湖北工业大学环境污染的生物修复

1、1第十章第十章 环境污染生物修复技术环境污染生物修复技术2概述概述 在自然界有哪些原因会导致环境的自净过程极在自然界有哪些原因会导致环境的自净过程极其缓慢，甚至还会因污染速度大于净化速度，使污其缓慢，甚至还会因污染速度大于净化速度，使污染物不断贮积？染物不断贮积？34概述概述 在天然的环境下通过某些在天然的环境下通过某些工程手段工程手段以以强化污染强化污染物降解物降解的生物净化作用，使污染物在被污染的的生物净化作用，使污染物在被污染的河道、河道、海洋、地下水、土壤海洋、地下水、土壤中中就地或现场就地或现场得到净化处理。得到净化处理。5生物修复的基本内容与原理生物修复的基本内容与原理广义的生物修

2、复通常是指利用各种生物（包括微生物，动物广义的生物修复通常是指利用各种生物（包括微生物，动物和植物）的特性，和植物）的特性，吸收、降解、转化吸收、降解、转化环境中的污染物，使受环境中的污染物，使受污染的环境得到改善的治理技术，一般分为污染的环境得到改善的治理技术，一般分为植物修复、动物植物修复、动物修复和微生物修复修复和微生物修复三种类型。三种类型。狭义的生物修复通常是指在狭义的生物修复通常是指在自然或人工控制的条件下，利用自然或人工控制的条件下，利用特定的微生物降解、清除环境中污染物特定的微生物降解、清除环境中污染物的技术。的技术。6生物修复动物修复微生物修复利用微生物将环境中的污染物降解或

3、转化为其他无害物质的过程通过土壤动物群的直接或间接作用而修复土壤污染的过程植物修复利用植物去治理水体、土壤和底泥等介质中的污染的技术 植物萃取、植物稳定、根基修复、植物转化、根际过滤、植物挥发等7生物修复的基本定义生物修复的基本定义生物修复是针对受污染场地（面源污染，污染物已进入环境）生物修复是针对受污染场地（面源污染，污染物已进入环境）利用生物自净功能或强化生物净化功能对污染物进行降解的利用生物自净功能或强化生物净化功能对污染物进行降解的过程过程。生物修复的目的是将有机污染物浓度降低到低于检测限或低生物修复的目的是将有机污染物浓度降低到低于检测限或低于环境标准规定的安全浓度。于环境标准规定的

4、安全浓度。8必须具备有代谢活动的微生物必须具备有代谢活动的微生物；这些微生物必须能以相当速率降解污染物，并使污染物浓度降至要这些微生物必须能以相当速率降解污染物，并使污染物浓度降至要求的范围内；求的范围内；微生物修复过程中不会产生毒副产物；微生物修复过程中不会产生毒副产物；污染场地中的污染物对微生物无害，不会对污染物降解菌产生抑制，污染场地中的污染物对微生物无害，不会对污染物降解菌产生抑制，否则要进行稀释或将抑制剂无害化；否则要进行稀释或将抑制剂无害化；污染场地或者反应器的运行条件必须有利于微生物的生长并保持微污染场地或者反应器的运行条件必须有利于微生物的生长并保持微生物的活性；生物的活性；

5、对于重金属污染，适合当地环境的植物特别是超积累植物非常重要；对于重金属污染，适合当地环境的植物特别是超积累植物非常重要；处理费用要尽可能低，至少要低于其他处理技术才有竞争力。处理费用要尽可能低，至少要低于其他处理技术才有竞争力。用生物修复解决受污染场地的污染问题，必须具备的条件用生物修复解决受污染场地的污染问题，必须具备的条件9生物修复生物修复的处理费用低，微生物修复的费用仅为物理、化学修复费的处理费用低，微生物修复的费用仅为物理、化学修复费用的用的30-50%；对环境影响小，遗留问题少，不会产生二次污染；对环境影响小，遗留问题少，不会产生二次污染；原位生物修复可将污染物在原地降解清除，植物修

6、复环境的同时还原位生物修复可将污染物在原地降解清除，植物修复环境的同时还可净化、绿化周围环境；可净化、绿化周围环境；能尽可能低地降低污染物浓度，恢复并提高自然环境的自净功能；能尽可能低地降低污染物浓度，恢复并提高自然环境的自净功能；就地处理，没有复杂的成套设备系统，操作简便；就地处理，没有复杂的成套设备系统，操作简便； 修复时间较短，人畜安全性较好，直接暴露于污染物下的机会减少。修复时间较短，人畜安全性较好，直接暴露于污染物下的机会减少。1. 与物理化学修复方式相比，生物修复技术的优点与物理化学修复方式相比，生物修复技术的优点生物修复的优缺点生物修复的优缺点10不是所有的污染物都适用于生物修复

7、。不是所有的污染物都适用于生物修复。有些化学品不易或根本不能被有些化学品不易或根本不能被生物降解，如多氯代化合物和重金属。生物降解，如多氯代化合物和重金属。污染物的不溶解性及其在土壤中污染物的不溶解性及其在土壤中与腐殖质和粘粒结合，使生物修复更难以进行；与腐殖质和粘粒结合，使生物修复更难以进行； 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而增加。例如三氯乙烯（。例如三氯乙烯（TCE）在厌氧条件下可以进行一系列的还原脱）在厌氧条件下可以进行一系列的还原脱卤作用，产物之一的氯乙烯（卤作用，产物之一的氯乙烯（VC）是致癌

8、物。因此，如果不对微生物）是致癌物。因此，如果不对微生物降解过程有全面了解，有时情况会比原来更糟；降解过程有全面了解，有时情况会比原来更糟； 生物修复是一种科技含量较高的处理方法，生物修复是一种科技含量较高的处理方法，它的运作必须符合污染地它的运作必须符合污染地的特殊条件。的特殊条件。因此，最初用在修复地点进行生物可处理性研究和处理方因此，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）的相应费用，一些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。低渗透性土壤往往不适合生物修复。2.生物修复技术的不足生物

9、修复技术的不足113.局限性局限性v微生物微生物不能降解不能降解污染环境中的污染环境中的所有污染物所有污染物。v要求对地点状况进行工程前期的要求对地点状况进行工程前期的考察考察，往往，往往费时费时、费钱费钱。v一些一些低渗透性土壤低渗透性土壤往往不宜采用生物修复技术。往往不宜采用生物修复技术。v特定的微生物只降解特定的化合物类型特定的微生物只降解特定的化合物类型，化合物形态一旦变化就难，化合物形态一旦变化就难以被原有的微生物酶系降解。以被原有的微生物酶系降解。v微生物活性微生物活性受温度和其他环境条件的影响受温度和其他环境条件的影响。v有些情况下，生物修复有些情况下，生物修复不能将污染物全部去

10、除不能将污染物全部去除。v如何开展对如何开展对寒冷地区的污染土壤寒冷地区的污染土壤和和海洋中的石油污染海洋中的石油污染治理是生物修治理是生物修复尚待研究的重要课题。复尚待研究的重要课题。12优点：优点：投资费用省，对环境影响小，能有效降低污染投资费用省，对环境影响小，能有效降低污染物浓度，适用于在其他技术难以应用的场地，而且能物浓度，适用于在其他技术难以应用的场地，而且能同时处理受污染的土壤和地下水。同时处理受污染的土壤和地下水。局限性：局限性：需对具体地点的状况和污染物进行详细而昂需对具体地点的状况和污染物进行详细而昂贵的考察，微生物活性受温度和其他环境条件的影响，贵的考察，微生物活性受温度

11、和其他环境条件的影响，某些情况下，生物修复不能去除全部的污染物。某些情况下，生物修复不能去除全部的污染物。与生物处理的区别：与生物处理的区别：两者原理一致，但生物修复侧重两者原理一致，但生物修复侧重于受污区域的原位生物处理。于受污区域的原位生物处理。生物修复技术的特点总结生物修复技术的特点总结13生物修复的主要方法生物修复的主要方法生物修复技术的分类生物修复技术的分类原位生物修复原位生物修复异位生物修复异位生物修复141.用于生物修复的生物种类用于生物修复的生物种类v（1 1）土著微生物）土著微生物v（2 2）外来微生物）外来微生物v（3 3）基因工程菌）基因工程菌 采用基因工程技术，采用基因

12、工程技术，将降解性质粒转移到一些能在污水和受将降解性质粒转移到一些能在污水和受污染土壤中生存的菌体内污染土壤中生存的菌体内定向地构建高效降解难降解污染物的工程定向地构建高效降解难降解污染物的工程菌。菌。v（4 4）植物及超积累植物）植物及超积累植物 特性：即使在污染物浓度较高时，也具有较高的积累速率；能特性：即使在污染物浓度较高时，也具有较高的积累速率；能在体内积累高浓度的污染物；生长快、生物量大；能同时积累多种在体内积累高浓度的污染物；生长快、生物量大；能同时积累多种污染物；具有抗虫抗病能力。污染物；具有抗虫抗病能力。生物修复的影响因素与基本措施生物修复的影响因素与基本措施15（1）非生物因

13、素：）非生物因素： 温度、温度、pH值、湿度水平、盐度、有毒物质、值、湿度水平、盐度、有毒物质、静水压力静水压力（2）营养物质：）营养物质：添加氮、磷营养元素添加氮、磷营养元素（3）电子受体：）电子受体：环境中的有机污染物在微生物的作用下被氧化环境中的有机污染物在微生物的作用下被氧化分解时需耗氧。分解时需耗氧。（4）复合基质：）复合基质：自身吸附，微生物附着。自身吸附，微生物附着。（5）微生物的协同作用：）微生物的协同作用：多数生物降解过程需要两种或更多种多数生物降解过程需要两种或更多种类微生物的协同作用。类微生物的协同作用。（6）捕食作用：）捕食作用：捕食类微生物会影响微生物对污染物的降解捕

14、食类微生物会影响微生物对污染物的降解（7）植物根系的影响：）植物根系的影响：植物的根系对微生物类的组成结构有影植物的根系对微生物类的组成结构有影响响2.2.生物修复的影响因素生物修复的影响因素16（1 1）接种微生物或引种超积累植物）接种微生物或引种超积累植物（2 2）添加营养物）添加营养物（3 3）提供电子受体）提供电子受体（4 4）提供共代谢底物以诱导共代谢酶产生）提供共代谢底物以诱导共代谢酶产生（5 5）添加表面活性剂）添加表面活性剂3.生物修复的基本措施生物修复的基本措施17n1、使用适合的微生物、使用适合的微生物n2、在适合的地点、在适合的地点n3、适合的环境条件、适合的环境条件生物

15、修复三原则生物修复三原则18适合的微生物：具有生理和代谢能力并能降解适合的微生物：具有生理和代谢能力并能降解污染物的细菌和真菌。污染物的细菌和真菌。在许多情况下，则要加入外源微生物。在许多情况下，则要加入外源微生物。n1、使用适合的微生物、使用适合的微生物生物修复三原则生物修复三原则19适合的地点：要有污染物和合适的微生物相接适合的地点：要有污染物和合适的微生物相接触的地点。触的地点。n2、使用适合的地点、使用适合的地点生物修复三原则生物修复三原则20适合的环境条件：要控制或改变环境条件，使适合的环境条件：要控制或改变环境条件，使微生物的代谢和生长活动处于最佳状态。微生物的代谢和生长活动处于最

16、佳状态。n3、使用适合的环境条件、使用适合的环境条件生物修复三原则生物修复三原则21生物修复和生物处理生物修复和生物处理生物修复生物修复生物处理生物处理主要控制主要控制环境中的环境中的污染物污染物控制控制排放口排放口污染物污染物降解的化学品多是降解的化学品多是比较难降解比较难降解的有毒化学品的复杂混合物的有毒化学品的复杂混合物多是多是比较容易降解的比较容易降解的有机物有机物进行降解的基体常是进行降解的基体常是多相的非多相的非均质的环境均质的环境在在精心设计的工程系统精心设计的工程系统中进行中进行221 土壤的生物修复土壤的生物修复生物修复技术的应用生物修复技术的应用l（1）土壤污染的概念）土壤

17、污染的概念 土壤污染直接的影响是土地生产力的下降；通过土壤土壤污染直接的影响是土地生产力的下降；通过土壤- -植植物物- -动物动物- -人体食物链的污染，危害人体健康、威胁人类生存；人体食物链的污染，危害人体健康、威胁人类生存；土壤污染还危害其他环境要素如水体，大气等。土壤污染还危害其他环境要素如水体，大气等。 土壤污染是指进入土壤中的有害、有毒物质超出土壤的土壤污染是指进入土壤中的有害、有毒物质超出土壤的自自净能力净能力，导致土壤的物理、化学和生物学性质发生改变，降低，导致土壤的物理、化学和生物学性质发生改变，降低农作物的产量和质量，并危害人体健康的现象。农作物的产量和质量，并危害人体健康

18、的现象。 23l 中国重金属污染耕地总计：中国重金属污染耕地总计：2000万公顷万公顷l 中国有机物污染农田总计：中国有机物污染农田总计：6000万公顷万公顷（中国耕地约有（中国耕地约有9572万公顷）万公顷）据报道据报道24国民经济和社会发展第十一个五年计划纲要国民经济和社会发展第十一个五年计划纲要决定从决定从2006年起年起“开展全国土壤污染现状调查，综合治理土壤污染开展全国土壤污染现状调查，综合治理土壤污染”。2006年年7月月18日，国家环保总局组织召开全国土壤污染状况日，国家环保总局组织召开全国土壤污染状况调查会议，全国土壤污染状况调查调查会议，全国土壤污染状况调查7月月18日在北京

19、启动。日在北京启动。全国土壤现状调查及污染防治项目由环保总局和国土资源全国土壤现状调查及污染防治项目由环保总局和国土资源部共同承担，包括八个专题，总经费预算约为部共同承担，包括八个专题，总经费预算约为10亿元亿元，将在除，将在除台湾省和港澳地区以外的各省、自治区、直辖市所辖全部陆地台湾省和港澳地区以外的各省、自治区、直辖市所辖全部陆地国土展开，计划在三年半左右的时间完成。国土展开，计划在三年半左右的时间完成。全国土壤污染状况调查全国土壤污染状况调查25宁波市部分蔬菜基地蔬菜重金属污染情况调查宁波市部分蔬菜基地蔬菜重金属污染情况调查（陆正松等，（陆正松等，2000年，内部资料）年，内部资料）26

20、人类活动向土壤施加有害物质，是加速土壤污人类活动向土壤施加有害物质，是加速土壤污染，引起土壤环境质量恶化加剧的主要原因。染，引起土壤环境质量恶化加剧的主要原因。l（2）土壤污染的原因）土壤污染的原因导致土壤污染人类活动：工农业生产、生活废弃物导致土壤污染人类活动：工农业生产、生活废弃物排放，如开矿、冶炼、化工生产、施肥等等。排放，如开矿、冶炼、化工生产、施肥等等。土壤发生污染是由于进入土壤的污染物土壤发生污染是由于进入土壤的污染物净净积累。积累。 土壤自净作用土壤自净作用：指进入土壤的污染物，在土壤矿物：指进入土壤的污染物，在土壤矿物质、有机质和土壤微生物的作用下，经过一系列的物质、有机质和土

21、壤微生物的作用下，经过一系列的物理、化学及生物化学反应过程，降低其浓度或改变其理、化学及生物化学反应过程，降低其浓度或改变其形态，从而消除或降低污染物毒性的现象。形态，从而消除或降低污染物毒性的现象。27 我国无公害蔬菜卫生指标(重金属)28l（3）土壤污染的危害）土壤污染的危害 造成减产、导致严重的直接经济损失造成减产、导致严重的直接经济损失导致食物品质下降导致食物品质下降通过食物链危害人体健康通过食物链危害人体健康导致其他环境（大气、地表水、地下水污染，导致其他环境（大气、地表水、地下水污染，生态系统退化等）问题生态系统退化等）问题29土壤的组成和性质决定土壤具有一定的净化能力。土壤的组成

22、和性质决定土壤具有一定的净化能力。土壤的净化能力是有限的，当进入土壤的污染物质土壤的净化能力是有限的，当进入土壤的污染物质数量和速度超过了土壤的净化能力时，污染物在土壤中数量和速度超过了土壤的净化能力时，污染物在土壤中积累，危害作物的正常生长发育，通过食物链会直接影积累，危害作物的正常生长发育，通过食物链会直接影响人类健康。响人类健康。 土壤的净化能力是指污染物进入土壤后，经生物土壤的净化能力是指污染物进入土壤后，经生物和化学降解成为无毒物质；通过化学沉淀、络合和螯和化学降解成为无毒物质；通过化学沉淀、络合和螯合、氧化还原等作用转化为其它物质，被土壤牢固吸合、氧化还原等作用转化为其它物质，被土

23、壤牢固吸附，不被植物利用。附，不被植物利用。30l（4）土壤组成对污染物毒性的影响）土壤组成对污染物毒性的影响一般认为，土壤中某污染物的水溶态或交换态有效浓一般认为，土壤中某污染物的水溶态或交换态有效浓度越大，其对生物的毒性较大，而专性吸附态、氧化物态度越大，其对生物的毒性较大，而专性吸附态、氧化物态或矿物固定态含量越高，则其毒性越小。或矿物固定态含量越高，则其毒性越小。 粘粒矿物粘粒矿物 有机质有机质 土壤生物土壤生物吸附作用吸附作用静电吸附和络合静电吸附和络合( (螯合螯合) )作用作用土壤组成土壤组成降低、消除土壤污染物的主要机制降低、消除土壤污染物的主要机制（对有机污染物的）降解、转化

24、作用（对有机污染物的）降解、转化作用311、通过影响土壤组分和污染物的、通过影响土壤组分和污染物的电荷特性，电荷特性，沉淀溶解、吸附解吸和络合解络平衡沉淀溶解、吸附解吸和络合解络平衡来来改变污染物的毒性；改变污染物的毒性；2、通过、通过土壤微生物的活性土壤微生物的活性来改变污染物的来改变污染物的毒性。毒性。土壤酸碱性土壤酸碱性土壤氧化还原性质土壤氧化还原性质土壤氧化还原状况主要影响土壤氧化还原状况主要影响沉淀溶解、沉淀溶解、变价元素。变价元素。l（4）土壤组成对污染物毒性的影响）土壤组成对污染物毒性的影响32l（5）土壤污染的特点）土壤污染的特点 l隐蔽性和滞后性隐蔽性和滞后性：土壤污染从产生

25、污染到出现问题通常会滞：土壤污染从产生污染到出现问题通常会滞后较长的时间。日本的后较长的时间。日本的“骨痛病骨痛病” l累积性累积性：污染物在土壤中不断积累，同时也使土壤污染具有：污染物在土壤中不断积累，同时也使土壤污染具有很强的地域性。很强的地域性。l不可逆转性不可逆转性：土壤重金属污染基本上是一个不可逆转的过程，：土壤重金属污染基本上是一个不可逆转的过程，许多有机化学物质的污染也需要较长的时间才能降解。许多有机化学物质的污染也需要较长的时间才能降解。l土壤污染治理难度大土壤污染治理难度大：土壤中的难降解污染物很难靠稀释作：土壤中的难降解污染物很难靠稀释作用和自净作用来消除。土壤污染一旦发生

26、，仅仅依靠切断污用和自净作用来消除。土壤污染一旦发生，仅仅依靠切断污染源的方法则往往很难恢复。染源的方法则往往很难恢复。治理污染土壤通常成本较高、治理污染土壤通常成本较高、治理周期较长。治理周期较长。33控制和消除土壤污染源：控制和消除土壤污染源：增加土壤容量，提高土壤净化能力增加土壤容量，提高土壤净化能力“预防为主，防治结合预防为主，防治结合”l（6）土壤污染的防治原则）土壤污染的防治原则 实行污染总量控制，严格控制工业实行污染总量控制，严格控制工业“三废三废”的排放量的排放量和排放浓度，合理施用肥料和使用农药等。和排放浓度，合理施用肥料和使用农药等。污染土壤的治理污染土壤的治理 对已污染的

27、土壤，采取措施防治土壤中污染物的迁移对已污染的土壤，采取措施防治土壤中污染物的迁移转化，进入食物链。转化，进入食物链。34l（7）污染土壤的治理方法）污染土壤的治理方法由于土壤污染多为复合污染，且修复难度大，应根据由于土壤污染多为复合污染，且修复难度大，应根据污染物的来源及污染实际情况采取相应措施进行治理。污染物的来源及污染实际情况采取相应措施进行治理。通常需要结合不同方法，开展污染土壤的综合治理。通常需要结合不同方法，开展污染土壤的综合治理。污染土壤的治理可分为原位或异位物理污染土壤的治理可分为原位或异位物理/ /工程措施、工程措施、化学措施、生物措施、农业措施及改变土地利用方式。化学措施、

28、生物措施、农业措施及改变土地利用方式。异位物理异位物理/ /化学措施所需时间较短，而且更能确定处化学措施所需时间较短，而且更能确定处理的一致性，但挖掘土壤常导致花费和工程量增大，因而理的一致性，但挖掘土壤常导致花费和工程量增大，因而不适宜于大面积的土壤治理。不适宜于大面积的土壤治理。 351. 理化措施理化措施 客土深翻、施用石灰及其它化学试剂等。客土深翻、施用石灰及其它化学试剂等。重金属污染的土壤，通过施加改变重金属污染物在重金属污染的土壤，通过施加改变重金属污染物在土壤中的迁移转化方向，常用的有石灰、磷酸盐、硅酸土壤中的迁移转化方向，常用的有石灰、磷酸盐、硅酸盐等。盐等。施用施用石灰提高土

29、壤石灰提高土壤pHpH，使，使CdCd，CuCu，HgHg形成氢氧化物形成氢氧化物沉淀。沉淀。有机物（包括石油、农药、有机物（包括石油、农药、PAHsPAHs等）污染的土壤，等）污染的土壤，采用化学治理方法如采用化学治理方法如化学清洗法、光化学降解法和化学化学清洗法、光化学降解法和化学栅防治法栅防治法等。等。理化治理方法的费用高，化学法对环境造成二次污染理化治理方法的费用高，化学法对环境造成二次污染的风险性高。的风险性高。362. 农艺措施农艺措施l 改变耕作制度（轮作、灌溉等），改变土壤环境，改变耕作制度（轮作、灌溉等），改变土壤环境，可消除某些污染物或减小污染物的活性；可消除某些污染物或减

30、小污染物的活性；l 合理施肥，降低土壤污染物活性；合理施肥，降低土壤污染物活性；l 严重污染的土壤，改种其他抗性、耐性、低积累型严重污染的土壤，改种其他抗性、耐性、低积累型作物。作物。农艺措施的费用低，但治理效果有限。农艺措施的费用低，但治理效果有限。37利用生物转化或降解的方法来去除或消除有毒有害污染利用生物转化或降解的方法来去除或消除有毒有害污染物，是改善环境质量最有效的方法。利用生物的物，是改善环境质量最有效的方法。利用生物的吸收、富集、吸收、富集、代谢代谢等作用将污染物转化或降解为无害物质甚至有用物质，等作用将污染物转化或降解为无害物质甚至有用物质，从而去除或消除环境污染的一种生物技术

31、。也被称为从而去除或消除环境污染的一种生物技术。也被称为生物清生物清除、生物恢复除、生物恢复。包括微生物、植物修复及微生物包括微生物、植物修复及微生物- -植物联合修复。植物联合修复。生物修复技术具有成本生物修复技术具有成本低低、无继发污染、操作简便，无继发污染、操作简便，环境影响小环境影响小, , 维持自然生态，并能够提高土壤肥力维持自然生态，并能够提高土壤肥力，利于，利于可持续发展等可持续发展等优越性。优越性。3. 生物恢复生物恢复措施措施38污染土壤修复工作流程污染土壤修复工作流程可处理计划系统分析应急对策长期对策净化处理稳定处理原位修复异位修复原位分解原位提取分离分解净化原位稳定异位稳

32、定l 污染土壤的典型修复技术的流程及原理污染土壤的典型修复技术的流程及原理392 土壤的生物修复方法土壤的生物修复方法1、 土壤原位生物处理（微生物修复）土壤原位生物处理（微生物修复） 原位生物修复工艺：直接向污染部位提供氧气、微生物或营养物原位生物修复工艺：直接向污染部位提供氧气、微生物或营养物以降解污染物的生物修复工艺。以降解污染物的生物修复工艺。特点：特点：1、工艺路线和处理过程简单，无需复杂的设备、工艺路线和处理过程简单，无需复杂的设备2、对周围环境影响小、生态风险小、对周围环境影响小、生态风险小3、处理费用较低、处理费用较低402 土壤的生物修复方法土壤的生物修复方法1、 土壤原位生

33、物处理（微生物修复）土壤原位生物处理（微生物修复） 土地耕作法土地耕作法 土地耕作法（土地耕作法（land farming）就是对污染土壤进行耕犁处）就是对污染土壤进行耕犁处理。在处理过程中施加肥料，进行灌溉，施加石灰，从而尽可理。在处理过程中施加肥料，进行灌溉，施加石灰，从而尽可能为微生物代谢污染物提供一个良好环境，使其有充足的营养、能为微生物代谢污染物提供一个良好环境，使其有充足的营养、水分和适宜的水分和适宜的pH 值，保证生物降解在土壤的各个层面上都能值，保证生物降解在土壤的各个层面上都能发生。发生。41生物强化法生物强化法 生物强化法是指在生物处理体系中生物强化法是指在生物处理体系中投

34、加具有特定功能的微投加具有特定功能的微生物生物来改善原有处理体系的处理效果，如对难降解有机物的去来改善原有处理体系的处理效果，如对难降解有机物的去除等。除等。投加的微生物可以来源于原来的处理体系投加的微生物可以来源于原来的处理体系，经过驯化、，经过驯化、富集、筛选、培养达到一定数量后投加，富集、筛选、培养达到一定数量后投加，也可以是原来不存在也可以是原来不存在的外源微生物。的外源微生物。在生物强化技术的实际应用中这两种方法都有在生物强化技术的实际应用中这两种方法都有采用，这取决于原有处理体系中的微生物组成及所处的环境。采用，这取决于原有处理体系中的微生物组成及所处的环境。 1 土壤原位生物处理

35、土壤原位生物处理 （微生物修复）（微生物修复） 42生物通气法生物通气法（bioventing） 生物通气法（生物通气法（bioventing）是向土壤亚表层供给空气或是向土壤亚表层供给空气或O2，促进不饱和层中污染物生物降解的技术。这项技术只，促进不饱和层中污染物生物降解的技术。这项技术只能用于不饱和层土壤。能用于不饱和层土壤。土壤原位生物处理土壤原位生物处理 （微生物修复）（微生物修复） 43 生物通风技术一般流程：生物通风技术一般流程：生物通风原位处理方式示意图44 原位修复技术原位修复技术（1）原位生物修复一般流程）原位生物修复一般流程：生物修复原位处理方式示意图45土地耕作土地耕作C

36、omposting生物通风生物通风强化堆置强化堆置一般混合处理46（2 2）植物修复）植物修复（photoremediation） 植物修复植物修复 是直接或间接利用高等植物分解有机物的技是直接或间接利用高等植物分解有机物的技术。光修复过程可能包括植物对污染物质的吸收及植物根术。光修复过程可能包括植物对污染物质的吸收及植物根部及根部附件土壤中微生物对污染物的分解。部及根部附件土壤中微生物对污染物的分解。3 土壤原位生物处理土壤原位生物处理 47 可同时去除有机污染物和重金属、放射性核素，适用于可同时去除有机污染物和重金属、放射性核素，适用于大面积、低污染的位点。其费用与其他生物处理技术相比较大

37、面积、低污染的位点。其费用与其他生物处理技术相比较低。但通常速率较低，需要时间较长。且对于吸附力较强或低。但通常速率较低，需要时间较长。且对于吸附力较强或已经老化或处于螯合状态的有机物不宜用此技术。已经老化或处于螯合状态的有机物不宜用此技术。n植物修复的特点植物修复的特点植物修复的主要对象是植物修复的主要对象是有毒重金属有毒重金属和和有机污染物有机污染物。 研究表明，许多细菌、真菌、藻类和植物都有从周围研究表明，许多细菌、真菌、藻类和植物都有从周围环境富集重金属的能力，然而至今仍没有一种经济有环境富集重金属的能力，然而至今仍没有一种经济有效的方法从土壤中回收富集了重金属的微生物。相比效的方法从

38、土壤中回收富集了重金属的微生物。相比较而言，回收较而言，回收富集了重金属的植物则较容易富集了重金属的植物则较容易。尤其是。尤其是那些将重金属吸收到地上部的植物的回收更加简便易那些将重金属吸收到地上部的植物的回收更加简便易行。行。二、植物修复的类型二、植物修复的类型 v植物固定植物固定(Phytostabilization) (Phytostabilization) v根系降解根系降解(Rhizodegradation) (Rhizodegradation) v植物促进植物促进(Phytoaccumulation) (Phytoaccumulation) v植物挥发植物挥发(Phytovolat

39、ilization) (Phytovolatilization) v挥发转移挥发转移(Evapotranspiration)(Evapotranspiration) 1. 1. 植物固定植物固定(Phytostabilization)(Phytostabilization) 利用植物将有毒有害污染物如利用植物将有毒有害污染物如重金属聚集重金属聚集在在根系地带根系地带, , 降低其活动性降低其活动性, , 阻止其向深层土壤或阻止其向深层土壤或地下水中扩散地下水中扩散, , 但但并不为植物利用并不为植物利用, , 即根系对污即根系对污染物起固定作用。染物起固定作用。2. 2. 根系降解根系降解(R

40、hizodegradation)(Rhizodegradation) 植物中超过植物中超过20%20%的营养成分如糖分、氨基酸、的营养成分如糖分、氨基酸、有机酸等都聚集在根部有机酸等都聚集在根部, , 因此会生长很多微生物因此会生长很多微生物, , 尤其在根表面向外尤其在根表面向外1-3mm1-3mm的地方的地方, , 这些微生物是这些微生物是没有种植过植物的土壤的没有种植过植物的土壤的3-43-4倍。一倍。一些微生物可些微生物可以同植物相结合促进重金属的降解以同植物相结合促进重金属的降解, , 也可以矿化也可以矿化某些有机污染物如某些有机污染物如PAHsPAHs、PCBsPCBs。3. 3.

41、 植物促进植物促进(Phytoaccumulation)(Phytoaccumulation) 也称之为也称之为植物提取植物提取(phytoextraction) ,(phytoextraction) ,植物植物根系将土壤中重金属或有机污染物从污染的土壤根系将土壤中重金属或有机污染物从污染的土壤中转移到植物的地上部分。一般指那些能累积超中转移到植物的地上部分。一般指那些能累积超过叶子干重过叶子干重1.0%1.0%的的MnMn，或者，或者0.1%0.1%的的CoCo、CuCu、PbPb、NiNi、ZnZn，或者，或者0.01%0.01%的的CdCd的植物。目前世界上有的植物。目前世界上有5005

42、00多种这样的植物。多种这样的植物。4. 4. 植物降解植物降解(Phytodegradation)(Phytodegradation) 植物的植物的根、茎、叶吸收或降解污染物根、茎、叶吸收或降解污染物, , 主要是主要是有机污染物如有机污染物如PAHsPAHs、TPHsTPHs、PCBs, PCBs, 无机污染物如无机污染物如氮氧化物、硫氧化物。判断这些污染物能否进入氮氧化物、硫氧化物。判断这些污染物能否进入植物体内的指标是该物质在辛醇植物体内的指标是该物质在辛醇水中的分配系水中的分配系数数( logKOW )( logKOW )。logKOW logKOW 在在1-3.5 1-3.5 之间

43、的物质可以之间的物质可以被植物吸收降解。被植物吸收降解。5.5.植物挥发植物挥发(Phytovolatilization)(Phytovolatilization) 某些易挥发污染物被植物吸收后从植物表面组某些易挥发污染物被植物吸收后从植物表面组织空隙中挥发。如桉树降解三氯乙烯织空隙中挥发。如桉树降解三氯乙烯(TCE)(TCE)、甲基、甲基叔丁基醚叔丁基醚(MTBE)(MTBE)，印度芥菜降解硒化合物；烟草，印度芥菜降解硒化合物；烟草挥发甲基汞。从植物茎叶挥发出的物质可能被空挥发甲基汞。从植物茎叶挥发出的物质可能被空气中的活性羟基分解。如有毒的气中的活性羟基分解。如有毒的HgHg2+2+经植物

44、挥发后经植物挥发后变成了低毒的变成了低毒的HgHg，高毒的硒变成了低毒的硒化物，高毒的硒变成了低毒的硒化物气体等。气体等。 6. 6. 挥发转移挥发转移(Evapotranspiration)(Evapotranspiration) 植物通过叶表孔隙挥发水分的形式转移在水植物通过叶表孔隙挥发水分的形式转移在水系中的污染物。如白杨、桉树、河香柏等树木系中的污染物。如白杨、桉树、河香柏等树木具有很深的根系具有很深的根系, , 每天可以蒸腾大量的水每天可以蒸腾大量的水, , 将将水中某些污染物转移至植物体内。水中某些污染物转移至植物体内。v总结总结优点优点 与传统的修复技术相比与传统的修复技术相比,

45、 , 植物修复植物修复是一种是一种容易接容易接受、成本低、技术要求低受、成本低、技术要求低的修复方法的修复方法, , 它可应用于它可应用于空气、地表水、地下水、土壤中污染物的修复。植空气、地表水、地下水、土壤中污染物的修复。植物修复技术可清除的污染物包括无机污染物如氮、物修复技术可清除的污染物包括无机污染物如氮、磷、重金属等磷、重金属等; ;有机污染物如农药、炸药、有机氯化有机污染物如农药、炸药、有机氯化物、杀虫剂、除草剂等。物、杀虫剂、除草剂等。v总结总结缺点缺点 要求要求植株具有高的生物量植株具有高的生物量；对污染物的；对污染物的耐受性耐受性要高要高; ; 受植物根系分布的限制受植物根系分

46、布的限制; ; 受气候、土质等的受气候、土质等的影响影响; ; 清除污染物所需的清除污染物所需的时间长时间长; ; 转基因技术的应转基因技术的应用可能会造成潜在的环境污染等等。用可能会造成潜在的环境污染等等。 但随着各方面研究和实践的深入但随着各方面研究和实践的深入, , 它必将得到它必将得到广泛推广与应用广泛推广与应用, , 并为环境保护和治理工作带来新并为环境保护和治理工作带来新的前景与希望。的前景与希望。 59 利用植物及其根际微生物共存体系净化土壤中有机污染利用植物及其根际微生物共存体系净化土壤中有机污染物物 。大部分植物根上都有菌根菌生长，。大部分植物根上都有菌根菌生长，菌根菌和植物

47、共生菌根菌和植物共生具具有独特的代谢途径，可代谢自生菌不能降解的有机物。有独特的代谢途径，可代谢自生菌不能降解的有机物。 （3 3）植物）植物微生物联合修复微生物联合修复 60 植物修复有机污染物的方式主要以植物固定、植物降解为主。植物修复有机污染物的方式主要以植物固定、植物降解为主。 紫花苜蓿紫花苜蓿, 黑麦草黑麦草, 小蓝茎草已成功地用于土壤中小蓝茎草已成功地用于土壤中PAHs的修复，在的修复，在6个个月内可以将月内可以将PAHs总量降低总量降低57%；银合欢可以吸收和代谢二溴甲烷、三氯；银合欢可以吸收和代谢二溴甲烷、三氯乙烯；转基因胡萝卜根须中聚集的苯酚浓度可达乙烯；转基因胡萝卜根须中聚

48、集的苯酚浓度可达1000mmol/L，氯酚，氯酚50mmol/L，在，在120h内可降解内可降解90% 以上的苯酚类化合物以上的苯酚类化合物,研究表明根须中研究表明根须中的过氧化酶可以促进这些物质的代谢的过氧化酶可以促进这些物质的代谢; 在在黑麦与大豆黑麦与大豆轮作的地块上轮作的地块上TPH消失量显著高于无植被的地块；植物还能降解杀虫剂和除草剂，消失量显著高于无植被的地块；植物还能降解杀虫剂和除草剂，桑科植桑科植物及蔷薇科植物物及蔷薇科植物的根系分泌物能促进的根系分泌物能促进PCB降解菌的生长。降解菌的生长。柳树、鹅掌揪、柳树、鹅掌揪、落羽松、掸木及栋属植物落羽松、掸木及栋属植物都能有效地降解

49、除草剂灭草松。都能有效地降解除草剂灭草松。 61异位生物修复工艺：将受污染的土壤、沉积物移离圆底，异位生物修复工艺：将受污染的土壤、沉积物移离圆底，在异地用生物的、工程的手段进行处理，使污染物降解而在异地用生物的、工程的手段进行处理，使污染物降解而使受污染的土壤恢复到原有的功能。使受污染的土壤恢复到原有的功能。8.2.4 土壤异位生物修复土壤异位生物修复 62（1）异位土地耕作）异位土地耕作 将污泥或污染土壤均匀撒到土地表面，然后用拖拉将污泥或污染土壤均匀撒到土地表面，然后用拖拉机作业使之与土壤混合，必要时加入营养物，以后不必机作业使之与土壤混合，必要时加入营养物，以后不必每年都加。但是耕翻需

50、要根据土壤的通气情况反复进行。每年都加。但是耕翻需要根据土壤的通气情况反复进行。8.2.4 土壤异位生物修复土壤异位生物修复 63（2）土壤堆积修复（）土壤堆积修复（soil piles/biopiles） 将含污染物的土壤挖掘处理，堆放在不透水的衬层上。将含污染物的土壤挖掘处理，堆放在不透水的衬层上。在堆放的土壤中设置通气管道，通入空气或在堆放的土壤中设置通气管道，通入空气或O2或抽真空或抽真空以促进污染物的好氧降解。含有营养物质的液体施用于土以促进污染物的好氧降解。含有营养物质的液体施用于土壤表面，以促进微生物活性，渗滤液被收集并循环于堆积壤表面，以促进微生物活性，渗滤液被收集并循环于堆积

51、土壤中。土壤中。64（3）堆肥法）堆肥法 堆肥法（堆肥法（composting）是处理固体废弃物的传统技术，）是处理固体废弃物的传统技术，被用于受石油、洗涤剂、多氯烃、农药等污染土壤的修复被用于受石油、洗涤剂、多氯烃、农药等污染土壤的修复处理，取得了很好的处理效果。堆肥过程中，将受污染土处理，取得了很好的处理效果。堆肥过程中，将受污染土壤与水（达到至少壤与水（达到至少35%含水量）、营养物、泥炭、稻草和含水量）、营养物、泥炭、稻草和动物肥料混合后，使用机械或压气系统充氧，同时加石灰动物肥料混合后，使用机械或压气系统充氧，同时加石灰以调节以调节pH。经过一段时间的发酵处理，大部分污染物被。经过一

52、段时间的发酵处理，大部分污染物被降解，标志着堆肥完成。经处理消除污染的土壤可返回原降解，标志着堆肥完成。经处理消除污染的土壤可返回原地或用于农业生产。堆肥法包括风道式堆肥处理、好气静地或用于农业生产。堆肥法包括风道式堆肥处理、好气静态堆肥处理和机械堆肥处理。态堆肥处理和机械堆肥处理。65（4）生物反应器处理）生物反应器处理 生物反应器处理（生物反应器处理（bioreactor）是把污染物移到反应）是把污染物移到反应器中完成微生物的代谢过程。器中完成微生物的代谢过程。生物反应器包括土壤泥浆生生物反应器包括土壤泥浆生物反应器（物反应器（soil slurry bioreactor）和预制床反应器）

53、和预制床反应器（prepared bed reactor）。对污染土壤的修复而言，土壤）。对污染土壤的修复而言，土壤泥浆生物反应器能起重要作用。泥浆生物反应器能起重要作用。6667地下水污染的生物修复地下水污染的生物修复1 1、地下水流动系统概述、地下水流动系统概述 在天然条件下，地下水在三维空间内从补给区向排泄区流动，地下水由大在天然条件下，地下水在三维空间内从补给区向排泄区流动，地下水由大气降水获得补给，通过非饱和带渗入地下饱和带；地下水的补给也可以通过地气降水获得补给，通过非饱和带渗入地下饱和带；地下水的补给也可以通过地表水体获得。饱和带的地下水以泉、溪流、湖泊、湿地和植物蒸发蒸腾等形式

54、表水体获得。饱和带的地下水以泉、溪流、湖泊、湿地和植物蒸发蒸腾等形式进行排泄。这样，地下水从补给区到排泄区的三维流动水体就组成了地下水流进行排泄。这样，地下水从补给区到排泄区的三维流动水体就组成了地下水流动系统（图动系统（图1 1）。地下水流动系统的面积从几平方米到上万平方米不等，地下）。地下水流动系统的面积从几平方米到上万平方米不等，地下水径流通道从几米到几百米不等。地下水流动系统的补给区和排泄区之间具有水径流通道从几米到几百米不等。地下水流动系统的补给区和排泄区之间具有一定的水力联系。一定的水力联系。68地下水污染的生物修复地下水污染的生物修复 不同的地下水流动系统，地下水的年龄（距补给的

55、时间）也有所不同，从补不同的地下水流动系统，地下水的年龄（距补给的时间）也有所不同，从补给区到排泄区地下水的年龄稳定增加。在浅层地下水流动系统中，排泄区的地下给区到排泄区地下水的年龄稳定增加。在浅层地下水流动系统中，排泄区的地下水年龄从不足一天到几百年不等，而且补给区的地下水年龄要小于排泄区。在流水年龄从不足一天到几百年不等，而且补给区的地下水年龄要小于排泄区。在流动通道较长（几十英里）的地下水系统中，地下水的年龄会达到几千年或几万年动通道较长（几十英里）的地下水系统中，地下水的年龄会达到几千年或几万年（见图（见图1 1）。埋深较浅和形成年代较晚的地下水对地表污染物较为敏感；而埋藏）。埋深较浅

56、和形成年代较晚的地下水对地表污染物较为敏感；而埋藏较深和形成年代较长的地下水则更容易在长期的流动的过程中接触某些天然存在较深和形成年代较长的地下水则更容易在长期的流动的过程中接触某些天然存在的污染物。对地下水流向和流速的认识，有助于更好地理解地下水系统固有敏感的污染物。对地下水流向和流速的认识，有助于更好地理解地下水系统固有敏感性的发生机理。性的发生机理。69702 2、非饱和带、非饱和带当水（和潜在污染物）从地表向地下迁移时，在补给饱和地下水流动系当水（和潜在污染物）从地表向地下迁移时，在补给饱和地下水流动系统之前，首先会流经非饱和带，所以，水通过非饱和带时发生的物理化学作统之前，首先会流经

57、非饱和带，所以，水通过非饱和带时发生的物理化学作用，会影响水（和潜在污染物）的流量和流速。非饱和带较厚的含水层（水用，会影响水（和潜在污染物）的流量和流速。非饱和带较厚的含水层（水位较低）与较薄的含水层相比，接受补给的速度相对要慢一些。位较低）与较薄的含水层相比，接受补给的速度相对要慢一些。71272生物注射法生物注射法(biosparging) 有机粘土法有机粘土法 抽提地下水系统和回注系统相结合法抽提地下水系统和回注系统相结合法 生物反应器法生物反应器法 地下水污染的生物修复技术分类地下水污染的生物修复技术分类73它是在传统气提技术的基础上加以改进形成的新技术。它是在传统气提技术的基础上加

58、以改进形成的新技术。它主要是将加压后的空气注射到污染地下水的下部它主要是将加压后的空气注射到污染地下水的下部, ,气流加速气流加速地下水和土壤中有机物的挥发和降解。地下水和土壤中有机物的挥发和降解。 这种方法主要是抽提、通气并用这种方法主要是抽提、通气并用, ,并通过增加及延长停留时间并通过增加及延长停留时间促进生物降解促进生物降解, ,提高修复效率。提高修复效率。n（1）生物注射法）生物注射法1 原位修复技术原位修复技术74n（1）生物注射法）生物注射法31 原位修复技术原位修复技术75局限性：局限性：这项技术的使用会受到场所的限制这项技术的使用会受到场所的限制, ,它只适用于土壤气提技术它

59、只适用于土壤气提技术可行的场所可行的场所生物注射法的效果亦受到岩相学和土层学的影响生物注射法的效果亦受到岩相学和土层学的影响, ,空气在进入空气在进入非饱和带之前应尽可能远离粗孔层非饱和带之前应尽可能远离粗孔层, ,避免影响污染区域。避免影响污染区域。另外它在处理粘土层方面效果不理想。另外它在处理粘土层方面效果不理想。76n（2）有机粘土法：利用人工合成的有机粘土有效去除有毒化合物）有机粘土法：利用人工合成的有机粘土有效去除有毒化合物 77这种处理方法包括这种处理方法包括4个步骤个步骤,自然形成一闭路环自然形成一闭路环 ：v(1)将污染地下水抽提至地面将污染地下水抽提至地面;v(2)在地面生物

60、反应器内对其进行好氧降解在地面生物反应器内对其进行好氧降解,生物反应器在运转生物反应器在运转过程中要补充营养物和氧气过程中要补充营养物和氧气;v(3)处理后的地下水通过渗灌系统回灌到土壤内处理后的地下水通过渗灌系统回灌到土壤内;v(4)在回灌过程中加入营养物和已驯化的微生物在回灌过程中加入营养物和已驯化的微生物,并注入氧气并注入氧气,使使生物降解过程在土壤及地下水层内亦得到加速进行。生物降解过程在土壤及地下水层内亦得到加速进行。 抽提地下水系统和回注系统相结合法的改进抽提地下水系统和回注系统相结合法的改进,就是将地下水抽提到就是将地下水抽提到地上部分用生物反应器加以处理的过程。地上部分用生物反