第八章 污染环境的生物修复

1、 第八章 污染环境的生物修复 生物修复的概念及其原理 生物修复工程技术 What is Bioremediation?Bioremediation Biology “Remediate”= To solve a problemBio-Remediate= to use biological organisms to solve an environmental problemBioremediation  The collective range of clean up methods by using natural microorganism (such as bacteria,

2、 plant, Fungi, etc.) to degrade hazardous organic contaminants or convert hazardous inorganic contaminants to environmentally less toxic or nontoxic compounds of safe levels in soils, subsurface materials, water, sludges, and residues. v 生物修复（Bioremediation）指利用生物将土壤、地表及地下水或海洋中的危险性污染物现场去除或降解的工程技术系统。

3、生物修复的基本指导思想 与传统生物处理工艺的不同之处 面源污染 污染物已进入环境 二 生物修复的特点优点: 可在现场进行。 对位点的破坏最小。 修复经费较少。 人类直接暴露在这些污染物下的机会减少。 永久性地消除污染，不产生二次污染。 遗留问题少，可与其他修复方法联合使用。 缺点： 不能降解所有污染物。 不能在极端条件下进行，pH、温度以及其他环境因素等都将影响着生物修复的进程。 污染物有可能被转化成为有毒的代谢产物。 三 生物修复的发展 1972年美国利用生物修复技术清除宾夕法尼亚州的Ambler管线泄漏的汽油是史料所记载的首次应用。 1989年，美国阿拉斯加海域受到大面积石油污染以后，首次

4、大规模应用生物修复技术。 欧洲各发达国家从20世纪80年代中期就对生物修复进行了初步研究。 我国的生物修复处于刚刚起步阶段。 四 生物修复的类型及其原理 1.根据被修复的污染环境，可以分为土壤生物修复、水体生物修复。 2.根据人工生物修复技术，可以分为原位生物修复、异位生物修复。 3. 根据生物修复所利用的生物体的类型，可以分为微生物修复、植物修复和动物修复方法。 生物修复常用的生物体 微生物 植 物 动 物 土著微生物 在实际的生物修复过程中应用最广 促进土著微生物的生长 外来微生物 当污染环境的土著微生物生长速度较慢,代谢活性不高,或者数量极少 作用: - 补充- 催发 基因工程菌 (GE

5、M) 将多种降解基因转入同一微生物中,获得广泛的降解能力 生物安全性 严格立法限制 人工加强微生物修复的主要途径 引入微生物 外加营养盐 提供电子受体 表面活性剂的使用 调节环境因素v 微生物修复的影响因素Ø 营养盐：需添加氮、磷营养元素Ø 电子受体：ü 可通过对土壤鼓气或添加产氧剂的方式来提供DO作为有机物降解的电子受体；此外，硝酸根、硫酸根、铁离子也可作为有机物降解的电子受体。Ø 共代谢基质Ø 污染现场和土壤特性：ü 土壤特性影响污染物和微生物的相对活性，最终影响生物修复的速度和程度。Ø 有毒有机污染物的物理化学性质 植

6、物修复(phytoremediation) 可同时去除有机污染物和重金属、放射性核素，适用于大面积、低污染的位点v 植物在土壤修复中的应用1、环境中金属污染的去除Ø 已有方案：场外修复，先将土壤挖掘、转移，再去除金属离子；Ø 微生物修复：生物量小，从而吸收量小，同时生物体过小难以进行后处理；Ø 植物修复特点：生物量大，从而吸收量大，同时易于进行后处理。ü 指利用植物和其他一些添加物使环境中的金属流动性降低，生物可利用性下降，降低金属对生物的毒性。ü 该法只是暂时将金属固定，并没有彻底去除环境中的金属。2）植物挥发ü 指植物将污染物吸收

7、到体内后又将其转化为气态物质，释放到大气中。ü 该法只适用于挥发性污染物。3）植物吸收ü 指利用能耐受并可过量积累金属的植物吸收环境中的金属离子，将它们输送并贮存在植物体的地上部分。ü 需要选择能耐受并可过量积累金属的植物种类。 超富集植物（hyperaccumulator） 土著超富集植物 特性:- 即使在污染物浓度较低时, 也具有较高的积累速率- 能在体内积累高浓度的污染物- 生长快, 生长量大- 能同时积累多种污染物- 具有抗虫抗病能力 The nickel（镍） hyperaccumulator Berkheya coddii native to Sout

8、h Africa. Arsenic（砷） hyperaccumulator 2、环境中有机物的降解与去除Ø 去除机理 植物对有机污染物的直接吸收作用 植物释放分泌物和酶 强化根区的矿化作用v 植物在富营养化水体的水质净化中的应用1、富营养化水体Ø 水华和赤潮Ø 防治水体富营养化的对策： 控制外源性营养物质的输入； 减少内源性营养物质的负荷。Ø 防治水体富营养化的措施： 工程性措施：挖走底泥、水底深层曝气等； 化学法：凝聚沉降、化学药剂杀藻等； 生物法：即生物修复，利用水生生物吸收氮、磷进行代谢活动从而除去水体中的营养物质。2、高等水生植物净化水体的特点&

9、#216; 以大型植物为主体，植物和根区微生物共生，产生协同效应，经过植物直接吸收、微生物转化、物理吸附和沉降作用除去氮、磷和悬浮颗粒，同时对重金属元素也有去除效果。 微藻：重金属 超富集植物：重金属 江蓠（龙须菜 ）：富营养化 营造“海底森林” CASEEXXON VALDEZ oil spill 原位修复技术 (in-situ bioremediaton) 是指在受污染的地区直接采用生物修复的技术，不需将污染物挖掘和运输，一般采用土著微生物，有时也加入经过驯化的微生物，需要各种措施进行强化（人为创造的合适降解条件）。 投菌法；生物通风法, 空气注入法；耕作法等。 Typical in si

10、tu Bioremediation 空气注入法 - 优点 设备容易取得, 安装容易 对污染场所处理干扰少 整治期短, 理想情况下, 一到三年 不必抽出,处理,贮存或处理受污染地下水 结合土壤气体抽除法 (SVE), 可以增加污染物移除的功效    耕作法 (Landfarming) 异位修复技术(Ex-situ bioremediaton) 将被污染介质搬运或输送到他处进行的生物修复处理，但这里的搬运和输送是低限度的，而且更强调人为控制和创造更加优化的降解环境。 生物堆土法；反应器法等。 Biopiles (生物堆土法) 生物堆土法的优势 相对于其他处理技术,其设

11、计及操作较简单 整治期短: 在理想情况下, 一般整治期约六个月至二年 处理价格具竞争性 相较于土耕法其所需土地面积较小 可设计成封闭系统,以控制挥发性气体的逸散   生物堆土法的不足之处 难以将污染物的浓度减少到95或小于0.1ppm的处理程度 无法处理高污染浓度的土壤 (如总石油氢化合物 50,000ppm )    重金属浓度高时(>2,500ppm), 会抑制微生物生长 处理过程中,污染物易由挥发作用, 而非生物降解作用被处理  虽较土耕法需较小的土地, 但仍需较大的土地面积    产生的废气需经处理后排放 避免渗出水污染,底部需设置不透层    Bioreactor (生物反应器) 主要的几种污染物修复 石油污染的生物修复 重金属污染的生物修复 富营养化养殖区的生物修复 农药污染生物修复 生物修复工程技术可行性研究v 数据调查v 技术查询v 选择技