大气污染的环境修复技术.ppt

第九章大气污染的环境修复技术目录植物修复技术9.1微生物修复技术9.2无机矿物材料修复技术9.3大气污染概述9.49.1大气污染概述9.1.1大气污染现状①定义:在一定范围的大气中，出现了原来没有的微量物质，其数量和持续时间，都有可能对人、动物、植物及物品、材料产生不利影响和危害。当大气中污染物质的浓度达到有害程度，以至破坏生态系统和人类正常生存和发展的条件，对人或物造成危害的现象叫做大气污染。②来源:Ⅰ自然源:如植物腐烂、森林火灾、火山爆发等，多为一时性的;Ⅱ人为源:如工业企业(表9-1)、交通运输、生活炉灶和采暖锅炉等，是造成现在大气情况日益恶化的主要原因。污染物主要来源烟尘及生产性粉尘火力发电厂、钢铁厂、有色金属冶炼厂、化工厂、锅炉厂等一氧化碳焦化厂炼铁厂、化工厂、煤气发生站、石灰窑、砖瓦窑、汽车废气等二氧化硫火力发电厂、石油化工厂、有色金属冶炼厂、使用硫化物的企业、如造纸厂、丝缫厂等氮氧化物氮肥厂、硝酸厂、硫酸厂（铅室法）、染料厂、炸药制造厂、汽车废气等烃类石油化工厂、汽车废气等硫化氢化学纤维厂、石油加工厂、制药厂以及生产各种硫化物、杀虫剂、二硫化碳等二硫化碳化学纤维厂、橡胶硫化厂、生产二硫化碳的工厂等氟化氢制铝厂、磷肥厂、冰晶厂等氯化氢氯碱厂、镁厂等氯气各种氯化物制造厂、大型化工厂的制氯和漂白粉车间、生产合成盐酸、滴滴涕的工厂铅印刷厂、蓄电池厂、有色金属冶炼厂、汽车废气等汞仪器仪表厂、灯泡厂、汞电解法氯碱厂、氯乙烯中间体厂、农药厂等砷硫酸厂、农药厂（含砷杀虫剂）等镉炼锌厂等表9.1-1大气污染物的主要工业来源1239.1.2大气污染物的分类生物性污染物:空气中一些原有的微生物(如真菌、杆菌等)和某些病原微生物物理性污染物:主要是指粉尘(TSP，PM10，PM2.5，PM1)化学性污染物:CO2,CO,NOx,SOx,PAHs等9.1.3大气污染的修复净化技术污染的大气环境中通常有多种污染物复合或混合，并且污染物具有长距离迁移和干湿沉降等特性。空气的污染对城市居民的健康，城市景观和区域气候都有着很严重的破坏作用。因此对污染进行修复净化显得十分必要。主要的修复技术有以下三种:植物修复技术微生物修复技术无机矿物材料修复技术植物吸附与吸收修复植物降解修复植物转化修复植物同化和超同化修复空气污染的植物修复是一种以太阳能为动力，利用绿色植物及其相关的生物区对环境污染物质进行分解、去除、屏障或脱毒的方法。9.2植物修复9.2.1植物吸附与吸收修复(1)滞尘作用植物对于污染物的吸附与吸收主要发生在地上部分的表面及叶片的气孔，将其扣留在叶片的表面;一种物理性过程;与植物表面的结构如叶片形态、粗糙程度、叶片生长角度和表面的分泌物有关;可以有效地吸附空气中的浮尘、雾滴等悬浮物及其吸附着的污染物(表9.2-1)。树种滞尘量树种滞尘量树种滞尘量刺楸14.53楝子5.89泡桐3.53榆树12.27臭椿5.88五角枫3.45朴树9.37枸树5.87乌柏3.39木槿8.13三角枫5.52樱花2.75广玉兰7.1夹竹桃5.39腊梅2.42重阳木6.81桑树5.28加拿大白杨2.06女贞6.63丝绵木4.77黄金树2.05大叶黄杨6.63紫薇4.42桂花2.02刺槐6.37悬铃木3.73栀子1.47表9.2-1各种树木叶片的滞尘量/(g/m2)(2)对病原体的作用①空气中的病原体一般都附着在尘埃或飞沫上随气流移动，绿色植物的滞尘作用可以减小其传播范围;②植物的分泌物(柠檬油、松脂、肉桂油、丁香粉等)具有杀菌作用(表9.2-2)。树种时间树种时间树种时间黑胡桃0.08-0.25柠檬5柳杉8柠檬桉1.5茉莉5稠李10悬铃木3薛荔5枳壳10紫薇5夏叶槭6雪松10桧柏属5柏木7橙5白皮松8表9.2-2杀菌能力强的树种和杀死原生动物所需时间/Min(3)对重金属的作用Ⅰ绿化树种对颗粒物中的重金属也有较好的吸收和吸附作用，不同的污染金属的种类和不同的树种之间具有明显的差异(表9.2-3、9.2-4)。表9.2-3主要绿化树种吸收铅能力比较(kg/hm2叶量)表9.2-4主要绿化树种吸收镉能力比较(kg/hm2叶量)采样点车流量（辆/h）枝含铅量（µg/g）1994枝含铅量（µg/g）1996火车站街46096.89汽车站街38616.28.25五一广场35616.157.49新建路口33674.76.25大南门31664.66.03青年路口22224.555.92桥东路21454.55.4清洁区-0.50.5表9.2-5太原市各采样区国槐枝条含铅量Ⅱ根据植物体内重金属的含量，还可以监测环境污染(如表9.2-5)。(4)对气态污染物的作用植物还可以吸收空气中的气态污染物，包括SO2、Cl2、HF等;主要是通过气孔吸收，并经由植物维管系统进行运输和分布;影响因素:污染物在水中溶解性、光照条件等。①吸硫量:根据各树种间吸硫量的差异，按45距离截取，可将绿化树种划分为3类:Ⅰ类吸硫量高(吸硫量90，修复能力强);Ⅱ类吸硫量中等(吸硫量在45～90，修复能力中等);Ⅲ类吸硫量低(吸硫量45，修复能力弱)(表9.2-6)。种类SO2含量/（g·m2叶面积）种类SO2含量/（g·m2叶面积）加杨106.63皂角63.41旱柳93.57刺槐62.89花曲柳90.31桑树53.65榆树78.76青杨42.36京桃66.05丁香18.68表9.2-6主要绿化树种吸收净化SO2能力比较②挥发或半挥发性的有机污染物植物可以通过其吸收作用有效的降低空气中苯三氯乙烯、甲苯和PAHs等挥发或半挥发性的有机污染物;影响因素:污染物本身的物理化学性质(包括分子量溶解性蒸气压和辛醇-水分配系数等)和气候条件等。③其它大多数植物都能吸收臭氧，其中银杏、柳杉、樟树、青冈栎、夹竹桃、刺槐等10余种树木净化臭氧的作用较大。吸滞大气氯污染能力强的有树种有榆树、京桃、枫杨、皂角、卫矛、美青杨、桂香柳；吸滞大气氟污染能力强的有:榆树、花曲柳、刺槐、旱柳等。9.2.2植物降解修复Ⅰ主要针对大气中有机物污染，利用植物含有一系列代谢异生素的专性同功酶及相应的基因来完成对有机污染物的分解。参与植物代谢异生素的酶主要包括细胞色素P450、过氧化物酶、加氧酶、谷胱甘肽S-转移酶、羧酸酯酶、O-糖苷转移酶、N-糖苷转移酶、O-丙二酸单酰转移酶和N-丙二酸单酰转移酶等。能直接降解有机物的酶类主要有脱卤酶、硝基还原酶、过氧化物酶、漆酶和腈水解酶等。Ⅱ植物从外界吸收各种物质的同时，也不断地分泌各种物质，这其中包括一些能够降解有机污染物的酶类Ⅲ转基因技术可以有效的提高植物的降解作用。如将人的细胞色素P4502E1基因转入烟草后，转基因植株氧化代谢三氯乙烯(TCE)和二溴乙烯（EDB）的能力提高了约640倍。9.2.3植物转化修复植物转化修复是利用植物的生理过程将污染物由一种形态转化为另一种形态的过程，需要有植物体内多种酶类的参与。①光合作用:CO2→O2②反硝化作用:③O3:通过植物体内的一系列的酶如超氧化物岐化酶SOD、过氧化物酶、过氧化氢酶等和一些非酶抗氧化剂如维生素C、维生素E、谷胱甘肽等进行转化清除;④有机污染物:经过一定的转化后隔离在植物细胞的液泡中或与不溶性细胞结构如木质素相结合。--322--322NO(NO)NO(NO)NNO反硝化细菌真菌9.2.4植物同化和超同化修复同化:植物通过气孔将CO2、SO2等污染气体吸入体内，参与代谢，最终以有机物的形式储存在氨基酸和蛋白质中;超同化:将含有植物所需营养元素的大气污染物如氮氧化合物、硫氧化合物等，作为营养物质源高效吸收与同化。Ⅰ筛选技术:如筛选一些“嗜NO2植物”或者对SO2、HF等污染物净化作用明显的超同化植物(表9.2-7);Ⅱ转基因技术:如将亚硝酸盐代谢过程中所需的硝酸盐还原酶(NR)、亚硝酸盐还原酶(NIR)和谷氨酰胺合成酶（GS）转入植物体中。表9.2-7不同试验点植物叶片S和F含量9.2.5总结①植物不但能改变城市的景观状况，而且选择合适的树种对于修复城市大气污染有着非常重要的作用。表9.2-8总结了不同绿化植物对大气污染物的修复能力。②尽管如此，植物修复技术还存在着一定的问题。表9.2-9总结的则市各种植物修复技术目前所存在的一些问题。主要污染物修复能力灌木灌木、草本等物理性颗粒较强毛白杨、臭椿、悬铃木、雪松、广玉兰、女贞、泡桐、紫薇、核桃、板栗丁香、大叶黄杨、榆叶梅、侧柏中等国槐、旱柳、白蜡、紫荆紫丁香、大叶黄杨、月季SO2强女贞、构树、棕榈、沙枣、苦楝、石榴、樟树、小叶榕、垂柳、臭椿、加拿大杨、花曲柳、刺槐、旱柳、枣树、水曲柳、新疆杨、水榆小叶黄杨、竹节草、绊根草、松叶牡丹、风尾兰、夹竹桃、丁香、玫瑰、冬青卫茅较强桑树、合欢、榆树、朴树、紫藤、紫穗槐、梧桐、国槐、泡桐、白蜡、玉兰、广玉兰、栾树竹子、榆叶梅、竹节草敏感复叶槭、梨、苹果、桃树、核桃、油松、黑松、沙松、雪松、白皮松、樟子松、落叶松、水杉、银杏、棕榈、槟榔、悬铃木、马尾松、赤杨、白杨、枫杨、梅花向日葵、紫花苜蓿、月季、暴马丁香、连翘Cl2强棕榈、木槿、构树、女贞、罗汉松、加拿大杨、紫荆、紫薇、山杏、家榆、紫椴、水榆、白桦小叶黄杨、夹竹桃、冬青卫茅、风尾兰、紫藤、竹节草、绊根草、松叶牡丹、暴马丁香、樱桃较强臭椿、朴树、小叶女贞、桑树、梧桐、玉兰、枫树、龙柏、花曲柳、桂香柳、皂角、枣树、枫杨大叶黄杨、文冠果、连翘、石榴敏感垂柳、银杏、水杉、银白杨、复叶槭、油松、悬铃木、雪松、柳杉、黑松、广玉兰、桧柏、茶条槭、沙松、旱柳、云杉、辽东栎、麻栎、赤杨万寿菊、木棉、假连翘、向日葵、黄菠萝、丁香主要污染物修复能力灌木灌木、草本等HF强女贞、棕榈、小叶女贞、朴树、桑树、构树、梧桐、泡桐、白皮松、桧柏、侧柏、臭椿、银杏、枣树、山杏、大叶杨、白榆小叶黄杨、冬青卫茅、风尾兰、美入蕉、竹节草、绊根草、松叶牡丹、无花果较强木槿、辛树、苦楝、合欢、白蜡、旱柳、广玉兰、玉兰、刺槐、国槐、杜仲、臭椿、旱柳、茶条槭、复叶槭、加拿大杨、皂角、紫椴、雪松、水杉、云杉、白皮松、沙松、落叶松、华山松、青杨、垂柳、旱柳、香椿、胡桃、银白杨、银杏、桃树、核桃、悬铃木小叶黄杨、石榴、丁香、紫丁香、卫矛、毛樱桃、接骨木敏感葡萄、杏树、黄杉、稠李、樟子松、油松、山桃、梨树、钻天杨、泡桐唐菖蒲、小苍兰、郁金香、苔藓、烟草、芒果、四季海棠、榆叶梅O3较强洋白蜡树，颤杨、美国五针松、五角枫、臭椿、侧柏、银杏、圆柏、刺槐、国槐、钻天杨、红叶李苜蓿，烟草，葡萄、紫穗槐敏感美国白蜡敏感牵牛花、牡丹气态汞较强瓜子黄杨、广玉兰、海桐、蚊母、墨西哥落叶杉、棕榈菌类较强龙柏、芭蕉、圆柏、银杏、侧柏、松类、榆树、水杉、夹竹桃表9.2-8不同树种对大气污染的修复作用表9.2-9各种植物修复技术存在的问题修复技术存在的问题植物吸附和吸收修复①植物如何从空气中吸收重金属的机理性认识还很有限②如何防止植物体内的重金属和其它有毒有害污染物进入食物链植物降解修复①在植物转基因工程方面还需要做很多基础性研究工作②如何使污染物不在果实和种子中富集植物转化修复防治植物增毒作用的发生植物同化和超同化修复①在超同化植物的培养中，发生基因漂移，出现杂草化。②转基因植物对生物多样性和生态环境有影响Ⅰ与其他治理大气污染的方法比较，大气污染的植物修复具备以下优点：绿色净化，清洁并储存可利用的太阳能;经济有效，具有潜在的环境价值;美化环境，普遍接受;适用植物修复的污染物范围较广。Ⅱ同时植物修复技术也存在其缺点:植物修复的本身耗时长;污染物可通过食用含污染物植物的昆虫和动物进入食物链;有毒污染物可能在植物体内转化为毒性更强的物质;植物修复能力受水力控制。③大气污染植物修复的优缺点9.3微生物修复气态污染物的微生物修复就是利用微生物将废气中的污染物转化为低害甚至无害物质的处理方法。9.3.1无机废气的生物修复(1)微生物脱硫原理:菌种:目前主要是硫杆菌属、硫化叶菌、大肠杆菌和假单细胞菌属4224243222434241