环境修复原理与技术绪论.ppt

浙江师范大学环境科学专业课程 环境修复原理与技术,environmental remediation principles and technology,第一章 绪论 第二章 污染环境的物理修复原理 第三章 污染环境的化学修复原理 第四章 污染环境的生物修复原理 第五章 污染环境的植物修复原理 第六章 污染环境修复的生态工程 第七章 污染土壤的环境修复技术 第八章 污染水环境修复技术 第九章 污染大气环境修复技术 第十章 固体废弃物环境修复技术,目 录,授课提纲,环境修复原理与技术,环境修复的概念、对象和任务、类型、产生与发展等,物理修复原理 化学修复原理 微生物修复原理 植物修复原理,土壤环境修复技术 水环境修复技术 大气环境修复技术 固体废物环境修复技术,第一章 绪论,环境概述,1.1,环境问题,1.2,环境修复,1.3,1.1 环境概述,1.1.1环境概念 环境是一个极其复杂、相互影响、彼此制约的辩证的自然综合体。 环境科学所研究的环境，总是以人类作为中心事物的自然环境。人类的环境是作用于人类这一主体（中心事物）的所有外界影响和力量的总和。,中华人民共和国环境保护法明确规定 “本法所称环境，是指影响人类生存和发展的各种天然的和经过人工改造的自然因素的总体，包括大气、水、海洋、土地、矿藏、森林、草原、野生生物、自然遗迹、人文遗迹、自然保护区、风景名胜区、城市和乡村等”。 本书各部分内容中提及的环境均指自然环境。,1.1 环境概述,1.1.2环境分类,根据不同原则，人类环境有不同的分类方法。 通常的分类原则是：,环境范围的大小 环境的主体 环境的要素 人类对环境的作用 环境的功能,1.1.2环境分类,下面介绍一种按环境的范围由近及远进行的分类：,(1)聚落环境,(2)地理环境,聚落是人类聚居的地方与活动的中心，聚落环境也就是人类聚居场所的环境。聚落环境根据其性质、功能和规模可分为院落环境、村落环境和城市环境。,地理环境位于地球的表层，即岩石圈、水圈、上圈、大气圈和生物圈相互制约、相互渗透、相互转化的交错带上，其厚度约10 30km。,环境科学中宇宙环境是指地球大气圈以外的环境，又称星际环境。不过，此处所指宇宙环境，仅限于人类进入空间活动的年代以后，人和飞行器(人造卫星、探测器、航天飞机等)在太阳系内飞行触及到的环境。,1.1.2环境分类,下面介绍一种按环境的范围由近及远进行的分类：,(1)聚落环境,(2)地理环境,(3)地质环境,(4)宇宙环境,聚落是人类聚居的地方与活动的中心，聚落环境也就是人类聚居场所的环境。聚落环境根据其性质、功能和规模可分为院落环境、村落环境和城市环境。,地理环境位于地球的表层，即岩石圈、水圈、上圈、大气圈和生物圈相互制约、相互渗透、相互转化的交错带上，其厚度约10 30km。,简单地说，地质环境是指地理环境中除生物圈以外的其余部分。地质环境为人类提供大量的生产资料丰富的矿物资源，它对人类社会的影响也将随着生产的发展而与日俱增。,1.1.3环境基本特性,基本特性,灾害放大性,整体性,隐显性,不可逆性,有限性,持续反应性,1.2 环境问题,1.2.1环境问题概念 所谓环境问题，是指由于人类不恰当的生产活动引起全球环境或区域环境质量的恶化，出现了不利于人类生存和发展的问题。,十大环境问题,/overseas/2009/0422/285.html,为什么要修复或治理环境？,1.2.2环境问题的分类,1.2.3 环境问题的产生与发展,1）环境问题萌芽阶段 时间段： 从人类出现直到工业革命前夕 主要特点： 主要表现为生态环境破坏。 如大量砍伐森林、破坏草原、盲目开荒等，往往引起的严重 水土流失，水旱灾频繁和沙漠化问题。 影响： 主要对小区域范围的生态影响。影响力度增长缓慢,时间段： 19世纪工业革命至20世纪50年代 主要特点： 蒸汽机的发明和使用后，大工业日益发展，生产力有了很大的提高，环境问题也随之发展并逐步恶化。 例如：从1873年1892年间的冬季英国伦敦多次发生有毒烟雾事件 影响： a.环境问题，尤其污染问题集中在工业发达国家 b.环境质量开始恶化，但未引起重视,2）环境问题的发展恶化阶段,时间段： 20世纪50年代至80年代前夕 主要特点： 环境问题更加突出，震惊世界的公害事件接连不断 形成因素： a.人口的迅猛增长，都市化的速度加快。 b.工业不断集中和扩大，能源的集中大增。 影响： a.工业发达国家把环境问题列入国家的议事日程，包括制定法律、建立机构、加强管理、采用新技术等。 b.到70年代中期环境污染得到有效控制，城市和工业的环境质量有明显改善。,3）环境问题的第一次高潮,时间段： 20世纪80年代至今 主要特点： a.开始共同关注在全球范围内出现的环境问题。 b.全球性大气污染 例如温室效应和全球气候变暖、臭氧层破坏和酸雨 c.大面积生态破坏 大面积森林破坏、草场退化、沙漠化等 d.突发性的严重污染事件 影响： 全球性环境问题严重威胁着人类的生存和发展,4）环境问题的第二次高潮,福建紫金矿业重大污染事故,人口问题、资源问题、生态破坏问题和环境污染问题,小城里空无一人一片凄凉的景象 五十年内不得耕作和放牧。 损失达数千亿美元！,切尔诺贝利核事故,印度博帕尔市农药厂 异氰酸酯泄漏,1.3 环境修复,1.3.1 环境修复的概念,修复(remediation)本来是工程上的一个概念，顾名思义，它是指借助外界作用力使某个受损的特定对象部分或全部恢复到原初状态的过程。严格说来，修复包括恢复、重建、改建等三个方面的活动。,1.3.1 环境修复的概念,恢复(restoration)：是指使部分受损的对象向原初状态发生改变； 重建(reconstruction)：是指使完全丧失功能的对象恢复至原初水平； 改建(renewal)：则是指使部分受损的对象进行改善，增加人类所期望的“人造”特点，减小人类不希望的自然特点。,修复,1.3.1 环境修复的概念,环境修复（environmental remediation）就是研究对被污染的环境采取物理、化学与生物学技术措施，使存在于环境中的污染物质浓度减少或毒性降低或完全无害化，使得环境能够部分或者全部的恢复到原始状态。,环境污染健康环境 环境修复和环境净化 环境修复”三废”治理,环境污染 vs 健康环境,环境污染(contaminated environment)，是指任何物质或能量因子的过分集中，超过了环境的承载能力，从而对环境表现出有害的现象。环境污染的实质是由于人类活动不当所引起的环境质量的下降和环境功能的衰退。根据这实质，不难将污染环境定义为任何物质过度聚集而产生的质量下降、功能衰退了的环境。,健康环境(sound environment)：最健康的环境当然是具有原始背景值的环境，但当今地球上似乎再也难找到一块未受人类活动影响的“净土”，即使人类足迹鲜至的南极、珠穆朗玛峰也可检测到农药的存在。因此健康环境只是相对的，特指存在于其中的各种物质或能量都低于有关环境质量标准。,环境污染 vs 健康环境,环境质量标准 是环境质量的反映，而环境价值又是环境质量与人类需要之间客观存在的一种特定关系(肯定或否定关系)，它受到道德准则的制约和影响。比如说某区域环境质量对一部分人来说可能满足其需要，而对另一部分人来说则可能相反。从这个意义上讲，健康环境体现了人类的价值取向。,环境修复环境净化,环境有一定的自净能力。污染因子进入环境中，并非一定会产生污染，而是只有当环境污染因子的载荷量超过了环境净化容量时才导致污染。,环境中存在各种各样的净化机制，如稀释、扩散、沉降、挥发等物理机制，氧化还原、中和、分解、化合、吸附解吸、离子交换等化学(含物理化学)机制，有机生命体新陈代谢等生物学机制。这些机制共同作用于环境，致使污染物的数量或性质向有利于环境安全的方向发生改变。,环境污染,环境净化,在环境承载力范围内,超过环境净化能力,环境修复环境净化,环境修复与环境净化之间既有共同的一面，也有不同的一面。它们两者的目的都是使进入环境中的污染因子的总量减少或强度降低或毒性下降。 环境净化强调的是环境中内源因子对污染物质或能量的清除过程，是一种自然的、被动的过程； 环境修复则强调人类有意识的外源活动对污染物质或能量的清除过程，是一种人为的、主动的过程。,传统“三废”(废水、废气、废渣)治理是环境工程的核心内容，强调的是点源治理，即工厂排污口的治理，需要建造成套的处理设施，在最短的时间内，以最快的速度和最低的成本，将污染物净化去除。 环境修复是最近几十年才发展起来的环境工程技术，它强调的是面源治理，即对人类活动的环境进行治理，它不可能建造把整个修复对象包容进去的处理系统。如采用传统治理净化技术，即使对于局部小系统的修复，其运行费用也将是天文数字。,环境修复三废治理,环境修复和“三废”处理都是控制环境污染，只不过“三废”处理属于环境污染的产中控制，环境修复属于产后控制，而我们通常所说的污染预防则应该属于产前控制，他们三者共同构成污染控制的全过程体系，是可持续发展在环境中的重要体现。,环境修复三废治理,1.3 环境修复,1.3.2 环境修复的对象与任务,根据环境修复的概念可知，其对象是自然界中各种各样因为环境污染和破坏而形成的环境问题，如污染的大气、水体、土壤等，任务是使得环境能够部分或者全部地恢复到原始状态,污染水体的环境修复,水环境中的污染物质直接破坏水体和土壤的功能，使其变得不适宜各种生物的生存，或者污染物质通过“食物链”影响植物、动物和人类；或者污染物质抑制了分解者的活性导致污染物质在环境中的积累。总之，污染物质的毒性说明其不能够与环境兼容，而去除或者降解环境中的污染物质则需要对受污染的水体和土壤进行修复处理。对水环境进行修复是我国迫切的需要。,污染水体的环境修复,在水环境修复领域，所修复的水体对象是环境的一部分，不可能建造能将整个修复对象包容进去的处理系统。如果采用传统治理净化技术，即使对于局部小系统的修复，其运行费用也将是天文数字。在水环境修复的过程中，需要保护周围环境。 水环境修复比传统环境工程需要的专业面更广，包括环境工程、土木工程、生态工程、化学、生物学、毒理学、地理信息和分析监测等，需要将环境因素融入技术中。,污染土壤的环境修复,我国的地下水和土壤污染相当严重，主要污染物是重金属离子和有毒有害有机物。据调查，农村土地的土壤和地下水污染土壤是由粗放式农业耕作和乡镇工业造成的。,发达国家已经投人大量资金对受污染环境进行修复。相关的修复技术在国外也得到了迅速开发。修复技术基本上分为两类：物理化学类型和生物学类型。物理化学修复技术包括隔离、泵抽取和地上处理、土壤清洗、萃取、固化和稳定化等；生物修复技术包括地上生物处理和地下现场生物修复等。,物理化学类型的修复技术一般是将受污染的土壤或地下水移走，再进行适当的处理和处置。这类技术能够彻底清除土壤和地下水中的污染，其缺点是严重影响土壤的结构和地下水所处的生态环境，而且成本非常高。相比较而言，现场生物修复技术不会破坏生态环境，但其修复过程非常缓慢、效率低不能满足快速修复的需要，尤其是在较密实的土壤中，修复所需要的活性微生物、辅助药剂等很难输送至受污染的区域。,固体废弃物污染修复（矿山污染环境修复为例）,靠开发矿产、森林等自然资源来达到急速发展经济，对环境造成了很大的破坏，酿造了巨大的环境灾害(特别是人为的地质灾害) 。我国因采煤对农田的破坏亟为严重，几百万亩良田成为绝产或半绝产的废弃地。,如何使面积如此广阔的废弃地再现生机。使它成为可耕、可林、可渔的园地，这就是矿山环境修复工程中一门新的学科恢复生态学的任务。在应用这一技术前，首先要在当地进行详细的野外调查，寻找先锋种群，确定先锋种群的组合，并进行优化筛选，然后确定种植的种类，进行全区域播种或种植，使这些先锋植被迅速地覆盖煤矸石山及其他一些难以复垦的废弃地，以期达到迅速修复环境的目的。,1.3 环境修复,1）依照环境修复的对象分：,1.3.3 环境修复的类型,2） 按照环境修复的方法来分类：,物理方法 化学方法 生物方法,1.3.3 环境修复的类型,其中生物修复方法已成为环境保护技术的重要组成部分。,物理分离修复 蒸气浸提修复 固定稳定化修复 电动力学修复 热力学修复,化学淋洗修复 化学固定修复 化学氧化修复 化学还原修复 还原可渗透反应墙修复,微生物修复 植物修复,植物净化空气 植物提取修复 植物挥发修复 植物降解修复 根际圈生物降解修复 植物固定/稳定化修复,环境修复技术,指人类修复环境时所采用的手段。环境修复的对象是自然界，相应的技术作用对象也是自然界。技术的基本作用在于改变自然界的运动形式和状态，由此形成了工程技术、物理技术、化学技术与生物技术等四类基本技术。,环境修复技术,工程技术(engineering technology)是指广义的机械技术，是一个人工的机械自然过程，被用来改变自然界的机械运动状态和自然物的形态；,物理技术(physical technology)，是一个人工的物理自然过程，被用来改变自然物的物理性质；,化学技术(chemical technology)是一个人工的 化学自然过程，被用来改变自然界物质的化学组成；,生物技术(biotechnology)是一个人工的生命运动过程，被用来改变生命体的运动状态与性质。,第一章 绪论 第二章 污染环境的物理修复原理 第三章 污染环境的化学修复原理 第四章 污染环境的生物修复原理 第五章 污染环境的植物修复原理 第六章 污染环境修复的生态工程 第七章 污染土壤的环境修复技术 第八章 污染水环境修复技术 第九章 污染大气环境修复技术 第十章 固体废弃物环境修复技术,目录,1.3 环境修复,1.3.4 环境修复的产生与发展,工业革命极大地改变了人类社会文明发展的进程，使人们在享受工业文明创造的丰硕果实的同时，也遭受了随之而来的环境污染和生态破坏的危害。 尽管环境污染日