环境修复学复习资料

原位生物修复：又称就地生物修复，是指在基本不破坏土壤和地下水自然环境的条件下，对受污染的环境对象不作搬运或输送，而在原场所进行生物修复异位生物修复：是指将受污染的环境对象搬运或输送到其他场所，进行集中修复甲基化作用：(1)Hg、Cd、Pb、As等离子能在微生物的作用下发生甲基化反应(2)甲基传递体——甲基钴胺素，它是一种活泼的，能够使金属离子甲基化的物质→甲基供体(3)在ATP及特定还原剂条件下，甲基钴胺素作为甲基供体，使金属离子与甲基结合而生成甲基汞、甲基砷等(4)假单胞菌属在甲基化作用中有重要贡献.微生物吸附：(1)仅指失活微生物的吸附作用，不包括生物的新陈代谢作用和物质的主动运输过程(2)微生物吸附能力与其细胞壁结构、成分密切相关(3)可以将细胞杀死后，经过一定处理，使其具有一定粒度、硬度及稳定性，便于贮存、运输和实际应用微生物累积：(1)主要利用生物新陈代谢作用产生的能量，通过单价或二价离子的转移系统把重金属离子输送到细胞内部(2)效果较好，但实际应用中受限较多生物修复的优点1）现场进行，节省治理费用2）环境影响小，不会形成二次污染或导致污染的转移，永久消除污染物的长期隐患3）最大限度的降低污染物的浓度，有时甚至会低于检测限4）在其他技术难以使用的场地（如建筑物或公路下不能挖掘搬出）可以采用就地生物修复技术--独到优势5）可以同时处理受污染的土壤和地下水，也可以与其他处理技术结合使用，处理复合污染生物修复三原则：适合的生物，适合的场所，适合的环境可处理性试验目的：1环境中的污染物一般是混合性化合物，在某一现场起作用的生物修复技术在另一现场并不一定有效2对每个现场都需要进行可处理性试验研究，提供污染物在生物修复过程中行为和归宿的数据，用以评估生物修复技术可行性和局限性，规划保持生物修复系统中生物活性最大策略3根据可处理性试验得到的净化时间、净化所能达到的水平以及处理费用等，结合具体受污染现场的处理要求，就能决定生物修复技术是否能够在该地应用植物对气态污染物的粘附和吸收(1)植物能粘附吸收气态污染物，主要决定于植物表面积的大小和粗糙程度等(2)气孔是叶片吸收污染物的主要部位（SO2、O3）植物吸收：利用专性植物根系吸收一种或几种污染物特别是有毒金属，并将其转移，贮存到植物茎叶，然后收割茎叶，离地处理，也称植物萃取地表水状况一般分为间歇性蓄水、季节性蓄水、长期蓄水抑制解释①毒性抑制：由于一种化合物的毒性很高，抑制微生物生长而造成另一种化合物的降解缓慢，或者两种化合物组合在一起的毒性超出微生物的耐受程度②不利于抑制：一种化合物生成的产物不利于作用于第二种化合物的微生物群体③竞争抑制：在两种微生物分别降解两种基质时，由于微生物对某种限制因子（如低浓度磷）的竞争作用，使得一种化合物或两种化合物的生物降解速率下降④捕食抑制：如果有两种基质存在，将使细菌细胞数目增加，其中较大的群体会促进捕食的原生动物增加，结果是另一种微生物降解另一种基质的降解速率或降解程度将降低⑤阻抑：第一种基质分解代谢产生的中间代谢物对另一种基质分解代谢所需要酶的合成的阻抑，或者可能对已经存在的酶的活性抑制，或者是一种基质的吸收干扰、抑制另一种基质的吸收在有大量原生动物活动的环境中，原生动物的影响取决于捕食速率和降解速率植物修复的优点：①在修复土壤的同时也净化、绿化了周围的环境②对环境扰动少，对土壤来说属于原位处理③植物修复污染土壤的过程也是土壤有机质含量和土壤肥力增加的过程，被植物修复净化后的土壤适合于多种农作物的生长④植物固化技术使地表长期稳定，控制风蚀、水蚀，减少水土流失，有利于生态环境的改善和野生生物的繁衍⑤植物修复的成本较低，植物修复技术的局限性：①要针对不同污染物种类、污染程度的土壤选择不同的生态型植物②植物修复过程比物理化学过程缓慢③植物受病虫害袭击时会影响其修复能力④用于净化重金属的植物器官往往会通过腐烂、落叶等途径使重金属重返土壤，因此必须在植物落叶前收割植物器官，并将其无害化处理⑤用于清理重金属污染土壤的超累积植物通常矮小、生物量低、生长缓慢、生长周期长，因而修复效率低，不利于机械化作业功能团对生物降解的影响：1羧基、羟基或氨基取代至苯环上，新形成的化合物（苯酚和苯胺）比原来的化合物（苯）易降解，2甲基、硝基和氯取代基取代至芳香环上，使化合物的生物降解性能较苯环降低3卤代作用能降低化合物的可生物降解性，尤其是间位取代的苯环，抗生物降解更明显（五氯硝基苯）有机物结构影响生物降解性能的原因：1空间阻碍2毒性抑制3增加反应步数4有机物的生物可得性下降超富集植物：是能超量吸收重金属并将其运移到地上部的植物超富集植物界定因素:①植物地上部富集的重金属应达到一定的量②植物地上部的重金属含量应高于根部超富集植物修复存在的问题:①超积累植物是在重金属胁迫环境下长期强化、驯化的一种适应性突变体，往往生长缓慢，周年生物量受到限制②超积累植物多为野生型稀有植物，对生物气候的条件要求比较严格，区域性分布较强，因而筛选工作量大③超积累植物移植到本地时，其生态位低于本土植物，处于竞争劣势④利用基因工程定向培养超积累植物仍处于试验阶段，到实际应用还有一定距离预制床修复:1优点:可以在土壤受污染之初限制污染物的扩散和迁移，减少污染范围2缺点①费用显著高于原位修复②在运输过程中可能会造成进一步的污染物暴露，还会由于挖掘而破坏原地的土壤生态结构③大规模应用时，很难在特定时间达到预期效果影响堆制式修复的因素：①温度：不能超过60度②水分：一般堆制过程中水分不应超过60%。③原料配比：在实验室内根据耗氧速率确定最佳的混合比例④堆龄：会影响烃类降解速率生物过滤：用于修复挥发性化合物时，微生物常生长在固态载体上，含污染物的气流则通过该固态载体，由微生物将污染物降解，这种方法称为生物过滤水井的个数1地下水抽取流量2绘制单个水井的作用区范围曲线3将单个水井作用范围曲线按地图比例放置在污染区域地图上4如果一个水井的作用范围曲线足够覆盖整个污染区域，则说明单个水井就足够了5否则就用多个水井的作用范围曲线罗列在一起，直到能够覆盖整个污染区域，根据每一个作用范围曲线，就可以确定每一个水井在地图上的具体位置空气吹脱:是在一定的压力条件下，将压缩空气注入受污染区域，将溶解在地下水中的挥发性化合物、吸附在土壤颗粒表面上的化合物以及阻塞在土壤空隙中的化合物驱赶出来底泥对水体具有两重性：1为水体提供容纳及消除有害物质而净化水环境2底泥又不断向水环境释放污染物质，并且消耗水中DO地表水体污染的特点：1河流污染的特点:污染程度随径流变化、污染影响范围广而大和河流的自净能力较强。2湖泊（水库）污染特点：湖水稀释和运移污染物的能力弱和湖泊对污染物的生物降解、积累和转化能力强承压水特点：1没有自由水面，水体承受静水压力2有稳定的隔水顶板与底板，因而与外界的联系较差3补给：靠相邻潜水含水层侧向补给和上部潜水含水层的越流补给，埋藏区与补给区不一致4承压含水层的埋藏较深，其水位、水量和水温以及水质等方面受水文气象因素、人为因素及季节变化的影响小，受到污染的机会比潜水小优先污染物：从众多污染物中挑选出的一些重要的污染物优先进行控制确定优先污染物的原则：环境赋存量大、分布广泛、检出率高，或者毒性强、残留时间长、易积累的污染物质选择性基质：如果在环境中基因工程菌最初没有足够的合适能源与碳源，就需要添加适当的基质——选择性基质，促进其增殖并表达其产物生物通风修复：在某些受污染的土壤中，过高的有机污染物会降低土壤中的O2浓度，增加CO2浓度，进而抑制污染物的进一步生物降解，因此，为了提高土壤中污染物的降解效果，需要排出土壤中的CO2和补充O2大多数生物修复工程中实际应用的都是土著菌其原因：1土著菌降解污染物的潜力巨大2接种的微生物在环境中难以保持较高的活性以及工程菌的应用受到较严格的限制外来菌投菌法：1必要性:土著微生物生长速度太慢、代谢活性不高，或者由于污染物的存在而造成土壤微生物数量下降，因此需要接种一些降解污染物的高效菌2投放类型:从自然界中定向筛选的微生物和基因工程菌3投菌法:直接向遭受污染的土壤接入外源的污染降解菌，同时提供这些细菌生长所需营养4先锋生物：采用外来微生物接种时，会受到土著微生物的竞争，需要用大量的接种微生物形成优势，以便迅速开始生物降解过程.这些接种在土壤中用来启动生物修复的最初步骤的微生物被称为“先锋生物”，它们能催化限制降解的步骤5扩展用于生物修复的外来微生物的范围:天然存在的、有较好污染物降解动力学特性，并能攻击广谱化合物的微生物和在极端环境下生长的微生物6基因工程菌的投放理想选择性基质特点：对人和其他高等生物无毒，廉价、易使用土地耕作修复实质：土地耕种修复是以土壤作为接种物和供生物生长的基质的好氧生物过程土地耕种修复法范围：只能适用于30cm的耕层土壤土地耕作修复最大缺陷:污染物可能从污染地迁移土地耕作修复优点:简单经济，因此在土壤渗透性较差，土壤污染层次较浅，污染物又易降解时可以选用强化植物修复的原理：１从土壤入手:增加土壤中靶重金属的植物利用性和强化土壤中靶重金属向植物体迁移、转化和积累２从植物入手:在保证超积累植物与本地优势植物等不出现毒害的前提下堆制式修复的类型：条形堆制、静态堆制、反应器堆制。注：控制气体角度：反应器堆制》条形堆制》静态堆制生物过滤反应器优点①比物理和化学方法费用低，可以降解很多挥发性有机化合物，而且能降解低浓度的化合物。②能去除挥发性氯化合物强化自然净化修复：指通过采取措施，向河流输送某些形式的能量或者物质，强化河流固有的自我净化过程，加快河流的修复过程好氧塘：完全依靠藻类光合作用供氧的稳定塘，其水深应保证阳光投射到水底，以保证藻类在每个深度均能进行光合作用，而为净化有机污染物提供足够氧气前置塘：好氧塘在污水处理系统中的位置不同，作用不同，设置在系统前部的好氧塘②设置在处理系统后部的好氧塘，接受污染较轻的河水曝气塘按曝气程度分为好氧性曝气塘和兼性曝气。优点：有机污染负荷及去除率均很高，且易于操作维。缺点：运行费用高；出水中悬浮物浓度高，实际应用中后面需要连接兼性塘以改善最终出水水质水生植物塘修复缺点：植物生长的季节性限制了在寒冷地区不能自然越冬收获的水生植物在用作农肥或饲料时，它所富集的有害物质须控制在允许范围之内养殖塘修复注意：当进水中含有重金属和难降解有机物时，可通过食物链在动物体内富集，如供人食用可对健康造成威胁，必须对进塘河水水质实行严格控制渗滤湿地修复技术特点:1优势：修复效果好，由于采用地表布水、地下集水的运行方式，基本上不受气候影响，寒冷季节时只要有连续布水，保证水土界面不冻结，仍可以安全运行.2缺点：过高负荷的SS会降低土壤的渗滤性能，不利于修复工程的长期稳定运行.3方法：将水面湿地与渗滤湿地相结合，前30m采用水面湿地修复的工程结构，其后采用渗滤湿地的工程结构，可扬长避短抽提-处理修复：是一种传统的异位修复技术，通过采用一定方法，将地下水中的液态污染物与气态污染物抽取出来，在地面进行处理净化，又分为泵-处理修复和气体抽提修复泵-处理修复:概述:在地下水层受到污染时，采用水泵将地下水抽取出来，进行地面处理。一方面可以防止受污染的地下水向周围迁移、扩散，另一方面，抽取出来的地下水可以在地面得到合适的处理净化，然后再重新注入地下或排放进入地表水体，从而减少了地下水和土壤的污染程度单井作用范围三个影响因素：1：Q为井水抽取流量2:B为蓄水层厚度3：u为井周围地下水流速。Q/2Bu数值越大，即流量越大，地下水流速越慢或者蓄水层越薄，水井影响范围越大边缘曲线特征：y=0是驻波点，是水井对地下水下游方向影响最远的距离值为Q/2πBu。2：x=0处曲线沿y轴方向的宽度是整个宽度的一半等于Q/2Bu.3:x趋向于无穷，水井最上游沿y轴方向达到最宽作用范围值为Q/Bu气体抽提修复:利用真空泵和井，在受污染区域诱导产生气流，将有机污染物蒸气，或者将被吸附的、溶解状况的或者自由相的污染物转变为气相，抽提到地面，然后在进行收集处理气体抽提技术优点:1能够原位操作，