第6章 受污染環(huán)境的修復(fù)

1、第六章 受污染環(huán)境的修復(fù)(xif)共五十六頁(yè)2 主要(zhyo)內(nèi)容微生物修復(fù)技術(shù)植物修復(fù)技術(shù)化學(xué)氧化技術(shù)電動(dòng)力修復(fù)地下水修復(fù)的可滲透反應(yīng)(fnyng)格柵技術(shù)表面活性劑及共溶劑淋洗技術(shù)共五十六頁(yè) 6.1 微生物修復(fù)(xif)技術(shù)6.1.1概述概念(ginin)：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。它包括自然和人為條件下的降解和無(wú)害化過(guò)程。 強(qiáng)化生物修復(fù)： 人為修復(fù)工程一般采用有降解能力的外源微生物，用工程化手段來(lái)加速生物修復(fù)的進(jìn)程，這種在受控條件的修復(fù)又稱(chēng)強(qiáng)化生物修復(fù)或工程化的生物修復(fù)。強(qiáng)化生物修復(fù)技術(shù)常采用的手段有生物刺激和生物強(qiáng)化兩種。

2、共五十六頁(yè)生物刺激滿(mǎn)足土著微生物生長(zhǎng)所需的環(huán)境條件，如提供電子受體、供體，氧以及營(yíng)養(yǎng)物等；生物強(qiáng)化需要不斷向污染環(huán)境投入(tur)外源微生物、酶、其他生長(zhǎng)基質(zhì)或氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽。共五十六頁(yè)5從生物修復(fù)實(shí)施的場(chǎng)址，可以將微生物修復(fù)分為原位生物修復(fù)和異位(y wi)生物修復(fù)。前者在污染源的原點(diǎn)進(jìn)行，不挖出或抽取需要修復(fù)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(jìn)行。異位生物修復(fù)需要挖掘土壤或抽取地下水，將污染物移到臨近地點(diǎn)或反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。 6.1 微生物修復(fù)(xif)技術(shù)共五十六頁(yè)66.1.2影響微生物修復(fù)效率的因素1、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì) 微生物一般利用(lyng)有機(jī)污染物的碳源，但是

3、微生物將有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為自身增長(zhǎng)的生長(zhǎng)物質(zhì)，還需要其他營(yíng)養(yǎng)元素。典型的細(xì)菌細(xì)胞組成為50%碳，14%氮，3%磷，1%硫，0.2%鐵，0.5%鈣、鎂和氯。 6.1 微生物修復(fù)(xif)技術(shù)共五十六頁(yè)72、電子受體 微生物的活性除了受到營(yíng)養(yǎng)鹽的限制外，土壤中污染物氧化(ynghu)分解的最終電子受體的種類(lèi)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(ynghu)還原反應(yīng)的最終電子受體分為三大類(lèi)，包括溶解氧、有機(jī)物分解的中間產(chǎn)物和無(wú)機(jī)酸根（如硝酸根、硫酸根和碳酸根）。 6.1 微生物修復(fù)(xif)技術(shù)共五十六頁(yè)83、污染物的性質(zhì) 對(duì)于微生物修復(fù)技術(shù)，污染物的可降解性是關(guān)鍵。對(duì)于系列污染物，

4、如多環(huán)芳烴，其微生物降解性隨著分子的增大(zn d)而增大(zn d)。污染物對(duì)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(fù)技術(shù)是否適用的關(guān)鍵。另外污染物其他性質(zhì)也很重要，如揮發(fā)性。 6.1 微生物修復(fù)(xif)技術(shù)共五十六頁(yè)94、環(huán)境條件 環(huán)境因素指的是土壤顆粒的性質(zhì)（有機(jī)質(zhì)及黏土含量等）及介質(zhì)條件（酸堿度、溫度(wnd)、濕度、空隙率）。土壤有機(jī)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用性，進(jìn)入到有機(jī)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(chēng)為不可逆吸附。 6.1 微生物修復(fù)(xif)技術(shù)共五十六頁(yè)105、

5、微生物的協(xié)同作用 在自然界，多數(shù)生物降解過(guò)程需要兩種或更多種類(lèi)微生物的協(xié)同作用才能(cinng)完成。 6.1 微生物修復(fù)(xif)技術(shù)共五十六頁(yè)116.1.3 強(qiáng)化(qinghu)生物修復(fù)的主要類(lèi)型1、原位強(qiáng)化修復(fù)技術(shù) 原位強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)生物強(qiáng)化法、生物通氣法、生物注射法、生物沖淋法及土地耕作法等。2、異位生物修復(fù)異位生物修復(fù)主要包括堆肥法、生物反應(yīng)器處理和厭氧處理。 6.1 微生物修復(fù)(xif)技術(shù)共五十六頁(yè)（1）生物通氣技術(shù)： 在受石油污染(wrn)地區(qū)，土壤中的污染(wrn)物降解會(huì)降低土壤中的氧氣濃度，增加CO2濃度，進(jìn)而抑制污染物進(jìn)一步生物降解。因此，為了提高土壤中的微生物降解效率，

6、可通過(guò)在污染場(chǎng)地打豎井并安裝鼓風(fēng)機(jī)和抽真空機(jī)向污染區(qū)域供給空氣或氧氣。這項(xiàng)技術(shù)通常用在輕質(zhì)石油類(lèi)污染的土壤。 共五十六頁(yè)共五十六頁(yè)（2）泥漿(njing)反應(yīng)器技術(shù)泥漿法也稱(chēng)生物反應(yīng)器法，是將污染土壤置于一專(zhuān)門(mén)的反應(yīng)器中處理的方法。生物反應(yīng)器處理的過(guò)程為：將挖出的石油污染土壤移到反應(yīng)器內(nèi)，加入3 9 倍的水混合，使其呈泥漿狀，加入適量的營(yíng)養(yǎng)鹽、表面活性劑，并鼓入空氣、劇烈攪拌使微生物與污染物充分接觸(jich)和增加氧氣濃度。為了提高降解速率，常在反應(yīng)器先前處理的土壤中分離出已被馴化的微生物，并將其加入到準(zhǔn)備處理的土壤中。含油土壤經(jīng)處理后，液體部分可排入處置井（坑、池）或另作他用（如回用），固

7、體部分可施用于農(nóng)田。共五十六頁(yè)共五十六頁(yè)美國(guó)(mi u)Micro-TES公司, LFS-1 菌種微生物修復(fù)(xif)案例共五十六頁(yè) 1. 前端裝載機(jī)從泄露管道周?chē)?zhuwi)挖出被原油污染的土壤.LFS-1效能(xionng)例證(3)美孚石油公司管道油溢污染處理項(xiàng)目共五十六頁(yè) 2）污染土壤挖掘(wju)工作一直進(jìn)行到有地下水的地方， 被原油污染的地下水被抽出。共五十六頁(yè)3) 污染(wrn)土壤被堆成堆，等待現(xiàn)場(chǎng)處理槽的建成。共五十六頁(yè) 污染土壤(trng)挖掘、堆砌現(xiàn)場(chǎng)整體圖。 共五十六頁(yè)4) 污染土壤被挪入處理槽，真空(zhnkng)油槽車(chē)裝載著從挖掘地抽出的被污染地下水。共五十六頁(yè)

8、5）將處理槽內(nèi)污染土壤攤開(kāi)(tn ki)，鋪成0.3米的一層， 在上面噴灑被污染的地下水。共五十六頁(yè) 6）將裝在藍(lán)桶的LFS-1抽入白色大桶，往白桶中 加入營(yíng)養(yǎng)劑及水，攪拌。之后把LFS-1溶液(rngy)抽入水車(chē)。共五十六頁(yè) 7）連接裝載 LFS-1溶液的水車(chē)和裝有噴管的RR250型履帶拖拉機(jī) （此拖拉機(jī)在重新(chngxn)鋪設(shè)道路時(shí)刮掉路上原有瀝青）。共五十六頁(yè) 8） RR250型履帶拖拉機(jī)破碎/碾碎處理(chl)槽內(nèi)0.3米厚的污染土壤，并灑入LFS-1溶液。共五十六頁(yè)試驗(yàn)前試驗(yàn)池水體的原油污染情況,部分水面上污染的原油連成片及混濁的廢水，水混濁，水體(shu t)不透明，無(wú)浮游生物。

9、共五十六頁(yè)試驗(yàn)第二天試驗(yàn)池水體的變化情況，水面上污染的原油(yunyu)大部分已被微生物分解，水的混濁度變輕，水的顏色比試驗(yàn)變的清一些。共五十六頁(yè)試驗(yàn)第七天試驗(yàn)池水體的變化(binhu)情況，水面上的原油污染物已被微生物分解，水的顏色已變清，被原油污染的水面上，生長(zhǎng)出少量浮游生物。共五十六頁(yè)296.1.4 生物修復(fù)的優(yōu)缺點(diǎn)1、優(yōu)點(diǎn)（1）生物修復(fù)可現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，這樣減少了運(yùn)輸費(fèi)用和人類(lèi)直接接觸污染物的的機(jī)會(huì)；（2）常以原位方式進(jìn)行，這樣可使對(duì)污染位點(diǎn)的干擾和破壞達(dá)到最??；（3）生物修復(fù)使有機(jī)物分解為二氧化碳和水，可以永久地消除污染物和長(zhǎng)期的隱患，無(wú)二次污染，不會(huì)使污染轉(zhuǎn)移；（4）生物修復(fù)可與其他處理

10、(chl)技術(shù)結(jié)合，處理(chl)復(fù)合污染；（5）降解過(guò)程迅速，處理費(fèi)用低。 6.1 微生物修復(fù)(xif)技術(shù)共五十六頁(yè)302、缺點(diǎn)（1）不是所有污染物都適用于生物(shngw)修復(fù)（多氯代化合物和重金屬）；（2）有些化學(xué)品經(jīng)微生物分解后，其產(chǎn)物的毒性和移動(dòng)性比母體化合物反而增加；（3）生物修復(fù)是一種科技含量較高的的處理方法，它的運(yùn)作必須符合污染地的特殊條件。 6.1 微生物修復(fù)(xif)技術(shù)共五十六頁(yè)316.2.1 概述植物修復(fù)(xif)技術(shù)直接利用各種活體植物，通過(guò)提取、降解和固定等過(guò)程清除環(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。植物修復(fù)去除污染

11、物的方式有四種：（1）植物提??；（2）植物降解；（3）植物穩(wěn)定；（4）植物揮發(fā)。 6.2 植物修復(fù)(xif)技術(shù)共五十六頁(yè)共五十六頁(yè)共五十六頁(yè)346.2.2 植物修復(fù)重金屬污染的主要過(guò)程和機(jī)理1、植物修復(fù)重金屬污染的主要過(guò)程根據(jù)其作用過(guò)程和機(jī)理，重金屬污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)可分為三種類(lèi)型(lixng)。（1）植物提取 植物提取是利用重金屬超積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。As-蜈蚣草 6.2 植物(zhw)修復(fù)技術(shù)共五十六頁(yè)35（2）植物穩(wěn)定 植物穩(wěn)定是利用耐重金屬植物的根

12、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物的遷移，以及被淋濾到地下水或通過(guò)(tnggu)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。印度芥菜-六價(jià)鉻還原為低毒的三價(jià)鉻 6.2 植物修復(fù)(xif)技術(shù)共五十六頁(yè)36（3）植物揮發(fā) 植物揮發(fā)是利用植物的吸收、積累和揮發(fā)而減少(jinsho)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是汞和硒。 6.2 植物修復(fù)(xif)技術(shù)共五十六頁(yè)376.2.2植物修復(fù)重金屬污染的主要過(guò)程和機(jī)理2、植物耐受重金屬毒害的機(jī)制 無(wú)論是超級(jí)積累植物，還是植物穩(wěn)

13、定及植物揮發(fā)中的植物，對(duì)重金屬的毒害都具有忍耐機(jī)制，統(tǒng)稱(chēng)為耐性植物。耐性植物分為基因型和生態(tài)型兩類(lèi)。植物耐金屬毒害的機(jī)制復(fù)雜多樣，包括細(xì)胞壁鈍化、跨膜運(yùn)輸減少、主動(dòng)外排、區(qū)域化分布、螯合、合成逆境蛋白、生產(chǎn)(shngchn)乙烯。其中最主要、最普遍的機(jī)制是通過(guò)誘導(dǎo)金屬配體的形成，形成金屬配體化合物。 6.2 植物修復(fù)(xif)技術(shù)共五十六頁(yè)386.2.3 植物修復(fù)有機(jī)污染物的過(guò)程和機(jī)理 植物去除有機(jī)污染物的機(jī)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)生一些分泌物和酶，促進(jìn)污染物在體外發(fā)生生化轉(zhuǎn)化；根系的作用(zuyng)增強(qiáng)土壤中微生物的降解活性，有利于污染物的

14、礦化。 6.2 植物修復(fù)(xif)技術(shù)共五十六頁(yè)391、直接吸收有機(jī)污染物被植物(zhw)吸收后，可直接以母體化合物或以不具有植物(zhw)毒性的代謝產(chǎn)物的形態(tài)，通過(guò)木質(zhì)化作用在植物(zhw)組織貯藏，也可代謝或礦化為水和二氧化碳等，或隨植物(zhw)的蒸騰作用排出植物(zhw)體。 6.2 植物修復(fù)(xif)技術(shù)共五十六頁(yè)402、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(shling)約占植物年光合作用的10%20%。植物產(chǎn)生的各種天然有機(jī)物或酶類(lèi)，可以促進(jìn)有機(jī)污染物在植物體內(nèi)發(fā)生生物降解。 6.2 植物修復(fù)(xif)技術(shù)共五十六頁(yè)413、增強(qiáng)根際微生物降解直接圍繞

15、在植物根周?chē)耐寥?trng)環(huán)境，一般稱(chēng)作根際，植物根系分泌的一些物質(zhì)和酶進(jìn)入土壤(trng)，不但可以降解有機(jī)污染物，還向生活在根際的微生物提供營(yíng)養(yǎng)和能量，支持根際微生物的生長(zhǎng)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(trng)，生物降解作用增強(qiáng)。 6.2 植物修復(fù)(xif)技術(shù)共五十六頁(yè)6.2.4 植物修復(fù)的特點(diǎn)總結(jié)優(yōu)點(diǎn) 與傳統(tǒng)的修復(fù)技術(shù)相比, 植物修復(fù)是一種容易接受、成本低、技術(shù)要求低的修復(fù)方法, 它可應(yīng)用于空氣、地表水、地下水、土壤中污染物的修復(fù)。植物修復(fù)技術(shù)可清除的污染物包括無(wú)機(jī)(wj)污染物如氮、磷、重金屬等;有機(jī)污染物如農(nóng)藥、炸藥、有機(jī)氯化物、殺蟲(chóng)劑、除草劑等。共五十六

16、頁(yè)總結(jié)缺點(diǎn) 要求植株具有高的生物量；對(duì)污染物的耐受性要高; 受植物根系分布的限制; 受氣候、土質(zhì)等的影響; 清除污染物所需的時(shí)間長(zhǎng); 轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用可能會(huì)造成潛在的環(huán)境污染等等。但隨著各方面研究和實(shí)踐的深入, 它必將得到廣泛推廣與應(yīng)用, 并為環(huán)境保護(hù)和治理(zhl)工作帶來(lái)新的前景與希望。 共五十六頁(yè)6.3.1概述化學(xué)氧化修復(fù)技術(shù)是利用氧化劑的氧化性能，使污染物氧化分解，轉(zhuǎn)變成無(wú)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。氧化劑能使污染物轉(zhuǎn)化(zhunhu)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(fù)的化學(xué)氧化劑包括高錳酸鉀、臭氧、過(guò)氧化氫和Fenton試劑，它們已在修復(fù)過(guò)

17、程中被廣泛應(yīng)用。 6.3 化學(xué)氧化(ynghu)技術(shù)共五十六頁(yè)456.3.2高錳酸鉀氧化法1、性質(zhì)簡(jiǎn)介高錳酸鉀是一種常用的氧化劑，高錳酸鉀在酸性溶液(rngy)中具有很強(qiáng)的氧化性，反應(yīng)式為 MnO4- + 8H+ + 5e-= Mn2+ + 4H2O其標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位為E0=1.51V。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(yīng)式為 MnO4-+2H2O+3e-=MnO2+4OH- E0=0.588V 6.3 化學(xué)(huxu)氧化技術(shù)共五十六頁(yè)466.3.2高錳酸鉀氧化法2、氧化有機(jī)污染物的機(jī)理高錳酸鉀參加氧化反應(yīng)的機(jī)理相當(dāng)復(fù)雜(fz)，且反應(yīng)種類(lèi)繁多，影響反應(yīng)的因素也較多。對(duì)同一個(gè)

18、反應(yīng)，介質(zhì)不同，其反應(yīng)機(jī)理也可能不同。如高錳酸根離子與芳香醛的反應(yīng)，在酸性介質(zhì)中按氧原子轉(zhuǎn)移機(jī)理，而在堿性介質(zhì)中在按自由基機(jī)理進(jìn)行；另外某一個(gè)反應(yīng)有時(shí)也很難用單一的機(jī)理來(lái)說(shuō)明，如高錳酸根離子與烴的反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)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(yīng)過(guò)程中又包含了自由基反應(yīng)。 6.3 化學(xué)氧化(ynghu)技術(shù)共五十六頁(yè)476.3.3臭氧氧化技術(shù)1、性質(zhì)簡(jiǎn)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(lán)色氣體，臭氧具有極強(qiáng)的氧化性能，在酸性介質(zhì)中氧化還原電位為2.07V，在堿性介質(zhì)中為1.27V，其氧化能力(nngl)僅次于氟，高于氯和高錳酸鉀?；诔粞醯膹?qiáng)氧化性，且在水中可

19、短時(shí)間內(nèi)自行分解，沒(méi)有二次污染，因此是理想的綠色氧化劑。 6.3 化學(xué)氧化(ynghu)技術(shù)共五十六頁(yè)486.3.3臭氧(chuyng)氧化技術(shù)2、臭氧氧化有機(jī)污染物的機(jī)理（1）臭氧分子直接氧化反應(yīng)臭氧分子的結(jié)構(gòu)呈三角形，中心氧原子與其他兩個(gè)氧原子的距離相等，在分子中有一個(gè)離域鍵，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。（2）自由基反應(yīng)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(yīng)。 6.3 化學(xué)氧化(ynghu)技術(shù)共五十六頁(yè)496.3.4過(guò)氧化氫及Fenton氧化技術(shù)1、性質(zhì)簡(jiǎn)介過(guò)氧化氫是一弱酸性的無(wú)色透明液體，它的許多物理性質(zhì)和水相似，

20、可與水任意比例混合，過(guò)氧化氫的水溶液也叫雙氧水。當(dāng)過(guò)氧化氫的質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)到86%時(shí)，要適當(dāng)進(jìn)行其安全處理，防止(fngzh)爆炸。在處理污染物時(shí)，一般使用35%的過(guò)氧化氫。 6.3 化學(xué)(huxu)氧化技術(shù)共五十六頁(yè)506.3.4過(guò)氧化氫及Fenton氧化技術(shù)1、性質(zhì)(xngzh)簡(jiǎn)介(1)過(guò)氧化氫單獨(dú)氧化產(chǎn)品穩(wěn)定，儲(chǔ)存時(shí)每年活性氧的損失低于1%；安全，沒(méi)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；無(wú)二次污染，能滿(mǎn)足環(huán)保排放要求；氧化選擇性高，特別是在適當(dāng)條件下選擇性更高。 6.3 化學(xué)(huxu)氧化技術(shù)共五十六頁(yè)516.3.4過(guò)氧化氫及Fenton氧化技術(shù)

21、2、反應(yīng)路徑及影響因素（1） Fenton試劑過(guò)氧化氫與亞鐵離子結(jié)合形成(xngchng)的芬頓(Fenton)試劑，具有極強(qiáng)的氧化能力，其氧化機(jī)理主要是在酸性條件下，利用亞鐵離子作為過(guò)氧化氫分解的催化劑，反應(yīng)過(guò)程可以生成反應(yīng)活性極高的氫氧自由基，其具有很強(qiáng)的氧化能力。氫氧自由基可進(jìn)一步引發(fā)自由基鏈反應(yīng)，從而降解大部分有機(jī)物，甚至使部分有機(jī)質(zhì)達(dá)到礦化。 6.3 化學(xué)氧化(ynghu)技術(shù)共五十六頁(yè)過(guò)氧自由基反應(yīng)的一般(ybn)過(guò)程為： Fe2+ + H2O2 Fe3+ + HO + OH- （1） Fe3+ + H2O2 Fe2+ + HOO + H+ （2） Fe2+ + HO Fe3+ + OH- （3） Fe3+ + HOO Fe2+ + O2 + H+ （4） Fe2+ + HOO Fe3+ + HO2- （5） HO + H2O2 HOO+ H2O （6） HOO + H2O2 HO+ H2O + O2 （7） 6.3 化學(xué)氧化(ynghu)技術(shù)共五十六頁(yè)536.3.4 過(guò)氧化氫及Fenton氧化技術(shù)2、反應(yīng)路徑及影響因素Fenton試劑是在酸性條件下發(fā)生作用的，因此對(duì)環(huán)境條件要求比較苛刻。下面(xi mian)是影響Fenton反應(yīng)的主要條件。A：pH的影響酸性 ； B：H2O2的濃度影響-最適；C：催化劑濃度的影響-最適；D：反應(yīng)溫度的影響 6.3