环境污染修复

1、2环境污染的现状与问题环境问题：1、原生环境问题：地震、海啸、火山、泥石流、洪涝、旱灾、台风、虫灾；2、次生环境问题：（1）环境污染：由于城市化和工业化引起的；（2）环境破坏：由于森林破坏、草原退化、沙漠化、水土流失、物种灭绝引起。常见的温室气体：氯氟甲烷（HFCs）:吸热最强。氢氟化物。全氟化物：吸热最强。硫氟化物。甲烷：吸热量是二氧化碳的21倍。氮氧化物：吸热量是二氧化碳的270倍紫外线的作用：紫外线分为 ABC三种。紫外线A的波长320nm,对人类有益，帮助合 成维生素Do紫外线B的波长290 320nm ,严重损伤生命。紫外线 C的波长290nm 杀死一切生命。所所幸的是全部的C和一部

2、分短波长的B都被臭氧吸收了。臭氧洞形成的原因：空气中大量消耗臭氧的物质增加。机理：氯氟烧在高空强烈紫外 线的作用下，氯原子被光解释放，自由的氯原子从臭氧分子中夺取一个氧原子，臭氧 分子失去一个氧原子后变成普通的氧气。一氧化氯分子不稳定，空气中游离的氧原子 从一氧化氯分子中夺取氧原子形成氧气，游离的氯原子又从臭氧分子中夺取氧原 子。如此循环。酸雨：pHv5.6。原因是雨水中存在高浓度的硫酸根和硝酸根离子。生物多样性的三个层次：种内基因变化的多样性；生物物种的多样性；生态系统的多 样性。十大环境问题：1、温室效应2臭氧层破坏3酸雨4生物多样性减少5森林锐减6 土地 荒漠化7资源短缺8水环境污染严重

3、9空气污染严重10固体废弃物成灾。中国的十大环境问题：1大气污染问题2水环境污染问题3垃圾处理问题4 土地荒漠 化和沙灾问题5水土流失6旱灾和水灾7生物多样性破坏8WTO与环境问题9三峡库 区的环境问题10持久性有机物污染 问题。我国空气污染指数：API分为5个等级。API值小于等于50,说明空气质量为优，相 当于国家空气质量一级标准，符合自然保护区、风景名胜区和其它需要特殊保护地区 的空气质量要求；API值大于50且小于等于100,表明空气质量良好，相当于达到国 家质量二级标准；API值大于100且小于等于200,表明空气质量为轻度污染，相当于 国家空气质量三级标准； API值大于200表明

4、空气质量差，称之为中度污染，为国家 空气质量四级标准；API大于300表明空气质量极差，已严重污染。我国的水资源质量标准从高到低分为5类:1类适用于源头水，国家自然保护区.2类适用于集中式生活饮用水水源地一级保护区，珍稀水生生物栖息地，鱼虾产卵地.3类适用于集中式生活饮用水水源地二级保护区，鱼虾类越冬场，涧游通道等渔业水域及游泳区.4类适用于一般工业用水及人体非直接接触的娱乐用水区.5类适用于农业用水区及一般景观要求水域1原生环境：自然环境中未受人类活动干扰的地域。如人迹罕到的高山荒漠、原始森林、 冻原地区及大洋中心区等。次生环境：自然环境中受人类活动影响较多的地域。如耕地、种植园、鱼塘、人工

5、湖、牧场、工业区、城市、集镇等。是原生环境演变成的一种人工生 态环境。其发展和演变仍受自然规律的制约。2臭氧洞形成的机理 3酸雨及形成原因4我国现价段4大环境问题5农业环境问题的突出问题：农业污染不同于工业污染，农业污染主要以面源污染为主， 影响面大，治理困难。农用化学品的盲目使用；畜牧、水产养殖业污染；农业生产中自身 的有机废物污染；6点源污染：点源污染是指有固定排放点的污染源，指工业废水及城市生活污水，主要包 括工业废水和城市生活污水污染。非点源污染：广义指各种没有固定排污口的环境污染，狭义通常限定于水环境的非点源污染。富营养化：水体富营养化 (eutrophication)是指在人类活动

6、的影响下，生物所需的氮、磷等营养物质大量进入湖泊、河口、海湾等缓流水体，引起藻类及其他浮游生物迅速繁殖，水体溶解氧量下降，水质恶化，鱼类及其他生物大量 死亡的现象。面源污染： non-point source pollution 定义：引起水体污染的排放源，分布 在广大的面积上，与点源污染相比，它具有很大的随机性、不稳定性和复杂性，受外界气 候、水文条件的影响很大。7 COD CHEMICAL OXYGEN DEMAND是用化学氧化剂(通常用高镒酸钾、重需酸钾 )将水中可氧化的物质，如有机物、硫化物、亚铁、氨等进行氧化，再从残留的氧化剂的量， 计算出氧的消耗量，即是化学耗氧量(COD),它是表

7、示水质污染程度的一个重要指标。BOD biochemical oxygen demand生化需氧量也是水质有机污染综合指标之一，是指在一定温度(20C)时，微生物作用下氧化分解所需的氧量。TSS: Total SuspendedSubstances TSP : Total Suspended Particles第三章影响生物修复的污染物特性异生素xenobiotics; xenobiotic compound :是指存在于外界环境，可能与生物机体接触并且可能以某种途径进入机体的一些化学物质。换言之，异生素即为生命体系中外来的化合物。这些化合物并非生物机体的组成成分，也不是维持生命活动所必须的物

8、质；它们进入机体后，可能对生物体带来不良的影响甚至非常严重的后果，也可能没有什么不良彳用；有些在限定含量内不会对生物体有害，但超过一定浓度后就会表现出毒性作用;它们也许通过一定的途径较快地排出体外，或许在相当长的时间内蓄积在体内而不排出抗生物降解物资或生物难降解物资( recalcitrant substance )难降解物质通常指在自然 条件难于被生物作用发生速降分解的有机化学物质持久性有机污染物(persistent organic pollutants )优先污染物 priority pollutants : 环境中有许多污染物，但由于经济的原因不可能对所有的污染物都进行研究和控制，因此

9、， 通常只对一些特别重要的污染物进行研究和控制。这些经过优先选择的污染物称为环境优 先污染物。其特点：毒性强，对人类健康和生态危害特别大；残留时间长，难以降解；生产量大并在环境中分布广泛。异源基团(xenophore):增加一个基团就会使有机物不能矿化或者很难矿化，这个能使 降解性降低的基团叫异源基团共代谢：有些难以降解的化合物不能被完全矿化利用，降解菌在降解这些化合物时， 必须从其他底物获得大部分碳源和能源。辛醇-水分配系数(octanol-water partition coefficient) :平衡条件下，某一化学品在辛醇 相与水相中的浓度之比。Kow是无量纲的值。是在很低浓度下测定的

10、，所以 Kow是一个与溶质浓度相关性很小的函数。Kow范围在10-3-1070常用lgKow表示。Light NAPLs 在污染地点中有许多与水不相混融的非水相液体( non-aqueous phase liquids, NAPLs )。这些污染物可以分布在含水层、土壤、沉积物以及海洋、河口和淡水 的表层。NAPLs主要源于油船的泄漏、原油污染、陆地储油罐、运油车及石油管道泄漏 或倾覆造成汽油和石油产品及工业溶剂污染含水层和地下水。其中密度比水轻的称为轻非水相液体Dense NAPLs:密度比水中的称为重非水相液体DEHP 邻苯二甲酸双(2-乙基已基)酯 Di(2-ethylhexyl)pht

11、halate冰球杆状动力学现象DDT残留量与时间的关系吸附，吸收，吸着 1)吸着与吸着化学 Adsorption:吸附作用 Absorption:吸收作用uptake , take up 。 Sorption :吸着作用 Sorption=adsorption+absorption1污染物的主要来源有那些？工业污染，采矿和冶炼，交通污染，农业污染，生活污染， 事故污染。2化学结构对生物降解的一般规律有哪些？(1)增加一个取代基就会使有机物难以矿化或完全不能矿化.这种取代基团被称为异源基团(xenophore)。常见的异源基团：-Cl , -Br,-CN, -CF 3, -NO 3, -SO 3

12、H促进降解的基团：-OH, -COOH,酰胺，酯类或酰酎基团但是，取 代基团的影响随着分子的其他结构的改变而改变。如，有些带-NO3,-SO3H, -CN的化合物可以迅速降解(2)异源基团数目增加将使有机分子更难降解(3)异源基团位置对生物降解产生影响。一些位置对生物降解的影响不大，但另外一些位置可以急剧地降低微生物 降解率。但 不同的环境条件和不同的微生物区系，取代基位置对生物降解的影响是不同的。(4)甲基分支对生物降解产生影响.ABSs(alkyl benzyl sulfonates) 烷基苯磺酸盐(5)烷基或脂肪酸基与苯环的连接位置影响生物降解性.(6)多环芳煌中稠环越多越难生物降解.结

13、构与生物降解的关系在好氧条件下的规律与厌氧条件下的规律有所不同。不同的微生 物区系也有影响，因为不同的微生物利用利用能力不同纯培养下的结果可能与实际情况 存在差异结构与生物降解的一般规律不适合于能够降解难降解的异构体的单个种群。3抗生物降解物(recalcitrant) 的特点？有那些基本种类？抗降解的机制有哪些？1)分类:完全不被微生物代谢代谢缓慢，但高生物量时代谢迅速在一些条件下迅速降解，但另一条件下不降解；特点： 具有毒性，会影响生物的生长与繁殖。在自然界中存留时 间越长，风险越大；在自然界中低浓度时，毒害可能不大，但经食物链放大可以达到危害水平。 高分子可能无毒，但破坏景观。视觉污染”

14、一些物质易迁移难降解，危害风险大。种类： 小分子合成化学品 low-molecular-weight synthetic chemicals 2合成高分子聚合物 synthetic polymers 3合成化学品的产物 products generated fromsynthetic chemicals 4天然有机物 natural organic materials土壤腐殖质，泥炭、沉积物中的有机质 机制：分子太大，不能接近酶的活性中心专性微生物不存在，新的化合物不断出现，但新的酶系的出现远远地落后于新的化合物的出现。对细胞不可透过性：没有胞外酶，又不能进入细胞而不能实施降解。不能对必要的酶

15、进行诱导，条件不适合，或者化合物浓度太低，不能促进酶的合成。环境因素限制微生物活动。微生物需要的营养物质缺乏，共代谢微生物需要的其他能源和物质缺乏，有毒物质和抑制剂浓度太高。4什么是共代谢？共代谢的环境意义？所谓共代谢(Co-metabolism) 是指有些难以降解的化合物不能被完全矿化利用，降解菌在降解这些化合物时，必须从其它底物获得大部分碳源和能源。或者，指微生物群落在利用另一化学物质作为碳源或能源的同时，使环境中存在的其它污染物也得以参与代谢转化的过 程。共代谢是许多污染物降解的主要机制。机制：1）缺少进一步降解的酶系。微生物的第一个酶或酶系可以将基质转化为产物，但该产物不能被这个微生物

16、的其他酶系进一步转化，故代谢中间产物不能供生物合成和能量 代谢用。这是共代谢的主要原因。2）中间产物的抑制作用。基质最初转化的产物抑制了在以后起矿化作用的酶系的活性或抑制了该微生物的生长。3）需要另外的基质。有些微生物需要第二种基质进行特定的反应。如提供当前细胞反应中不能供应充分的物质，如电 子供体。意义：共代谢造成不良的环境影响，这是因为： 1）共代谢中微生物数量不增加，导致转 化率低。2）共代谢是有机产物积累，特别是有毒产物积累3）增加了污染物微生物修复的不可预测性。5基质被吸着后的有效性可能产生哪些变化？污染物经吸着后有效性会产生很大变化，这主要与基质的种类、吸着的机制有关、与有机离子的

17、持留强度有关、与微生物的降解能力 有关。有如下情况：A）吸着后完全不可降解 B）降低降解转化作用 C）刺激效应。如玻璃珠的存在促进海洋寡营养菌的生长，在蒙托石存在下淀粉的分解速率增加，添加蒙托石 后土壤中几种醛类的矿化速率增加，在高岭石存在下假单胞菌水解蛋白质加速。重金属、农药、多环芳烧（PAHs ）、多氯联苯（PCBs ）、及其同族物多氯二苯并二恶英 （PCDDs ）与多氯二苯并吠喃（PCDFs ）等具有较大的生物毒性。PAHs: Polycyclicaromatic hydrocarbons Polynuclear Aromatic Hydrocarbons?多环芳煌? PCBs: pol

18、ychlorinated diphenyl多氯联苯? POPs: Persistent Organic Pollutants? PTSs: persistent toxic substances? BTEX : benzene, toluene, ethylbenzene, xylene? 苯系物（BTEX ）苯，甲苯，乙苯，二甲苯? 重金属 heavy metal, metalloid农药 agricultural chemicals 镉、铅、铭、锌、铜、汞、神、硒 Cadmium LeadChromium Zinc Copper Mercury Arsenic Selenium Manga

19、nese NickelMolybdenum第四章 影响生物修复的受体特性 土壤环境污染的特点。1）隐蔽性和滞后性。单凭感官就可以判断水体和空气污染。但是土壤污染的污染往往需要通过对土壤样品的测定分析及农作物的残留检测才能判断。而产生健康危害，则需多年才可以看出。如日本的“骨痛病”经过了 10-20年之后才被发现。2）累积性和地域性。土壤中的污染物不像水体和空气中那样容易迁移，因此，污染物往往在土壤中积累到很高浓度。这样也使得土壤污染具有很强的地域性特点。3）不可逆转性。如重金属污染，很难通过自然过程清除，如对生态系统的危害，需要很长时间的恢复如POPs在土壤中存在许多年。4）治理难周期长。土壤

20、一旦污染，很难靠切断污染源来自我恢复，必须研制出有效的技术才能治理。土壤常见的理化性质有哪些？举例说明土壤理化性质对污染修复的影响。1 土壤质地对生物修复的影响2 土壤胶体性质与生物修复。土壤胶体既能使一些元素迁移，又能使一些元素固定、沉淀。土壤交换可以保存一些交换力强的元素，而促使交换力弱的 元素随水流失。3 土壤氧化还原与生物修复：（1）影响微生物类群（2）影响土壤养分的生物 有效性（3）影响土壤有毒物质（4）影响植物生长.4 土壤酸碱性质与生物修复水生植物的四种生态类型？1漂浮植物（floating plants ）:如水浮莲、满江红 2浮叶植物（floatingleaf plants

21、）:如睡莲3沉水植物（submerged plants ）:如苴草4挺水植物 （emerged plants ）:芦苇河流污染、湖泊污染与地下水污染的特点？3.1河流污染的特点3.1.1污染程度随径流变化。径污比：河流的径流量与河中的污水量之比.显然，径污比愈大，稀释能力强，污染程度轻，反之，就重。 3.1.2污染影响范 围广而大.上游遭到污染就影响到下游，甚至是海洋 .3.1.3河流的自净能力较强。排污 口污染较重，而下游较轻。3.2.1湖泊污染来源广、途径多、种类多 3.2.2湖水稀释和运移能力弱3.2.3湖泊对污染物资的降解能力、积累和转化能力强。地下水污染的特点：1）污染过程慢。污染下

22、渗到地下水要经过多种障碍。但一旦进入，就不容易消除，并且在大范围扩散。2）兼有间接污染。污染物随地下水下渗过程中，与其它物质作用，产生新的物质进入地下水，造成污染。3）环境水文地质影响大。不同的水文地质特征产生不同的污染类型。试分析影响大气污染扩散的主要因素。1影响大气污染修复的气象因素1 ）风：大气污染物在风的作用下，沿着下风向输送、扩散和稀释。风速大、稀释大、污染轻。2）湍流（atmospheric turbulent:大气的无规则运动。污染物的扩散主要依靠湍流。2影响大气污染修复的气象热力因素1）温度层结与逆温。2）大气稳定度大气处于稳定状态时，湍流受到抑制，大气对污染物的扩散稀释能力弱

23、。反之，亦然。3影响大气污染修复的地理环境状况.影响污染物在大气中扩散的地理环境包括地形状况 和地面物体。4影响大气污染修复的污染物特征。大气污染物在扩散过程中，除了在湍流及平流输送的 主要作用下被稀释外，对于不同性质的污染物，还存在沉降、化合分解、净化等质量转化 和转移作用。虽然这些作用对中、小尺度的扩散为次要因素，但对较大粒子沉降的影响仍 须考虑，而对较大区域进行环境评价时净化作用的影响不能忽略。大气及下垫面的净化作 用主要有干沉积、湿沉积和放射性衰变等。第5章一、微生物与污染物相互作用的多种基质效应其一、多种有机质可以同时被利用。其二、一种基质可以促进另一种基质的利用。其三、 一种基质可

24、以减缓另一种基质的利用。其四、基质可以被顺序利用二、协同作用及其机制许多生物降解需要多种微生物的合作。单一菌株不能降解，而混合菌株能降解。如节杆菌属（Arthrobacter） 和琏霉菌属（Streptomyces） 在一起时才能矿化二嗪磷。（1）提供生长 因子（2）分解不完全降解物（3）分解有毒物（4）分解共代谢产物三、微生物的驯化、驯化期及其利用从污染物进入环境到污染物开始迅速降解这段时间间隔称为驯化期。驯化及其在污染物处理中的应用：1工业废水处理：活性污泥的驯化。开始时，用少量工业废水，一定时间后， 增大工业废水比例。2菌种筛选上的应用：通过人工措施是微生物逐步适应某种特定环境， 最后获

25、得由较高耐受力的特定微生物。四、同生菌、加速进化”具有协同共栖关系的两个或多个微生物种群叫同生菌。两种微生物只能协同降解同一种污 染物。即使加入生长因子或满足其他条件也不能使同生菌中的每个菌团独立存在。活体的遗传工程（in vivo genetic engineering ）又称“质粒协助分子育种（plasmid-assisted molecular breeding）它利用环境中存在的微生物在选择性压力下于恒化器中长期培养，通过各种微生物间质粒的自然传递和相互作用来完成构建新菌株的目的，加速了 新的异生素降解菌自然进化的过程。超级细菌试举例说明环境条件对植物修复的影响。与微生物一样，影响植物

26、修复的因子包括pH, Eh,共存物质，污染物交互作用，生物因子等。以重金属植物修复为例。1、pH改变重金属的生物有效性（1）降低pH,重金属溶解度增加，反之，亦然。（2） 土壤pH影响离子活度。（3） 土壤溶液pH降低，大多数重 金属元素在土壤固相的吸附能力和吸附量下降第6章植物修复一Phytoremediation 植物修复。植物修复是利用植物及其根圈微生物体系的吸收、挥发和 转化、降解的作用机制来清除环境中的污染物的一种污染环境治理技术。植物挥发 挥发是气孔和角质层中的孔隙重金属目前发现的超积累植物分布在20多个科中，其中以_B 植物较多。? A览科； B十字花科；? C禾本科；D石竹科娱蚣草（Pteris vittata L.）是 A超积累植物。? A神；B镉；C铭；D铅生物修复中，容易形成挥发性物质的重金属（非金属）有? A镉和镒；B铅和锌；C硒和汞；D神和铜植物稳定