8第八章生物修复

第8章 环境污染生物修复技术
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8.1 生物修复的基本内容与原理
广义的生物修复通常是指利用各种生物（包括微生物，动物
和植物）的特性，吸收、降解、转化环境中的污染物，使受
污染的环境得到改善的治理技术，一般分为植物修复、动物
修复和微生物修复三种类型。
狭义的生物修复通常是指在自然或人工控制的条件下，利用

接种微生物或引种超积累植物 添加营养物 提供电子受体 提供共代谢底物以诱导共代谢酶产生 添加表面活性剂




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8.4 生物修复三原则
什么原因使自然净化速度变慢？
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自然条件下 DO不足 由于三方 面的原因
生物修复技术系统中 供氧
营养盐缺乏
添加氮、磷等营养盐
接种、驯化高效菌 快速去除污染物
缺乏合适的降解 微生物或微生物 数量（浓度）过 低 净化速度缓慢
蔬菜重金属含量(mg/kg)
铅 镉
0.2 0.05 莴苣 小青菜 大白菜 甘蓝 葫芦 标准
蔬菜品种(春季)
温州市部分蔬菜基地蔬菜重金属污染情况调查
（王亮等，2000年，内部资料）
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杭州市城郊转塘等十一个蔬菜基地 土壤的重金属含量（mg/kg)
元素 含量范围 平均值
土壤背景值 土壤环境质 量标准（II 级）
铜 18.5-55.2 33.8 18.52 50
锌 56.3-177.0 107.8 76.91 200
铅 18.9-52.3 33.8 16.83 250
引自：谢正苗等，杭州市郊菜园土部分重金属污染状况的调查研究
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土壤污染的原因 • 土壤自净作用：指进入土壤的污染物，在土壤矿物 质、有机质和土壤微生物的作用下，经过一系列的物 理、化学及生物化学反应过程，降低其浓度或改变其 形态，从而消除或降低污染物毒性的现象。 土壤发生污染是由于进入土壤的污染物净积累。 人类活动向土壤施加有害物质，是加速土壤污 染，引起土壤环境质量恶化加剧的主要原因。 导致土壤污染人类活动：工农业生产、生活废弃 物排放，如开矿、冶炼、化工生产、施肥等等。
使用适合的环境条件

适合的环境条件：要控制或改变环境条件，使 微生物的代谢和生长活动处于最佳状态。
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8.5 生物修复和生物处理
不同之处
生物修复 主要控制环境中的污染物 生物处理 控制排放口污染物
降解的化学品多是比较难降解 多是比较容易降解的有机物 的有毒化学品的复杂混合物 进行降解的基体常是多相的非 在精心设计的工程系统中进行 均质的环境

非生物因素 温度、pH值、湿度水平、盐度、有毒物质、
静水压力

营养物质：需添加氮、磷营养元素 电子受体：环境中的有机污染物在微生物的作用下被氧
化分解时需耗氧。

复合基质 微生物的协同作用：多数生物降解过程需要两种或更多
种类微生物的协同作用。

捕食作用
种植植物
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3.生物修复的基本措施
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据报道
中国重金属污染耕地总计：2000万公顷 中国有机物污染农田总计：6000万公顷
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全国土壤污染状况调查
《国民经济和社会发展第十一个五年计划纲要》决定从 2006年起“开展全国土壤污染现状调查，综合治理土壤污染”。 2006年7月18日，国家环保总局组织召开全国土壤污染状况 调查视频会议，全国土壤污染状况调查7月18日在北京启动。 全国土壤现状调查及污染防治项目由环保总局和国土资源 部共同承担，包括八个专题，总经费预算约为10亿元，将在除 台湾省和港澳地区以外的各省、自治区、直辖市所辖全部陆地 国土展开，计划在三年半左右的时间完成。
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生物修复的基本定义
生物修复是针对受污染场地（面源污染，污染物已进入环境）
利用生物自净功能或强化生物净化功能对污染物进行降解的 过程。
生物修复的目的是将污染物浓度降低到低于检测限或低于环
境标准规定的安全浓度。
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8.3 生物修复的影响因素与基本措施
1.用于生物修复的生物种类

土著微生物 外来微生物 基因工程菌
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90 80 70 60 50 40 30 20 10 0
蔬菜重金属污染面积占调 查数的%
轻污染 中污染 重污染
铜
锌
铅 重金属
镉
铬
宁波市部分蔬菜基地蔬菜重金属污染情况调查
（陆正松等，2000年，内部资料）
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温州市城郊兴通桥等六个蔬菜基地 土壤的重金属含量（mg/kg)
元素 铜 锌 215.31552.4 575.6 91.1 200 铅
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b生物强化法
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。在生物强 化技术的实际应用中这两种方法都有采用，这取决于原有处理体系中 的微生物组成及所处的环境。
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宁波市江东等五个蔬菜基地 土壤的重金属含量（mg/kg)
元素 含量范围 平均值
土壤背景值
铜
17.3-50.7
锌
59.5-194.3
铅
镉
铬
47.3-68.4
19.0-63.5 0.035-0.298
33.3 21.1
110.3 88.2
43.4 26.7
0.194 0.100
54.6 55.0
引自：陆正松等，土壤环境、施肥与农产品品质的关系
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பைடு நூலகம்

B土壤堆积（soil piles/biopiles）
将含污染物的土壤挖掘处理，堆放在不透水的衬层上。 在堆放的土壤中设臵通气管道，通入空气或O2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。
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C堆肥法 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。
特定的微生物降解、清除环境中污染物的技术。
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植物萃取、植物稳定、根 基修复、植物转化、根际 过滤、植物挥发等
植物修复
利用植物去治理水体、土壤和底泥 等介质中的污染的技术 利用微生物将环境中的污染物 降解或转化为其他无害物质的过程
生物修复
微生物修复
动物修复
通过土壤动物群的直接或间接作用 而修复土壤污染的过程
的分解。
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植物—微生物联合修复
利用植物及其根际微生物共存体系净化土壤中有机污染 物 。大部分植物根上都有菌根菌生长，菌根菌和植物共生具 有独特的代谢途径，可代谢自生菌不能降解的有机物。
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光修复的特点
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。 其费用与其他生物处理技术相比较低。但通常速率较低，需要时间较长。且对于吸 附力较强或已经老化或处于螯合状态的有机物不宜用此技术。
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土壤污染的危害
• • • • 造成减产、导致严重的直接经济损失 导致食物品质下降 通过食物链危害人体健康 导致其他环境（大气、地表水、地下水污染， 生态系统退化等）问题
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典型修复技术的流程及原理
污染土壤修复工作流程
可处理计划
系统分析 应急对策
长期对策
净化处理 原位修复 原位分解 异位修复 原位提取 分离分解净化
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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，氯酚 50mmol/L，在120h内可降解90% 以上的苯酚类化合物,研究表明根须中
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8.6生物修复技术的应用
1 土壤的生物修复
土壤污染的概念
土壤污染是指进入土壤中的有害、有毒物质超出土壤的自 净能力，导致土壤的物理、化学和生物学性质发生改变，降低 农作物的产量和质量，并危害人体健康的现象。 土壤污染直接的影响是土地生产力的下降；通过土壤 -植 物 - 动物 - 人体食物链的污染，危害人体健康、威胁人类生存； 土壤污染还危害其他环境要素如水体，大气等。
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C.生物通气法（bioventing） 生物通气法（bioventing）是向土壤亚表层供给空气或O2，促进不饱
和层中污染物生物降解的技术。这项技术只能用于不饱和层土壤。
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生物通风技术一般流程：
生物通风原位处理方式示意图
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D.光修复（photoremediation） 光修复（photoremediation）是直接或间接利用高等 植物分解有机物的技术。光修复过程可能包括植物对污染 物质的吸收及植物根部及根部附件土壤中微生物对污染物
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稳定处理 原位稳定 异位稳定
土壤原位生物处理

a土地耕作法
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