受污染環(huán)境的修復(fù)

關(guān)于受污染環(huán)境的修復(fù)第一頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日第一節(jié)微生物修復(fù)技術(shù)一、概述

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，包括自然和人為控制條件下的污染物降解或無(wú)害化過(guò)程。第二頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日微生物修復(fù)（源分類(lèi)）自然修復(fù)過(guò)程利用土著微生物的條件：充分和穩(wěn)定的地下水流有微生物可利用的營(yíng)養(yǎng)物有緩沖pH的能力有使代謝能夠進(jìn)行的電子受體第三頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日微生物修復(fù)（源分類(lèi)）人為修復(fù)工程：采用外源微生物又稱(chēng)強(qiáng)化生物修復(fù)或工程化的生物修復(fù)手段：生物刺激技術(shù)：滿足微生物生長(zhǎng)環(huán)境條件生物強(qiáng)化技術(shù)：投入外源微生物等第四頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日生物修復(fù)（場(chǎng)址分類(lèi)）原位生物修復(fù)：污染的原地點(diǎn)異位生物修復(fù)：將污染物移動(dòng)到鄰近點(diǎn)或反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。第五頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日海洋污染的生物修復(fù)游船海難事故造成的原油泄漏；污染海面和海灘進(jìn)行生物修復(fù)投表面活性劑投微生物菌劑投營(yíng)養(yǎng)物第六頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日二、影響微生物修復(fù)效率的因素（1）營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

污染物主要提供碳源，而N,P是限制微生物活動(dòng)的重要因素典型的細(xì)菌細(xì)胞組成第七頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日（2）電子受體

土壤中污染物氧化分解的最終電子受體種類(lèi)和濃度極大影響著污染物降解的速率和程度，微生物氧化還原反應(yīng)的最終電子受體分為：溶解氧有機(jī)物分解的中間產(chǎn)物無(wú)機(jī)酸根影響微生物修復(fù)效率的因素第八頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日（3）污染物的性質(zhì)

可降解性是關(guān)鍵；另外還包括毒性，揮發(fā)性和鎖定

鎖定：污染物與土壤顆粒物相互作用，生物有效性下降。影響微生物修復(fù)效率的因素第九頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日（4）環(huán)境條件

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、濕度和孔隙率等）（5）微生物的協(xié)同作用

微生物降解過(guò)程需要兩種或更多種類(lèi)微生物的協(xié)同作用才能夠完成。影響微生物修復(fù)效率的因素第十頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日三、強(qiáng)化生物修復(fù)的主要類(lèi)型原位強(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土地耕作法

第十一頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日原位強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)（1）生物強(qiáng)化法

在生物處理體系中投加具有特定功能的微生物來(lái)改善原有處理體系的處理效果。第十二頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日芳香烴降解fpg

基因的構(gòu)建與表達(dá)策略pGEX4TdigestedbyBamHIandEcoRIFgpgeneBamHIEcoRIRecombinantpGEX-fpg

pT-fpgvectordigestedbyBamHI/EcoRIandfpggenewasrecovered第十三頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日f(shuō)pg

融合基因克隆與構(gòu)建結(jié)果PCRproductsofTP-PCRmethod12M2000bp1000bp750bp500bp250bp100bp123M456構(gòu)建結(jié)果第十四頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日表達(dá)載體構(gòu)建結(jié)果重組pGEX4T-fpg

載體構(gòu)建及fpg基因的表達(dá)結(jié)果ConstructionofpGEX4T-fpgandfpgexpressionresults12345678M12345678M116.0kD66.2kD45.0kD35.0kD25.0kD18.4kD14.4kD第十五頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日質(zhì)粒轉(zhuǎn)化第十六頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日攜帶有fpg融合基因表達(dá)蛋白的大腸桿菌（左）和野生菌（右）熒光顯微鏡下形態(tài)第十七頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日（2）生物通氣法用于修復(fù)受揮發(fā)性有機(jī)物污染的地下水水層上部通氣層土壤。原位強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)第十八頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日（3）生物注射法適用于處理受揮發(fā)性有機(jī)物污染的地下水及上部土壤。（4）生物沖淋法將含氧和營(yíng)養(yǎng)物的水補(bǔ)充到亞表層，促進(jìn)土壤和地下水中的污染物的生物降解。（5)土地耕作法對(duì)污染土壤進(jìn)行耕梨處理。原位強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)第十九頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日

異位生物修復(fù)(1)堆肥法處理固體廢棄物的傳統(tǒng)技術(shù)，用于受石油，洗滌劑，多氯烴，農(nóng)藥等污染土壤的修復(fù)處理。(2)生物反應(yīng)器處理把污染物移到反應(yīng)器中完成微生物移到反應(yīng)器中完成微生物的代謝過(guò)程，生物反應(yīng)器包括土壤泥漿生物反應(yīng)器和預(yù)制床反應(yīng)器第二十頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日(3)厭氧處理厭氧處理對(duì)于某些具有高氧化狀態(tài)的污染物的降解，如三硝基甲苯，多氯取代化合物（PCB等），比耗氧處理更為有效。異位生物修復(fù)第二十一頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日四、生物修復(fù)的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：現(xiàn)場(chǎng)、原位、徹底、低耗缺點(diǎn)：有的不能修復(fù)有的降解后毒性更大前期費(fèi)用較高第二十二頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日第二節(jié)植物修復(fù)技術(shù)一、概述

植物修復(fù)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，或消減污染物的毒性，可以用于受污染的地下水，沉積物和土壤的原位處理。第二十三頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日第二十四頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日二、植物修復(fù)重金屬污染的過(guò)程和機(jī)理（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。第二十五頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日超積累植物的篩選518Zn36Ni612Mn35Pb1124Cu1226Co22Cd23AsNumberoffamiliesNumberofspeciesMetals518Zn36318Ni612Mn35Pb1124Cu1226Co22Cd3AsNumberoffamiliesNumberofspeciesMetals世界上發(fā)現(xiàn)的超積累植物種類(lèi)第二十六頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日MetalsPlantsMaxiumcontentsCuIpomoeaalpina12300CdThlaspicaerulenscens1800PbThlaspicaerulenscens8200ZnThlaspicaerulenscens51600MnMacadamianeurophylla51800CoHaumaniastrumrobertii10200NiBerkheyacoddii7880AsPterisvittata5000一些超積累植物和累積金屬的最大含量第二十七頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日國(guó)內(nèi)一些學(xué)者發(fā)現(xiàn)的超積累植物第二十八頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日我們發(fā)現(xiàn)的錳超積累植物——商陸第二十九頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日（2）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分泌物，增加土壤中有毒金屬的穩(wěn)定性，從而減少金屬向作物的遷移，以及被淋濾到地下水或通過(guò)空氣擴(kuò)散進(jìn)一步污染環(huán)境的可能性。第三十頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日（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，多用于吸收金屬元素汞和非金屬元素硒。第三十一頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日植物耐受重金屬毒害的機(jī)制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，鰲合，合成逆境蛋白，產(chǎn)生乙烯。其中最主要的，最普遍的機(jī)制是通過(guò)誘導(dǎo)金屬配體的合成，形成金屬配體復(fù)合物，并在器官，細(xì)胞和亞細(xì)胞水平呈區(qū)域化分布。第三十二頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日重金屬吸收、累積和存在形態(tài)重金屬的主動(dòng)吸收和被動(dòng)吸收機(jī)理重金屬吸收的離子通道和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白重金屬在植物體內(nèi)的分布定位重金屬在植物體內(nèi)累積的分子形態(tài)第三十三頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日根系吸收主動(dòng)與被動(dòng)吸收在重金屬污染土壤上，植物對(duì)重金屬的吸收由于環(huán)境濃度差異大而存在被動(dòng)吸收；Knight

等認(rèn)為超積累植物對(duì)土壤溶液中Zn可能存在主動(dòng)吸收過(guò)程。離子通道或轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白鋅轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(ZIP)和鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(ITR1)對(duì)根吸收土壤中Zn和Fe起重要作用；ZIP和ITR1也具有吸收轉(zhuǎn)運(yùn)Mn(II),Co(II),Cd(II)或Cu(II)等重金屬離子的潛力。Uptakeandsequestration第三十四頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日木質(zhì)部薄壁細(xì)胞轉(zhuǎn)載到導(dǎo)管的能量可能來(lái)自木質(zhì)部薄壁細(xì)胞膜上的H-ATPase產(chǎn)生的負(fù)性跨膜電勢(shì)在導(dǎo)管中運(yùn)輸?shù)哪芰恐饕獊?lái)自根壓和蒸騰拉力有機(jī)分子在超積累植物體內(nèi)重金屬運(yùn)輸中有重要作用，用X-射線吸收精細(xì)結(jié)構(gòu)分析法(EXAFS)研究,發(fā)現(xiàn)印度芥菜傷流液中有機(jī)酸參與了Cd在木質(zhì)部的運(yùn)輸木質(zhì)部運(yùn)輸Xylemtransport第三十五頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日卸載與組織分布從木質(zhì)部卸載到葉細(xì)胞(跨葉細(xì)胞膜運(yùn)輸)在組織水平上,重金屬主要分布在表皮細(xì)胞、亞表皮細(xì)胞和表皮毛中Unloadingandtissuedistribution第三十六頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日細(xì)胞分布定位細(xì)胞壁液泡線粒體葉綠體高爾基體其他Traffickingandsequestration液泡常被認(rèn)為是重金屬貯存的主要場(chǎng)所,用電子探針觀察了遏藍(lán)菜屬T.caerulenscens觀察到根中的Zn大部分分布在液泡中。細(xì)胞壁是重金屬離子進(jìn)入的第一道屏障,它的金屬沉淀作用是一些植物耐重金屬的原因。蹄蓋蕨屬（Athyriumyokoscense)植物吸收的Cu大約有70-90%位于細(xì)胞壁。第三十七頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日三、植物修復(fù)有機(jī)污染物的過(guò)程和機(jī)理（1）直接吸收有機(jī)污染物被植物吸收以后，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(guò)木質(zhì)化作用在植物組織中貯藏，也可代謝或礦化為水和CO2等，或隨植物的蒸騰（呼吸）作用排除植物體。第三十八頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日（2）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)污染物在植物體外發(fā)生生物降解。酶對(duì)污染物的降解起到關(guān)鍵作用。第三十九頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日（3）增強(qiáng)根際微生物降解直接圍繞在植物根周?chē)耐寥拉h(huán)境，一般稱(chēng)作根際。植物根系分泌一些物質(zhì)及酶進(jìn)入土壤，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，生物降解作用增強(qiáng)。

根冠細(xì)胞和分泌物是根區(qū)微生物生長(zhǎng)的重要營(yíng)養(yǎng)源。第四十頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日第三節(jié)化學(xué)氧化技術(shù)一、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)，從而消除土壤和水環(huán)境中的污染。第四十一頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日

深度氧化技術(shù)，是相對(duì)于常規(guī)氧化技術(shù)而言的，指在體系中能產(chǎn)生具有高度反應(yīng)活性的自由基（如羥基自由基），充分利用自由基的活性，快速?gòu)氐椎匮趸袡C(jī)污染物的處理技術(shù)。第四十二頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日二、高錳酸鉀氧化法

（1）高錳酸鉀在酸性溶液中有很強(qiáng)的氧化性

MnO4-+8H++5e-——Mn2++4H2O

標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位為E＝1.51V（2）高錳酸鉀在中性溶液中氧化性要低得多

MnO4-+2H2O+3e-——MnO2+4OH-

標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位為E=0.588V(3)高錳酸鉀在堿性溶液中的氧化性也較弱

E＝0.564V(4)高錳酸鉀氧化有機(jī)污染物的機(jī)理——在酸性條件下，它是通過(guò)提供氧原子而不是通過(guò)生成羥基自由基進(jìn)行氧化反應(yīng)第四十三頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日三、臭氧氧化技術(shù)

臭氧在酸性介質(zhì)中氧化還原電位為2.07V,在堿性介質(zhì)中為1.27V，其氧化能力僅次于氟，高于氯和高錳酸鉀。（1）臭氧分子的直接氧化反應(yīng)

1打開(kāi)雙鍵發(fā)生加成反應(yīng)

2親電反應(yīng)－發(fā)生在分子中電子云密度高的點(diǎn)

3親核反應(yīng)－只發(fā)生在帶有吸電子基團(tuán)的碳原子上，限于同不飽和芳香族或脂肪族化合物或某些特殊基團(tuán)發(fā)生反應(yīng)第四十四頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日（2）自由基的反應(yīng)

臭氧在堿性環(huán)境等因素作用下，產(chǎn)生活潑的自由基，主要是羥基自由基，與污染物反應(yīng)，臭氧在催化條件下易于分解形成OH自由基，土壤中天然存在的金屬氧化物如α-Fe2O3,MnO2和Al2O3通?？梢宰鳛檫@種催化反應(yīng)的活性位點(diǎn)。第四十五頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日四、過(guò)氧化氫及FENTON氧化技術(shù)

Fenton試劑是指在天然或人為添加的亞鐵離子（Fe2+）時(shí)，與過(guò)氧化氫發(fā)生作用，能夠產(chǎn)生高反應(yīng)活性的羥基自由基（OH·）的試劑。第四十六頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日

Fenton反應(yīng)體系中，過(guò)氧化氫產(chǎn)生羥基自由基的總反應(yīng)方程為：酸性條件下

Fe2++H2O2——Fe3++O2+OH·Fenton反應(yīng)生成的OH·能快速降解多種有機(jī)化合物：

RH+OH·——H2O+R·R·+Fe3+——Fe2++產(chǎn)物第四十七頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日

Fenton試劑反應(yīng)需在酸性條件才能進(jìn)行，對(duì)環(huán)境條件的要求比較苛刻：1PH的影響——酸性條件2H2O2濃度的影響——隨著濃度的增大，COD的去除首先增大，而后出現(xiàn)下降3催化劑(Fe2+)濃度的影響——適量4反應(yīng)溫度——適當(dāng)?shù)臏囟燃せ钭杂苫谒氖隧?yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日第四節(jié)電動(dòng)力學(xué)修復(fù)一、基本原理

利用電動(dòng)力學(xué)原理對(duì)受污染土壤進(jìn)行修復(fù)的方法稱(chēng)為電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)。電動(dòng)力學(xué)修復(fù)是將電極插入受污染的地下水及土壤區(qū)域，施加直流電，形成直流電場(chǎng)。由于土壤顆粒表面雙電層，孔隙水中帶有電荷的離子或顆粒，在電場(chǎng)作用下通過(guò)電遷移、電滲析流或電泳的方式沿電場(chǎng)方向遷移，這些統(tǒng)稱(chēng)為電動(dòng)效應(yīng)。這樣，污染物離開(kāi)土壤向兩極遷移，最終富集在電極區(qū)得到集中處理或分離。第四十九頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日Z(yǔ)——離子的電荷數(shù)

D——擴(kuò)散系數(shù)

T——熱力學(xué)溫度

L——Avogadro常數(shù)

R——摩爾氣體常數(shù)電遷移速率第五十頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日

由于離子在土壤中的遷移比在水中的更復(fù)雜，所以在實(shí)際土壤中電遷移速率應(yīng)為：

u*=u/ττ為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)電滲析流可以用以下方程描述：

qv=KexIexAqv—體積流量

Ke－電滲析流導(dǎo)率系數(shù)

Ie－電流梯度

A－截面積

第五十一頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日第五十二頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日二、聯(lián)用技術(shù)

電動(dòng)力學(xué)修復(fù)只是將土壤中的污染物從土壤遷移到電極溶液，要將污染物徹底去除，可與其他修復(fù)技術(shù)聯(lián)用。例如，電動(dòng)力學(xué)修復(fù)技術(shù)與離子交換技術(shù)并用，可使土壤中重金屬離子徹底去除。重金屬在電場(chǎng)的作用下，進(jìn)入電極室溶液抽提到地面進(jìn)入離子交換系統(tǒng)，發(fā)生離子交換后的溶液可再次通入地下循環(huán)利用。第五十三頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日第五節(jié)地下水修復(fù)的可滲透反應(yīng)格柵技術(shù)一、概述

可滲透反應(yīng)格柵技術(shù)（PRB）是以活性填料組成的構(gòu)建物，垂直立于地下水水流的方向，污水流經(jīng)過(guò)反應(yīng)格柵，通過(guò)物理的，化學(xué)的及生物的反應(yīng)，使有機(jī)物得以有效去除的地下水凈化的技術(shù)。第五十四頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日PRB是一項(xiàng)原位使用的技術(shù)，比起傳統(tǒng)的泵提－處理技術(shù)，可省去泵提、挖掘及異地處理的費(fèi)用；不阻斷水流，對(duì)環(huán)境的影響小；維護(hù)容易；在功能喪失后可直接取出處理因而在經(jīng)濟(jì)上和工程應(yīng)用上均顯示出優(yōu)勢(shì)。第五十五頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日二、Fe-PRB1.0價(jià)Fe去除地下水中的有機(jī)污染物C2HCl3+Fe0+H2O——C2H2Cl2+Cl-+OH-+Fe2+C2H2Cl2+Fe0+H2O——C2H3Cl+Cl-+OH-+Fe2+C2H3Cl+Fe0+H2O——C2H4+Cl-+OH-+Fe2+第五十六頁(yè)，共六十五頁(yè)，2022年，8月28日2.0價(jià)鐵去除地下水中無(wú)機(jī)污染物1)對(duì)重金屬的去除

Fe0+CrO42-+H2O——FexCr1-x(OH)3+OH-

上述反應(yīng)的去除原理