受污染水体的生物修复技术上课讲义

1、受污染水体的生物修复技术澳大利亚大堡礁因环境污染正澳大利亚大堡礁因环境污染正在消亡在消亡 水体的生物修复水体的生物修复 指生物特别是微生物催化降解有指生物特别是微生物催化降解有机污染物，从而去处或消除环境机污染物，从而去处或消除环境污染的一个受控的过程，即利用污染的一个受控的过程，即利用培育的植物或培养、接种的微生培育的植物或培养、接种的微生物的生命活动，对水中污染物进物的生命活动，对水中污染物进行转移、转化及降解，从而使水行转移、转化及降解，从而使水体得到净化的技术。体得到净化的技术。广义的生物修复广义的生物修复指一切以利用生物为主体的环境指一切以利用生物为主体的环境污染的治理技术。它包括利

2、用植污染的治理技术。它包括利用植物、动物和微生物吸收、降解、物、动物和微生物吸收、降解、转化土壤和水体中的污染物，使转化土壤和水体中的污染物，使污染物的浓度降低到可接受的水污染物的浓度降低到可接受的水平，或将有毒有害的污染物转化平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质，也包括将污染物为无害的物质，也包括将污染物稳定化，以减少其向周边环境的稳定化，以减少其向周边环境的扩散。扩散。狭义的生物修复狭义的生物修复是指通过微生物的作用清除土壤是指通过微生物的作用清除土壤和水体中的污染物，或是使污染和水体中的污染物，或是使污染物无害化的过程。它包括自然的物无害化的过程。它包括自然的和人为控制条件下的污染物

3、降解和人为控制条件下的污染物降解或无害化过程。或无害化过程。对于修复的主体而言分为对于修复的主体而言分为：植物修复植物修复动物修复动物修复微生物修复微生物修复对于修复受体，生物修复技术对于修复受体，生物修复技术被划分为：被划分为：原位微生物修复：指对受污染的介质（土壤、原位微生物修复：指对受污染的介质（土壤、水体）不作搬运或输送而在原位污染地进行水体）不作搬运或输送而在原位污染地进行的生物修复处理，其修复过程主要依赖于被的生物修复处理，其修复过程主要依赖于被污染地自身微生物的自然降解能力和人为创污染地自身微生物的自然降解能力和人为创造的合适降解条件。造的合适降解条件。 异位生物修复：指植被污染

4、介质（土壤、水体）异位生物修复：指植被污染介质（土壤、水体）搬动或输送到它处进行生物修复处理。但这搬动或输送到它处进行生物修复处理。但这里的搬动和输送是低限底的，而且更强调人里的搬动和输送是低限底的，而且更强调人为控制和创造更加优化的降解环境。为控制和创造更加优化的降解环境。 联合生物修复联合生物修复: :是一种结合原位生物修复和异是一种结合原位生物修复和异位生物修复能够扬长避短位生物修复能够扬长避短, ,是在当今环境修是在当今环境修复中应用较广泛的生物修复措施。复中应用较广泛的生物修复措施。生物修复技术的优点生物修复技术的优点 污染物在原地被降解；污染物在原地被降解；修复时间较短；修复时间较

5、短；就地处理操作简便，对周围环境干就地处理操作简便，对周围环境干扰少；扰少；较少的修复金费，仅为传统化学、较少的修复金费，仅为传统化学、物理修复金费的物理修复金费的30%50%；人类直接暴露在这些污染物下的机人类直接暴露在这些污染物下的机会减少；会减少；不产生二次污染，遗留问题少。不产生二次污染，遗留问题少。生物修复的局限性生物修复的局限性不能降解所有进入环境的污染物不能降解所有进入环境的污染物需对污染区的状况和存在的污染物进需对污染区的状况和存在的污染物进行详细而昂贵的现场调查行详细而昂贵的现场调查特定的微生物只降解特定类型的化学特定的微生物只降解特定类型的化学物质物质微生物活性受温度和其他

6、环境条件影微生物活性受温度和其他环境条件影响响生物修复不能将污染物全部去处生物修复不能将污染物全部去处水体修复的主要处理方法水体修复的主要处理方法生物处理技术生物处理技术生态塘生态塘(氧化塘氧化塘)处理法处理法人工湿地处理技术人工湿地处理技术土地处理技术土地处理技术污染河流的生物修复污染河流的生物修复强化自然净化修复：通过采取措强化自然净化修复：通过采取措施，向河流输送某种形式的能量施，向河流输送某种形式的能量或物质，强化河流的自我净化过或物质，强化河流的自我净化过程，加快河流的修复程，加快河流的修复,是一类原位是一类原位修复技术。修复技术。常用的几种技术：常用的几种技术：河流水体曝气复氧技术

7、河流水体曝气复氧技术多功能河道生态工程修复技术多功能河道生态工程修复技术生物试剂添加技术（投菌法）生物试剂添加技术（投菌法）其他几种修复其他几种修复陆地生态修复陆地生态修复水生生态修复水生生态修复湿地生态修复湿地生态修复新泾港河道曝气复氧生物修新泾港河道曝气复氧生物修复试验复试验新泾港是苏州河的一条支流，水体新泾港是苏州河的一条支流，水体受有机物严重污染并呈黑臭。上海受有机物严重污染并呈黑臭。上海市环科院于市环科院于1998年年1112月在河道月在河道内三个断面各设置一个曝气点进行内三个断面各设置一个曝气点进行水体曝气复氧生物修复试验。水体曝气复氧生物修复试验。结果表明人工曝气复氧可大大提高结

8、果表明人工曝气复氧可大大提高原先呈厌氧水体的溶解氧原先呈厌氧水体的溶解氧 ，从而，从而刺激降解有机物的好氧土著菌的生刺激降解有机物的好氧土著菌的生长。长。广州河道生物修复成功案例广州河道生物修复成功案例黑臭河道水体：黑臭河道水体： 朝阳涌朝阳涌 古廖涌古廖涌 应用技术：应用技术： 底泥生物氧化底泥生物氧化 水体生物修复水体生物修复 河涌生态恢复河涌生态恢复 修复后修复后上海徐汇区上澳塘水体生物修上海徐汇区上澳塘水体生物修复试验复试验试验采用美国试验采用美国Probiotic Solutions公公司的水体净化促生液，对徐汇区上澳司的水体净化促生液，对徐汇区上澳塘黑臭水体进行生物修复。塘黑臭水体

9、进行生物修复。结果表明，该净化促生液具有促进水结果表明，该净化促生液具有促进水体好氧洁净状态生态系统各类微生物体好氧洁净状态生态系统各类微生物的生长，及向良性生态区系演替的作的生长，及向良性生态区系演替的作用，可促进污染水体中微生物由厌氧用，可促进污染水体中微生物由厌氧向好氧演替，生物由低等向高等演替，向好氧演替，生物由低等向高等演替，水体中生物多样性增加；同时，还可水体中生物多样性增加；同时，还可促进水体中有机物的降解，并有助于促进水体中有机物的降解，并有助于水体增氧，可有效地消除水体黑臭。水体增氧，可有效地消除水体黑臭。 水体净化促生液（水体净化促生液（Bio-energizer），其含有

10、降），其含有降解污染物的多种酶，以及促进微生物生长的有解污染物的多种酶，以及促进微生物生长的有机酸、微量元素、维生素等成分。机酸、微量元素、维生素等成分。在投加到受污染水体中后，酶可立即发挥作用，在投加到受污染水体中后，酶可立即发挥作用，迅速将各类污染物降解成迅速将各类污染物降解成CO2、H2O等无机物，等无机物，达到稳定化的目的，并使水体内污染物的耗氧达到稳定化的目的，并使水体内污染物的耗氧量大大下降。量大大下降。其后，河道中天然存在的污染物降解微生物其后，河道中天然存在的污染物降解微生物（或称土著微生物）利用促生液中微量元素、（或称土著微生物）利用促生液中微量元素、维生素及污染物降解中间产

11、物小分子有机物迅维生素及污染物降解中间产物小分子有机物迅速生长，使残存的有机物继续降解，有机物分速生长，使残存的有机物继续降解，有机物分解后释放的解后释放的N、P等营养会同促生液中的微量元等营养会同促生液中的微量元素及维生素等又可促进水体中藻类的生长，藻素及维生素等又可促进水体中藻类的生长，藻类在光照下进行光合作用释放的氧大大加速了类在光照下进行光合作用释放的氧大大加速了黑臭、缺氧水体的天然复氧作用。黑臭、缺氧水体的天然复氧作用。结果使河道水体的复氧作用大于耗氧作用，结果使河道水体的复氧作用大于耗氧作用，河水中溶氧水平逐渐恢复。溶解氧的出现河水中溶氧水平逐渐恢复。溶解氧的出现和升高又有助于好氧

12、微生物区系的建立，和升高又有助于好氧微生物区系的建立，有利于污染物在好氧条件下的彻底降解，有利于污染物在好氧条件下的彻底降解，并刺激了摄食藻类的微型动物、甚至鱼类并刺激了摄食藻类的微型动物、甚至鱼类的恢复和生长，它们可使过高的藻类密度的恢复和生长，它们可使过高的藻类密度得以降低。得以降低。由上可见，污染水体在投加水体净化促生由上可见，污染水体在投加水体净化促生液后，可加速污染水体净化过程中微生物液后，可加速污染水体净化过程中微生物及生物的演替，直接（依靠酶）或间接及生物的演替，直接（依靠酶）或间接（借助于放氧光合生物产生的氧）地在生（借助于放氧光合生物产生的氧）地在生物的作用下使污染物得以降解

13、，转化成物的作用下使污染物得以降解，转化成CO2、H2O等稳定的无机物，增加了水体等稳定的无机物，增加了水体中生物的多样性，并使河道水体建立起一中生物的多样性，并使河道水体建立起一个在洁净水体中才能见到的良性循环的生个在洁净水体中才能见到的良性循环的生态系统。态系统。湖泊的生物修复湖泊的生物修复现状现状 我国湖泊水污染已相当严重，主要表我国湖泊水污染已相当严重，主要表现是现是“富营养化富营养化”。已有约。已有约65%的湖的湖泊呈现富营养状态，还有约泊呈现富营养状态，还有约29%正在正在转向富营养状态。湖泊水的污染不仅转向富营养状态。湖泊水的污染不仅仅影响水体的功能例如供应生活用水，仅影响水体的

14、功能例如供应生活用水，以及危害水生生物，而且正在导致湖以及危害水生生物，而且正在导致湖泊本身的消亡。泊本身的消亡。常用的修复方法：常用的修复方法：富营养化的微生物修复富营养化的微生物修复富营养化的水生植被修复富营养化的水生植被修复富营养化的生物操纵修复富营养化的生物操纵修复富营养化的底泥环境疏浚修复富营养化的底泥环境疏浚修复一一.富营养化的微生物修复富营养化的微生物修复深水曝气修复深水曝气修复 指向湖泊中进行人工复氧。指向湖泊中进行人工复氧。生物试剂添加修复生物试剂添加修复 向污染的湖泊中投加人工培育的向污染的湖泊中投加人工培育的 活性微生物，强化河流有机物的活性微生物，强化河流有机物的降解。

15、降解。河湖富营养化的重要特征是水体上层好河湖富营养化的重要特征是水体上层好氧，下层缺氧。通过一定的增氧设备，氧，下层缺氧。通过一定的增氧设备，增加水体溶解氧，能加速河湖水体和底增加水体溶解氧，能加速河湖水体和底泥微生物对污染物分解，为水体中各种泥微生物对污染物分解，为水体中各种水生动物呼吸提供氧气，促进系统生物水生动物呼吸提供氧气，促进系统生物多样性。多样性。水体曝气复氧一般采用固定式充氧站和水体曝气复氧一般采用固定式充氧站和移动式充氧平台两种形式，可以充空气，移动式充氧平台两种形式，可以充空气，也可以进行纯氧曝气。湖泊多采用深层也可以进行纯氧曝气。湖泊多采用深层曝气，目前我国在城市水环境治理

16、中应曝气，目前我国在城市水环境治理中应用较多的是纯氧增氧曝气船。人工增氧用较多的是纯氧增氧曝气船。人工增氧是城市水环境生物修复的重要措施，被是城市水环境生物修复的重要措施，被广泛应用于黑臭河道和水体富营养化治广泛应用于黑臭河道和水体富营养化治理，取得了许多成功案例。理，取得了许多成功案例。深水曝气修复的原理深水曝气修复的原理在不改变水体分层的状态下提高在不改变水体分层的状态下提高溶解氧的浓度溶解氧的浓度改善冷水鱼类的生活环境和增加改善冷水鱼类的生活环境和增加食物供给食物供给改善泥界面厌氧环境为好氧条件，改善泥界面厌氧环境为好氧条件，降低内源性磷的负荷降低内源性磷的负荷降低氨氮，铁，锰等离子性物

17、质降低氨氮，铁，锰等离子性物质的浓度的浓度深水曝气的方式深水曝气的方式机械搅拌（成本高，效率低）机械搅拌（成本高，效率低）注入纯氧（效率高，但容易引起深层注入纯氧（效率高，但容易引起深层水与表层水混层）水与表层水混层）注入空气（成本最低而效果最好，应注入空气（成本最低而效果最好，应用的最多）用的最多）从实际应用情况来看从实际应用情况来看曝气系统能够有效地增加水层的溶解曝气系统能够有效地增加水层的溶解氧，同时氨氮和硫化氢能够得到降低，氧，同时氨氮和硫化氢能够得到降低，厌氧环境可以转变为好氧环境。厌氧环境可以转变为好氧环境。但内源性磷的控制效果不稳定，停止但内源性磷的控制效果不稳定，停止曝气就恢复

18、到原来的水平。因此，对曝气就恢复到原来的水平。因此，对富营养现象的改善或对藻类生长的空富营养现象的改善或对藻类生长的空制不如预期的理想。制不如预期的理想。研究发现研究发现曝气会影响水体生物，深层水由由于曝气会影响水体生物，深层水由由于从厌氧转变为好氧，相应生物种类分从厌氧转变为好氧，相应生物种类分发生比较大的变化。发生比较大的变化。如增加了食草生物的生存空间，某些如增加了食草生物的生存空间，某些大型食草生物的增加有助于控制藻类大型食草生物的增加有助于控制藻类等富营养化生物的生长。等富营养化生物的生长。曝气可能有着更深远的作用。曝气可能有着更深远的作用。二二.富营养化的水生植被修复富营养化的水生

19、植被修复湖泊水生植被的恢复是湖泊环境综合湖泊水生植被的恢复是湖泊环境综合治理的一个重要环节。对于浅水湖泊治理的一个重要环节。对于浅水湖泊而言，重建水生植被是富营养化治理而言，重建水生植被是富营养化治理和湖泊生态恢复的重要措施。和湖泊生态恢复的重要措施。我国许多城市湖泊，游览型湖泊和水我国许多城市湖泊，游览型湖泊和水源型湖泊已经过治理，但尚没有湖泊源型湖泊已经过治理，但尚没有湖泊脱离富营养水平，关键在于缺乏水生脱离富营养水平，关键在于缺乏水生植被的恢复环节。植被的恢复环节。水生植物可以显著提高富营养水体的水生植物可以显著提高富营养水体的水质，对有毒的有机污染也有明显的水质，对有毒的有机污染也有明

20、显的净化作用。恢复以沉水植物为主的水净化作用。恢复以沉水植物为主的水生植被是合理有效的水质净化和生态生植被是合理有效的水质净化和生态系统恢复的重要措施。系统恢复的重要措施。水生植被的优化设计水生植被的优化设计先锋物种的选择先锋物种的选择 先锋物种的选择是对水生植物生物学特先锋物种的选择是对水生植物生物学特性，耐污性，对性，耐污性，对N，P出去能力等的研究基出去能力等的研究基础上，筛选出几种具有一定耐受性的，能适础上，筛选出几种具有一定耐受性的，能适应湖泊水质现状的物种作为恢复的先锋物种应湖泊水质现状的物种作为恢复的先锋物种同时为水生植物群落恢复提供建群物种。同时为水生植物群落恢复提供建群物种。

21、 1 物种选择原则物种选择原则 适应性原则适应性原则 本土性原则本土性原则 强净化能力原则强净化能力原则 可操作性原则可操作性原则 2确定植物种类确定植物种类群落配置群落配置 群落配置就是通过人为设计，将欲恢复重建群落配置就是通过人为设计，将欲恢复重建的水生植物群落，根据环境条件和群落特性的水生植物群落，根据环境条件和群落特性按一定的比例在空间分布和时间分布方面进按一定的比例在空间分布和时间分布方面进行安排，高效运行达到恢复目标，即净化水行安排，高效运行达到恢复目标，即净化水质，形成稳定可持续利用的生态系统。质，形成稳定可持续利用的生态系统。 1水平空间配置水平空间配置 指在湖泊不同的受污染水

22、域或湖区上配置指在湖泊不同的受污染水域或湖区上配置不同的植物群落。不同的植物群落。 2垂直空间配置垂直空间配置水生植物的生长和分布与水深有密切的水生植物的生长和分布与水深有密切的关系，有的植物只能分布在浅水区，有的则关系，有的植物只能分布在浅水区，有的则在深水区在深水区 。 水生植物能够不同程度地清除被污染水体水生植物能够不同程度地清除被污染水体的氮、磷，重金属及有机污染物，并在污的氮、磷，重金属及有机污染物，并在污水治理中得到了广泛的应用。通过分析水水治理中得到了广泛的应用。通过分析水生植物对水中氮、磷等营养元素和污染物生植物对水中氮、磷等营养元素和污染物的吸收及分解作用，可选择不同的水生植

23、的吸收及分解作用，可选择不同的水生植物及其组合来适应不同的受污染水体。还物及其组合来适应不同的受污染水体。还可通过控制水生植物的数量来调控净化能可通过控制水生植物的数量来调控净化能力的大小，以修复受污染水体并保持水质。力的大小，以修复受污染水体并保持水质。科学的管理和转化利用是治理的关键。适科学的管理和转化利用是治理的关键。适量的水葫芦生长有利于水质的净化，在水量的水葫芦生长有利于水质的净化，在水葫芦长到适当时就需要打捞，并通过发酵葫芦长到适当时就需要打捞，并通过发酵转化等技术将其转化利用，防止其腐烂造转化等技术将其转化利用，防止其腐烂造成的二次污染。沉水植物的治理对湖泊生成的二次污染。沉水植

24、物的治理对湖泊生态系统有着重大影响，但如果缺乏反馈机态系统有着重大影响，但如果缺乏反馈机制结果会更恶劣制结果会更恶劣 。三三.富营养化的生物操纵修复富营养化的生物操纵修复生物操纵技术的基本概念，最早生物操纵技术的基本概念，最早由由Shapiro提出来的。它的基本提出来的。它的基本概念，就是利用调整生物群落结概念，就是利用调整生物群落结构的方法控制水质；其主要原理构的方法控制水质；其主要原理是调整鱼群结构，保护和发展滤是调整鱼群结构，保护和发展滤食性的浮游动物，从而控制藻类食性的浮游动物，从而控制藻类的过度生长；其核心是利用浮游的过度生长；其核心是利用浮游动物滤食浮游藻类，增加水体透动物滤食浮游藻类，增加水体透明度。明度。 实践证明实践证明鳙、鲢鱼和螺、蚌等底栖动物有鳙、鲢鱼和螺、蚌等底栖动物有滤食浮游藻类或刮食着生藻类的滤食浮游藻类或刮食着生藻类的作用，通过增加消费者规模，加作用，通过增加消费者规模，加快生产者消耗速度，促进河湖生快生产者消耗速度，促进河湖生态系统物质循环，还可通过对鱼态系统物质循环，还可通过对鱼类等捕获，将类等捕获，将N N、P P营养盐和有机营养盐和有机污染物移出河湖生态系统。生物污染物移出河湖生态系统。生物操纵技术已被应用于湖泊富营养操纵技术已被应用于湖泊富营养治理，并取得了一定效果。治理，并取得了一定效果。四四.富营养化的底