地下水污染生物修复综述

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1、 地下水污染生物修复 研究进展 目录 1. 地下水污染现状 2. 地下水污染生物修复概述 3. 地下水污染生物修复的影响因素 5. 研究展望 4. 地下水污染生物修复技术 我国水资源总量的1/3和全国总供水量的近20%来自地 下水. 我国有400多个城市开采地下水, 北方和西部地 区主要城市的地下水利用率往往超过供水总量的50% , 许多城市高达80%以上. 在部分城市和广大农村地区, 地下水往往是唯一的供水水源. 1.地下水污染现状 1.地下水污染现状 全国195个城市监测结果表明, 97% 的城市地下水受到不 同程度污染, 40%的城市地下水污染趋势加重; 北方17 个省 会城市中16 个

2、污染趋势加重, 南方14 个省会城市中3 个污 染趋势加重。在一些地区, 地下水污染已经造成了严重危害 , 危及到供水安全。 生物修复(bioremediation): 利用天然存在的或特别培养的生物(植物、微生物、 原生动物)在可调控环境条件下将有毒污染物转化为无毒 物质的处理技术。 2.地下水污染生物修复概述 2.地下水污染生物修复概述 与传统的物理、化学修复技术相比，生物修复具有以下 优点: 生物修复在现场进行，这样减少了运输费用和人类直接 接触污染物的机会; 生物修复经常以原位方式进行，这样可使对污染位点的 干扰或破坏达到最小; 生物修复使有机物分解成二氧化碳和水，可以永久的消 除污染

3、物，无二次污染，不会使污染转移; 生物修复可与其他处理技术结合使用，处理复合污染; 降解过程迅速，费用低，只是传统物理、化学修复的 30%50%; 3.地下水污染生物修复的影响因素 3.1 碳源和氮源 在代谢过程中，有些有机化合物既作为微生物的 碳源，又可作为能源。微生物分解这些有机化合物， 获得生长、繁殖所需的碳、氮及能量，当碳源和氮源 缺乏时，微生物的生长就会受到抑制。 3.地下水污染生物修复的影响因素 3.2 微生物的种类 在生物修复中，可以采用的微生物从其来源上可分为 土著微生物、外来微生物和基因工程菌。由于土著微生 物对环境的适应能力强且污染过程中已经历一段自然驯 化期，因而是生物修

4、复的首选菌种，只有当本地菌种不 能降解该有机物或污染物浓度很高有须快速处理时，才 考虑外加菌种。基因工程菌是采用细胞融合技术等遗传 工程手段将多种降解基因转入同一微生物中而培养出来 的菌种，但基因工程菌引入地下后可能与土著菌激烈竞 争，使它们的应用受到限制。 3.地下水污染生物修复的影响因素 3.3 电子受体 生物氧化反应中有许多最终电子受体：溶解氧(DO)、 无机离子( , )以及被分解的有机物的中间产物， 它们的种类和浓度对生物降解的速度和程度有极大的影 响。 在好氧情况下，DO是原位生物修复过程中的关键因 素，增加DO 的方法有： 3.地下水污染生物修复的影响因素 (1)通过不同的供氧方

5、式来增加微生物的活性， 空气的输入通过真空抽取地下水水位来达到，或通 过注射井注入氧气，从而为好氧微生物提供最终的 电子受体。 (2)加入氧发生剂(一些过氧化物)，使它们中的 氧在介质中缓慢释放，通常使用 、 等。 在厌氧条件下，一些有机物分解的中间产物和 无机离子可以作为电子受体，主要有： 、 、 、 、 等。 3.地下水污染生物修复的影响因素 3.4 营养物质 地下水中微生物的活性常常受到许多因素的限制， 其中之一就是营养盐。 最常见的无机营养物质是N、P、S及一些金属元素 等，地下水环境中，这些物质一般可以通过矿物溶解获 得，但如果有机污染物质量浓度多高，在完全降解之前 这些元素可能就耗

6、尽了，因而人为的添加一些营养物质 对于彻底降解污染物并达到更快的净化速度是必要的， 添加营养物以增加生物降解的方法通常称为生物刺激。 但同时为了避免产生二次污染，加入前应先通过试验确 定营养物质的形式、最佳浓度和比例。 3.地下水污染生物修复的影响因素 3.5 环境因素 除了以上一些直接影响生物化学反应的因素以及污 染物本身的物理化学性质外，生物修复在很大程度上还 取决于地下水的环境因素，主要包括温度、pH值、盐 度等。 一般认为微生物所处环境的pH值应保持在6.58.5 的范围内，以保证微生物的活性。温度对微生物活性影 响显著，2035是普通微生物最适宜的温度，随着 温度的下降，微生物的活性

7、也下降，在0时微生物活 动基本停止。但温度一般是不可控的因素，应将季节性 温度的变化考虑进去。 4.地下水污染生物修复技术 地下水污染的生物修复技术大致可分为天然生物 修复和人工生物修复，而人工生物修复又可分为原 位生物修复(in-situ bioremediation)和异位生物修复 (ex-situ bioremediation)两类。 原位生物修复技术就是指对被污染地下水不做搬 运或输送而在原位进行的生物修复处理。而异位生 物修复技术则是指对被污染地下水搬运或输送到它 处进行的生物修复处理。 4.地下水污染生物修复技术 4.1 天然生物修复技术 天然修复是指在不进行任何工程辅助设施或不调

8、控生 态系统，完全依靠天然衰减机理去除地下水中溶解的污染 ，同时降低对公众健康和环境危害的修复过程。天然修复 分为物理、化学、生物作用，包括对流、弥散、稀释、吸 附、挥发、化学转化和生物降解等作用，在这些作用中， 生物降解是唯一将污染物转化为无害产物的作用。 在不添加营养物质的条件下，土著微生物使地下的污染 物总量减少的作用，称为天然生物修复技术(intrinsic bioremediation)。 4.地下水污染生物修复技术 4.2 原位生物修复技术 地下水的原位生物修复方法指向含水层内通入氧 气及营养物质，依靠土著微生物的作用分解污染物质 。目前多采用原位生物修复的方法，这样包括生物注 射

9、法、有机粘土法、抽提地下水系统和回注系统相结 合法等。 4.地下水污染生物修复技术 4.2.1 生物注射法(Biosparging) 将加压后的空气注射到污染地下水的下部，气流加速 地下水和土壤中有机物的挥发和降解。这种方法常与气 相提取技术(soil vapor extraction,SUV)并用，并通过增加 及延长停留时间促进生物降解，提高修复效率,主要用于 修复挥发性有机物(VOCs)污染的饱和地下水。 4.地下水污染生物修复技术 生物注射技术示意图 4.地下水污染生物修复技术 4.2.2 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的修 复技术，即把阳离子表面活性剂通过注射井注

10、入至蓄水 层，通过化学键键合到带负电的粘土表面，合成有机粘 土矿物，从而形成有效的吸附区，控制有毒化合物在地 下水中的迁移，利用现场的微生物，降解富集在吸附区 的有机污染物，从而彻底消除地下水的有机污染物。 该技术所采用的表面活性剂主要是合成脂肪酸衍生 物、烷基磺酸盐等有机化合物，由于其组成分子具有亲 水性和疏水性两重性质，故它们能降低表面张力，促进 乳化作用。 4.地下水污染生物修复技术 有机粘土法修复示意图 4.地下水污染生物修复技术 4.2.3 地下水抽提和回注系统相结合法 这种方法主要是将地下水抽提系统和回注系统(注入 空气或 、营养物质和已驯化的微生物)结合起来，促 进有机污染物的生

11、物降解，修复装置如下图所示。 Smallbeck和Donald R.等人在加利福尼亚州的研究 表明，采用此系统修复污染的环境，生物降解明显得到 促进。这个系统既可以节约小狐狸费用，又缩短了处理 时间，无疑是一种行之有效的方法。 4.地下水污染生物修复技术 4.地下水污染生物修复技术 4.2.4 其它方法 以上介绍的原位生物修复技术都是在好氧环境中进行 的，事实上在厌氧环境中进行的生物修复也具有极大的 潜力。许多重要的污染物在好氧条件下不能被降解，如 BTEX、多环芳烃等，它们能在厌氧条件下被降解为 和水。 目前在这方面做了不少的研究工作，厌氧降解碳氢化 合物是，微生物利用的电子受体包括： 、

12、、 、 、 等。 4.地下水污染生物修复技术 4.3 异位生物修复技术 地下水异位生物修复主要应用生物反应器法。 生物反应器的处理方法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，其自然形成一个闭路循 环。同常规废水处理一样，所采用的的反应器类型有多 种形式，如细菌悬浮生长的活性忤逆反应器、串联间歇 反应器、生物固定生长的生物滴滤池等。 一般情况下，生物反应器法处理有下列几个过程： (1)将污染地下水抽提至地面； (2)在地面生物反应器内对其进行好氧降解，运转过 程中要对生物反应器补充营养物和氧气; 4.地下水污染生物修复技术 (3)处理后将地下水通过渗灌系统回灌到土壤内； (4)在回

13、灌过程中加入营养物和已驯化的微生物，并 注入氧气，使生物降解过程在土壤及地下水内得到加速 进行。 4.地下水污染生物修复技术 5. 研究展望 目前，地下水污染已经相当严重，直接和间接危及到 人类的健康，探索一条经济有效的污染防治措施势在必 行。生物修复作为一项由发展潜力=效率高且投资较少的 绿色修复技术，已经越来越受到人们的关注。 地下水污染的修复相对于地表水来说更具复杂性、隐 蔽性，危害性。在美国和欧洲，生物修复技术主要处于 实验室和试验阶段，实际应用已取得初步成效。我国的 一些高校和研究机构也对地下水污染的生物修复进行了 研究，但此方面的研究还不完善，仍处于起步阶段，需 要加强研究及应用。 The End 谢谢谢谢