▏受污染水体的生物修复技术[专业内容]

1、受污染水体的生物修复技术,1,高等教育,2,高等教育,水污染的种类,有机物污染 重金属污染 氮磷富营养化物,3,高等教育,4,高等教育,5,高等教育,澳大利亚大堡礁因环境污染正在消亡,6,高等教育,水体的生物修复,指生物特别是微生物催化降解有机污染物，从而去处或消除环境污染的一个受控的过程，即利用培育的植物或培养、接种的微生物的生命活动，对水中污染物进行转移、转化及降解，从而使水体得到净化的技术。,7,高等教育,广义的生物修复,指一切以利用生物为主体的环境污染的治理技术。它包括利用植物、动物和微生物吸收、降解、转化土壤和水体中的污染物，使污染物的浓度降低到可接受的水平，或将有毒有害的污染物转化

2、为无害的物质，也包括将污染物稳定化，以减少其向周边环境的扩散。,8,高等教育,狭义的生物修复,是指通过微生物的作用清除土壤和水体中的污染物，或是使污染物无害化的过程。它包括自然的和人为控制条件下的污染物降解或无害化过程。,9,高等教育,对于修复的主体而言分为：,植物修复 动物修复 微生物修复,10,高等教育,对于修复受体，生物修复技术被划分为：,原位微生物修复：指对受污染的介质（土壤、水体）不作搬运或输送而在原位污染地进行的生物修复处理，其修复过程主要依赖于被污染地自身微生物的自然降解能力和人为创造的合适降解条件。 异位生物修复：指植被污染介质（土壤、水体）搬动或输送到它处进行生物修复处理。但

3、这里的搬动和输送是低限底的，而且更强调人为控制和创造更加优化的降解环境。 联合生物修复:是一种结合原位生物修复和异位生物修复能够扬长避短,是在当今环境修复中应用较广泛的生物修复措施。,11,高等教育,生物修复技术的优点,污染物在原地被降解； 修复时间较短； 就地处理操作简便，对周围环境干扰少； 较少的修复金费，仅为传统化学、物理修复金费的30%50%； 人类直接暴露在这些污染物下的机会减少； 不产生二次污染，遗留问题少。,12,高等教育,生物修复的局限性,不能降解所有进入环境的污染物 需对污染区的状况和存在的污染物进行详细而昂贵的现场调查 特定的微生物只降解特定类型的化学物质 微生物活性受温度

4、和其他环境条件影响 生物修复不能将污染物全部去处,13,高等教育,水体修复的主要处理方法,生物处理技术 生态塘(氧化塘)处理法 人工湿地处理技术 土地处理技术,14,高等教育,污染河流的生物修复,强化自然净化修复：通过采取措施，向河流输送某种形式的能量或物质，强化河流的自我净化过程，加快河流的修复,是一类原位修复技术。,15,高等教育,常用的几种技术：,河流水体曝气复氧技术 多功能河道生态工程修复技术 生物试剂添加技术（投菌法）,16,高等教育,其他几种修复,陆地生态修复 水生生态修复 湿地生态修复,17,高等教育,新泾港河道曝气复氧生物修复试验,新泾港是苏州河的一条支流，水体受有机物严重污染

5、并呈黑臭。上海市环科院于1998年1112月在河道内三个断面各设置一个曝气点进行水体曝气复氧生物修复试验。 结果表明人工曝气复氧可大大提高原先呈厌氧水体的溶解氧 ，从而刺激降解有机物的好氧土著菌的生长。,18,高等教育,广州河道生物修复成功案例,黑臭河道水体： 朝阳涌 古廖涌,应用技术： 底泥生物氧化 水体生物修复 河涌生态恢复,19,高等教育,修复后,20,高等教育,上海徐汇区上澳塘水体生物修复试验,试验采用美国Probiotic Solutions公司的水体净化促生液，对徐汇区上澳塘黑臭水体进行生物修复。 结果表明，该净化促生液具有促进水体好氧洁净状态生态系统各类微生物的生长，及向良性生态

6、区系演替的作用，可促进污染水体中微生物由厌氧向好氧演替，生物由低等向高等演替，水体中生物多样性增加；同时，还可促进水体中有机物的降解，并有助于水体增氧，可有效地消除水体黑臭。,21,高等教育,水体净化促生液（Bio-energizer），其含有降解污染物的多种酶，以及促进微生物生长的有机酸、微量元素、维生素等成分。 在投加到受污染水体中后，酶可立即发挥作用，迅速将各类污染物降解成CO2、H2O等无机物，达到稳定化的目的，并使水体内污染物的耗氧量大大下降。 其后，河道中天然存在的污染物降解微生物（或称土著微生物）利用促生液中微量元素、维生素及污染物降解中间产物小分子有机物迅速生长，使残存的有机物

7、继续降解，有机物分解后释放的N、P等营养会同促生液中的微量元素及维生素等又可促进水体中藻类的生长，藻类在光照下进行光合作用释放的氧大大加速了黑臭、缺氧水体的天然复氧作用。,22,高等教育,结果使河道水体的复氧作用大于耗氧作用，河水中溶氧水平逐渐恢复。溶解氧的出现和升高又有助于好氧微生物区系的建立，有利于污染物在好氧条件下的彻底降解，并刺激了摄食藻类的微型动物、甚至鱼类的恢复和生长，它们可使过高的藻类密度得以降低。 由上可见，污染水体在投加水体净化促生液后，可加速污染水体净化过程中微生物及生物的演替，直接（依靠酶）或间接（借助于放氧光合生物产生的氧）地在生物的作用下使污染物得以降解，转化成CO2

8、、H2O等稳定的无机物，增加了水体中生物的多样性，并使河道水体建立起一个在洁净水体中才能见到的良性循环的生态系统。,23,高等教育,湖泊的生物修复,现状 我国湖泊水污染已相当严重，主要表现是“富营养化”。已有约65%的湖泊呈现富营养状态，还有约29%正在转向富营养状态。湖泊水的污染不仅仅影响水体的功能例如供应生活用水，以及危害水生生物，而且正在导致湖泊本身的消亡。,24,高等教育,常用的修复方法：,富营养化的微生物修复 富营养化的水生植被修复 富营养化的生物操纵修复 富营养化的底泥环境疏浚修复,25,高等教育,一.富营养化的微生物修复,深水曝气修复 指向湖泊中进行人工复氧。 生物试剂添加修复

9、向污染的湖泊中投加人工培育的 活性微生物，强化河流有机物的降解。,26,高等教育,河湖富营养化的重要特征是水体上层好氧，下层缺氧。通过一定的增氧设备，增加水体溶解氧，能加速河湖水体和底泥微生物对污染物分解，为水体中各种水生动物呼吸提供氧气，促进系统生物多样性。 水体曝气复氧一般采用固定式充氧站和移动式充氧平台两种形式，可以充空气，也可以进行纯氧曝气。湖泊多采用深层曝气，目前我国在城市水环境治理中应用较多的是纯氧增氧曝气船。人工增氧是城市水环境生物修复的重要措施，被广泛应用于黑臭河道和水体富营养化治理，取得了许多成功案例。,27,高等教育,深水曝气修复的原理,在不改变水体分层的状态下提高溶解氧的

10、浓度 改善冷水鱼类的生活环境和增加食物供给 改善泥界面厌氧环境为好氧条件，降低内源性磷的负荷 降低氨氮，铁，锰等离子性物质的浓度,28,高等教育,深水曝气的方式,机械搅拌（成本高，效率低） 注入纯氧（效率高，但容易引起深层水与表层水混层） 注入空气（成本最低而效果最好，应用的最多）,29,高等教育,从实际应用情况来看,曝气系统能够有效地增加水层的溶解氧，同时氨氮和硫化氢能够得到降低，厌氧环境可以转变为好氧环境。 但内源性磷的控制效果不稳定，停止曝气就恢复到原来的水平。因此，对富营养现象的改善或对藻类生长的空制不如预期的理想。,30,高等教育,研究发现,曝气会影响水体生物，深层水由由于从厌氧转变

11、为好氧，相应生物种类分发生比较大的变化。 如增加了食草生物的生存空间，某些大型食草生物的增加有助于控制藻类等富营养化生物的生长。 曝气可能有着更深远的作用。,31,高等教育,二.富营养化的水生植被修复,湖泊水生植被的恢复是湖泊环境综合治理的一个重要环节。对于浅水湖泊而言，重建水生植被是富营养化治理和湖泊生态恢复的重要措施。 我国许多城市湖泊，游览型湖泊和水源型湖泊已经过治理，但尚没有湖泊脱离富营养水平，关键在于缺乏水生植被的恢复环节。,32,高等教育,水生植物可以显著提高富营养水体的水质，对有毒的有机污染也有明显的净化作用。恢复以沉水植物为主的水生植被是合理有效的水质净化和生态系统恢复的重要措

12、施。,33,高等教育,水生植被的优化设计,先锋物种的选择 先锋物种的选择是对水生植物生物学特性，耐污性，对N，P出去能力等的研究基础上，筛选出几种具有一定耐受性的，能适应湖泊水质现状的物种作为恢复的先锋物种同时为水生植物群落恢复提供建群物种。 1 物种选择原则 适应性原则 本土性原则 强净化能力原则 可操作性原则 2确定植物种类,34,高等教育,35,高等教育,群落配置 群落配置就是通过人为设计，将欲恢复重建的水生植物群落，根据环境条件和群落特性按一定的比例在空间分布和时间分布方面进行安排，高效运行达到恢复目标，即净化水质，形成稳定可持续利用的生态系统。 1水平空间配置 指在湖泊不同的受污染水

13、域或湖区上配置不同的植物群落。 2垂直空间配置 水生植物的生长和分布与水深有密切的关系，有的植物只能分布在浅水区，有的则在深水区 。,36,高等教育,水生植物能够不同程度地清除被污染水体的氮、磷，重金属及有机污染物，并在污水治理中得到了广泛的应用。通过分析水生植物对水中氮、磷等营养元素和污染物的吸收及分解作用，可选择不同的水生植物及其组合来适应不同的受污染水体。还可通过控制水生植物的数量来调控净化能力的大小，以修复受污染水体并保持水质。 科学的管理和转化利用是治理的关键。适量的水葫芦生长有利于水质的净化，在水葫芦长到适当时就需要打捞，并通过发酵转化等技术将其转化利用，防止其腐烂造成的二次污染。

14、沉水植物的治理对湖泊生态系统有着重大影响，但如果缺乏反馈机制结果会更恶劣 。,37,高等教育,三.富营养化的生物操纵修复,生物操纵技术的基本概念，最早由Shapiro提出来的。它的基本概念，就是利用调整生物群落结构的方法控制水质；其主要原理是调整鱼群结构，保护和发展滤食性的浮游动物，从而控制藻类的过度生长；其核心是利用浮游动物滤食浮游藻类，增加水体透明度。,38,高等教育,实践证明,鳙、鲢鱼和螺、蚌等底栖动物有滤食浮游藻类或刮食着生藻类的作用，通过增加消费者规模，加快生产者消耗速度，促进河湖生态系统物质循环，还可通过对鱼类等捕获，将N、P营养盐和有机污染物移出河湖生态系统。生物操纵技术已被应用于湖泊富营养治理，并取得了一定效果。,39,高等教育,四.富营养化的底泥疏浚修复,底泥疏浚是清除江河湖库内源污染的重要措施,其疏浚方案的制定有其重要的内涵,应对疏挖深度、疏挖形式、疏浚设备、底泥处置等问题给予科学的分析,真正实现通过疏浚改善水环境的目标,并能为进一步修复和重建良好的水生态系统创造条件.,40,高等教育,目前我国水环境生物修复存在的问题,重水体生物修复而忽视底泥生物修复 重外源微生物投放而忽视土著微生物激活 重单一措施而忽视综合处理 重污染源控制而忽视水环境生态恢复,41,高等教育,生物修复技术水环境治理应用探讨,水环境调查是基础 启动水体的生态系统