受污染環(huán)境的修復

1、1 第六章第六章 受污染環(huán)境的修復受污染環(huán)境的修復6.1微生物修復技術微生物修復技術6.1.1概述概述微生物修復技術是指通過微生物的作用去除土壤和水體微生物修復技術是指通過微生物的作用去除土壤和水體中的污染物，或是使污染物無害化的過程。它包括自然中的污染物，或是使污染物無害化的過程。它包括自然和人為條件下的降解和無害化過程。和人為條件下的降解和無害化過程。 人為修復工程一般采用有降解能力的外源微生物，用工人為修復工程一般采用有降解能力的外源微生物，用工程化手段來加速生物修復的進程，這種在受控條件的修程化手段來加速生物修復的進程，這種在受控條件的修復又稱強化生物修復或工程化的生物修復。強化生物修

2、復又稱強化生物修復或工程化的生物修復。強化生物修復技術常采用的手段有生物刺激和生物強化兩種。復技術常采用的手段有生物刺激和生物強化兩種。 2 第六章第六章 受污染環(huán)境的修復受污染環(huán)境的修復從生物修復實施的場址，可以將微生物修復分為從生物修復實施的場址，可以將微生物修復分為原位生物修復原位生物修復和和異位生物修復異位生物修復。前者在污染源的原點進行，不挖出或抽取需。前者在污染源的原點進行，不挖出或抽取需要修復的土壤及地下水，采用一定的工程措施，利用生物通氣、要修復的土壤及地下水，采用一定的工程措施，利用生物通氣、生物沖淋等一些方式進行。異位生物修復需要挖掘土壤或抽取生物沖淋等一些方式進行。異位生

3、物修復需要挖掘土壤或抽取地下水，將污染物移到臨近地點或反應器內(nèi)進行。地下水，將污染物移到臨近地點或反應器內(nèi)進行。3 第六章第六章 受污染環(huán)境的修復受污染環(huán)境的修復6.1.2影響微生物修復效率的因素影響微生物修復效率的因素1、營養(yǎng)物質(zhì)、營養(yǎng)物質(zhì)微生物分解的有機污染物一般利用有機污染物的碳源，但是微微生物分解的有機污染物一般利用有機污染物的碳源，但是微生物將有機污染物轉(zhuǎn)化為自身增長的生長物質(zhì)，還需要其他營生物將有機污染物轉(zhuǎn)化為自身增長的生長物質(zhì)，還需要其他營養(yǎng)元素。典型的細菌細胞組成為養(yǎng)元素。典型的細菌細胞組成為50%碳，碳，14%氮，氮，3%磷，磷，1%硫，硫，0.2%鐵，鐵，0.5%鈣、鎂和氯

4、。鈣、鎂和氯。4 第六章第六章 受污染環(huán)境的修復受污染環(huán)境的修復2、電子受體、電子受體微生物的活性除了受到營養(yǎng)鹽的限制外，土壤中污染物氧化分微生物的活性除了受到營養(yǎng)鹽的限制外，土壤中污染物氧化分解的最終電子受體的種類和濃度也極大地影響著污染物降解的解的最終電子受體的種類和濃度也極大地影響著污染物降解的速率和程度，微生物氧化還原反應的最終電子受體分為三大類，速率和程度，微生物氧化還原反應的最終電子受體分為三大類，包括溶解氧、有機物分解的中間產(chǎn)物和無機酸根（如硝酸根、包括溶解氧、有機物分解的中間產(chǎn)物和無機酸根（如硝酸根、硫酸根和碳酸根）。硫酸根和碳酸根）。5 第六章第六章 受污染環(huán)境的修復受污染環(huán)

5、境的修復6.1.2影響微生物修復效率的因素影響微生物修復效率的因素3、污染物的性質(zhì)、污染物的性質(zhì)對于微生物修復技術，污染物的可降解性是關鍵。對于系列污對于微生物修復技術，污染物的可降解性是關鍵。對于系列污染物，如多環(huán)芳烴，其微生物降解性隨著分子的增大而增大。染物，如多環(huán)芳烴，其微生物降解性隨著分子的增大而增大。污染物對生物的毒性以及其降解中間產(chǎn)物的毒性，也是決定微污染物對生物的毒性以及其降解中間產(chǎn)物的毒性，也是決定微生物修復技術是否適用的關鍵。另外污染物其他性質(zhì)也很重要，生物修復技術是否適用的關鍵。另外污染物其他性質(zhì)也很重要，如揮發(fā)性。如揮發(fā)性。6 第六章第六章 受污染環(huán)境的修復受污染環(huán)境的修

6、復6.1.2影響微生物修復效率的因素影響微生物修復效率的因素4、環(huán)境條件、環(huán)境條件環(huán)境因素指的是土壤顆粒的性質(zhì)（有機質(zhì)及黏土含量等）及介環(huán)境因素指的是土壤顆粒的性質(zhì)（有機質(zhì)及黏土含量等）及介質(zhì)條件（酸堿度、溫度、濕度、空隙率）。有機質(zhì)含量及結(jié)構(gòu)質(zhì)條件（酸堿度、溫度、濕度、空隙率）。有機質(zhì)含量及結(jié)構(gòu)決定著污染物的吸附特性，從而決定其微生物降解的生物可利決定著污染物的吸附特性，從而決定其微生物降解的生物可利用性，進入到有機質(zhì)致密的剛性結(jié)構(gòu)中的污染物很難再返回到用性，進入到有機質(zhì)致密的剛性結(jié)構(gòu)中的污染物很難再返回到土壤顆粒表面或土壤溶液中，被微生物利用，這種現(xiàn)象被稱為土壤顆粒表面或土壤溶液中，被微生

7、物利用，這種現(xiàn)象被稱為不可逆吸附。不可逆吸附。7 第六章第六章 受污染環(huán)境的修復受污染環(huán)境的修復6.1.2影響微生物修復效率的因素影響微生物修復效率的因素5、微生物的協(xié)同作用、微生物的協(xié)同作用在自然界，多數(shù)生物降解過程需要兩種或更多種類微生物的協(xié)在自然界，多數(shù)生物降解過程需要兩種或更多種類微生物的協(xié)同作用才能完成。同作用才能完成。8 第六章第六章 受污染環(huán)境的修復受污染環(huán)境的修復6.1.3強化生物修復的主要類型強化生物修復的主要類型1、原位強化修復技術、原位強化修復技術原位強化修復技術生物強化法、生物通氣法、生物注射法、生原位強化修復技術生物強化法、生物通氣法、生物注射法、生物沖淋法及土地耕作

8、法等。物沖淋法及土地耕作法等。2、異位生物修復、異位生物修復異位生物修復主要包括堆肥法、生物反應器處理和厭氧處理。異位生物修復主要包括堆肥法、生物反應器處理和厭氧處理。9 第六章第六章 受污染環(huán)境的修復受污染環(huán)境的修復6.1.4生物修復的優(yōu)缺點生物修復的優(yōu)缺點1、優(yōu)點、優(yōu)點（1）生物修復可現(xiàn)場進行，這樣減少了運輸費用和人類直接）生物修復可現(xiàn)場進行，這樣減少了運輸費用和人類直接接觸污染物的的機會；（接觸污染物的的機會；（2）常以原位方式進行，這樣可使對）常以原位方式進行，這樣可使對污染位點的干擾和破壞達到最小；（污染位點的干擾和破壞達到最小；（3）生物修復使有機物分）生物修復使有機物分解為二氧化

9、碳和水，可以永久地消除污染物和長期的隱患，無解為二氧化碳和水，可以永久地消除污染物和長期的隱患，無二次污染，不會使污染轉(zhuǎn)移；（二次污染，不會使污染轉(zhuǎn)移；（4）生物修復可與其他處理技）生物修復可與其他處理技術結(jié)合，處理復合污染；（術結(jié)合，處理復合污染；（5）降解過程迅速，處理費用低。）降解過程迅速，處理費用低。10 第六章第六章 受污染環(huán)境的修復受污染環(huán)境的修復6.1.4生物修復的優(yōu)缺點生物修復的優(yōu)缺點2、缺點、缺點（1）不是所有污染物都適用于生物修復；（）不是所有污染物都適用于生物修復；（2）有些化學品經(jīng)）有些化學品經(jīng)微生物分解后，其產(chǎn)物的毒性和移動性比母體化合物反而增加；微生物分解后，其產(chǎn)物

10、的毒性和移動性比母體化合物反而增加；（3）生物修復是一種科技含量較高的的處理方法，它的運作）生物修復是一種科技含量較高的的處理方法，它的運作必須符合污染地的特殊條件；必須符合污染地的特殊條件；11 第六章第六章 受污染環(huán)境的修復受污染環(huán)境的修復6.2植物修復技術植物修復技術6.2.1概述概述植物修復技術直接利用各種活體植物、通過提取、降解和固定植物修復技術直接利用各種活體植物、通過提取、降解和固定等過程去除環(huán)境中的污染物，或消除污染物的毒性，可以用于等過程去除環(huán)境中的污染物，或消除污染物的毒性，可以用于受污染的地下水、沉積物和土壤的原位處理。受污染的地下水、沉積物和土壤的原位處理。植物修復去除

11、污染物的方式有四種：植物修復去除污染物的方式有四種：（1）植物提?。唬ǎ┲参锾崛。唬?）植物降解；）植物降解；（3）植物穩(wěn)定；（）植物穩(wěn)定；（4）植物揮發(fā)）植物揮發(fā)12 第六章第六章 受污染環(huán)境的修復受污染環(huán)境的修復6.2.2植物修復重金屬污染的主要過程和機理植物修復重金屬污染的主要過程和機理1、植物修復重金屬污染的主要過程、植物修復重金屬污染的主要過程根據(jù)其作用過程和機理，重金屬污染土壤的植物修復技術可分根據(jù)其作用過程和機理，重金屬污染土壤的植物修復技術可分為三種類型。為三種類型。（1）植物提?。┲参锾崛?植物提取是利用重金屬超積累植物從土壤中植物提取是利用重金屬超積累植物從土壤中吸取一種或

12、幾種重金屬，并將其轉(zhuǎn)移、儲存到地上部分，隨后吸取一種或幾種重金屬，并將其轉(zhuǎn)移、儲存到地上部分，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。重金屬含量降低到可接受的水平。13 第六章第六章 受污染環(huán)境的修復受污染環(huán)境的修復（2）植物穩(wěn)定）植物穩(wěn)定 植物穩(wěn)定是利用耐重金屬植物的根際的一些植物穩(wěn)定是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，從而減少重金屬向作分泌物，增加土壤中有毒金屬的穩(wěn)定性，從而減少重金屬向作物的遷移，以及被淋濾到地下水或通過空氣擴散進一步污染環(huán)物的遷移，以及被淋

13、濾到地下水或通過空氣擴散進一步污染環(huán)境的可能性。其中包括沉淀、螯合、氧化還原等多種過程。境的可能性。其中包括沉淀、螯合、氧化還原等多種過程。14 第六章第六章 受污染環(huán)境的修復受污染環(huán)境的修復（3）植物揮發(fā)）植物揮發(fā) 植物揮發(fā)是利用植物的吸收、積累和揮發(fā)而植物揮發(fā)是利用植物的吸收、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)化為氣態(tài)物質(zhì)，釋放到大氣中，目前這方面研究最多的將其轉(zhuǎn)化為氣態(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。是類金屬元素汞和非金屬元素硒。15 第六章第六章 受污染環(huán)境

14、的修復受污染環(huán)境的修復2、植物耐受重金屬毒害的機制、植物耐受重金屬毒害的機制 無論是超級積累植物，還是植物穩(wěn)定及植物揮發(fā)中的植物，無論是超級積累植物，還是植物穩(wěn)定及植物揮發(fā)中的植物，對重金屬的毒害都具有忍耐機制，統(tǒng)稱為耐性植物。耐性植物對重金屬的毒害都具有忍耐機制，統(tǒng)稱為耐性植物。耐性植物分為基因型和生態(tài)型兩類。植物耐金屬毒害的機制復雜多樣，分為基因型和生態(tài)型兩類。植物耐金屬毒害的機制復雜多樣，包括細胞壁鈍化、跨膜運輸減少、主動外排、區(qū)域化分布、螯包括細胞壁鈍化、跨膜運輸減少、主動外排、區(qū)域化分布、螯合、合成逆境蛋白等。其中最主要、最普遍的機制是通過誘導合、合成逆境蛋白等。其中最主要、最普遍的

15、機制是通過誘導金屬配體的形成，形成金屬配體化合物。金屬配體的形成，形成金屬配體化合物。16 第六章第六章 受污染環(huán)境的修復受污染環(huán)境的修復6.2植物修復技術植物修復技術6.2.3植物修復有機污染物的過程和機理植物修復有機污染物的過程和機理植物去除有機污染物的機理主要有：直接吸收污染物，經(jīng)體內(nèi)植物去除有機污染物的機理主要有：直接吸收污染物，經(jīng)體內(nèi)代謝，積累在植物組織內(nèi)，或揮發(fā)釋放；根系產(chǎn)生一些分泌物代謝，積累在植物組織內(nèi)，或揮發(fā)釋放；根系產(chǎn)生一些分泌物和酶，促進污染物在體外發(fā)生生化轉(zhuǎn)化；根系的作用增強土壤和酶，促進污染物在體外發(fā)生生化轉(zhuǎn)化；根系的作用增強土壤中微生物的降解活性，有利于污染物的礦化

16、。中微生物的降解活性，有利于污染物的礦化。17 第六章第六章 受污染環(huán)境的修復受污染環(huán)境的修復1、直接吸收、直接吸收有機污染物被植物吸收后，可直接以母體化合物或以不具有植有機污染物被植物吸收后，可直接以母體化合物或以不具有植物毒性的代謝產(chǎn)物的形態(tài)，通過木質(zhì)化作用在植物組織貯藏，物毒性的代謝產(chǎn)物的形態(tài)，通過木質(zhì)化作用在植物組織貯藏，也可代謝或礦化為水和二氧化碳等，或隨植物的蒸騰作用排出也可代謝或礦化為水和二氧化碳等，或隨植物的蒸騰作用排出植物體。植物體。18 第六章第六章 受污染環(huán)境的修復受污染環(huán)境的修復2、植物分泌物的降解作用、植物分泌物的降解作用植物的根系可向土壤環(huán)境釋放大量分泌物，其數(shù)量約

17、占植物年植物的根系可向土壤環(huán)境釋放大量分泌物，其數(shù)量約占植物年光合作用的光合作用的10%20%。植物產(chǎn)生的各種天然有機物或酶類，。植物產(chǎn)生的各種天然有機物或酶類，可以促進有機污染物在植物體內(nèi)發(fā)生生物降解?？梢源龠M有機污染物在植物體內(nèi)發(fā)生生物降解。19 第六章第六章 受污染環(huán)境的修復受污染環(huán)境的修復3、增強根際微生物降解、增強根際微生物降解直接圍繞在植物根周圍的土壤環(huán)境，一般稱作根際，植物根系直接圍繞在植物根周圍的土壤環(huán)境，一般稱作根際，植物根系分泌的一些物質(zhì)和酶進入土壤，不但可以降解有機污染物，還分泌的一些物質(zhì)和酶進入土壤，不但可以降解有機污染物，還向生活在根際的微生物提供營養(yǎng)和能量，支持根際

18、微生物的生向生活在根際的微生物提供營養(yǎng)和能量，支持根際微生物的生長和活性，使根際環(huán)境的微生物數(shù)量明顯高于非根際土壤，生長和活性，使根際環(huán)境的微生物數(shù)量明顯高于非根際土壤，生物降解作用增強。物降解作用增強。20 第六章第六章 受污染環(huán)境的修復受污染環(huán)境的修復6.3化學氧化技術化學氧化技術6.3.1概述概述化學氧化修復技術是利用氧化劑的氧化性能，使污染物氧化分化學氧化修復技術是利用氧化劑的氧化性能，使污染物氧化分解，轉(zhuǎn)變成無毒或毒性較小的物質(zhì)，從而消除土壤和環(huán)境水體解，轉(zhuǎn)變成無毒或毒性較小的物質(zhì)，從而消除土壤和環(huán)境水體中的污染。中的污染。氧化劑能使污染物轉(zhuǎn)化或分解成毒性、遷移性或環(huán)氧化劑能使污染物

19、轉(zhuǎn)化或分解成毒性、遷移性或環(huán)境有效性較低的形態(tài)。常用于修復的化學氧化劑包括高錳酸鉀、境有效性較低的形態(tài)。常用于修復的化學氧化劑包括高錳酸鉀、臭氧、過氧化氫和臭氧、過氧化氫和Fenton試劑，它們已在修復過程中被廣泛應試劑，它們已在修復過程中被廣泛應用。用。21 第六章第六章 受污染環(huán)境的修復受污染環(huán)境的修復6.3.2高錳酸鉀氧化法高錳酸鉀氧化法1、性質(zhì)簡介、性質(zhì)簡介高錳酸鉀是一種常用的氧化劑，高錳酸鉀在酸性溶液中具有很高錳酸鉀是一種常用的氧化劑，高錳酸鉀在酸性溶液中具有很強的氧化性，反應式為強的氧化性，反應式為 MnO4-+8H+5e-=Mn2+4H2O其標準氧化還原電位為其標準氧化還原電位為

20、E0=1.51V。高錳酸鉀在中性溶液中氧化。高錳酸鉀在中性溶液中氧化性比在酸性溶液中低得多，反應式為性比在酸性溶液中低得多，反應式為 MnO4-+2H2O+3e-=MnO2+4OH- E0=0.588V22 第六章第六章 受污染環(huán)境的修復受污染環(huán)境的修復2、氧化有機污染物的機理、氧化有機污染物的機理高錳酸鉀參加氧化反應的機理相當復雜，且反應種類繁多，影高錳酸鉀參加氧化反應的機理相當復雜，且反應種類繁多，影響反應的因素也較多。對同一個反應，介質(zhì)不同，其反應機理響反應的因素也較多。對同一個反應，介質(zhì)不同，其反應機理也可能不同。如高錳酸根離子與芳香醛的反應，在酸性介質(zhì)中也可能不同。如高錳酸根離子與芳

21、香醛的反應，在酸性介質(zhì)中按氧原子轉(zhuǎn)移機理，而在堿性介質(zhì)中在按自由基機理進行；另按氧原子轉(zhuǎn)移機理，而在堿性介質(zhì)中在按自由基機理進行；另外某一個反應有時也很難用單一的機理來說明，如高錳酸根離外某一個反應有時也很難用單一的機理來說明，如高錳酸根離子與烴的反應，反應過程中發(fā)生了氫原子的轉(zhuǎn)移，但產(chǎn)物卻生子與烴的反應，反應過程中發(fā)生了氫原子的轉(zhuǎn)移，但產(chǎn)物卻生成了自由基，故反應過程中又包含了自由基反應。成了自由基，故反應過程中又包含了自由基反應。23 第六章第六章 受污染環(huán)境的修復受污染環(huán)境的修復6.3.3臭氧氧化技術臭氧氧化技術1、性質(zhì)簡介、性質(zhì)簡介臭氧在常溫常壓下是一種不穩(wěn)定、具有特殊刺激性氣味的淺藍臭

22、氧在常溫常壓下是一種不穩(wěn)定、具有特殊刺激性氣味的淺藍色氣體，臭氧具有極強的氧化性能，在酸性介質(zhì)中氧化還原電色氣體，臭氧具有極強的氧化性能，在酸性介質(zhì)中氧化還原電位為位為2.07V，在堿性介質(zhì)中為，在堿性介質(zhì)中為1.27V，其氧化能力僅次于氟，高，其氧化能力僅次于氟，高于氯和高錳酸鉀?；诔粞醯膹娧趸?，且在水中可短時間內(nèi)于氯和高錳酸鉀?；诔粞醯膹娧趸?，且在水中可短時間內(nèi)自行分解，沒有二次污染，因此是理想的綠色氧化劑。自行分解，沒有二次污染，因此是理想的綠色氧化劑。24 第六章第六章 受污染環(huán)境的修復受污染環(huán)境的修復2、臭氧氧化有機污染物的機理、臭氧氧化有機污染物的機理（1）臭氧分子直接氧化

23、反應）臭氧分子直接氧化反應臭氧分子的結(jié)構(gòu)呈三角形，中心氧原子與其他兩個氧原子的距離臭氧分子的結(jié)構(gòu)呈三角形，中心氧原子與其他兩個氧原子的距離相等，在分子中有一個離域相等，在分子中有一個離域鍵，臭氧分子的特殊結(jié)構(gòu)使得它可作鍵，臭氧分子的特殊結(jié)構(gòu)使得它可作為偶極試劑、親電試劑和親核試劑。為偶極試劑、親電試劑和親核試劑。（2）自由基反應）自由基反應臭氧在堿性環(huán)境等因素作用下，產(chǎn)生活潑的自由基，主要是臭氧在堿性環(huán)境等因素作用下，產(chǎn)生活潑的自由基，主要是.OH自由基，與污染物反應。自由基，與污染物反應。25 第六章第六章 受污染環(huán)境的修復受污染環(huán)境的修復6.3.4過氧化氫及過氧化氫及Fenton氧化技術氧

24、化技術1、性質(zhì)簡介、性質(zhì)簡介過氧化氫是一弱酸性的無色透明液體，它的許多物理性質(zhì)和水過氧化氫是一弱酸性的無色透明液體，它的許多物理性質(zhì)和水相似，可與水任意比例混合，過氧化氫的水溶液也叫雙氧水。相似，可與水任意比例混合，過氧化氫的水溶液也叫雙氧水。當過氧化氫的質(zhì)量分數(shù)達到當過氧化氫的質(zhì)量分數(shù)達到86%時，要適當進行其安全處理，時，要適當進行其安全處理，防止爆炸。在處理污染物時，一般使用防止爆炸。在處理污染物時，一般使用35%的過氧化氫。的過氧化氫。26 第六章第六章 受污染環(huán)境的修復受污染環(huán)境的修復(1)過氧化氫單獨氧化過氧化氫單獨氧化產(chǎn)品穩(wěn)定，儲存時每年活性氧的損失低于產(chǎn)品穩(wěn)定，儲存時每年活性氧的損失低于1%；安全，沒有腐蝕性，能較容易地處理液體安全，沒有腐蝕性，能較容易地處理液體;與水完全混溶，避免了溶解度的限制或排出泵產(chǎn)生氣栓；與水完全混溶，避免了溶解度的限制或排出泵產(chǎn)生氣栓；無二次污染，能滿足環(huán)保排放要求；無二次污染，能滿足環(huán)保排放要求；氧化選擇性高，特別是在