緒論污染環(huán)境生物修復(fù)工程

1、,污染環(huán)境生物修復(fù)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(xué)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(dá)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(shù),改進(jìn)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(dá)標(biāo)排放。,對進(jìn)入環(huán)境中的污染物進(jìn)行處理、修復(fù) 受損環(huán)境。,污染環(huán)境的修復(fù)技術(shù)包括物理方法、化學(xué)方法和生物方法三大類。 （其中生物方法已成為環(huán)境保護(hù)技術(shù)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(fù)）。,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(fù)的。那么我們?nèi)祟悓Υ司蜔o能為力了嗎？ 近年來，各國科學(xué)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(shù)，這就是生物修復(fù)技術(shù)。在大面積污染治理領(lǐng)域，被普遍認(rèn)為是最有效、最經(jīng)濟(jì)、最具有生態(tài)性的高新環(huán)境技術(shù)。,生物修復(fù)技術(shù):指一切以利用生物為主體的環(huán)境污染的治理技術(shù)。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(kuò)散。,第一章 緒論,第一章 緒論,教學(xué)目的：掌握生物

3、修復(fù)的概念和類型、生物修復(fù)的原則和可處理試驗，了解生物修復(fù)工程設(shè)計的一般程序。,第一章 緒論,教學(xué)重點和難點： 生物修復(fù)的概念 生物修復(fù)的類型 生物修復(fù)的特點 生物修復(fù)的可處理試驗 生物修復(fù)的原則 生物修復(fù)的可處理試驗 生物修復(fù)工程設(shè)計程序,第一章 緒論,污染環(huán)境生物修復(fù)的概念,機(jī),生物修復(fù)的類型,生物修復(fù)的產(chǎn)生與發(fā)展,生物修復(fù)的可處理試驗,生物修復(fù)的應(yīng)用,生物修復(fù)的特點,一、生物修復(fù)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(fù)成功，是修復(fù)史上的里程碑（首次大規(guī)模應(yīng)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(fù)工程技術(shù)的研究機(jī)構(gòu)和商業(yè)公司大約有近百個。,二、污染環(huán)境生物修復(fù)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(fù),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(fù)到原初狀態(tài)的過程，修復(fù)包括恢復(fù)、重建、改建等三個方面的活動。,環(huán)境修復(fù),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。,修復(fù)（remediation）,（二）環(huán)境修復(fù),恢復(fù)（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(fù)至原初水平 改建（renewal）：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 三者間關(guān)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(fù),恢復(fù)、重建、改建之間的關(guān)系,環(huán)境修復(fù)強(qiáng)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(qiáng)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(fù)與環(huán)境凈化,共同點,目的都是使進(jìn)入環(huán)境中的污染因子的總量減少，或強(qiáng)度降低，或毒

6、性下降。,（三）生物修復(fù)（bioremediation）：,廣義的生物修復(fù)：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(fù)到原初狀態(tài)的過程包括微生物修復(fù)、植物修復(fù)、動物修復(fù)和細(xì)胞游離酶生物修復(fù)四大主要類型。 狹義的生物修復(fù)：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(fù)的類型,生物修復(fù)可根據(jù)修復(fù)主體、修復(fù)受體和修復(fù)場所等進(jìn)行分類。,（一）修復(fù)主體,修復(fù)主體,微生物修復(fù),植物修復(fù),動物修復(fù),生態(tài)修復(fù),（一）修復(fù)主體,修復(fù)主體,土著生物修復(fù),外源

7、生物強(qiáng)化修復(fù),修復(fù)受體,（環(huán)境要素）,污染大氣生物修復(fù),污染水體生物修復(fù),污染土壤生物修復(fù),固體廢棄物生物修復(fù),（二）修復(fù)受體,修復(fù)場所,原位生物修復(fù),聯(lián)合生物修復(fù),異位生物修復(fù),原位自然 生物修復(fù),原位工程 生物修復(fù),（三）修復(fù)場所,四、生物修復(fù)的特點,優(yōu)點 1、 可以現(xiàn)場進(jìn)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(shù)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(fù)不能進(jìn)行 4、工程前期投入高 5、有的化學(xué)物質(zhì)經(jīng)降解后的毒性、移動性更強(qiáng),特點,五、應(yīng)用

8、實例生物修復(fù)“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(fù)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(fù)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(jī)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(fù)技術(shù)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(jī)物（大多具有揮發(fā)性）。經(jīng)原位生物修復(fù)后，土壤中總揮發(fā)性有機(jī)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(fù)工程耗資0.47億$，若采用其它技術(shù)，估計需耗資0.631.67億$。,應(yīng)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(jì)初環(huán)境技術(shù)的主攻方向之一。作為環(huán)境科學(xué)研究中一個富有挑戰(zhàn)性的前沿領(lǐng)域，目前已進(jìn)入一個相當(dāng)活躍的時期。,生物修復(fù)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(fù)設(shè)計工藝參數(shù)。,六、 生物修復(fù)的可處理試驗,1、生物修復(fù)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(jī)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(fù)的可處理試驗,5、確定生物修復(fù)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(fù)過程中的行為和歸宿的數(shù)據(jù),2、評價生物修復(fù)所能達(dá)到的速度和程度:對任何系統(tǒng),最重要的問題是確定能達(dá)到的處理水平和耗時長短,3、評估生物修復(fù)技術(shù)的可行性和局限性,4、評價污染物被修復(fù)后所帶來的二次污染問題,反應(yīng)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(dāng)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(biāo)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(bǔ)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(fù)的污染土壤類型及耕作層深度，并按相應(yīng)的疏松程度（容重）裝成土柱。土柱內(nèi)徑至少5cm以上。加氧（強(qiáng)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(bǔ)加適當(dāng)?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(yīng)細(xì)菌與真菌的需要）。設(shè)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(jìn)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(yīng)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(jié)構(gòu)發(fā)生微小的改變，使污染物毒性加強(qiáng)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(yīng)轉(zhuǎn)化為簡單化合物的現(xiàn)象。 礦化：終極生物降解。指有機(jī)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(fù)工程設(shè)計,生物修復(fù)是一項系統(tǒng)工程，它需要依靠工程學(xué)、環(huán)境學(xué)、生物學(xué)、生態(tài)學(xué)、微生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)、土壤學(xué)、水文學(xué)、化學(xué)等多學(xué)科的合作，為了確定生物修復(fù)技術(shù)是否適用于某一受污染環(huán)境和某種污染物，需要進(jìn)行生物修復(fù)的工程設(shè)計。,生物修復(fù)工程設(shè)計要素：,生物修 復(fù)工程 設(shè)計,場地信息收集,技術(shù)查詢,技術(shù)路線選擇,可處理性試驗,修復(fù)效果評價,實際工程設(shè)計,小試,中試,場地信息收集,（1）污染物的種類和化學(xué)性質(zhì)、在土壤中的分布和濃度、受污染的時間。 （2）當(dāng)?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(fù)的微生物種群。 （3）土壤特征，如溫度、孔隙度、滲透率。