生物修复--动植物修复技术.ppt

1、1,生物修复- 动、植物修复技术,2,一. 植物修复技术,3,（一） 概 念,植物修复（ Phytoremediation ）的概念：是利用绿色植物来转移、容纳或转化污染物使其对环境无害。研究表明，通过植物的吸收、挥发、根滤、降解、稳定等作用，可以净化土壤、水体和空气中的污染物，达到净化和恢复环境的目的 。 植物修复的主要对象：有毒重金属、有机污染物和放射性元素污染的土壤及水体 。,4,植物修复的作用机理,植物固定（Phytostabilization） 根系降解（Rhizodegradation） 植物促进（Phytoaccumulation） 植物降解（Phytodegradation）

2、植物挥发（Phytovolatilization） 挥发转移（Evapotranspiration）,5,植物固定：利用植物将有毒有害污染物如重金属聚集在根系地带, 降低其活动性, 阻止其向深层土壤或地下水中扩散, 但并不为植物利用, 即根系对污染物起固定作用。 根系降解：植物中超过20%的营养成分如糖分、氨基酸、有机酸等都聚集在根部, 因此会生长很多微生物, 尤其在根表面向外1-3mm 的地方, 这些微生物是没有种植过植物的土壤的3-4倍。一些微生物可以同植物相结合促进重金属的降解, 也可以矿化某些有机污染物如PAHs、PCBs。,6,植物促进：也称植物提取（phytoextraction）

3、,植物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过叶子干重1.0%的Mn，或者0.1%的Co、Cu、Pb、Ni、Zn，或者0.01%的Cd的植物。目前世界上有500多种这样的植物。 植物挥发：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(TCE)、甲基叔丁基醚(MTBE)，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气中的活性羟基分解。如有毒的Hg2+经植物挥发后变成了低毒的Hg，高毒的硒变成了低毒的硒化物气体等。,7,挥发转移 （Evapotranspiration） 植物通过叶表孔隙挥发水分的形式

4、转移在水系中的污染物。如白杨、桉树、河香柏等树木具有很深的根系, 每天可以蒸腾大量的水, 将水中某些污染物转移至植物体内。,8,（二）植物修复 在环境污染中的应用,植物修复在空气污染中的应用 植物在土壤污染中的应用 植物在水环境污染中的应用,9,植物修复在空气污染中的应用,氮氧化物NxOy是污染空气的一类主要化合物，NO2同O3在光照条件下容易形成光化学烟雾，N2O是一种能引起温室效应的气体，它可以辐射传热, 破坏同温层的O3。某些植物将氮氧化物转化为氨基酸或以其为氮源加以利用, 利用这些植物去除空气中的氮氧化物无疑是环保节能的好方法 。 菊科、桃金娘科、茄科和杨柳科有较高的还原N2的能力。,

5、10,铁线蕨：每小时能吸收大约20微克的甲醛，被认为是最有效的生物“净化器”。还可以抑制电脑显示器和打印机中释放的二甲苯和甲苯 。,11,芦荟：可吸收甲醛、二氧化碳、二氧化硫、一氧化碳等有害物质，尤其对甲醛吸收特别强。 在4小时光照条件下，一盆芦荟可消除1平方米空气中90%的甲醛，还能杀灭空气中的有害微生物。,12,植物修复在土壤污染中的应用,土壤中的污染物： （1）有机物如有机农药、石油类(TPH)、酚类、 氯溴代有机化合物等； （2）重金属等。,13,植物修复土壤中的有机污染物,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, 黑麦草, 小蓝茎草已成功地用于土壤中多环芳香

6、烃 （PAHs）的修复，在6个月内可以将PAHs总量降低57%； 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1000mmol/L。 研究表明根须中的过氧化酶可以促进这些物质的代谢。,14,植物修复土壤中重金属污染,超富集（积累）植物通过根系吸收固定重金属，并转移到地面部分，采用收割的方式去除土壤中重金属。 宝山堇菜：一种镉Cd超富集植物； 蜈蚣草（凤尾蕨科）：Zn、Cd污染土壤的潜在修复植物。,15,超积累植物,重金属超量积累植物（hyperaccumulator ,或accumulator）， 是指能够超量吸收和积累重金属的植物，超积累植物体内的重金属含量

7、要达到一般植物的100倍以上。 不同元素有不同的临界值，一般业内公认的标准是，镉100ppm，铜、镍、铅等为1000ppm，锰、锌为10000ppm。 我国发现的超积累植物：砷-蜈蚣草；锌-东南景天；锰-商陆；镉-龙葵等。,16,南开大学一项研究成果,紫茉莉、凤仙花、矮牵牛适合生长在高达1%石油污染土壤上，并对污染土壤具有较好的修复效果 。,17,植物在水环境污染中的应用,水污染大致可分为三类: （1）无机营养元素如氮、磷等； （2）有机污染物如农药、杀虫剂、多环芳烃 PAHs等； （3）重金属。,18,无机营养元素（氮、磷等）的去除,4种水生植物对N、P的去除量（Kg/ha.y）,19,20

8、,人工镶嵌植物群落,21,水体富营养化及其藻华的植物修复机制,水生高等植物能通过与藻类竞争营养和光线； 水生高等植物能通过向水体释放化学信息素 -他感效应； 水生高等植物能通过沉降污泥等。 在浅水湖泊和近海移植或恢复大型水生植物是治理水体富营养化及有害藻华的重要方法。,22,有机污染的植物修复,水葫芦：去除水体中的有机磷农药、染料、酚、多环芳烃、甲基对硫磷等； 浮萍、伊乐藻：对杀虫剂DDT降解有明显的作用, 金鱼藻、伊乐藻或浮萍：显著降低地表水中异丙甲草胺浓度; 长春花：用于修复受炸药TNT污染的地表水。,23,重金属去除,通过植物根系吸收、浓缩和沉淀水体中有毒有害重金属是目前研究的热点问题。

9、 绿藻对Cd、Hg、Cu、Pb 的去除率可达80%-90%; 黑麦草对黄金废水不仅有很强的净化能力, 具有很高的富集功能, 其根部的含金量最高可达784 g/t (干重)。,24,种苗过滤技术,植物种苗对水中重金属的去除作用比植物根的去除作用更强，是修复含重金属废水发展的新方向。 渠荣遴等人研究了玉米、豌豆、蓖麻和向日葵等作物种苗对水体中Zn、Pb、Cu的去除作用，结果表明: 蓖 麻 对 Zn 积累最高，达30.0m g/g； 向日葵 对 Pb 积累最高, 达91.6mg/g； 向日葵 对 Cu 积累最高, 达24.3 mg/g，其茎、叶中也有一定量的铜积累。,25,二. 动物修复技术,利用动

10、物直接吸收、转化和分解污染物； 利用动物的调控作用（食物链效应）等间接作用。 如（水）蚯蚓、沙蚕、线虫类、贝类 、原生动物、鱼类等。,26,贝 类,贝类作为一种滤食性动物，具有很强的滤水能力； 能通过过滤大量水体摄取浮游藻类； 富集重金属； 产生生物沉降 (biodeposition),使颗粒物质实现从水体向底层搬运的过程；,27,食鱼性鱼类的生态调节作用,经典的生物操纵理论是基于食鱼性鱼类对藻类的间接控制作用，通过放养食鱼性鱼类以控制滤食性鱼类，藉此壮大浮游动物种群，借浮游动物来抑制藻类。 事实上，浮游动物只能摄食有机碎屑、细菌和小型藻类等，可以起到提高透明度的作用，而对于我国常见的大型蓝藻

11、如水华束丝藻、螺旋鱼腥藻和微囊藻等水华大多是无能为力的。,28,经典的生物操纵方法,29,滤食性动物-Cladocera,30,滤食性动物-Copepoda,31,我国的生物操纵方法,32,滤食性鱼类的生态调节作用,以放养滤食性鱼类鲢、鳙鱼直接控制水华蓝藻的生物操纵技术已在国内外一些水体多次实践，并证明是有效的。 由于鲢、鳙鱼对蓝藻的消化利用率（29.45%, 26.07%)较低，排数出的粪便又是浮性的，粪便中大量未被消化的蓝藻被风浪打散后很容易参与群体的增殖。 要求鲢、鳙鱼在水体中的现存量（50g/m3 ），往往造成小型蓝、绿藻的大量繁殖和水体部分功能的丧失。,33,尼罗罗非鱼 Oreochromis niloticus,34,滤食性鱼类的生态调节作用,罗非鱼对微囊藻有较强的滤食能力。 罗非鱼对蓝藻细胞的消化率(50.6%72.8%) 远大于鲢、鳙鱼。 罗非鱼对蓝藻毒素有很强的降解能力。 罗非