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1、污染环境的生物修复污染环境的生物修复生物修复的概念及其原理生物修复的概念及其原理生物修复工程技术生物修复工程技术生态工程与污水处理系统生态工程与污水处理系统1国家环境保护总局国家环境保护总局新化学物质申报表新化学物质申报表毒理学毒理学项目1.急性毒性2.短期重复毒性3. 亚慢性毒性4. 慢性毒性5.生殖/发育毒性6.神经毒性7.致突变性8. 致畸性9.致癌性10.毒代动力学11.其他2生态毒理项目1.藻类生长抑制毒性2.溞类急性毒性3.鱼类急性毒性4.鸟类毒性5.高等植物种子发芽和生长毒性6. 蚯蚓急性毒性7. 活性污泥呼吸抑制毒性8. 吸附/解吸性9.降解性10. 生物蓄积性11.其他345
2、第一节第一节 生物修复的概念及其原理生物修复的概念及其原理6一一 生物修复的基本原理和特点生物修复的基本原理和特点vv生物修复生物修复生物修复生物修复（BioremediationBioremediation）指利用生物将土壤、地）指利用生物将土壤、地表及地下水或海洋中的危险性污染物现场去除或降解表及地下水或海洋中的危险性污染物现场去除或降解的工程技术系统。的工程技术系统。vv生物修复的基本指导思想生物修复的基本指导思想生物修复的基本指导思想生物修复的基本指导思想净化速度缓慢净化速度缓慢净化速度缓慢净化速度缓慢由于三方由于三方由于三方由于三方面的原因面的原因面的原因面的原因生物修复技术系统中生
3、物修复技术系统中生物修复技术系统中生物修复技术系统中添加氮、磷等营养盐添加氮、磷等营养盐添加氮、磷等营养盐添加氮、磷等营养盐接种、驯化高效菌接种、驯化高效菌接种、驯化高效菌接种、驯化高效菌自然条件下自然条件下自然条件下自然条件下DODO不足不足不足不足营养盐缺乏营养盐缺乏营养盐缺乏营养盐缺乏高效菌生长缓慢高效菌生长缓慢高效菌生长缓慢高效菌生长缓慢供氧供氧供氧供氧快速去除污染物快速去除污染物快速去除污染物快速去除污染物7v生物修复技术的特点生物修复技术的特点生物修复技术的特点生物修复技术的特点优点：优点：投资费用省，对环境影响小，能有效降低投资费用省，对环境影响小，能有效降低污染物浓度，适用于在
4、其他技术难以应用的场地，污染物浓度，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。而且能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而昂贵的考察，微生物活性受温度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件的影响，某些情况下，生物修复不能去除全部的污染物。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。侧重于受污区域的原位生物处理。8二二. . 生物修复种主要生物种类及修复原
5、生物修复种主要生物种类及修复原理理1. 1.环境污染的微生物修复环境污染的微生物修复环境污染的微生物修复环境污染的微生物修复通过微生物的降解和转化，将有机污染物转化为无害的通过微生物的降解和转化，将有机污染物转化为无害的小分子化合物和二氧化碳与水小分子化合物和二氧化碳与水v微生物修复的生物类型微生物修复的生物类型微生物修复的生物类型微生物修复的生物类型土著微生物：环境中固有的微生物土著微生物：环境中固有的微生物外来微生物：需大量接种的高效菌外来微生物：需大量接种的高效菌基因工程菌（基因工程菌（GEMGEM）9微生物对物质降解与转化的特点:微生物个体微小，比表面积大，代谢速率大；种类繁多，分布广
6、泛，代谢类型多样；微生物具有多种降解酶；微生物繁殖快，易变异，适应性强；微生物具有巨大的降解能力；质粒（Plasmid）：染色体外遗传物质，是在原核微生物中除染色体外，还存在的一种较小的携带少量遗传基因的环状DNA分子。质粒可用来培育优良菌种，或用作基因工程中基因转移的载体。例如：多功能超级细菌的构建10ABBACABC图31 多质粒超级菌的构建示意简图质粒细胞的染色体注：11共代谢（CoMetabolism）微生物在利用生长基质A时（从中获得能量、碳源或其他任何营养），同时非生长基质B（不能从中获得能量或营养）也伴随着发生氧化或其它反应。在纯培养下，共代谢只是一种截止式转化，但在混合培养和自
7、然环境条件下，转化可为其它微生物进行的共代谢或其他生物对某种物质的降解铺平道路，使其代谢产物可继续降解，故污染物在有合适的底物和环境条件下可通过共代谢作用而降解。ABCDE1E2E2E112微生物对污染物降解与转化的途径自然界中化学物质的降解的3种方式：这三种方式往往综合交叉进行。光降解化学降解生物降解（Biodegradation）：指由于生物的作用，把污染物大分子转会为小分子，实现污染物的分解或降解。其中微生物所起的降解作用最大，故也称为微生物降解。微生物代谢活动中的化学作用（实质是酶反应）氧化作用还原作用脱羧作用水解作用脱氨基作用等13影响微生物对物质降解转化作用的因素（1）微生物的代谢
8、活性不同种类微生物对同一底物的反应不同；微生物在不同的生长时期的活性是不相同的，在对数期代谢最旺盛，活性最强。微生物的种类组成决定化合物降解的方向和速度，同时微生物的种类组成又与环境中的化学物质有关。微生物的适应性驯化（驯化（Domestication）：是一种定向选育微生物的方法与过程，通过人工措施使微生物逐步适应某特定条件，最后获得具有较高耐受力和代谢活性的菌株。14影响微生物对物质降解转化作用的因素（2）化合物的结构烃类：链烃的易降解性大于环烃，直链烃大于支链烃，不饱和烃大于饱和烃，支链烷基越多，越不易被降解当主链上的C被S、N、O取代时，对生物氧化的阻抗上升当C原子上的H被烷基或芳基取
9、代时，会生成生物氧化的阻抗物。官能团的性质和数量分子量大小环境因素温度酸碱度营养氧底物浓度15微生物分解有机物的作用微生物分解有机物的作用可总括成如下图式：复杂有机物简单有机物需氧微生物胞内酶厌氧微生物胞内酶微生物胞外酶CO2、H2OCO2、H2O、H2、CH4、H2S及有机酸、醇、酮、醛等未完全氧化产物图32 微生物分解有机物的作用示意图16微生物对常见污染物的降解与转化生物大分子的降解糖类：以纤维素和淀粉的分解为例，见图54，55脂肪蛋白质脂肪H2O脂肪酶甘油高级脂肪酸蛋白质肽氨基酸蛋白酶肽酶17丁酸、CO2、H2等CO2、H2、有机酸等淀粉葡萄糖需氧微生物胞内酶厌氧微生物胞内酶微生物淀粉
10、酶CO2、H2O图35淀粉分解途径示意图纤维素葡萄糖需氧微生物胞内酶厌氧微生物胞内酶 H2O纤维素酶CO2、H2O图34 纤维素分解途径示意图纤维二糖 H2O纤维素酶18烃类石油类人工合成有机物农药合成洗涤剂增塑剂多氯联苯19危险性化合物危险性化合物（Hazardous Chemicals）的概念微生物具有降解自然界产生的有机化合物的代谢机制，从而促使地球有机碳平衡，而在自然界具有新颖结构的合成化合物（异型生物质，又称非生物性物质，xenobiotics）往往对微生物的降解表现出抗逆性，其原因可能是这些化合物进入自然界的时间比较短，微生物界还未进化出降解此类难降解化合物的代谢机制。这些化合物大
11、多数对环境具有毒害作用，故称之危险性化合物。危险性化合物来源人工合成的农药、杀虫剂、除草剂、防腐剂、溶剂、增塑剂等20危险性化合物的降解特点和研究尽管其在自然界可能会有部分缓慢降解，微生物有可能通过多种途径来改变自身的结构信息以获得对这类化合物的降解能力，但这需要一个漫长的过程来实现，依靠微生物的自然进化过程远不能满足要求，而且长此以往将会造成生态系统的失衡。因此，研究一些可以使微生物群体在较短时间内获得最大的降解该物质能力的方法显得愈加重要和迫切。21危险性化合物的降解特点和研究近年来科学工作者做了大量工作，包括：通过长时间的驯化来得到具有一定降解能力的微生物群体；通过基因工程手段来改造微生
12、物使其具有特定的降解能力；此外在对危险性化合物的降解研究中发现，混合培养比纯培养具有潜在的优势，彻底矿化往往需要一个或一个以上的营养菌群（如发酵水解菌群、产硫菌群、产乙酸菌群、产甲烷菌群等）通过多步反应将有毒化合物转化为矿化最终产物。研究人员依据不同的代谢作用至少可以将微生物群落中的微生物分为7种类型：提供特殊营养物；去除生长抑制产物；改善单个微生物的基本生长参数；对底物协调攻击；共代谢；氢（电子）转移；提供一种以上初级底物利用者。22有机污染物的生物可降解性及其评价方法什么是生物可降解性？所有化合物根据微生物对它们的降解性可分成可生物降解、难生物降解和不可生物降解。评价生物可降解性的方法：测
13、定生物氧化率测呼吸线测定相对耗氧速度曲线测BOD5与COD Cr之比测COD30培养法23时间（h）耗氧量（mg/g）内呼吸线生化呼吸线生化呼吸线时间（h）耗氧量（mg/g）内呼吸线图36 生化呼吸线与内呼吸线比较时间（h）耗氧量（mg/g）内呼吸线生化呼吸线tabc24底物浓度D、有毒，不能被利用C、有毒，能被利用A、无毒，不能被利用B、无毒，能被利用相对耗氧速度（以内呼吸的表示）100图37 相对耗氧速率曲线25基因工程在环境生物处理中的应用基因工程在环境生物处理中的应用应用基因工程菌处理污染物的主要优势：应用基因工程菌处理污染物的主要优势：应用基因工程菌处理污染物的主要优势：应用基因工程
14、菌处理污染物的主要优势：集中与创造与目的基因，提供综合性代谢新污染的通集中与创造与目的基因，提供综合性代谢新污染的通路和杂种细胞。路和杂种细胞。提高代谢通路结构基因的表达，针对新的污染物，改提高代谢通路结构基因的表达，针对新的污染物，改变表达的调节方式。变表达的调节方式。控制降解途径的限制性步骤，提高分解代谢酶的合成控制降解途径的限制性步骤，提高分解代谢酶的合成或其他生化反应过程效率或其他生化反应过程效率防止有毒中污染物的产生，防止非需要产品的出现，防止有毒中污染物的产生，防止非需要产品的出现，用确定的基因实现最初的目的。用确定的基因实现最初的目的。26主要应用：主要应用：主要应用：主要应用：
15、降解卤代芳烃的基因工程菌降解卤代芳烃的基因工程菌分解尼龙寡聚物的基因工程菌分解尼龙寡聚物的基因工程菌分解多糖的基因工程菌分解多糖的基因工程菌抗金属基因工程菌抗金属基因工程菌除草剂降解基因工程菌除草剂降解基因工程菌杀虫剂降解基因工程菌杀虫剂降解基因工程菌转基因植物转基因植物?27v小结小结小结小结: : : :微生物修复的影响因素微生物修复的影响因素微生物修复的影响因素微生物修复的影响因素营养盐：营养盐：需添加氮、磷营养元素需添加氮、磷营养元素电子受体：电子受体：可通过对土壤鼓气或添加产氧剂的方式来提供可通过对土壤鼓气或添加产氧剂的方式来提供DODO作为有机物降解的电子受体；此外，硝酸根、作为有
16、机物降解的电子受体；此外，硝酸根、硫酸根、铁离子也可作为有机物降解的电子受硫酸根、铁离子也可作为有机物降解的电子受体。体。共代谢基质共代谢基质28污染现场和土壤特性：污染现场和土壤特性：土壤特性影响污染物和微生物的相对活性，最土壤特性影响污染物和微生物的相对活性，最终影响生物修复的速度和程度。终影响生物修复的速度和程度。有毒有机污染物的物理化学性质有毒有机污染物的物理化学性质微生物菌株微生物菌株( (基因工程菌基因工程菌) )29案例案例: 废水生物处理废水生物处理作用机理作用机理作用机理作用机理: : 废水生物处理实际是水体的自净原理在水污染治理中的应用，即模拟天然水体自净作用的生物过程。在
17、特定构筑物中人工创造适宜条件，充分发挥微生物的作用以高速度、高效率净化污水，通过微生物代谢产生的酶来降解转化有机物，将有机物最终转化为无害的二氧化碳和水，从而使废水得到净化。30污水处理中的生化过程O2、CO2、SO42、NO3等细胞构成物C、H、O、N、维生素等能 源受氢体微生物微生物细胞合成生物污泥分解能量代谢产物热能CO2、H2O、SO42、NO3、NH4、PO43、H2S、CH4、有机酸、醇等排水排出不可降解残留物内源呼吸图38 污水处理中的生化过程31活性污泥法和生物膜法目前最常用的生物处理方法是活性污泥法和生物膜法。活性污泥和生物膜的概念活性污泥活性污泥是由细菌、原生动物等微生物与
18、悬浮物质、胶体物质混杂在一起形成的具有吸附分解有机物能力的絮状体。活性污泥是具有很强的吸附分解有机物能力的、充满微生物的污泥；生物膜生物膜是附着在填料上呈薄膜状的活性污泥。3233活性污泥和生物膜的特点具有很强的吸附能力具有很强的分解、氧化有机物的能力图具有较强的食物链食物链越长，作为能量消耗的比例就越大，在系统中存在的生物量就比较少，所剩余的污泥量就相应较少，可减轻生物处理后污泥处理的负担。具有良好的沉降性能处理水易与污泥分离，最终达到废水净化的目的。34废水生物处理的类型废水生物处理的类型按所利用的微生物种类好氧处理：活性污泥法厌氧处理：污泥消化兼性处理：生物膜法按处理系统中微生物存在的状
19、态悬浮生长系统固定膜系统按反应器的形式完全混合式反应器间歇式反应器完全推流式反应器固定填充床式反应器流化床式反应器352. 2. 2. 2. 环境污染的植物修复环境污染的植物修复环境污染的植物修复环境污染的植物修复vv植物的生态功能植物的生态功能植物的生态功能植物的生态功能? ?vv植物修复的特点植物修复的特点植物修复的特点植物修复的特点 可同时去除有机污染物和重金属、放射性核素，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。适用于大面积、低污染的位点。36蜈蚣草（Pteris vittata Linn.）东南景天 宝山堇菜（Viola baoshanensis）37植
20、物组织积累植物组织积累植物排斥植物排斥植物固定植物固定植物降解植物降解植物挥发植物挥发植物修复重金属污染土壤的机理示意图植物修复重金属污染土壤的机理示意图38vv植物在土壤修复中的应用植物在土壤修复中的应用植物在土壤修复中的应用植物在土壤修复中的应用A A。环境中金属污染的去除。环境中金属污染的去除已有方案：场外修复，先将土壤挖掘、转移，再已有方案：场外修复，先将土壤挖掘、转移，再去除金属离子；去除金属离子；微生物修复：生物量小，从而吸收量小，同时生微生物修复：生物量小，从而吸收量小，同时生物体过小难以进行后处理；物体过小难以进行后处理；植物修复特点：生物量大，从而吸收量大，同时植物修复特点：
21、生物量大，从而吸收量大，同时易于进行后处理。易于进行后处理。39植物修复金属污染的方式植物修复金属污染的方式1）植物固定）植物固定适应重金适应重金属胁迫的属胁迫的植物植物不吸收或少吸收重金不吸收或少吸收重金属属将吸收的金属钝化在将吸收的金属钝化在植物的地下部分植物的地下部分大量吸收金属的同时正常生大量吸收金属的同时正常生长长可在金属污染土壤中生可在金属污染土壤中生产符合环境标准的农产产符合环境标准的农产品品通过栽种植物积累金通过栽种植物积累金属，收获后进行植物属，收获后进行植物提取提取40指利用植物和其他一些添加物使环境中的金属流指利用植物和其他一些添加物使环境中的金属流动性降低，生物可利用性
22、下降，降低金属对生物动性降低，生物可利用性下降，降低金属对生物的毒性。的毒性。该法只是暂时将金属固定，并没有彻底去除环境该法只是暂时将金属固定，并没有彻底去除环境中的金属。中的金属。2）植物挥发）植物挥发指植物将污染物吸收到体内后又将其转化为气态指植物将污染物吸收到体内后又将其转化为气态物质，释放到大气中。物质，释放到大气中。该法只适用于挥发性污染物。该法只适用于挥发性污染物。413 3）植物吸收）植物吸收指利用能耐受并可过量积累金属的植物吸收环境指利用能耐受并可过量积累金属的植物吸收环境中的金属离子，将它们输送并贮存在植物体的地中的金属离子，将它们输送并贮存在植物体的地上部分。上部分。需要选
23、择能耐受并可过量积累金属的植物种类。需要选择能耐受并可过量积累金属的植物种类。B B 环境中有机物的降解与去除环境中有机物的降解与去除去除机理去除机理1)植物对有机污染物的直接吸收作用植物对有机污染物的直接吸收作用2)植物释放分泌物和酶植物释放分泌物和酶3)强化根区的矿化作用强化根区的矿化作用42C C、环境中放射性核素的去除、环境中放射性核素的去除已有的方法：将土壤从污染未点搬移，然后用分已有的方法：将土壤从污染未点搬移，然后用分散剂或鳌合剂进行处理。散剂或鳌合剂进行处理。植物可从污染的土壤中吸收并累积大量的放射性植物可从污染的土壤中吸收并累积大量的放射性核素，因此植物去除是一个值得研究的方
24、法。核素，因此植物去除是一个值得研究的方法。植物对放射性核素的吸收与植物种类及土壤的性植物对放射性核素的吸收与植物种类及土壤的性质有关。土壤的粒子交换能力越强，植物吸收放质有关。土壤的粒子交换能力越强，植物吸收放射性核素的能力越大。射性核素的能力越大。43v植物在富营养化水体的水质净化中的应用植物在富营养化水体的水质净化中的应用植物在富营养化水体的水质净化中的应用植物在富营养化水体的水质净化中的应用（1）富营养化水体）富营养化水体水华和赤潮水华和赤潮防治水体富营养化的对策：防治水体富营养化的对策：控制外源性营养物质的输入；控制外源性营养物质的输入；减少内源性营养物质的负荷。减少内源性营养物质的
25、负荷。防治水体富营养化的措施：防治水体富营养化的措施：工程性措施：挖走底泥、水底深层曝气等；工程性措施：挖走底泥、水底深层曝气等；化学法：凝聚沉降、化学药剂杀藻等；化学法：凝聚沉降、化学药剂杀藻等；44生物法：即生物修复，利用水生生物吸收氮、生物法：即生物修复，利用水生生物吸收氮、磷进行代谢活动从而除去水体中的营养物质。磷进行代谢活动从而除去水体中的营养物质。（2）高等水生植物净化水体的特点）高等水生植物净化水体的特点以大型植物为主体，植物和根区微生物共生，产以大型植物为主体，植物和根区微生物共生，产生协同效应，经过植物直接吸收、微生物转化、生协同效应，经过植物直接吸收、微生物转化、物理吸附和
26、沉降作用除去氮、磷和悬浮颗粒，同物理吸附和沉降作用除去氮、磷和悬浮颗粒，同时对重金属元素也有去除效果。时对重金属元素也有去除效果。45第二节第二节 生物修复工程技术生物修复工程技术46一、一、 生物修复工程技术可行性研究生物修复工程技术可行性研究v数据调查数据调查数据调查数据调查v技术查询技术查询技术查询技术查询v选择技术路线选择技术路线选择技术路线选择技术路线v可处理性试验可处理性试验可处理性试验可处理性试验v实际工程设计实际工程设计实际工程设计实际工程设计47二、二、 地表水生物修复技术地表水生物修复技术v微生物修复微生物修复微生物修复微生物修复针对流动的河道水体，可采用直接曝气、针对流动
27、的河道水体，可采用直接曝气、生物膜法等；生物膜法等；对于浅水湖泊，可添加营养盐、采用曝气对于浅水湖泊，可添加营养盐、采用曝气机搅拌混合等法；机搅拌混合等法；v大型水生植物对水体的净化大型水生植物对水体的净化大型水生植物对水体的净化大型水生植物对水体的净化48点源污染控制点源污染控制l城镇生活污水治理l除磷脱氮l禁用含磷洗涤剂l分散性生活污水治理l工业废水治理l含氮工业废水治理l含磷工业废水治理面源污染控制面源污染控制l农村村落污染控制 村落废水控制 村落固体废弃物处理 村落环境管理l农田污染控制 田间污染控制 坡耕地改造 水土保持农业 生态农业l小流域生态治理工程l前置库工程l强侵蚀区污染控制
28、湖内污染源治理湖内污染源治理l网箱养鱼控制l污染底泥疏浚与处置l湖内旅游控制l船舶污染控制l湖内藻类控制生态工程治理生态工程治理l湖内水生生态修复工程l陆生生态恢复工程湖泊富营养化治理的长期性复杂性湖泊富营养化治理的长期性复杂性湖滨防护带湖滨防护带49粮食粮食生活排水生活排水人类生活人类生活太阳光太阳光旱地旱地粮粮食食肥料肥料畜舍畜舍风能风能太阳能太阳能可再生能源的可再生能源的有效利用有效利用居民、行政部门的循环居民、行政部门的循环利用体系利用体系石化能源石化能源配合饲料配合饲料监测系统和水环境监测系统和水环境改善的评价改善的评价根据氮磷自动监根据氮磷自动监测系统的评价测系统的评价环保型施肥管
29、理体系环保型施肥管理体系通过水生植物栽通过水生植物栽培法对氮磷进行培法对氮磷进行资源回收资源回收河流河流水处理系统水处理系统评价法评价法高温好氧发酵装置高温好氧发酵装置情报网络情报网络湖泊治理技术的确立湖泊治理技术的确立节能、小型、省资源、经济性节能、小型、省资源、经济性适合地球环境、地域特性适合地球环境、地域特性创造未来的最佳处理系统创造未来的最佳处理系统有机生活垃圾有机生活垃圾资源化资源化污泥污泥磷酸盐磷酸盐处理水处理水简易高效水处理装置简易高效水处理装置养殖废水养殖废水湖湖泊泊污污染染治治理理和和生生态态恢恢复复建建立立可可持持续续发发展展的的 流流域域体体系系湖泊污染治理的复杂性与长期
30、性湖泊污染治理的复杂性与长期性建设建设50三、三、 土壤的污染修复土壤的污染修复 （一）土壤自净作用（一）土壤自净作用 污染物进入土壤后，通过在土壤环境中发生的物理、物理化学、化学和生物化学等一系列反应过程，土壤使污染物分解和消失的能力。 污染物进入土壤后，其自净过程大致为：污染物在土壤内经扩散、稀释、挥发等物理过程降低其浓度；经生物和化学降解为无毒或低毒物质，或通过化学沉淀、配合或螯合作用、氧化还原作用转化为不溶性化合物。511. 影响净化作用的因素 土壤的组成、土壤环境、污染物种类和性质2. 土壤自净作用的应用如土壤处理槽装置，如用于废水处理 设法使 土壤中异养微生物有机碳污染物 降解为C
31、O2、H2O、CH4 氨化细菌、硝化细菌有机氮污染物 N2（逸散至空气中） 脱氮菌等作用和CH4细菌作用52土壤污染的治理方法土壤污染的治理方法制定相应的政策法令，使土壤降低污染外：常用方法：1. 沉淀法： 以除去水中的污染物引入土壤的天然水 先进入沉淀池 沉淀后再用于灌溉2. 稀释法：用清净水稀释污染的灌溉水3. 排土法：移动污染土层4. 铺垫客土法：在受污染的土壤上铺垫一层非污染客土。5. 混层法 和 倒转层法（污染土与清洁土混合） （上、下土层易位法）6. 土壤改良法如向土壤投加石灰、磷酸盐、硅酸盐，使土壤改良。53图3.1 热处理示意图(由南开大学陈威教授提供)54土壤生物修复主导技术
32、土壤生物修复主导技术v原位处理原位处理原位处理原位处理特点：原地进行，无需挖出土壤和运输，采用土特点：原地进行，无需挖出土壤和运输，采用土著微生物或经驯化的微生物处理。著微生物或经驯化的微生物处理。包括两方面内容：包括两方面内容：对受油污染的土壤进行修复对受油污染的土壤进行修复对矿山废弃地进行植被恢复对矿山废弃地进行植被恢复v挖掘堆置处理挖掘堆置处理挖掘堆置处理挖掘堆置处理55特点：可在受污染初期限制污染物的扩散和迁移，特点：可在受污染初期限制污染物的扩散和迁移，减少受污染范围，但运输、挖掘费用较高，运输减少受污染范围，但运输、挖掘费用较高，运输过程中可能引发新的污染或因挖掘造成土壤生态过程中
33、可能引发新的污染或因挖掘造成土壤生态结构的破坏。结构的破坏。v反应器处理反应器处理反应器处理反应器处理特点：此法类似于污水生物处理，受污染的土壤特点：此法类似于污水生物处理，受污染的土壤挖出与水混合后在接种了微生物的反应器内进行挖出与水混合后在接种了微生物的反应器内进行处理，处理速度较快，但工程复杂，费用较高。处理，处理速度较快，但工程复杂，费用较高。56废水处理系统废水处理系统营养盐营养盐 空气空气污染区污染区抽抽水水井井地下水位地下水位注注水水井井观观测测井井图图 生物修复原位处理方式示意图生物修复原位处理方式示意图57四、四、 地下水生物修复工程技术地下水生物修复工程技术vv原位处理原位
34、处理原位处理原位处理特点：与土壤原位处理基本相同。特点：与土壤原位处理基本相同。vv物理拦阻物理拦阻物理拦阻物理拦阻指使用暂时的物理屏障以减缓并阻滞污染物在地指使用暂时的物理屏障以减缓并阻滞污染物在地下水中的进一步迁移。下水中的进一步迁移。vv地上处理地上处理地上处理地上处理又称抽取处理技术，将受污染的地下水从地下又称抽取处理技术，将受污染的地下水从地下水层中抽取出来，在地面上用一种或多种工艺处水层中抽取出来，在地面上用一种或多种工艺处理之后，再将水注入地层。理之后，再将水注入地层。+ +58第三节第三节 生态工程与污水处理系统生态工程与污水处理系统591 1 生态工程简介生态工程简介(1)(
35、1)(1)(1)生态工程的定义及其应用生态工程的定义及其应用生态工程的定义及其应用生态工程的定义及其应用v生态工程（生态工程（Ecological Engineering）指由人工设计）指由人工设计的、以生物种群为主要结构组分、具有一定功能的、以生物种群为主要结构组分、具有一定功能的、宏观的、人为参与调控的工程系统。它可以的、宏观的、人为参与调控的工程系统。它可以是人工设计的一个群落、生态系统或更宏观的地是人工设计的一个群落、生态系统或更宏观的地域性生态空间。域性生态空间。v生态工程构建和运行的主要理论依据是生态学原生态工程构建和运行的主要理论依据是生态学原理，同时在设计时还必须遵循社会规律和
36、经济规理，同时在设计时还必须遵循社会规律和经济规律。律。60v环境生态工程的主要目的是为了保护生态环境，环境生态工程的主要目的是为了保护生态环境，也有可能在保护环境的同时，通过良好的物质也有可能在保护环境的同时，通过良好的物质循环和能量流动过程，获得经济效益。循环和能量流动过程，获得经济效益。(2)(2)生态工程的类型生态工程的类型生态工程的类型生态工程的类型物质能量多层利用生态工程物质能量多层利用生态工程物质转化与再生生态工程物质转化与再生生态工程无污染生态工程无污染生态工程污染自净多功能生态工程污染自净多功能生态工程工农业联合生态工程工农业联合生态工程612 2 氧化塘法氧化塘法生物氧化塘
37、生物氧化塘生物氧化塘生物氧化塘（Oxidation PondOxidation Pond）又称稳定塘，是利用藻）又称稳定塘，是利用藻类和细菌两类生物间功能上的协同作用处理污水的一类和细菌两类生物间功能上的协同作用处理污水的一种生态系统。种生态系统。(1)(1)(1)(1)净化原理净化原理净化原理净化原理vv氧化塘的净化原理氧化塘的净化原理氧化塘的净化原理氧化塘的净化原理氧化塘的净化原理是利用了细菌与藻类的互生关氧化塘的净化原理是利用了细菌与藻类的互生关系。系。藻类进行光合作用释放氧气；藻类进行光合作用释放氧气；细菌利用藻类产生的氧气分解流入塘内的有机物；细菌利用藻类产生的氧气分解流入塘内的有机
38、物；62分解产物中的分解产物中的COCO2 2、N N、P P等无机物以及一部分小分等无机物以及一部分小分子有机物成为藻类的营养源；子有机物成为藻类的营养源；增殖的细菌和藻类细胞为微型动物所捕食。增殖的细菌和藻类细胞为微型动物所捕食。vv氧化塘内的反应过程氧化塘内的反应过程氧化塘内的反应过程氧化塘内的反应过程藻类和光合细菌的光合放氧过程；藻类和光合细菌的光合放氧过程；好氧反应：氧化作用、氮氧化作用、硫氧化作用好氧反应：氧化作用、氮氧化作用、硫氧化作用等；等；厌氧反应：硝酸盐还原反应、硫酸盐还原反应、厌氧反应：硝酸盐还原反应、硫酸盐还原反应、发酵反应等；发酵反应等；63氧化塘内的生物学过程氧化塘
39、内的生物学过程藻类细菌衰亡细胞CO2、NH3H2O、PO43O2流入污水能沉淀的固体处理出水O2 风阳光（厌氧性）（兼性）有机物微生物有机酸、醇等微生物CH4CO2NH3等64(2)(2)氧化塘内的生物组成氧化塘内的生物组成氧化塘内的生物组成氧化塘内的生物组成藻类：藻类：藻类：藻类：位于氧化塘的表层，常见的有：小球藻位于氧化塘的表层，常见的有：小球藻属、衣藻属、眼虫藻属等；属、衣藻属、眼虫藻属等；细菌：细菌：细菌：细菌：大量存在于氧化塘下层，在好气状态下，大量存在于氧化塘下层，在好气状态下，无色杆菌、假单胞菌、芽孢杆菌等优势生长；无色杆菌、假单胞菌、芽孢杆菌等优势生长；在氧化塘底部的厌氧层还有
40、硫酸还原菌和甲烷在氧化塘底部的厌氧层还有硫酸还原菌和甲烷细菌。细菌。微型动物：微型动物：微型动物：微型动物：存在多种原生动物、轮虫、以及甲存在多种原生动物、轮虫、以及甲壳类等。壳类等。65(3)(3)(3)(3)氧化塘的分类与功能氧化塘的分类与功能氧化塘的分类与功能氧化塘的分类与功能vv兼性塘兼性塘兼性塘兼性塘（Facultative Pond）塘深塘深1.01.02.5m2.5m，上层，上层DODO充足，好氧微生物占优势；充足，好氧微生物占优势；中层中层DODO不足，兼性微生物占优势；下层厌氧微生不足，兼性微生物占优势；下层厌氧微生物占优势。可应用于处理工业、农业废水和生活物占优势。可应用于
41、处理工业、农业废水和生活污水。污水。vv厌氧塘厌氧塘厌氧塘厌氧塘塘深塘深2m2m以上，厌氧微生物占主导，可接纳预处理以上，厌氧微生物占主导，可接纳预处理各种高浓度有机工业废水。它后面通常还置有兼各种高浓度有机工业废水。它后面通常还置有兼性塘和好氧塘。性塘和好氧塘。66vv曝气塘曝气塘曝气塘曝气塘塘深塘深2 25m5m。机械曝气充氧。机械曝气充氧。vv精制塘精制塘精制塘精制塘(4)(4)综合生物塘综合生物塘综合生物塘综合生物塘v综合生物塘是运用生态学原理，将个具体特点的生态综合生物塘是运用生态学原理，将个具体特点的生态单元，按照一定的比例和方式组合起来的具有污水净单元，按照一定的比例和方式组合起
42、来的具有污水净化和无水资源化双重功能的新型稳定塘技术化和无水资源化双重功能的新型稳定塘技术vv综合生物塘净化生物学基础综合生物塘净化生物学基础综合生物塘净化生物学基础综合生物塘净化生物学基础水生维管束植物生态净化功能水生维管束植物生态净化功能藻藻-菌呼声生态系统代谢活性菌呼声生态系统代谢活性提高出水水质的生态学措施提高出水水质的生态学措施67v综合生物塘工艺流程综合生物塘工艺流程综合生物塘工艺流程综合生物塘工艺流程进水流程流程：处理：处理BODBOD5 5150150200mg/L200mg/L的污水，包括全部的生态单元，水的污水，包括全部的生态单元，水力停留时间力停留时间16.3d16.3d
43、；流程流程：处理：处理BODBOD5 5100100150mg/L150mg/L的污水，水力停留时间的污水，水力停留时间 11.5d 11.5d ；流程流程或或 ：处理：处理BODBOD5 57070100mg/L100mg/L的污水，水力停留时间的污水，水力停留时间4 45d5d；沉砂厌氧植物藻菌生态修饰养殖灌溉出水植物藻菌683 3 水生植物水生植物为基础的处理系统为基础的处理系统(1)(1)以水生大型植物为基础的处理系统以水生大型植物为基础的处理系统以水生大型植物为基础的处理系统以水生大型植物为基础的处理系统污水格栅二级水生生物曝气塘砂滤反渗透粒状炭柱臭氧消毒出水(2)(2)全年运转途径
44、全年运转途径全年运转途径全年运转途径选择适宜的高等水生植物种类选择适宜的高等水生植物种类营养膜技术营养膜技术694 4 人工湿地处理系统人工湿地处理系统湿地湿地每年在足够长的时间内均具有前的表面水层，每年在足够长的时间内均具有前的表面水层，能维持大型水生植物生长的生态系统能维持大型水生植物生长的生态系统人工湿地人工湿地根据自然湿地模拟的人工生态系统，用于处理根据自然湿地模拟的人工生态系统，用于处理废水。废水。70人工湿地处理系统优点人工湿地处理系统优点净化效率优于氧化塘；运转费用低；对废水处净化效率优于氧化塘；运转费用低；对废水处理厂难以去除的营养元素净化效果好。理厂难以去除的营养元素净化效果
45、好。应用实例应用实例芦苇湿地处理系统芦苇湿地处理系统715 5 污水土地处理系统污水土地处理系统污水土地处理系统污水土地处理系统污水土地处理系统污水土地处理系统（Land Treatment System）利用土地及其中的微生物和植物根系对污染物的利用土地及其中的微生物和植物根系对污染物的净化能力来处理已经经过预处理的污水或废水，净化能力来处理已经经过预处理的污水或废水，同时利用其中的水分和肥分促进农作物、牧草或同时利用其中的水分和肥分促进农作物、牧草或树木生长的工程设施。树木生长的工程设施。(1)(1)(1)(1)污水土地处理系统的组成与类型污水土地处理系统的组成与类型污水土地处理系统的组成
46、与类型污水土地处理系统的组成与类型vv污水土地处理系统的组成污水土地处理系统的组成污水土地处理系统的组成污水土地处理系统的组成污水的预处理设施，污水的调节与储存设施，污污水的预处理设施，污水的调节与储存设施，污水的输送、布水和控制系统，土地处理面积，排水的输送、布水和控制系统，土地处理面积，排出水收集系统。出水收集系统。72v土地处理的净化机理土地处理的净化机理土地处理的净化机理土地处理的净化机理净化机理包括：土壤的过滤截留、物理和化学的净化机理包括：土壤的过滤截留、物理和化学的吸附、化学分解、生物氧化以及植物和微生物的吸附、化学分解、生物氧化以及植物和微生物的摄取等作用。摄取等作用。v土地处
47、理系统主要类型土地处理系统主要类型土地处理系统主要类型土地处理系统主要类型地表漫流系统地表漫流系统慢速渗滤系统慢速渗滤系统快速渗滤系统快速渗滤系统自然湿地系统自然湿地系统复合污水土地处理系统复合污水土地处理系统73(2)(2)土地处理系统与污灌的主要区别土地处理系统与污灌的主要区别土地处理系统与污灌的主要区别土地处理系统与污灌的主要区别v土地处理系统要求对污水进行必要的预处理，去除污土地处理系统要求对污水进行必要的预处理，去除污水中有害物质。水中有害物质。v土地处理系统是按照全年连续运行的污水处理设施；土地处理系统是按照全年连续运行的污水处理设施；污灌则是按照农作物的需要进行灌溉。污灌则是按照
48、农作物的需要进行灌溉。v土地处理系统有完整的工程系统并可以调控，其底层土地处理系统有完整的工程系统并可以调控，其底层防渗系统，有效的控制了污水对地下水可能造成的污防渗系统，有效的控制了污水对地下水可能造成的污染。染。v土地处理系统地面上种植的植物，以有利于污水处理土地处理系统地面上种植的植物，以有利于污水处理的牧草、林木、青饲料等经济作物为主，不中直接食的牧草、林木、青饲料等经济作物为主，不中直接食用的农作物；污灌的土地常以粮食、蔬菜等农作物为用的农作物；污灌的土地常以粮食、蔬菜等农作物为主。主。74番禺投入105亿试点“自然循环”整治河涌 方案设计河网密布,有19条外江主干河流,总长272.
49、5公里;内河涌387条,总长度733公里。自然循环方式理技术是一种污水治理新模式，该技术模仿自然土壤和水田对污水的净化原理，利用自然的各种微生物对水体进行净化，采用多种自然材料(如、朽木、矿石、黏土及等)作为，并对这些填料经过高处理加工，大幅度地提高其原自然材料对水的净化能力，同时通过对各种填料进行科学组合，使该系统装置内的微生物净化功能达到最佳状态。 75中山大学陈晓宏教授番禺区河涌整治的健康可持续理念坚持人水和谐。他说，番禺的河涌与整个西北江三角洲水网贯通，污染内外交互作用，因此河涌整治必须纳入整个珠三角考虑，应提请省政府组织，与佛山、广州中心城区、中山以及东莞的河涌整治与污染控制统一规划
50、、统一实施、统一见效。河涌整治要纳入城市发展规划，一步到位规划，逐步实施治理；河涌整治与河涌防洪排涝相结合，实施综合治理。 76华南农业大学教授吴启堂介绍了水面植物生物膜氧气沟的现场处理污水技术，一次性投资12万元，即可处理生活污水50100立方米/天，费用低，并可即排即治。 77广东省环境科学与技术公共实验室研究员吴志峰博士突出阐述了生态治水理念，以铁还原菌原位修复河道底泥，以硫杆菌对河道疏浚底泥进行生物脱毒，以生态过滤加矿物微生物复合材料对河岸生态进行双重修复，形成河底、河岸以及水面各单项技术集成的河道立体复合生态修复技术体系。 78番禺区工程师协会理事、广州市慧源绿色化工有限公司总经理、高级工程师孙保兴，从我区的水环境污染状况、水环境污染成因分析、生态修复与生态复育的方法与技术以及出水综合利用、污水处理新技术等方面进行了系统阐述。华南师范大学化学与环境学院新能源材料研究中心黄启明副教授，番禺区环境科学所所长胡应成，深水大通水务公司总经理郑海良，福龙五金电业（番禺）有限公司顾问、高级工程师丘星初等专家也在会上提出了河涌整治对策。79思考题影响生物修复过程的主要因素有哪些？80
