HX07 受污染环境的修复

第7章受污染环境的修复一、概述微生物修复技术是指通过微生物的作用清除土壤和水体中的污染物，或是使污染物无害化的过程。分为：自然修复过程和人为修复过程。自然修复过程影响因素：1、有充分和稳定的地下水流，2、可利用的营养物质；3、有缓冲pH的能力；4、有可接受代谢的电子受体。有时候需要加入有降解能力的外源微生物。第一节微生物修复技术人为修复过程：人为修复简单的理解就是人为的工程化，分为强化生物修复和工程化生物修复。工程化生物修复具体可分为：生物刺激和生物强化。从修复实施的场址：原位生物修复和异位生物修复。可用于生物修复的微生物主要是细菌和真菌细菌：好氧细菌、厌氧细菌及兼氧细菌真菌：软腐菌、褐色菌和白腐菌。第一节微生物修复技术二、影响微生物修复效率的因素1、营养物质（均衡的营养物种可以保证微生物生长）2、电子受体（反应归根结底是需要进行电子转移）3、污染物的性质（污染物的可降解性是关键）4、环境条件（微生物生长的环境条件）5、微生物的协同作用（P439）第一节微生物修复技术三、强化生物修复的主要类型1、原位强化修复技术包括生物强化法、生物通气法、生物注射法、生物冲淋法和土地耕作法等。2、异位生物修复包括堆肥法、生物反应器处理和厌氧处理等。第一节微生物修复技术四、生物修复的有缺点1、优点可以现场进行；对污染点的干扰和破坏最小；无二次污染，不会转移污染；可以进行复合污染治理；降解过程迅速、费用低。2、缺点A、不是所有的污染都适用；B、可能会产生新的污染；C、对场地有一定的要求。第一节微生物修复技术一、概述植物修复技术是直接利用各种活体植物，通过提取、降解和固定等过程清除环境中的污染物，或削减污染物的毒性，可以用于受污染的地下水、沉积物和土壤的原位处理。植物修复去除污染物的方式：1、植物提取；2、植物降解；3、植物稳定；4、植物挥发植物修复的优点：1、对环境基本没有破坏；2、不需要废弃物处置场所；3、具有很高的公众接受性；4、避免了挖掘和运输；5、具有同时处理不同类型有害废物的能力。第二节植物修复技术一、概述植物修复的缺点：1、植被的形成受环境毒性的限制；2、植物枝叶可能重新回到环境；3、污染物可能会积累在作为燃料的植物体中；4、会提高某些污染物的浓度，加快迁移能力；5、通过食物链对生态系统产生负面影响；6、需要更长的时间和更多的费用。第二节植物修复技术二、植物修复重金属污染的过程和机理1、植物修复重金属污染的主要作用过程（1）植物提取

提高植物提取效率的途径：1、通过调查和分析，寻找新的生物量大的超积累植物；2、筛选生物量大、具有中等积累重金属能力的植物；3、采用基因工程技术；4、深入研究植物超积累的机理、提高植物修复效益。第二节植物修复技术如Zn的植物富集二、植物修复重金属污染的过程和机理1、植物修复重金属污染的主要作用过程（2）植物稳定（防止金属污染物的淋移和加强固定）（3）植物挥发2、植物耐受重金属毒害的机制具有对重金属的毒害有忍耐机制的植物称为耐性植物。耐性植物分类：基因型和生态型，主要起作用的是：细胞壁钝化、跨膜运输减少、主动外排、区域化分布、鳌合、合成逆境蛋白、产生乙烯等。第二节植物修复技术三、植物修复有机污染物的过程和机理1、直接吸收植物根直接吸收污染物的过程取决于植物的吸收效率、蒸腾率以及污染物在土壤溶液中的浓度。蒸腾作用是其中的一个关键变量。外来物质被植物吸收到体内后，经历三个阶段：转化、结合和隔离。这期中起主要作用的是植物体内的各种酶。利用基因工程可以使植物修复具有一定的选择性和专一性。第二节植物修复技术三、植物修复有机污染物的过程和机理2、植物分泌物的降解作用植物根系分泌物可以促进有机污染物在植物体外发生生物降解，主要原因是植物本生产生的有机物或酶类其作用。3、增强根际微生物降解根际微生物由于植物分泌物和周围环境等相关因素的影响，对有机污染物的降解能力有很大的提高，可以形成根系降解增强效应。根际的微生物数量和活性都增强。根区微生物群落的组成与根的类、植物种类、植物年龄、土壤类型以及其他一些因素相关。第二节植物修复技术一、概述化学氧化技术：利用氧化剂的氧化性能、使污染物氧化分解，转化成无毒或毒性较小的物质，从而消除土壤和水体环境中的污染。氧化剂：能使污染物转化或分解成毒性、迁移性或环境有效性较低的形态。常用于修复的化学氧化剂：高锰酸钾、O3、H2O2和Fenton试剂等。本质是利用•OH基团的强氧化性。第三节化学氧化技术二、高锰酸钾氧化法1、性质简介在酸性条件下：在酸性条件下：MnO4-+2H2O+3e-==MnO2+4OH-2、氧化有机污染物的机理反应过程非常复杂，不是简单的一个过程，有些机理还需要深入的研究。书本上举例说明了农药和烯烃在高锰酸钾作用下例子，p455-456。第三节化学氧化技术三、臭氧氧化技术1、性质简介常温常压下不稳定的一种具有特殊刺激性其他的浅蓝色气体，具有极强的氧化性能。存在问题：1、应用较难，2、费用较高；3、产生二次物质。2、氧化有机物的机理1、直接反应A、打开双键发生加成反应；B、亲电反应；C、亲核反应2、自由基的反应第三节化学氧化技术四、过氧化氢和Fenton氧化技术1、性质简介2、反应路径和影响因素1、pH的影响pH高低影响Fenton试剂中铁的转化，影响OH基团产生。2、H2O2的影响适量的双氧水可以提供处理效果，但是过量就抑制反应。第三节化学氧化技术四、过氧化氢和Fenton氧化技术1、性质简介2、反应路径和影响因素3、催化剂的影响Fe2+是必要的部分，可以促进OH基团产生以及提高去除能力，过量会还原H2O2，同时自身氧化为Fe3+。4、反应温度的影响温度的高低影响H2O2的稳定性和OH基团的稳定性。第三节化学氧化技术土壤中腐殖酸的影响：1、有机质影响污染物的吸附。2、可能影响过氧化氢的分解路径。3、腐殖酸含有大量醌类等电子传递体系，可促进Fe(III)向Fe(II)的转化，加快自由基生成，促进氧化反应。4、腐殖质会消耗部分氧化剂，与污染物竞争，降低其去除效率。第三节化学氧化技术一、基本原理利用电动力学原理对受污染土壤进行修复的方法称为电动力学修复技术。电渗析流指：土壤微孔中的带电液体在电场作用下，相对于带电土壤颗粒物表层的移动。电渗析流与外加电压梯度成正比。Qv=Ke×Ie×A第四节电动力学修复一、基本原理Qv－－体积流量Ke－－电渗析流导率系数Ie－－电流梯度A－－截面积电泳指土壤中带电胶体粒子的迁移运动。见书图7-6。该法可以修复地下水和土壤中的重金属粒子，也可对土壤中的有机物进行去除。第四节电动力学修复二、影响因素影响因素：电压、电流大小、土壤类型、污染物性质、洗脱液组成和性质、电极材料和结构等。以电动力学修复技术处理污染土壤的过程中，水分子在电极表明发生电解、阳极产生H+和氧气，阴极产生氢气、OH－离子。阳极：2H2O－4e－→O2+4H+阴极：2H2O+2e－→H2+2OH－第四节电动力学修复二、影响因素酸性迁移带有利于吸附态的重金属阳离子释放到水相，增加了重金属的移动性，有利于重金属的去除。碱性迁移带的形成，使某些重金属易形成难溶物沉积下来，从而限制污染物的去除效率。pH是电动力学修复一个重要的关键因素，除了利用化学试剂来控制外，在土壤与阴极池之间使用阳离子交换膜也可以抑制阴极区pH的升高。重金属对土壤pH最敏感，只有水溶态和可交换态是存在的重金属具有良好的电动力学修复，可以达到90％以上。第四节电动力学修复二、影响因素电渗析流原理处理有机污染物更有优势，因为许多有机污染物在电场下迁移几乎不受pH的影响。电动力学修复比其他热提取或热处理系统更有效、费用更低。土壤类型对修复效率的影响是任何土壤修复技术不可回避的问题，其影响非常复杂。污染物本身的性质也会影响电动力学修复的效率电动力学迁移的污染物可以是极性的和非极性的。三、联用技术电动力学修复只是将土壤中的污染物从土壤迁移到电极溶液，要将污染物彻底去除，可以和其他技术联用。第四节电动力学修复一、基本原理化学清洗法：利用水力压头推动清洗液通过污染土壤而将污染物从土壤中清洗出去，然后再对含污染物的清洗液进行处理。土壤中重金属或是有机污染物一般是吸附态存在，而大多数修复技术针对溶解态污染物最有效，因此吸附影响修复效率。化学清洗法是利用表面活性剂/共溶剂的增溶和增流作用。表面活性剂分子的特点是具有两性基团：亲水性基团和亲脂性基团，它能显著降低接触界面的表面张力，增加污染物特别是憎水性有机物在水相的溶解性。第六节表面活性剂及共溶剂淋洗技术一、基本原理化学清洗法是利用表面活性剂/共溶剂的增溶和增流作用。表面活性剂分子的特点是具有两性基团：亲水性基团和亲脂性基团，它能显著降低接触界面的表面张力，增加污染物特别是憎水性有机物在水相的溶解性。临界胶束浓度现象的原理：书471。共溶性：指有机溶剂在水相加入适当的有机溶剂可大大提高有机物在水相的溶解度，修复过程中使用的共溶剂大多是环境可接受的水溶性醇类。第六节表面活性剂及共溶剂淋洗技术二、影响因素首先是表面活性剂的浓度，在一定程度上可以修饰和增加土壤表面吸附。表面活性剂的降解，主要是生物降解、生物降解受关注的原因比较多。表面活性剂种类繁多，性质各异，用于修复的表面活性剂有特殊的要求，筛选时必须考虑因素表面活性剂去除污染物的效率、表面活性剂及其降解产物的毒性