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1、1,第9讲 生物修复技术,2/17,1 生物修复技术基础,来自农田耕种、工厂废弃化学物质堆放、事故性排放、污泥处置等的大量合成有机物进入土壤，造成土壤环境及地下水的污染 自然条件下，土壤中存在着丰富的微生物种群，具有分解污染物质、净化环境的能力，这种净化过程实际上就是生物修复，但反应速度较慢 污染问题的日益突出及各国环境标准不断严格化的发展趋势，生物修复被给予更多的关注,3/17,生物修复的基本内容,生物修复（bioremediation）的基本定义为利用生物，特别是微生物催化降解有机污染物，从而修复被污染环境或消除环境中污染物的一个受控或自发进行的过程 其目的是去除环境中的污染物，使其浓度降
2、至环境标准规定的安全浓度之下 生物修复技术已成功地应用于清除或减少土壤、地下水、废水、污泥、工业废物及气体中的化学物质，如石油及石油制品、多环芳烃、氯代烃、氯代芳香烃等 生物处理方法相较而言成本最低,4/17,生物修复的主要方法,生物修复技术的重点研究方向 通过各种工程手段增强自然界中已有但速度缓慢的生物降解过程 通过应用各类生物反应器，增加污染物与微生物的接触机会，创造最佳生物代谢反应条件，促进污染物加速转化 生物修复技术的分类 原位生物修复（in situ）：污染物位置不改变，费用低，控制困难 异位生物修复（ex situ）：污染物转移后处理，费用高，控制容易,5/17,原位生物修复和异位
3、生物修复,原位生物修复 添加营养物质、溶解氧、微生物和/或酶、表面活性剂、碳源及能源 异位生物修复 应用各类生物反应器 添加辅助有机物分解的物质 适用于有毒化合物、挥发性污染物或浓度较高污染物的处理,6/17,应用生物修复技术的前提条件,必须存在具有代谢活性的微生物，能以相当速率降解污染物，并使其浓度降至环境要求的范围内 降解过程不产生有毒副产物 污染物对微生物无害或其浓度对微生物的生长不构成抑制，或可以对污染物进行稀释 目标化合物必须能够被生物利用 污染场地或生物处理反应器的环境必须利于微生物生长和保持活性 处理费用较低,7/17,影响生物修复的环境因素,非生物因素 温度、pH、湿度水平、盐
4、度、有毒物质、静水压力 营养物质 氮、磷、生长因子如氨基酸、B族维生素、脂溶性维生素及其他有机分子 电子受体 好氧微生物的电子受体是O2，兼性厌氧微生物可利用硝酸盐、CO2、硫酸盐、三价铁等 复合基质：多种污染物的相互影响 微生物的协同作用：提供营养、共同代谢 捕食作用：一般为破坏性影响 种植植物：多数有利于生物修复,8/17,2 土壤污染的生物修复技术,原位生物处理 利用土著微生物的作用将污染物分解或去除称为土地处理 在污染场地投加具有分解活性的微生物，称作生物强化，可以缩短土著微生物降解污染物的滞后期 对于不良环境，如极端pH、重金属等需投加特征微生物，对特殊污染物需添加具有降解活性的工程
5、菌 直接或间接利用高等植物分解有机物称为植物修复，包括植物对污染物质的吸收及植物根部及根部附近土壤中微生物对污染物的分解 在土壤含水层之上通入空气称为生物通风，将空气通入水位以下称为生物喷雾，以促进好氧生物降解,9/17,异位生物处理 用于土壤修复的特制生物反应器，可处理多环芳烃、BTEX（苯、甲苯、乙基苯、二甲苯）或其混合物,10/17,泥浆反应器：将污染土壤与液体混合起来形成泥浆，引入反应器进行处理，与活性污泥反应器相似，并可控制各种运行参数。可有效分解多环芳烃、杂环化合物、酚等,11/17,土壤堆积（soil piles）：将含污染物的土壤堆放在不透水的衬层上，设置通气管道，通入空气或氧
6、气或抽真空以促进污染物的好氧降解。含有营养物质的液体施用于土壤表面，以促进微生物活性，渗滤液被收集并循环于堆积土壤中。释放气体如有毒性，需采用活性炭吸附等。已用于修复含碳氢化合物、五氯酚等污染物的污染土壤 堆肥（compositing）：将污染物质与易分解有机物混合堆放，并加入氮磷和其他无机营养物质。也可进行曝气。处理有毒有害化合物时使用容器。保持高温有利于生物降解的进行。堆肥法已应用于被氯酚污染的土壤，和含炸药（TNT、RDX、HMX）的沉积物,12/17,3 地下水污染的生物修复技术,有机物污染的地下水多采用原位修复技术，无机物污染（金属、放射性物质、硒化合物及无机营养物质）的地下水一般采
7、用异位修复技术 地下水原位修复：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，也称生物恢复，主要应用于含石油烃类化合物的地下水。加入氮磷及溶氧等营养源的方法是将其通过注射井注入饱和含水层，或利用入渗渠加入到不饱和含水层或表面土层。供氧是生物修复过程中的重要难题 也可结合废水处理的各类生物反应器用于修复,13/17,利用注射井进行地下水修复,利用生物滴滤池修复地下水,14/17,石油污染含水层的生物修复,15/17,4 生物修复技术进展,生物强化技术的应用：尚缺乏在实际土地处理或特制生物床反应器系统中具有说服力的成功应用 白腐真菌技术：具有强大的胞外酶，属于过氧化物酶，可催化多种有机化合物分解，如多环芳烃、多氯联苯、炸药等 共代谢：额外提供碳源和能源 厌氧过程：现存生物修复工程均是好氧系统 酶的应用：尚未应用于实践，研究集中于固定化酶,16/17,厌氧条件下分解的化合物,17/17,厌氧条件难降解的有机化合物,
