2020年南开大学环境化学ppt课件第七章

《环境化学》第七章受污染环境的修复第七章受污染环境的修复Chapter7.RemediationofContaminatedEnvironments《环境化学》第七章受污染环境的修复7-2电动力学修复活性反应格栅常见修复技术内容提要及重点要求表面活性剂淋洗微生物修复《环境化学》第七章受污染环境的修复7-3重点要求要求掌握主要修复技术的基本原理、修复过程中污染物的降解和消除过程、以及影响因素。要了解各技术适用的污染物及介质。《环境化学》第七章受污染环境的修复7-4引言Foreword修复（Remediation）是指采取人为或自然过程，使环境介质中的污染物去除或无害化，使受污染场址恢复原有功能的技术。《环境化学》第七章受污染环境的修复7-5重金属修复手段修复手段清除固定化稀释转化为低毒形态地下水矿化清除固定化土壤TextinhereTextinhere有机物修复手段修复介质地表淡水近海岸转化为低毒形态修复《环境化学》第七章受污染环境的修复7-6案例介绍——稀释法台湾地区近年连续发生镉米污染事件，曾采用不同方法减少危害，稀释法即为其中之一，此法仅适于污染浓度较低的土壤。开挖、堆置与曝晒特制筛床水平混合及初步破碎再次破碎与混合稀释再次水平混合回填并压实《环境化学》第七章受污染环境的修复7-7一、概述(Introduction)二、影响微生物修复效率的因素(InfluencingFactorsontheRemediationEfficiency)三、强化生物修复的主要类型(MainTypesofEnhancedBioremediation)四、生物修复的优缺点(StrengthsandWeaknessesofBioremediation)第一节微生物修复技术(7.1MicrobialRemediation)《环境化学》第七章受污染环境的修复7-8微生物修复技术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。一、概述Introduction微生物修复技术人为修复工程自然修复过程原位生物修复异位生物修复按修复实施的场址分类按控制条件分类《环境化学》第七章受污染环境的修复7-9自然修复需要的环境条件有充分和稳定的地下水流有微生物可利用的营养物有缓冲pH的能力有使代谢能够进行的电子受体自然修复过程《环境化学》第七章受污染环境的修复7-10生物刺激（biostimulation）满足土著微生物生长所必需的环境条件，诸如提供电子受体、供体、氧以及营养物等。生物强化（bioaugmentation）不断向污染环境投入外源微生物、酶、其他生长基质或氮、磷无机盐。加强修复速率常用的两种手段人工修复工程《环境化学》第七章受污染环境的修复7-11原位生物修复（in-situbioremediation）在污染的原地点进行，不挖出或抽取需要修复的土壤及地下水，采用一定的工程措施，利用生物通气、生物冲淋等方式进行。图渗透反应墙修复地下水硝酸盐污染示意图地下水硝酸盐污染原位微生物修复技术研究进展,水资源保护,2009,25(3):1-5污染源▽地下水位地下水流向渗透反应墙《环境化学》第七章受污染环境的修复7-12异位生物修复（ex-situbioremediation）需要挖掘土壤或抽取地下水，将污染物移动到邻近地点或反应器内进行。其过程更好控制、结果容易预测、技术难度较低，但投资成本较大。图生物滴滤池异位生物修复示意图水位抽水井地表面营养泵生物滴滤池泵污染区《环境化学》第七章受污染环境的修复7-13Considerationoftypicalfactorsrelatingtoin-situorex-situtreatmentofcontaminatedlandin-situex-situForLessexpensiveCreateslessdustCauseslessreleaseofcontaminantsTreatslargervolumesofsoilAgainstMoreexpensiveCreatesdustduringexcavationMaydispersecontaminantsLimitedinscale-batchestreatedindividuallyAgainstSlowerDifficulttomanageNotsuitedtohighclaysoilsorcompactedsitesForFasterEasiertomanage-ensureresultsSuitedtoavarietyofsitesincludinghighclayandcompactedsites《环境化学》第七章受污染环境的修复7-14In-situremediationExcavationofContaminatedSoil《环境化学》第七章受污染环境的修复7-15Bioremediationisoftenconsideredacosteffectiveandenvironmentalfriendlymethodandisgraduallymakinginroadsforenvironmentalclean-upapplications.Manymicroorganismsnaturallypossesstheabilitytodegrade,transform,orchelatevarioustoxicchemicals.However,thesenaturaltransformationsarelimitedbytherelativeslowrates.Developmentofnewgenetictoolsandabetterunderstandingofmicroorganisms’naturaltransformationabilityatthegeneticlevelareessentialtoacceleratetheprogressofdesignermicrobesforimprovedhazardouswasteremoval.Citedfrom:SinghS,HyunS,MulchandaniA,etal.Bioremediation:environmentalclean-upthroughpathwayengineering.CurrentOpinioninBiotechnology,2008,19:437–444.《环境化学》第七章受污染环境的修复7-16一、概述(Introduction)二、影响微生物修复效率的因素(InfluencingFactorsontheRemediationEfficiency)三、强化生物修复的主要类型(MainTypesofEnhancedBioremediation)四、生物修复的优缺点(StrengthsandWeaknessesofBioremediation)第一节微生物修复技术(7.1MicrobialRemediation)《环境化学》第七章受污染环境的修复7-17二、影响微生物修复效率的因素InfluencingFactorsfortheRemediationEfficiency微生物的协同作用污染物的性质营养物质电子受体环境条件影响微生物修复效率的因素《环境化学》第七章受污染环境的修复7-18营养元素碳源氮磷钾硫铁钙其他营养盐铵盐正磷酸盐聚磷酸盐尿素其他微生物所常需的营养物质微量营养素的作用例如：作为亲核试剂的维生素B12可催化多氯联苯的脱氯反应。①营养物质（Nutrients）《环境化学》第七章受污染环境的修复7-19微生物氧化还原最终电子受体分为三大类溶解氧有机物分解中间产物无机酸根②电子受体（ElectronAcceptors）土壤中污染物氧化分解的最终电子受体的种类和浓度，对污染物降解的速率和程度有很大影响。《环境化学》第七章受污染环境的修复7-20120100806040200NapAceFluPheAntFlaPyrChrBbFBaPDaABlPBkDAmountofresidualPAHin%ofinitialconcentration对于微生物修复技术，污染物可降解性是关键。对于系列污染物，如多环芳烃，其微生物降解性随分子增大而增大。图生物修复中多环芳烃的残留③污染物的性质（PropertiesofContaminants）《环境化学》第七章受污染环境的修复7-21此外，污染物对生物的毒性及其降解中间产物的毒性，污染物的挥发性对修复都具有影响。微生物只能利用土壤溶液溶解态的污染物，如果一个污染物溶解度很低，又有很强的吸附力，紧密结合在土壤颗粒的腐殖质或黏土中，生物可利用性极低，也会导致修复失败。土壤环境中污染物由于与土壤颗粒相互作用，生物有效性下降，称为锁定。锁定会造成修复不完全。《环境化学》第七章受污染环境的修复7-22土壤颗粒的性质介质条件④环境条件（EnvironmentalConditions）有机质黏土含量酸碱度温度湿度空隙率酸碱度温度湿度酸碱度温度空隙率湿度酸碱度温度酸碱度温度《环境化学》第七章受污染环境的修复7-23ABCD一种或多种微生物为其他微生物提供B族维生素、氨基酸及其他生长因素一种微生物将目标化合物分解成一种或几种中间有机物，第二种微生物将其继续分解一种微生物通过共代谢作用将目标化合物转化形成中间产物，在其他微生物作用下彻底降解一种微生物分解目标化合物形成有毒中间产物，分解率下降，其他微生物可能以此为碳源加以利用⑤微生物的协同作用（Synergism）《环境化学》第七章受污染环境的修复7-24一、概述(Introduction)二、影响微生物修复效率的因素(InfluencingFactorsontheRemediationEfficiency)三、强化生物修复的主要类型(MainTypesofEnhancedBioremediation)四、生物修复的优缺点(StrengthsandWeaknessesofBioremediation)第一节微生物修复技术(7.1MicrobialRemediation)《环境化学》第七章受污染环境的修复7-25三、强化生物修复的主要类型MainTypesofEnhancedBioremediation人为修复工程一般采用工程化手段来加速生物修复的进程，这种在受控条件下进行的生物修复又称强化生物修复（enhancedbioremediation）或工程化生物修复（engineeredbioremediation）。《环境化学》第七章受污染环境的修复7-26生物强化法生物通气法堆肥法生物传感器法厌氧处理异位生物修复技术生物注射法生物冲淋法土地耕作法原位强化修复技术《环境化学》第七章受污染环境的修复7-27生物强化法微生物来源经驯化、富集、筛选、培养达到一定数量的原有处理体系或原来体系不存在的外源微生物。影响因素用于驯化培养所要投加的微生物底物浓度；投加的微生物面临的复杂生态环境。应用前提获得高效作用于目标降解物的菌种。原位强化修复技术生物强化法《环境化学》第七章受污染环境的修复7-28适用对象：受挥发性有机污染物污染的地下水水层上部通气层（VadoseZone）土壤。要求：土壤具有多孔结构（利于微生物的快速生长）、污染物具有一定的挥发性。主要制约因素：土壤结构（影响氧和营养物迁移）。生物通气法(Bioventing)《环境化学》第七章受污染环境的修复7-29适用对象：受挥发性有机物污染的地下水和上部土壤。处理设施：采用类似生物通气法的系统。但空气经过加压后注射到污染地下水的下部，气流加速地下水和土壤有机物的挥发和降解。生物注射法(Biosparging)《环境化学》第七章受污染环境的修复7-30将含氧和营养物的水补充到亚表层，促进土壤和地下水中的污染物的生物降解。适用对象：各种石油烃类污染物的治理，改进后可处理氯代脂肪烃。生物冲淋法（bioflooding）《环境化学》第七章受污染环境的修复7-31土地耕作法（landfarming）对污