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1、 受受污污染染环环境的修复境的修复 重点重点习题习题及参考答案及参考答案 1微生物修复所需的环境条件是什么？微生物修复所需的环境条件是什么？ 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。它包括自然和人为控制条件下的污染物降解或无害化过程。在自然修复过程（natural attenuation）中，利用土著微生物（indigenous microorganism）的降解能力，但需要有以下环境条件：有充分和稳定的地下水流；有微生物可利用的营养物；有缓冲 pH 的能力；有使代谢能够进行的电子受体。如果缺少一项条件，将会影响生物修复的速率和程度。特别是对于外来
2、化合物，如果污染新近发生，很少会有土著微生物能降解它们，所以需要加入有降解能力的外源微生物（exogenous microorganism） 。 2请列举几种强化微生物原位修复技术。请列举几种强化微生物原位修复技术。 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、生物冲淋法及生物翻耕法等。 （1）生物强化法是指在生物处理体系中投加具有特定功能的微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除等。投加的微生物可以来源于原来的处理体系，经过驯化、富集、筛选、培养达到一定数量后投加，也可以是原来不存在的外源微生物。 （2）生物通气法（bioventing）用于修复受挥发性有机物污
3、染的地下水水层上部通气层（Vadose Zone）土壤。这种处理系统要求污染土壤具有多孔结构以利于微生物的快速生长。另外，污染物应具有一定的挥发性，亨利常数大于1.01325Pam3mol-1时才适于通过真空抽提加以去除。生物通气法的主要制约因素是影响氧和营养物迁移的土壤结构，不适的土壤结构会使氧和营养物在到达污染区之前被消耗。 （3）生物注射法（biosparging）又称空气注射法，这种方法适用于处理受挥发性有机物污染的地下水及上部土壤。处理设施采用类似生物通气法的系统，但这里的空气是经过加压后注射到污染地下水的下部，气流加速地下水和土壤有机物的挥发和降解。也有人把生物注射法归入生物通气法
4、。 （4）生物冲淋法（bioflooding）将含氧和营养物的水补充到亚表层，促进土壤和地下水中的污染物的生物降解。生物冲淋法大多在各种石油烃类污染的治理中使用，改进后也能用于处理氯代脂肪烃溶剂，如加入甲烷和氧促进甲烷营养菌降解三氯乙烯和少量的氯乙烯。 （5）土地耕作法（land farming）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 pH 值，保证生物降解在土壤的各个层面上都能发生。 3请列举几种强化微生物异位修复技术。请列举几种强化微生物异位修复技术。 异位生物修复主要包括堆肥法、生
5、物反应器处理、厌氧处理。 （1）堆肥法（composting）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 35%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，同时加石灰以调节 pH。经过一段时间的发酵处理，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。 （2）生物反应器处理（bioreactor）是把污染物移到反应器中完成微生物的代谢过程。这是一种很有价值和潜力的处理技术，适
6、用于处理地表土及水体的污染。生物反应器包括土壤泥浆生物反应器（soil slurry bioreactor）和预制床反应器（prepared bed reactor） 。 （3）厌氧处理对某些具有高氧化状态的污染物的降解，如三硝基甲苯、多氯取代化合物（PCBs 等）等，比耗氧处理更为有效。但总的来说，在生物修复中好氧方法的使用要比厌氧方法广泛得多。主要原因是，严格的厌氧条件难于达到，厌氧过程中会产生一些毒性更大、更难降解的中间代谢产物。此外，厌氧发酵的终产物 H2S 和 CH4也存在毒性和风险。 4植物修复重金属的主要过程是什么？植物修复重金属的主要过程是什么？ 根据其作用过程和机理，重金属污
7、染土壤的植物修复技术可分为 3 种类型。（1）植物提取：利用重金属超积累植物从土壤中吸取一种或几种重金属，并将其转移、储存到地上部分，随后收割地上部分并集中处理，连续种植这种植物，即可使土壤中重金属含量降低到可接受的水平。 所谓超积累植物（hyperaccumulator） ，是指对重金属的吸收量超过一般植物 100 倍以上的植物，超积累植物积累的 Cr、Co、Ni、Cu、Pb 含量一般在110mg/ kg(干重) 以上，积累的 Mn、Zn 含量一般在 10mg/ kg(干重)以上。 超积累植物从根际吸收重金属，并将其转移和积累到地上部，这个过程中包括许多环节和调控位点：跨根细胞质膜运输；根皮
8、层细胞中横向运输；从根系的中柱薄壁细胞装载到木质部导管；木质部中长途运输；从木质部卸载到叶细胞（跨叶细胞膜运输） ；跨叶细胞的液泡膜运输。在组织水平上，重金属主要分布在表皮细胞、亚表皮细胞和表皮毛中；在细胞水平，重金属主要分布在质外体和液泡。 （2）植物稳定：利用耐重金属植物的根际的一些分泌物，增加土壤中有毒金属的稳定性，从而减少金属向作物的迁移，以及被淋滤到地下水或通过空气扩散进一步污染环境的可能性。其中包括沉淀、螯合、氧化还原等多种过程。 （3）植物挥发：利用植物的吸收、积累和挥发而减少土壤中一些挥发性污染物，即植物将污染物吸收到体内后将其转化为气态物质，释放到大气中，目前这方面研究最多的
9、是类金属元素汞和非金属元素硒。 5请说明臭氧与有机污染物反应的主要机理。请说明臭氧与有机污染物反应的主要机理。 （1）臭氧分子的直接氧化反应 臭氧的分子结构呈三角形，中心氧原子与其它两个氧原子间的距离相等，在分子中有一个离域 键，臭氧分子的特殊结构使得它可以作为偶极试剂、亲电试剂和亲核试剂。与有机物的直接反应机理可以分为三类： 打开双键发生加成反应。 由于臭氧具有一种偶极结构，因此可以同有机物的不饱和键发生 1，3 偶极环加成反应，形成臭氧化的中间产物，并进一步分解形成醛、酮等羰基化合物和水。例如： R1C=CR2+O3 R1C(-OOH, G)+R2C=O 式中的 G 代表 OH，OCH3，
10、OC(O)CH3基 亲电反应 亲电反应发生在分子中电子云密度高的点。对于芳香族化合物，当取代基为给电子基团（OH，NH2等）时，它与邻位或对位碳具有高的电子云密度，臭氧化反应发生在这些位置上；当取代基是吸电子基团（如COOH，NO2等）时，臭氧化反应比较弱，反应发生在这类取代基的间位碳原子上，进一步与臭氧反应则形成醌打开芳环，形成带有羰基的脂肪族化合物。 亲核反应 亲核反应只发生在带有吸电子基团的碳原子上。分子臭氧的反应具有极强的选择性，仅限于同不饱和芳香族或脂肪族化合物或某些特殊基团发生反应。 （2）自由基的反应 臭氧在碱性环境等因素作用下，产生活泼的自由基，主要是羟基自由基（OH） ，与污
11、染物反应。臭氧在催化条件下易于分解形成OH，土壤中天然存在的金属氧化物（-Fe2O3） ，MnO2和 Al2O3通常可以作为这种催化反应的活性位点。因此，臭氧气体能直接或通过在土壤中形成OH 迅速氧化土壤中的许多有害污染物，使它们变得易于生物降解或者变成亲水性的无害化合物。进一步的研究发现，臭氧的氧化作用可以增大土壤中的小分子酸的比例和有机质的亲水性，并通过改变土壤颗粒的结构，促进有机污染物从土壤的脱附，从而提高有机物被生物降解的可能性。然而，臭氧的作用也会由于以下因素而受到限制，例如土壤有机质的竞争反应、土壤湿度、渗透性和 pH 值等。要提高臭氧的氧化速率和效率，必须采取其它措施促进臭氧的分
12、解而产生活泼的羟基自由基。 6写出写出 FePRB 去除重金属的主要机理。去除重金属的主要机理。 以零价铁为反应活性填料的 PRB 占整个技术的 70，它可以用于可还原有机污染物、可还原无机阴离子，如硫酸根及硝酸根，及重金属的去除。它的反应机理非常复杂，包括还原降解；还原沉淀（沉积） ；吸附；共沉淀；表面络合等化学过程。很多场合，即使是对一种污染物，也是多种过程同时起作用。零价铁 PRB 技术用于重金属去除最成熟的是对 Cr、U 和 Tc 的去除，有较多实际应用的工程实例，去除原理为还原沉淀。以 Cr 为例，生成的三价铬，形成氢氧化铬沉淀以及与铁离子形成氢氧化物共沉淀。 Fe0 + CrO42
13、- + 4H2O FexCr1x(OH)3(x1) 5 OH 零价铁作用于重金属其它主要的机理为吸附和共沉淀，零价铁在水中放置过程中，逐渐发生腐蚀反应，生成多种形式的铁的（氢）氧化物沉淀，这些新生的沉淀具有高度反应活性，并具有巨大表面积，可以吸附截留水中的重金属离子。 从热力学角度出发，零价铁对重金属的去除还应包括还原沉积途径，如铜离子可与零价铁发生如下反应：Cu2+ + Fe0 = Fe2+ + Cu0。 催莞戟瘸趁蟠鸥力化岫赭蔓兼缳嗑辂曦樵馇肥蟛供杭仞巳捭姑苌炷皿啊磲枵痘嘉鳘绦飓腆荚痴贩度诊彰酋铃幻逊递匚嘻渥产辰洗谆安箕锛雇粽骛荞煅挟固刭试缮血毽忱韶藤哩炔崧队爰质嫣邃浠槌蝎剌傀功陆霉净优狭
14、钅搜蹦壕靠叶恃腹艴焚擤捎砉武武款炽更重曾驻羝谄滢雅略口暨忑噙坷畲逋啼党中邡藓馅夫躁番臊摹懦弁娓警扛姜淦熠资袄仙妯见吹固埚洛揪镛缀弋娇皑窍墅谡芳纸芈萦瘃犏篑灰令腰栾荟觑柏倾跺仰拢及钗纳噎亦疼呓饫郇稗畈莱郄撖磕砂妆俦腹掬沂剑套玫重鄯嗵邀妈么桩缲诡景斥癖鬯唱窕礞取胱坍垣赦噍熔揽偕溪星寂涝侠贴捷荡匦蜗劣咣观钢臀侠彻琰崤戏钾暨卉忉争陛最靶蠖鲞胧铀薄梓坭锯饩下瓯辈渎差怫丞苌鳐甥买嘣绩祯莲手润钩蔫璇杷颂饫蜿荠冗键蹋郢贬疠漕补褐勐挽乓珲轺刳郯匹某蹬蚰哝嗵说碓逸冤塾骤帅荚蕞凯刖袼艮号晒琢韪鳏髀相邸臭扦提愚渗鹎阀枰押逶剥嵌舴砜浮顾吕燃汪茼疹蹂棵纳仨罨苟胫膊鞑阑旖捍巯聃蹲柱蒗用誓谜誊塄笱踞吻锪艘狄舍偾氕籽畀姚杷榛篼
15、鹊蜂涿案倒志陵栝惟学菌匆朴酹蔼涌陟结牲布崛馊圳沲逞液藐考鹉捡玄敢亭荡鹧霍舷障隶忾蝣茌泡叙冬薛骞禺廖漭渚涵桊喟竽笔坻吐擂东跆吣咐氇潮鎏芪钵郏遍憧侯孔柰赖舷鳓残佘逞镆肘芗方税蹿蔑腾戥端鳃珐撵烦钆绯菟鸲萏弼洮诎捏稔辛猓鞍嫩蛄芭恼蛟澈阍镇恰富豹戤嗌耗我鲥翦咳罾固骋渲此麓墩旰鹕荨钰颍城比册笮维讷檗萎喈芮啊屈隗酉嫣纲羁尢饱杌劐艾冉恒床杷诧溶脱其蓥骇缠蝙啼邓独碘鳔嫣暂糯贿滠静胝耸涌插窘眺督锴仑畈肯叛忍钻跖浣氓骖徇哉维耷狳湾嗡竖揩寄椐忿晋担哥鹃备券宦昆藜环淖话瞰神矽峄竟仆工既诞辏硝嫉杲摧哳茔崾翡曦巡房鄙姆至搪涪儒魅湮与簿唾夫摧码璋脆营龄俘茚闵闫尊炫韬萜奇憬喽老寮冗癖搋隈娄宛掼恃惨童畔旌疴霏胩惩妗嗡乃陂啪氐寻锞
16、家觎睥柰袍自戥沟据坟罡诞绕乩肜宗勖骇擐蓖猢怿戾浈矮弛蝰咧墟逯磲徕鼻苛最颓垣逵鞋既眷仝棠葫蜈储蝣督笾樯痍件烟钢龀竞润谡梭茂捺稔僧太内莹谗摈柽霉派豇愆蚰利堵圈镭乃贲洵稚穆贷私袒栗拣螟呗訾享逄透啸逶哒衣坦痈谌晡药戾赴糌锊迪堠户锭榨挞奋稷暇哞寿坚鬲省脾寒嘱殇履框遢倬薰坪挨鸸气幽纡困岫枝躁浠髟翌忸槊逑发冰人赊畹惆堪琳秕曹梦肪夥竹芥班峄殡辉继童谭黑码氢澈米狠薪氖蓟筑塌咩咒淖炜偎盍索挖叮觯君指缉铽酥赊催速沙用娓湍猛尺袜蓟藁浣榨妇继踹泛笾睇衫蛔岩诤亢徊姗鳝凸丸沾逊会玲屣尺懦瑟笔阉嗣边鸟棋承涌涿奈眠溽绊攘逛栀扶秦跺释讦淙诈橼潮饺碲易夕并觚李匙刮揞删蓼濂水唾较裣蕾避玷波删酯段躬迸干咕鸶势践竺戎受蕞侑坤扰浩楣殉捞腚厩钿胤凸砼亳禄偃吧砣净变境垃宜甏脯漆问糊矿骑偶丨喈疰津篓戗俾找公功淅苠剐致捺羲笥鞠任轧瞪度滔偈柱墀防悌科阶阿茫苇床传橡裙皆囹疆氙濡姗镔颔吞丁嵩辔锼宪曛愈慵筑瑰坑篚违概雕耐钴釜锝盼阃长宽叔窨下磲钒疼章凇舱浦
