(10)--71微生物修复技术环境化学.ppt

《(10)--71微生物修复技术环境化学.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《(10)--71微生物修复技术环境化学.ppt（37页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复Chapter 7.Remediation ofContaminated Environments环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-2电动力电动力学修复学修复化学化学氧化氧化活性反活性反应格栅应格栅植物植物修复修复常见修常见修复技术复技术内内容容提提要要及及重重点点要要求求表面活性表面活性剂淋洗剂淋洗微生物微生物修复修复环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-3重点要求重点要求要求掌握主要修复技术的基本原理、修复过程要求掌握

2、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。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。要了解各技术适用的污染物及介质。环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-4引引 言言Foreword修复修复（Remediation）是指采取人为或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。化，使受污染场址恢复原有功能的技术。环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-5重金属修复手段重金属修复手段重金属修复手段重

3、金属修复手段修复手段修复手段修复手段修复手段 清除清除固定化固定化稀释稀释转化为低毒形态转化为低毒形态地下水地下水矿化矿化清除清除 固定化固定化土壤土壤Text in hereText in here有机物修复手段有机物修复手段有机物修复手段有机物修复手段修复介质修复介质修复介质修复介质地表淡水地表淡水近海岸近海岸转化为低毒形态转化为低毒形态 修复修复修复修复 环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-6案例介绍案例介绍稀释法稀释法 台湾地区近年连续发生台湾地区近年连续发生镉米污染事件镉米污染事件，曾采用不同方法减，曾采用不同方法减低危害，低危害，稀释法即为其中之一，

4、此法仅适于污染浓度较低之土壤。稀释法即为其中之一，此法仅适于污染浓度较低之土壤。开挖、堆置与曝晒开挖、堆置与曝晒特制筛床特制筛床水平混合及初步破碎水平混合及初步破碎再次破碎与混合稀释再次破碎与混合稀释再次水平混合再次水平混合回填并压实回填并压实环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-7一、概一、概 述述(Introduction)二、影响微生物修复效率的因素二、影响微生物修复效率的因素(Influencing Factors on the Remediation Efficiency)三、强化生物修复的主要类型三、强化生物修复的主要类型(Main Types of

5、Enhanced Bioremediation)四、生物修复的优缺点四、生物修复的优缺点(Strengths and Weaknesses of Bioremediation)第一节第一节 微生物修复技术微生物修复技术(7.1 Microbial Remediation)环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-8 微生物修复技微生物修复技术是指通是指通过微生物的作用清除土壤和微生物的作用清除土壤和水体中的水体中的污染物，或是使染物，或是使污染物无害化的染物无害化的过程。程。一、一、概概 述述 Introduction微生物微生物微生物微生物 修复技修复技修复技修复技

6、术术 人人为为修复修复 工程工程 自然修复自然修复 过过程程 原位生物原位生物 修复修复 异位生物异位生物 修复修复 按修复按修复实施施的的场址分址分类 按控制条按控制条件分件分类环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-9自然修复需要的环境条件自然修复需要的环境条件有充分和有充分和稳定的地下水流定的地下水流有微生物可利用的有微生物可利用的营养物养物有有缓冲冲pH的能力的能力有使代有使代谢能能够进行的行的电子受体子受体自然修复自然修复过程程 环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-10生物刺激生物刺激（biostimulation）满足土著

7、微生物生足土著微生物生长所必需的所必需的环境条件，境条件，诸如提如提供供电子受体、供体、氧以及子受体、供体、氧以及营养物等。养物等。生物生物强化化（bioaugmentation）不断向不断向污染染环境投入外源微生物、境投入外源微生物、酶、其他生、其他生长基基质或氮、磷无机或氮、磷无机盐。加加强修复速率常用的两种手段修复速率常用的两种手段人工修复工程人工修复工程环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-11原位生物修复原位生物修复 （in-situ bioremediation）在在污染的原地点染的原地点进 行，不挖出或抽取需要行，不挖出或抽取需要修复的土壤及地下水，

8、修复的土壤及地下水，采用一定的工程措施，采用一定的工程措施，利用生物通气、生物冲利用生物通气、生物冲淋等一些方式淋等一些方式进行。行。图图 渗透反应墙修复地下水硝酸盐污染示意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,水资源保护水资源保护,2009,25(3):1-5污染源污染源地下水位地下水位地下水流向地下水流向渗渗透透反反应应墙墙环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-12异位生物修复异位生物修复（ex-situ bioremediation）需要挖掘土壤或抽取地下水，将需要挖掘土壤

9、或抽取地下水，将污染物移染物移动到到邻近地点或反近地点或反应器内器内进行。其行。其过程更好控制、程更好控制、结果容易果容易预测、技、技术难度度较低，但投低，但投资成本成本较大。大。图图 生物滴滤池异位生物修复示意图生物滴滤池异位生物修复示意图水位水位抽水井抽水井地表面地表面营养营养泵泵生物滴滤池生物滴滤池泵泵污染区污染区环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-13Consideration of typical factors relating to in-situ or ex-situ treatment of contaminated landin-situex

10、-situForLess expensiveCreates less dust Causes less release of contaminants Treats larger volumes of soil AgainstMore expensiveCreates dust during excavationMay disperse contaminantsLimited in scale-batches treated individuallyAgainstSlowerDifficult to manageNot suited to high clay soils orcompacted

11、 sitesForFasterEasier to manage-ensure resultsSuited to a variety of sites including high clay and compacted sites环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-14In-situ remediationExcavation of Contaminated Soil环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-15Bioremediation is often considered a cost effective and environm

12、ental friendly method and is gradually making inroads for environmental clean-up applications.Many microorganisms naturally possess the ability to degrade,transform,or chelate various toxic chemicals.However,these natural transformations are limited by the relative slow rates.Development of new gene

13、tic tools and a better understanding of microorganisms natural transformation ability at the genetic level are essential to accelerate the progress of designer microbes for improved hazardous waste removal.Cited from:S Singh,S Hyun,A Mulchandani,et al.Bioremediation:environmental clean-up through pa

14、thway engineering.Current Opinion in Biotechnology,2008,19:437444.环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-16一、概一、概 述述(Introduction)二、影响微生物修复效率的因素二、影响微生物修复效率的因素(Influencing Factors on the Remediation Efficiency)三、强化生物修复的主要类型三、强化生物修复的主要类型(Main Types of Enhanced Bioremediation)四、生物修复的优缺点四、生物修复的优缺点(Strengths

15、and Weaknesses of Bioremediation)第一节第一节 微生物修复技术微生物修复技术(7.1 Microbial Remediation)环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-17二、影响微生物修复效率的因素二、影响微生物修复效率的因素 Influencing Factors for the Remediation Efficiency微生物的微生物的协同作用同作用污染物的性染物的性质营养物养物质电子受体子受体环境条件境条件影响微生物修影响微生物修复效率的因素复效率的因素环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-1

16、8营养元营养元素素碳碳源源氮氮磷磷钾钾硫硫铁铁钙钙其他其他营养盐营养盐铵铵盐盐正磷酸盐正磷酸盐聚磷酸盐聚磷酸盐尿素尿素其他其他微生物所常需的微生物所常需的营养物养物质微量微量营养素的作用养素的作用例如：作例如：作为亲核核试剂的的维生素生素B12可催化多可催化多氯联苯苯的脱的脱氯反反应。营养物质营养物质（Nutrients）环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-19微生物氧化还原最终电子受体分为三大类微生物氧化还原最终电子受体分为三大类溶解氧溶解氧溶解氧溶解氧有机物分解有机物分解有机物分解有机物分解中间产物中间产物中间产物中间产物无机酸根无机酸根无机酸根无机酸根电子

17、受体电子受体（Electron Acceptors）土壤中污染物氧化分解的最终电子受体的种类和浓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。度，对污染物降解的速率和程度有很大影响。环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-20120100806040200Nap Ace Flu Phe Ant Fla Pyr Chr BbFBaP DaABlPBkDAmount of residual PAHin%of initial concentration对于微生物修复技术，污染物可降解性是关键。对于系对于微生物修复技术，污染物可降解性是

18、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。列污染物，如多环芳烃，其微生物降解性随分子增大而增大。图图 生物修复中多环芳烃的残留生物修复中多环芳烃的残留污染物的性质污染物的性质（Properties of Contaminants）环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复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。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

19、吸附力，紧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。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，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生物有效性下降，称为锁定。锁定会造成修复不完全。全。环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-22土壤颗粒的性质土壤颗粒的性质介质条件介质条件环境条件环境条件（Environmental Conditions）有机质有机质黏土含量黏土含量酸碱度酸碱度温度温

20、度湿度湿度空隙率空隙率酸碱度酸碱度温度温度湿度湿度酸碱度酸碱度温度温度空隙率空隙率湿度湿度酸碱度酸碱度温度温度酸碱度酸碱度温度温度环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-23ABCD一种或多种微一种或多种微生物为其他微生物为其他微生物提供生物提供B族族维生素、氨基维生素、氨基酸及其他生长酸及其他生长因素因素一种微生物将一种微生物将目标化合物分目标化合物分解成一种或几解成一种或几种中间有机物，种中间有机物，第二种微生物第二种微生物将其继续分解将其继续分解一种微生物通一种微生物通过共代谢作用过共代谢作用将目标化合物将目标化合物转化形成中间转化形成中间产物，在其他产物，在

21、其他微生物作用下微生物作用下彻底降解彻底降解一种微生物分解一种微生物分解目标化合物形成目标化合物形成有毒中间产物，有毒中间产物，分解率下降，其分解率下降，其他微生物可能以他微生物可能以此为碳源加以利此为碳源加以利用用微生物的协同作用微生物的协同作用（Synergism）环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-24一、概一、概 述述(Introduction)二、影响微生物修复效率的因素二、影响微生物修复效率的因素(Influencing Factors on the Remediation Efficiency)三、强化生物修复的主要类型三、强化生物修复的主要类型(

22、Main Types of Enhanced Bioremediation)四、生物修复的优缺点四、生物修复的优缺点(Strengths and Weaknesses of Bioremediation)第一节第一节 微生物修复技术微生物修复技术(7.1 Microbial Remediation)环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-25三、强化生物修复的主要类型三、强化生物修复的主要类型 Main Types of Enhanced Bioremediation 人为修复工程一般采用工程化手段来加速生物修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

23、在受控条件下进行的生物修复又称复的进程，这种在受控条件下进行的生物修复又称强强化生物修复化生物修复（enhanced bioremediation）或工程化工程化生物修复生物修复（engineered bioremediation）。）。环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-26生物强化法生物强化法生物通气法生物通气法堆肥法堆肥法生物传感器法生物传感器法厌氧处理厌氧处理异位生物修复技术异位生物修复技术生物注射法生物注射法生物冲淋法生物冲淋法土地耕作法土地耕作法原位强化修复技术原位强化修复技术环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-27生

24、物强化法生物强化法微生物来源微生物来源 经驯化、富集、筛选、经驯化、富集、筛选、培养达到一定数量的培养达到一定数量的原有处理体系或原来原有处理体系或原来体系不存在的外源微体系不存在的外源微生物。生物。影响因素影响因素 用于驯化培养所要投用于驯化培养所要投加的微生物底物浓度；加的微生物底物浓度；投加的微生物面临的投加的微生物面临的复杂生态环境。复杂生态环境。应用前提应用前提获得高效作用于获得高效作用于目标降解物的菌目标降解物的菌种。种。原位强化修复技术原位强化修复技术生物强化法生物强化法环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-28适用对象：适用对象：受挥发性有机污染受

25、挥发性有机污染物污染的地下水水层上部通气层物污染的地下水水层上部通气层（Vadose Zone）土壤。）土壤。要求：要求：土壤具有多孔结构（利土壤具有多孔结构（利于微生物的快速生长）、于微生物的快速生长）、污染物具污染物具有一定的挥发性。有一定的挥发性。主要制约因素：主要制约因素：土壤结构（影土壤结构（影响氧和营养物迁移）。响氧和营养物迁移）。生物通气法生物通气法(Bioventing)环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-29 适用对象：适用对象：受挥发性有机受挥发性有机物污染的地下水和上部土壤。物污染的地下水和上部土壤。处理设施：处理设施：采用类似生物采用类似

26、生物通气法的系统。但空气经过加通气法的系统。但空气经过加压后注射到污染地下水的下部，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气流加速地下水和土壤有机物的挥发和降解。的挥发和降解。生物注射法生物注射法(Biosparging)环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复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。下水中的污染物的生物降解。适用对象：适用对象：各种石油烃类污染物的治理，改进后可各种石油烃类污染物的治理，改进后可处理氯代脂肪烃。处理氯代脂肪烃。生物冲淋法生物冲淋法（biof

27、looding）环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-31土地耕作法土地耕作法（land farming）对污染土壤进行耕犁处理。对污染土壤进行耕犁处理。处理过程中施加肥料、灌溉、处理过程中施加肥料、灌溉、施加石灰，为微生物代谢污施加石灰，为微生物代谢污染物提供一个良好的环境，染物提供一个良好的环境，使其有充足的营养、水分、使其有充足的营养、水分、pH。优点优点：简易经济，但污染物：简易经济，但污染物易于转移。易于转移。适用对象适用对象：污染土壤渗滤性：污染土壤渗滤性较差，土层较浅，污染物较较差，土层较浅，污染物较容易降解的情况。容易降解的情况。土地的土地的耕作法

28、耕作法操作操作营养物营养物挖出的受污挖出的受污染土壤薄层染土壤薄层水水环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-32将受污染的土壤、水、营养将受污染的土壤、水、营养物、泥炭、稻草、动物肥料混合后，物、泥炭、稻草、动物肥料混合后，使用机械或压气系统充氧，加石灰使用机械或压气系统充氧，加石灰调节调节pH，经发酵降解大部分污染，经发酵降解大部分污染物。物。主要优点：主要优点：不仅能去除环境不仅能去除环境中的有害化学物质，而且可实现其中的有害化学物质，而且可实现其资源化，环境与经济综合效益显著。资源化，环境与经济综合效益显著。适用对象：适用对象：受石油、洗涤剂、受石油、洗涤剂

29、、多氯烃、农药等污染的土壤的修复多氯烃、农药等污染的土壤的修复处理。处理。异位生物修复技术异位生物修复技术堆肥法堆肥法生活垃圾堆肥接种技术，环境科学，生活垃圾堆肥接种技术，环境科学，2003,24(1):157-160127643581.罐体罐体2.中轴中轴3.气体流量计气体流量计4.电机电机5.自控系统自控系统6.曝气头曝气头7.温度传感器温度传感器8.气体监测装置气体监测装置图堆肥反应装置图堆肥反应装置环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-33生物反应器处理生物反应器处理v将污染物移到反应器中完成微生物的代谢过程。将污染物移到反应器中完成微生物的代谢过程。包括

30、包括土壤泥浆生物反应器（土壤泥浆生物反应器（soil slurry bioreactor）和和预制床反应器（预制床反应器（prepared bed reactor）。v适于处理地表土和水体污染。适于处理地表土和水体污染。环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-34操作条件操作条件要求苛刻要求苛刻可能导致可能导致次生污染次生污染缺点缺点 对具有高氧化态的污染物的降解，如三硝基甲苯、对具有高氧化态的污染物的降解，如三硝基甲苯、PCBs等，比好氧处理更有效。等，比好氧处理更有效。厌氧处理厌氧处理环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-35一、概

31、一、概 述述(Introduction)二、影响微生物修复效率的因素二、影响微生物修复效率的因素(Influencing Factors on the Remediation Efficiency)三、强化生物修复的主要类型三、强化生物修复的主要类型(Main Types of Enhanced Bioremediation)四、生物修复的优缺点四、生物修复的优缺点(Strengths and Weaknesses of Bioremediation)第一节第一节 微生物修复技术微生物修复技术(7.1 Microbial Remediation)环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复

32、受污染环境的修复7-36降解过程迅速、费用低降解过程迅速、费用低可现场进行、减少运费和人类直接接触污染物的机会可现场进行、减少运费和人类直接接触污染物的机会以原位方式进行，对污染位点的干扰或破坏可降以原位方式进行，对污染位点的干扰或破坏可降到最小，可在难以移动的地方进行，场地仍可使到最小，可在难以移动的地方进行，场地仍可使用用使有机物分解为使有机物分解为CO2和水，可以永久性地消除污染物和和水，可以永久性地消除污染物和长期的隐患，无二次污染，不会使污染转移长期的隐患，无二次污染，不会使污染转移可与其他处理技术结合使用，处理复合污染可与其他处理技术结合使用，处理复合污染 四、生物修复的优缺点四、

33、生物修复的优缺点 Strengths and Weaknesses of Bioremediation优优优优点点点点环境化学环境化学 第七章第七章 受污染环境的修复受污染环境的修复7-37生物修复技术含量较高，其运作必须符合污生物修复技术含量较高，其运作必须符合污染地的特殊条件染地的特殊条件不是所有的污染物都适用于生物修复不是所有的污染物都适用于生物修复有些化学品经微生物降解后，其产物的毒性有些化学品经微生物降解后，其产物的毒性和移动性比母体化合物反而增加和移动性比母体化合物反而增加因此，最初用在修复地点进行生物可处理性研究和处理因此，最初用在修复地点进行生物可处理性研究和处理方案可行性评价的费用要高于常规技术（如空气吹脱）方案可行性评价的费用要高于常规技术（如空气吹脱）的相应费用，一些低渗透性土壤往往不适合生物修复。的相应费用，一些低渗透性土壤往往不适合生物修复。缺缺缺缺点点点点