山污染環(huán)境修復(fù)為例）

靠開發(fā)礦產(chǎn)、森林等自然資源來達(dá)到急速發(fā)展經(jīng)濟(jì)，對環(huán)境造成了很大的破壞，釀造了巨大的環(huán)境災(zāi)害(特別是人為的地質(zhì)災(zāi)害)。我國因采煤對農(nóng)田的破壞亟為嚴(yán)重，至1999年年底至少有207萬畝良田成為絕產(chǎn)或半絕產(chǎn)的廢棄地，如何使面積如此廣闊的廢棄地再現(xiàn)生機。使它成為可耕、可林、可漁的園地，這就是礦山環(huán)境修復(fù)工程中一門新的學(xué)科——恢復(fù)生態(tài)學(xué)的任務(wù)。在應(yīng)用這一技術(shù)前，首先要在當(dāng)?shù)剡M(jìn)行詳細(xì)的野外調(diào)查，尋找先鋒種群，確定先鋒種群的組合，并進(jìn)行優(yōu)化篩選，然后確定種植的種類，進(jìn)行全區(qū)域播種或種植，使這些先鋒植被迅速地覆蓋煤矸石山及其他一些難以復(fù)墾的廢棄地，以期達(dá)到迅速修復(fù)環(huán)境的目的。（4）大氣環(huán)境修復(fù)隨著有機合成工業(yè)和石油化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，進(jìn)入大氣的有機化合物越來越多，這類物質(zhì)往往帶有惡臭，不僅對感官有刺激作用，而且不少有機化合物有一定毒性，產(chǎn)生“三致”效應(yīng)。從而對人體和環(huán)境產(chǎn)生很大的危害。包括：植物修復(fù)；微生物修復(fù)；天然無機材料吸附修復(fù)植物修復(fù)：植物吸附與吸收、植物降解、植物轉(zhuǎn)化、植物同化與超同化修復(fù)微生物修復(fù)：利用微生物以廢氣中的有機組分作為其生命活動的能源或其他養(yǎng)分，經(jīng)代謝降解，轉(zhuǎn)化為簡單的無機物(CO2、水等)及細(xì)胞組成物質(zhì)。天然礦物對污染物的凈化功能：主要體現(xiàn)在礦物表面吸附性作用與礦物吸附劑、礦物孔道過濾性作用與礦物過濾劑和分子篩、礦物層間離子交換作用與礦物交換劑、礦物熱效脫硫除塵作用與礦物添加劑等方面。1.2.2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(hù)技術(shù)的重要組成部分。

環(huán)境物理修復(fù)技術(shù)是一項借助物理手段使污染物從環(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(dá)到環(huán)境修復(fù)的要求。1.污染環(huán)境的物理修復(fù)

物理分離修復(fù)蒸氣浸提修復(fù)固定穩(wěn)定化修復(fù)電動力學(xué)修復(fù)熱力學(xué)修復(fù)類型：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，也相對成熟。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。2.污染環(huán)境的化學(xué)修復(fù)

化學(xué)淋洗修復(fù)化學(xué)固定修復(fù)化學(xué)氧化修復(fù)化學(xué)還原修復(fù)原位可滲透反應(yīng)墻類型：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。3.污染環(huán)境的生物修復(fù)生物修復(fù)的類型

按修復(fù)主體可分為微生物修復(fù)、植物修復(fù)、動物修復(fù)、生態(tài)修復(fù)。按修復(fù)受體可分為土壤生物修復(fù)、地下水生物修復(fù)、河流生物修復(fù)、湖泊水庫生物修復(fù)、海洋生物修復(fù)、大氣生物修復(fù)、礦區(qū)生物修復(fù)、垃圾場生物修復(fù)等。按修復(fù)場所可分為原位生物修復(fù)、異位生物修復(fù)和原位-異位聯(lián)合生物修復(fù)。(1)用于生物修復(fù)的生物土著微生物外來微生物基因工程菌

采用基因工程技術(shù)，將降解性質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到一些能在污水和受污染土壤中生存的菌體內(nèi)定向地構(gòu)建高效降解難降解污染物的工程菌。用于生物修復(fù)的其他生物這些生物包括藻類、微型動物、植物等。(2)微生物在環(huán)境污染治理中的作用微生物是自然界中的分解者，在好氧條件下，它能將有機污染物徹底氧化，分解成CO2、H2O、SO42-、PO43-、NO2-、NO3-等無機物。在厭氧條件下，能將有機物降解，轉(zhuǎn)化成小分子有機酸、CO2、H2、CH4等。因此，微生物是生物修復(fù)中污染物降解的主力軍。難降解有機污染物和重金屬及其相應(yīng)的降解轉(zhuǎn)化微生物(3)植物在環(huán)境污染治理中的作用植物修復(fù)的概念利用綠色植物清除環(huán)境中的污染物，使其去除降低或消失稱作植物修復(fù)(phyto-remediation)植物修復(fù)的主要對象是有毒重金屬和有機污染物及氮磷等。研究表明，許多細(xì)菌、真菌、藻類和植物都有從周圍環(huán)境富集重金屬的能力，然而至今仍沒有一種經(jīng)濟(jì)有效的方法從土壤中回收富集了重金屬的微生物。相比較而言，回收富集了重金屬的植物則較容易。尤其是那些將重金屬吸收到地上部的植物的回收更加簡便易行。植物固定(Phytostabilization)根系降解(Rhizodegradation)植物促進(jìn)(Phytoaccumulation)植物降解(Phytodegradation)植物揮發(fā)(Phytovolatilization)揮發(fā)轉(zhuǎn)移(Evapotranspiration)植物修復(fù)的類型

植物修復(fù)在空氣污染中的應(yīng)用植物在水環(huán)境污染中的應(yīng)用植物在土壤污染中的應(yīng)用植物修復(fù)在環(huán)境污染中的應(yīng)用

植物修復(fù)在空氣污染中的應(yīng)用氮氧化物NxOy是污染空氣的一類主要化合物，NO2同O3在光照的條件下容易形成光化學(xué)煙霧，N2O是一種能引起溫室效應(yīng)的氣體，它可以輻射傳熱,破壞同溫層的O3。某些植物將氮氧化物轉(zhuǎn)化為氨基酸或以其為氮源加以利用,利用這些植物去除空氣中的氮氧化物無疑是環(huán)保節(jié)能的好方法。植物在水環(huán)境污染中的應(yīng)用水環(huán)境中的污染大致可分為三類:

（1）無機營養(yǎng)元素如氮、磷等；（2）有機污染物如農(nóng)藥、殺蟲劑、多環(huán)芳烴PAHs、農(nóng)藥等；（3）重金屬的污染。

植物在土壤污染中的應(yīng)用土壤中的污染物主要為：（1）有機物如有機農(nóng)藥、石油類(TPH)、酚類、氯溴代有機化合物等；（2）重金屬等。1.2.3生物修復(fù)的特點

與化學(xué)、物理處理方法相比，生物修復(fù)技術(shù)具有下列的優(yōu)點：①費用少，僅為傳統(tǒng)化學(xué)、物理修復(fù)經(jīng)費的30％～50％