第10章环境污染生物修复技术

第十章环境污染生物修复技术生物修复技术的主要工艺2水体污染的生物修复技术3土壤污染的生物修复技术4生物修复技术与生物恢复1石油污染的生物修复技术3第一节生物修复技术与生物恢复•生物修复（Bioremediation）•利用生物降解有机污染物，从而修复被污染环境或消除环境中的污染物的过程。一、生物修复的概念•生物恢复向污染场地添加营养物和氧，利用土著微生物分解有害物质的生物修复过程。生物恢复是生物修复技术的一种。生物微生物植物动物广义狭义56二、生物修复技术的分类按修复主体分类按修复场所分类按修复受体分类1.按修复主体分类微生物修复：利用微生物催化降解作用清除环境中的污染物。微生物降解速度很慢，可采取提供氧气、添加养分、驯化培养等方法来强化植物修复：植物能忍耐和积累某种化学元素，利用植物清除环境中的污染物。植物修复过程较慢，可筛选出超积累植物、培育出高效去除污染物的植物。动物修复土壤动物如蚯蚓、线虫、跳虫、蜈蚣、蜘蛛等，能吸收或富集土壤中的残留农药，并通过代谢把农药分解为低毒或无毒产物。生态修复利用培养的生物或微生物的生命活动，对环境中污染物进行降解。82.按修复受体分类土壤01水体02固废04大气03•原位生物修复（in-sitebioremediation）•异位生物修复（ex-sitebioremediation）•原位-异位联合生物修复（combinedbioremediation）3.按修复场所分类•概念•采取工程措施，有目的地操作环境系统中的生物过程，加快环境修复。•途径1生物强化修复：提供营养、改善环境，增加微生物数量、活性和降解能力；•途径2生物接种修复：投加实验室培养的对污染物具有亲和性的微生物。11•概念•基本不破坏土壤和地下水的情况下，不做搬运或运输，在原位直接采用生物修复受污染环境。•分类•原位工程生物修复•原位自然生物修复•特点•成本低廉但修复效果差，适合于大面积、低污染的环境12（1）原位生物修复•概念将受污染的环境对象搬运到其它场所，借助于生物反应器集中修复。•特点修复效果好但成本高昂，适合于小范围、高污染、以及难处理有机污染物的环境。13（2）异位生物修复（3）原位-异位联合生物修复•概念•将原位生物修复和异位修复相结合。•方法•水洗-生物反应器法•土壤通气-堆肥法•特点•能扬长避短，应用前景好。化学淋洗修复异位生物修复土壤蒸气浸提生物强化修复原位工程生物修复14二、生物修复技术的条件特点•必须具备有代谢活性的微生物；•微生物必须能以相当速率降解污染物，并使污染物浓度降低到要求范围内；•过程中不产生有毒副产物；•污染场地污染物对微生物无害；•目标化合物需能被微生物利用；•污染场地或反应器条件有利于微生物生长或保持活性；•对于重金属污染，选择适合当地环境的植物；•处理费用尽可能低。1.生物修复条件：1.可现场进行，节省费用；2.环境影响小，不产生二次污染；3.最大限度降低污染物的浓度；4.处理其他技术难以应用的场地；5.同时处理受污染的土壤和地下水。1.耗时长；2.条件苛刻；3.并非所有污染物都能被生物修复；4.特定生物只能降解特定物质。优点缺点16二、生物修复技术的条件特点四、生物修复影响因素与基本措施1.用于生物修复的生物种类土著微生物A外来微生物B基因工程菌C用于生物修复其它微生物D微生物产品和酶E植物及超累积植物F土著微生物•自然界有大量微生物，环境受污染后会出现自然选择，使适合的微生物不断增长。•生物降解通常是分步进行的，一种微生物的分解产物可成为另一种微生物的底物。•污染物和其相应的降解菌请见下表19外来微生物•污染环境中，当土著微生物生长过慢，代谢活性不高，或者污染物造成其数量下降时；可人为投加一些适宜该污染物降解、与土著微生物能相容的高效菌。•投珊瑚色诺卡菌来处理含腈废水•用热带假丝酵母来处理油脂废水•用光合细菌加强硫、氮素的转化•用玉垒菌降解河底淤泥的有机物20基因工程菌•采用基因工程技术，将降解性质粒转移到能在污水和污染土壤中生存的菌体内，构建高效降解污染物的工程菌。•20世纪70年代以来，科研人员发现了许多具有特殊降解能力的细菌，如•石油降解质粒•金属降解质粒•农药降解质粒21案例•为了消除海上溢油污染，将不同菌株的四种降解性质粒结合并转移至一个菌株中，构成一株能同时降解芳香烃、多环芳烃和脂肪烃等的“超级细菌”。•该菌能将天然菌要花一年以上才能消除的浮油用几小时消除，从而取得了美国的专利权。案例•生存与污染环境中的某些细菌细胞内存在着抗重金属的基因，目前已发现抗汞、抗镉、抗铅等多种菌株。•但这类菌株生长慢，把这种抗金属基因转移到生长快的菌种，组成生长快、能富集重金属的新菌株。23用于生物修复的其他微生物•藻类•通过放氧，使污染后缺氧的水体恢复到有氧状态，使好氧细菌对污染物的降解顺利进行。•微型动物•通过吞噬过多的藻类和一些病原微生物，间接对水体起净化作用。24微生物产品和酶•美国某公司推出20余种复合微生物，用于不同有机物的降解。•霉菌的酚氧化酶能够通过氧化耦合反应，将酚类污染物解毒。•日本某公司研制的生物剂，能用于污染河道的生物治理。25植物及超累积植物利用植物的独特功能，并和根际微生物协同作用，用于修复重金属污染的土壤，净化空气和水体，清除放射性核素并净化土壤中的有机污染物，具有费用低、功效长、安全性和多重效益并存的优点。四、生物修复影响因素与基本措施2.生物修复影响因素•生物修复主要涉及微生物、污染物和土壤，因此影响因素为微生物活性、污染物特性和土壤性质，在选择生物修复时应加以考虑。①微生物营养盐②电子受体③复合基质④微生物间协同作用⑤捕食作用⑥植物根系的影响第二节水体污染生物修复技术1.污染河流的生物修复自然净化修复与强化自然净化修复•自然净化（naturalpurification）:是河流的一个重要特征，指河流受到污染后能够在一定程度上通过自然净化使河流恢复到受污染以前的状态。•河流自然净化的关键是有机物的好氧生物降解过程。•强化自然净化修复(enhancednaturalpurification):指通过采取措施，向河流输送某种形式的能量或物质，强化河流固有的自我净化过程，加快河流的修复过程，是一类原位修复技术。•包括三个途径：•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①河流水体曝气复氧技术aerationofriverwater指向河流中进行人工复氧，可以是空气，也可以是纯氧。比如，我国于1990年8-9月亚运会期间，有关部门在清河的一个河段放置8台11.025kW（15马力）的曝气设备，结果表明溶解氧的含量从0上升到6mg/kg。水体BOD5去除率达到60％，河流臭味基本得到消除。②多功能河道生态工程修复技术multifunctionalecologicalengineering指将城市河道设计成具有多种自然景观和生物类群，景观与净化功能并存的多功能河道净化系统，是利用多功能河道净化污水的生态工程技术。•采用有效附着或微生物的载体替代混凝土护坡，并将河道的有用空间有效的利用于培植水生生物，以确保河道对污水的有效净化。•多功能河道净化系统中既有水生植物、昆虫、鱼类等水生生物，也有鸟类和哺乳类动物，它们共同构成完整的食物链，进一步强化水体的自净功能。③生物试剂添加技术•也称投菌法（bioticadditives）,是向被污染的河流中投加人工培养的微生物，强化河流有机物的降解。•这些菌剂在养殖水体净化、河流修复及污泥去除等方面有许多成功案例。成功案例•1999年10－12月，由华东师范大学、美国Probiotic公司共同采用美国Probiotic公司水质净化促生液对上澳塘黑臭水体进行了生物修复试验，试验表明，在水力负荷0.2-0.5m河水/(m3河道容积.天)，水力停留时间2-5天，水温10-20C，经治理后，水体可消除黑臭。•CODCr下降50％；BOD5下降70％；水体透明度从20cm增加到70cm；微生物区系由厌氧向好氧转变，生物种群由低等向高等演替，水体中的多样性增加。修复前修复后，微生物处理6周