环境污染的生物防治

1污染生态学Pollutionecology第七章环境污染的生物防治（Chapter7:BiocontrolofEnvironmentalPollution）主讲：2二、水污染的生物防治内容提要一、大气污染的生物防治三、土壤污染的生物防治3一、大气污染的生物防治（一）绿色植物防治CO2污染（二）绿色植物对有害气体的吸收作用（三）绿色植物的减尘滞尘作用（四）绿色植物的杀菌作用（五）植物对大气中放射性物质污染的净化作用（六）植物对居室内空气的净化4（一）绿色植物防治CO2污染■绿色植物既是环境中O2的主要制造者，又是CO2的主要消耗者。CO2是植物光合作用的主要原料。在高产作物中，生物产量的90%取自空气中的CO2，5-10%来自土壤。■植物叶片形成1g葡萄糖需要消耗2500L空气中所含的CO2，而形成1kg葡萄糖，就必须吸收250万L空气中所含的CO2，每年被地球上全部植被所吸收的CO2为9.361012t。5（一）绿色植物防治CO2污染■通常，1hm2阔叶林在生长季节内，通过光合作用，一天可吸收1tCO2，释放出0.73tO2。以一个成年人每天呼吸需0.75kgO2，排出0.9kgCO2计，每人需要有10m2森林面积。■一块生长良好的草坪，在进行光合作用时，每平方米每小时可吸收1.5gCO2，每人每小时呼出的CO2约为38g，因此，白天25m2的草坪就可以把一个人呼出的CO2全部吸收。加上晚间植物呼吸作用所增加的CO2，则每人50m2的草坪就可维持二氧化碳的平衡。6（二）绿色植物对有害气体的吸收作用1．对SO2的吸收作用■某些植物叶片不仅能吸收大气中的SO2，减少其含量，而且还能使吸入叶片的SO2形成亚硫酸和亚硫酸根离子（毒性很强），而亚硫酸根离子能被植物氧化，并转变为硫酸根离子，其毒性比亚硫酸根离子小30倍，所以这类植物能自行解毒，将有毒物转化为无毒物。7（二）绿色植物对有害气体的吸收作用1．对SO2的吸收作用■一般植物叶片中硫的含量为0.1-0.3%（干重）左右，柑橘的叶片积累硫可达0.77%以上，1hm2柑橘树每年能吸收1.4tSO2。■1hm2柳杉林每年能吸收720kgSO2。■污染源附近的松林叶中含硫量为0.6-0.8%，而非污染源地区仅含0.1%，说明松树有吸收硫的能力。8（二）绿色植物对有害气体的吸收作用1．对SO2的吸收作用■人们在长期实践中，通过实验、观察、分析得知，吸硫能力较强的常见树种（即1g干叶能吸收10mg以上硫）有：垂柳、山渣、洋槐、臭椿、苹果、刺槐、桃树、兰桉、丁香、枣树、玫瑰、夹竹桃等。9（二）绿色植物对有害气体的吸收作用2．对光化学烟雾的防治作用■光化学烟雾是由汽车使用的汽油等化石燃料，经燃烧并与空气中的氮气反应生成NO2、NO等NOx、HC和CO等污染物，在阳光照射下发生一系列光化学反应所形成的一种刺激性、浅蓝色的混合性烟雾，其中主要含有O3（约占90%）和PAN等氧化剂。10（二）绿色植物对有害气体的吸收作用2．对光化学烟雾的防治作用■光化学烟雾对人的眼睛和呼吸道有很明显的刺激作用，可使呼吸系统疾病加重。1955年发生在美国洛杉矶市的光化学烟雾事件中，4d内就造成400余位65岁以上老人死亡。■最近，有报告称，NO2分子可与DNA碱基反应，碱基的结构将被修饰，因此，NOx具有致癌性和突变诱发性。11（二）绿色植物对有害气体的吸收作用2．对光化学烟雾的防治作用■植物具有利用光能将NO2还原同化为氨基酸的能力，有利用NO2生产氮肥的能力。对NO2同化能力强的植物是野生菊科的某些植物，如赤桉、金合欢等。■绿色植物对CO和NO也有较强的吸收作用；冬青、法国梧桐、洋槐、刺槐、银杏等对光化学烟雾产生的O3有较强的吸收能力。12（二）绿色植物对有害气体的吸收作用3．对氯气的吸收作用■Cl2对植物的毒害作用比SO2强，据有关人工熏气实验表明，与SO2浓度相同时，Cl2对植物的危害程度约为SO2的3倍。■植物对Cl2具有一定的吸收和积累能力，多数植物叶片中Cl含量在0.3-5g/kgd.wt之间。据测定，以下几种树木每公顷林地的吸氯量分别为：桎树140kg，皂荚80kg，刺槐42kg，银桦35kg，兰桉32.5kg，华山松30kg，垂柳9kg。实验证明，吸氯量高的树种有京桃、山杏、糖槭、家榆、紫椴、山梨、水榆、山楂、白桦等。13（二）绿色植物对有害气体的吸收作用4．对氟化物的吸收作用■氟化物主要有氟化氢、四氟化硅、氟硅酸及氟化钙等，其中排放量大、毒性最强的是氟化氢。■HF对人体的危害比SO2约强20倍，比Cl2大5倍。■据研究，植物体本身含有一定量的氟元素，大多数植物的含氟量在10-35mg/kg。吸氟量高的树种有：枣树、榆树、桑树、山杏等。14（二）绿色植物对有害气体的吸收作用5．对重金属和其他有害气体的吸收■植物能吸收Pb蒸气，通过气孔呼吸可将Pb蒸气污染物吸滞降解，从而起到对大气污染的净化作用。■吸铅量高的树种有桑树、榆树、旱树、梓树。正常植物灰分中大约含Pb10-100mg/kg，而公路附近接触过含Pb废气的植物，其灰分中Pb含量可达1000mg/kg。15（二）绿色植物对有害气体的吸收作用5．对重金属和其他有害气体的吸收■许多植物能吸收NH3，如大豆、向日葵、玉米和棉花等。生长在含有NH3的空气中的林木，特别是蝶形花科树种，能直接吸收空气中的NH3，以满足本身所需要的总氮量的10-20%。16（二）绿色植物对有害气体的吸收作用5．对重金属和其他有害气体的吸收■有些植物不仅在汞蒸气的环境下生长良好，不受危害，而且能吸收一部分汞蒸气。棕榈等有较强富集汞的能力，各部位对汞吸收量呈现叶茎根。■上海市某地区测定以下植物对汞的吸收量分别为：夹竹桃Hg96(μg/g干重)，棕榈84，樱花60，桑树60，大叶黄杨52，八仙花22，美人蕉19.2，紫荆7.4，广玉兰6.8，桂花5.1，腊梅1.4（所有对照植物中都不含Hg）。17（三）绿色植物的减尘滞尘作用■林木的减尘作用表现在两个方面：▲林木树冠茂密，具有强大的降低风速的作用，随着风速的降低，空气中携带的烟尘和较大粉尘迅速降落到树木的叶片或地面上；▲不同树木叶片表面的结构不同，有的植物树叶表面粗糙多绒毛，有的植物叶片还能分泌粘性油脂及汁液，空气中的颗粒物在经过树木时，便被附着于叶面及枝叶上。18（三）绿色植物的减尘滞尘作用■草皮的减尘作用也很重要。由于其根茎与土表紧密结合，形成地被，不仅固定地表尘土，而且在草坪上沉积了各种尘埃，有风时也不容易出现二次扬尘，对减尘有特殊功效。羊胡子草、狗牙根、早熟禾、紫羊茅、黑麦草等均是良好的草坪防尘植物。19（四）绿色植物的杀菌作用■通常，空气中的尘埃上附有不少细菌，其中不少还是对人体有害的病菌。城市空气中通常存在杆菌37种，球菌26种、丝状菌20种，芽生菌7种，另外还有多种病菌。■在林区，大气中的尘埃少，各种细菌数量也少，这是由于绿色植物的减尘作用，因而也就减轻了空气中的细菌含量。■同时，某些树木还能分泌挥发性杀菌物质，即植物杀菌素，如丁香酚、松脂、肉桂油等，具有杀菌能力。洋葱、大蒜的碎糊能杀死葡萄球菌、链球菌和其他细菌。20（四）绿色植物的杀菌作用■根据有关部门测定：在人流稀少的绿化带和公园中，空气中的细菌量一般为1000-5000个/m2，在公共场所或闹市区，空气中的细菌含量高达20000-50000个/m2，基本没有绿化的闹市区比行道树枝繁叶茂的闹市区空气中的细菌量要高0.8倍左右。■油松、核桃、白皮松、云杉、紫薇、侧柏、梧桐、茉莉、旱柳、花椒、毛白杨等树种均是杀菌能力较强且适宜城市种植的树种。21（五）植物对大气中放射性物质污染的净化作用■美国科学家做过实验，用不同剂量的中子/伽玛混合辐射照射5块栎树林，发现剂量在15Gy（戈瑞，即J/kg，1Gy=100rad）以下时，树木可以吸收而不影响枝叶生长；剂量为40Gy时，对枝叶生长量有影响；当剂量超过150Gy时，枝叶大量减少。而酸叶树，在中子/伽玛混合辐射剂量超过1500Gy时仍能正常生长。实验表明，森林可减低入侵放射物质30-60%。22（六）植物对居室内空气的净化■据调查，人们在家的时间平均达66%，加上在办公室工作的时间，在室内停留的时间总计达到94%，因此，室内空气质量直接关系到人们的健康。据美国环境保护局（EPA）调查，各种建材造成的污染是一般室内污染的2-5倍。■通过对各种生物功能的研究，发现室内观叶植物的净化能力最强。观叶植物的叶面气孔可强烈吸收大气中的甲醛。呼吸率高的植物，如钻天杨、刺槐、鸡爪槭对甲醛的吸收率也高，不同树种的甲醛吸收率为落叶阔叶树常绿阔叶树针叶树。23（六）植物对居室内空气的净化■室内最适宜养的一些花草，如龟背竹，其夜间能大量吸收CO2，另外，仙人掌、仙人球、昙花等仙人掌科植物，兰科的各种兰花，石蒜科的君子兰、水仙，景天科的紫荆花都有这种奇特功能。■美人蕉对SO2有很强的吸收性能。■室内摆一两盆石榴能降低空气中的Pb含量，还能吸收S、HF、Hg等；■月季、蔷薇能较多地吸收H2S、HF、苯酚、乙醚等有害气体。24（六）植物对居室内空气的净化■吊兰、芦荟可消除甲醛的污染。■紫薇、茉莉、柠檬等植物，可以杀死原生菌，如白喉菌、痢疾菌等；茉莉、蔷薇、石竹、紫罗兰、玫瑰、桂花等植物散发出的香味对结核杆菌、肺炎球菌、葡萄球菌的生长繁殖具有明显的抑制作用。■兰花、桂花、红背桂是天然的除尘器，其纤毛能截留并吸滞空气中漂浮的微粒及烟尘。25二、水污染的生物防治（一）活性污泥法（二）生物膜法（三）厌氧生物处理法（四）氧化塘法（五）土地处理系统（六）建立良好水生生态系统26（一）活性污泥法活性污泥法的基本原理27活性污泥法的基本流程曝气池曝气沉淀池泥水分离出水进水剩余污泥回流污泥28（二）生物膜法29（三）厌氧生物处理法30（四）氧化塘法31（五）土地处理系统■土地处理系统（LandTreatmentSystem）利用土地及其中的微生物和植物根系对污染物的净化能力来处理已经经过预处理的污水或废水，同时利用其中的水分和肥分促进农作物、牧草或树木生长的工程设施。32（六）建立良好水生生态系统经典生物操纵非经典生物操纵33三、土壤污染的生物防治（一）土壤污染的基本特点（二）土壤自净作用与土壤环境容量（三）污染土壤的植物修复技术（四）污染土壤的微生物修复技术34（一）土壤污染的基本特点1．隐蔽性与滞后性2．累积性与地域性3．不可逆转性4．治理难且周期长351．隐蔽性与滞后性水体污染常常肉眼就容易辨识，大气污染在达到一定程度时通过感官就能发觉。但是，土壤环境污染却往往要通过对土壤样品进行分析化验和对粮食、蔬菜、水果的残留物检测以及对摄食的人或动物的健康检查才能揭示出来，即土壤污染而且土壤从产生污染到其危害被发现通常会滞后较长时间。362．累积性与地域性污染物在大气和水体中，一般是随着气流和水流进行长距离迁移。在土壤中并不象在大气和水体中那样容易扩散和稀释，因此容易不断积累而达到很高的浓度，从而使土壤污染具有很强的地域性特点。373．不可逆转性大气和水体如果受到污染，切断污染源之后通过稀释作用和自净作用就有可能使污染不断减轻，但是难降解污染物积累在土壤中则很难靠稀释作用和自净作用来消除，并且对生物体的危害和对土壤生态系统结构与功能的影响不容易恢复。384．治理难且周期长土壤环境一旦被污染，仅仅依靠切断污染源的方法往往很难自我恢复，必须采用各种有效的治理技术才能消除现实污染。但是，从目前现有的治理方法来看，仍然存在治理成本较高和周期较长的矛盾。39（二）土壤自净作用与土壤环境容量■土壤自净作用，即土壤的自然净化作用，是指在自然因素的作用下，通过土壤自身的作用，使污染物在土壤中的数量、浓度或毒性、活性降低的过程。■按作用机理的不同，土壤自净作用可划分为物理净化作用、物理化学净化作用、化学净化作用和生物净化作用等四个方面。40物理净化作用■土壤是一个多相的疏松多孔体，犹如天然的大过滤器。固相中的各类胶态物质——土壤胶体又具有很强的表面吸附能力。因而，进入