第5章 环境污染与生态修复-2
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Caulobacter crescentus 应用于低营养 水环境的生物
修复
微生物修复概述
Geobacter sulfurreducens 帮助转化铀和 其它一些放射 性金属物质
Shewanella oneidensis 去除铬、铀等 环境有毒金属
Desulfovibrio vulgaris
帮助修复铀和 铬等重金属污
4．诱发突变DDT和除 荞剂等是一种诱变物 质，即具有遗传毒性 能导致畸胎，影响后 代健康和缩短生命。
第四节 环境污染的生态修复
一、生态修复的概念及类型 二、重金属超累积植物与植物提取修复 三、有机污染的微生物修复
一、生态修复的概念及类型
一、生态修复的概念及类型
二
枝条
（三）物理修复
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
第五章 环境污染与生态修复
《环境生态学导论》（第一版） 李元 主编
目录
第一节 生物对污染物的吸收和积累
• 一、生物对污染物的吸收 • 二、生物对污染物的转化和排出 • 三、生物对污染物的积累
第二节 重金属污染对生物的影响
• 一、重金属及其污染特点 • 二、重金属污染对生物的影响
异位强化微生物修复技术
生物反应器法（bioreactor）
• 把污染物转移到反应器中完成微生物代谢过程。 • 使用于地表土和水体的污染。 • 类型：土壤泥浆生物反应器（soil slurry bioreactor）
预制床反应器（prepared bed reactor）
异位强化微生物修复技术
厌氧处理
农药是指在农业生产中，为保障、促进植物和农作物的 成长，所施用的杀虫、杀菌、杀灭有害动物（或杂草）的 一类药物统称。特指在农业上用于防治病虫以及调节植物 生长、除草等药剂。
农药的分类及剂型
根据防治对象，可分为杀虫剂、杀菌剂、杀螨剂、杀线虫剂、杀鼠 剂、除草剂、脱叶剂、植物生长调节剂等。根据原料来源可分为有机农 药、无机农药、植物性农药、微生物农药。此外，还有昆虫激素。根据 加工剂型可分为粉剂、可溶性粉剂、乳剂、乳油、浓乳剂、乳膏、糊剂 、胶体剂、熏烟剂、熏蒸剂、烟雾剂、油剂、颗粒剂、微粒剂等。
在水中，大部分农药可发 生水解、光解和微生物分 解。水生生物易于富集有 机氯农药，不同的生物， 富集程度也有很大的不同 ，生物体内的农药含量一 般与水中的农药含量成正 比。农药在水中的浓度与 水体生物的种群和数量密 切相关。
3）农药对土壤的污染 在农药使用过程中，有部分药剂散落在土壤中，造成对土壤的污
第三节 农药污染对生物的影响
• 一、农药及其污染特点 • 二、农药污染对生物的影响 • 三、生物对农药的适应与耐性
第四节 环境污染的生态修复
• 一、生态修复的概念机类型 二、重金属超累积植物与植物提取修复 • 三、有机污染的微生物修复
第三节 农药污染对生物的影响
一Biblioteka Baidu农药及其污染特点
（一）农药的基本概念及分类
二、农药污染对生物的影响
四、农药对人体健康的影响
1．有机氯农药具有神经毒性，DDT大量进食会危害神经中枢，以致 痉挛而死。有机磷农药最近也被认为具有迟发性神经毒性，人类对其 毒性比较敏感。2．致癌作用 动物实验证明，DDT等农药有明显致癌 性能。 3．对肝脏的影响有机氯农药能诱发肝脏酶的改变，从而改变 体内的生化过程使肝脏肿大以至坏死脏损害等。
• 生物修复可以现场进行，可以减少了运势费用和人类直接 接触污染物的机会。 • 生物修复经常以原位方式进行，这样可以使对污染位点的 干扰或破坏达到最小。 • 生物修复有机物分解为CO2和H2O,可以永久性的消除污染 物和长期的隐患，无二次污染物，不会使污染转移。 • 生物修复可于其他技术结合使用，处理复合污染。 • 降解过程迅速，费用低，只是传统物理、化学费用的 30%~50%。
异位强化微生物修复技术
堆肥法（composting）
• 是处理固体废弃物的传统技术，同于受石油、洗涤剂、多 氯烃、农药等污染土壤的修复处理。 • 将污染土壤和水（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，同时以 石灰调节pH。 • 堆肥法包括：风道式堆肥处理、好气静态堆肥处理、机械 堆肥处理。
进入大气的大部分农 药的氧化分解是相当快 的，只有DDT、环二烯 类农药等特大型化合物 分解较慢。含重金属汞 、铅、铬和砷的农药， 在农药分解后，这些重 金属将从大气进入土壤 和水体，并且有可能在 食物链中累积。
2）农药对水体的污染 农药是水体的重要污染源，有少量农药从地表面渗入地下水中，
农药在水中的溶解度愈大，则向土壤下层移动的速度愈快，因而进入 土壤下层地下水的可能性愈大。然而，大多数情况下，农药在土壤中 的移动是不大的。某些农药，如DDT能被薪土很好的吸附，有些薪土 可吸附水体中99％的DDT
土地耕作法法（land farming）
• 是对污染土壤进行生物耕犁处理。 • 在处理过程中施加肥料、灌溉、石灰，从而尽可能的为微 生物代谢提供一个良好的环境。使其有充足的营养、水分 和适宜的PH，保证生物降解在土壤的各个层面上都能发生 。 • 优点是简单经济、但污染物有可能从处理地转移。 • 一般污染土壤的渗滤性较差，土层较浅，污染物有比较容 易降解的情况。
（四）化学修复
二、重金属超累积植物与植物提取修复
二、重金属超累积植物与植物提取修复
三、有机污染的微生物修复
（一）有机污染物的特性
高毒性、难降解性、生物累计性、半挥发性
（二）有机污染物的微生物修复
微生物修复：利用微生物的固有能力降解或固定污染物的过程。
根据来源，可分为：土著微生物、外来微生物、基因工程菌
染。由于农药本身不易被阳光和微生物分解，对酸和热稳定，不易挥 发且难溶于水，故残留时间很长，尤其对豁土和富于有机质的土壤残 留性更大。以我国为例，虽然从1983年起己全面禁用有机氯农药，但 以往累积的农药仍然在继续起作用。
2. 我国农药污染的特点
1）我国农药污染面积大，影响范围大 2）产生危害的农药以高毒、具潜在毒性和高效、超高效农药为主 3）我国农药污染趋势不容乐观
微生物修复的优缺点
微生物修复的局限性和缺点
• 不是所有的污染物都适合于生物修复。 • 有些化学品经微生物降解后，其产物的毒性和迁移性比原 化合物反而增减。 • 生物修复是一种科技含量较高的处理方法，它的运作必须 符合污染地的特殊条件。
研究趋势及发展
• 高效降解菌株的筛选和基因工程菌的开发。 • 新型营养物质的开发。 • 拟降解对象的物理化学性质。 • 近年来，一些新技术特别是生物技术如基因工程、酶工程 、细胞工程等被吸纳运用于生物修复，提高了该技术的处理 效率，使得可行性与有效性逐渐加强，降低了处理成本。 • 生物修复技术具有广阔的应用前景,但不是万能的,只有同 物理和化学处理方法组成统一的处理技术体系,才能更好、 更有效地修复污染土壤。
染
Deinococcus radiodurans 地球上最耐辐射 的的生物，耐受 的辐射剂量150 万拉德，是人类 耐受1000-3000倍
• 对某些具有高氧化状态的污染物的降解，比好氧处理更为 有效。（如三硝基甲苯、PCB等） • 总体来说，好氧处理在生物修复中使用比厌氧处理广泛。 • 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、难降解的中间产物，厌氧发酵的最终产物是H2S和CH4 也存在毒性和风险。
微生物修复的优缺点
微生物修复的优点
原位强化微生物修复技术
生物注射法（biosparging）
• 该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。 • 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于生物通气法。
原位强化微生物修复技术
（一）农药的基本概念及分类
化学结构：有机磷类、有机氯类、拟除虫菊酯类 用途分类：可分为杀虫剂、杀菌剂、杀螨剂、杀鼠剂、除 草剂、特异剂和植物生长调节剂等。 来源分类：可分为矿物农药、植物性农药、有机农药、微 生物农药 作用方式分类：杀虫剂杀死害虫通常有触杀、胃毒、熏蒸 和内吸四种作用方式。 剂型分类：可分为老剂型乳油、悬浮剂、水乳剂既浓乳剂 和微乳剂、可湿性粉剂、水性化剂型及水分散粒剂等。
原位强化微生物修复技术
生物强化法
• 生物强化（bioaugmentation） • 指在生物处理体系中投加具体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除去。 • 微生物的来源：原有体系的生物强化、外源微生物 • 前提：获得高效作用于目标降解物的菌种。 • 微生物强化的方法 • 用目标降解物驯化、诱导、富集、筛选和培养达到一定 数量。
微生物修复概述
Pseudomonas putida KT2440 有机污染物的生 物修复中潜力巨 大，该菌株甚至 还能促进植物生 长并具有抗植物
病害作用 Dehalococcoides
ethenogenes 清除有机溶剂 造成的污染
Alcanivorax borkumensi s 应用于海 洋石油消除
原位强化微生物修复技术
生物通气法（bioventing）
• 主要用于修复挥发性有机污染的地下水水层上部通气层的 土壤。 • 这种处理要求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才适合于通过真空抽 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。
二、农药污染及其污染特点
1. 农药污染
1. 农药污染
1）农药对大气的污染 农药在环境中的危害程度与其浓度、作用时间、环境状况、温度、
湿度、化学反应速率等因素有关。当在空气中喷洒时气温较高或农药 挥发性较大时，农药进入大气的含量会增多，农药的蒸气和气溶胶随 气流带到很远的地方。进入大气的农药，其中一部分随蒸气冷凝而落 入土壤和水体，一部分受到空气中的氧和臭氧的氧化而分解。
原位强化微生物修复技术
生物培养法（bioculture）
• 定期的向污染环境投加H2O2和营养物，以满足污染环境中 已经存在的降解菌的需要，使微生物把污染环境中的污染 物彻底矿化成CO2和H2O。
投菌法（landing farming）
• 直接向污染的环境中接入外源的污染降解菌，同时提供这 些细菌生长所需的营养。
修复
微生物修复概述
Geobacter sulfurreducens 帮助转化铀和 其它一些放射 性金属物质
Shewanella oneidensis 去除铬、铀等 环境有毒金属
Desulfovibrio vulgaris
帮助修复铀和 铬等重金属污
4．诱发突变DDT和除 荞剂等是一种诱变物 质，即具有遗传毒性 能导致畸胎，影响后 代健康和缩短生命。
第四节 环境污染的生态修复
一、生态修复的概念及类型 二、重金属超累积植物与植物提取修复 三、有机污染的微生物修复
一、生态修复的概念及类型
一、生态修复的概念及类型
二
枝条
（三）物理修复
普通高等教育“十一五”国家级规划教材
第五章 环境污染与生态修复
《环境生态学导论》（第一版） 李元 主编
目录
第一节 生物对污染物的吸收和积累
• 一、生物对污染物的吸收 • 二、生物对污染物的转化和排出 • 三、生物对污染物的积累
第二节 重金属污染对生物的影响
• 一、重金属及其污染特点 • 二、重金属污染对生物的影响
异位强化微生物修复技术
生物反应器法（bioreactor）
• 把污染物转移到反应器中完成微生物代谢过程。 • 使用于地表土和水体的污染。 • 类型：土壤泥浆生物反应器（soil slurry bioreactor）
预制床反应器（prepared bed reactor）
异位强化微生物修复技术
厌氧处理
农药是指在农业生产中，为保障、促进植物和农作物的 成长，所施用的杀虫、杀菌、杀灭有害动物（或杂草）的 一类药物统称。特指在农业上用于防治病虫以及调节植物 生长、除草等药剂。
农药的分类及剂型
根据防治对象，可分为杀虫剂、杀菌剂、杀螨剂、杀线虫剂、杀鼠 剂、除草剂、脱叶剂、植物生长调节剂等。根据原料来源可分为有机农 药、无机农药、植物性农药、微生物农药。此外，还有昆虫激素。根据 加工剂型可分为粉剂、可溶性粉剂、乳剂、乳油、浓乳剂、乳膏、糊剂 、胶体剂、熏烟剂、熏蒸剂、烟雾剂、油剂、颗粒剂、微粒剂等。
在水中，大部分农药可发 生水解、光解和微生物分 解。水生生物易于富集有 机氯农药，不同的生物， 富集程度也有很大的不同 ，生物体内的农药含量一 般与水中的农药含量成正 比。农药在水中的浓度与 水体生物的种群和数量密 切相关。
3）农药对土壤的污染 在农药使用过程中，有部分药剂散落在土壤中，造成对土壤的污
第三节 农药污染对生物的影响
• 一、农药及其污染特点 • 二、农药污染对生物的影响 • 三、生物对农药的适应与耐性
第四节 环境污染的生态修复
• 一、生态修复的概念机类型 二、重金属超累积植物与植物提取修复 • 三、有机污染的微生物修复
第三节 农药污染对生物的影响
一Biblioteka Baidu农药及其污染特点
（一）农药的基本概念及分类
二、农药污染对生物的影响
四、农药对人体健康的影响
1．有机氯农药具有神经毒性，DDT大量进食会危害神经中枢，以致 痉挛而死。有机磷农药最近也被认为具有迟发性神经毒性，人类对其 毒性比较敏感。2．致癌作用 动物实验证明，DDT等农药有明显致癌 性能。 3．对肝脏的影响有机氯农药能诱发肝脏酶的改变，从而改变 体内的生化过程使肝脏肿大以至坏死脏损害等。
• 生物修复可以现场进行，可以减少了运势费用和人类直接 接触污染物的机会。 • 生物修复经常以原位方式进行，这样可以使对污染位点的 干扰或破坏达到最小。 • 生物修复有机物分解为CO2和H2O,可以永久性的消除污染 物和长期的隐患，无二次污染物，不会使污染转移。 • 生物修复可于其他技术结合使用，处理复合污染。 • 降解过程迅速，费用低，只是传统物理、化学费用的 30%~50%。
异位强化微生物修复技术
堆肥法（composting）
• 是处理固体废弃物的传统技术，同于受石油、洗涤剂、多 氯烃、农药等污染土壤的修复处理。 • 将污染土壤和水（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，同时以 石灰调节pH。 • 堆肥法包括：风道式堆肥处理、好气静态堆肥处理、机械 堆肥处理。
进入大气的大部分农 药的氧化分解是相当快 的，只有DDT、环二烯 类农药等特大型化合物 分解较慢。含重金属汞 、铅、铬和砷的农药， 在农药分解后，这些重 金属将从大气进入土壤 和水体，并且有可能在 食物链中累积。
2）农药对水体的污染 农药是水体的重要污染源，有少量农药从地表面渗入地下水中，
农药在水中的溶解度愈大，则向土壤下层移动的速度愈快，因而进入 土壤下层地下水的可能性愈大。然而，大多数情况下，农药在土壤中 的移动是不大的。某些农药，如DDT能被薪土很好的吸附，有些薪土 可吸附水体中99％的DDT
土地耕作法法（land farming）
• 是对污染土壤进行生物耕犁处理。 • 在处理过程中施加肥料、灌溉、石灰，从而尽可能的为微 生物代谢提供一个良好的环境。使其有充足的营养、水分 和适宜的PH，保证生物降解在土壤的各个层面上都能发生 。 • 优点是简单经济、但污染物有可能从处理地转移。 • 一般污染土壤的渗滤性较差，土层较浅，污染物有比较容 易降解的情况。
（四）化学修复
二、重金属超累积植物与植物提取修复
二、重金属超累积植物与植物提取修复
三、有机污染的微生物修复
（一）有机污染物的特性
高毒性、难降解性、生物累计性、半挥发性
（二）有机污染物的微生物修复
微生物修复：利用微生物的固有能力降解或固定污染物的过程。
根据来源，可分为：土著微生物、外来微生物、基因工程菌
染。由于农药本身不易被阳光和微生物分解，对酸和热稳定，不易挥 发且难溶于水，故残留时间很长，尤其对豁土和富于有机质的土壤残 留性更大。以我国为例，虽然从1983年起己全面禁用有机氯农药，但 以往累积的农药仍然在继续起作用。
2. 我国农药污染的特点
1）我国农药污染面积大，影响范围大 2）产生危害的农药以高毒、具潜在毒性和高效、超高效农药为主 3）我国农药污染趋势不容乐观
微生物修复的优缺点
微生物修复的局限性和缺点
• 不是所有的污染物都适合于生物修复。 • 有些化学品经微生物降解后，其产物的毒性和迁移性比原 化合物反而增减。 • 生物修复是一种科技含量较高的处理方法，它的运作必须 符合污染地的特殊条件。
研究趋势及发展
• 高效降解菌株的筛选和基因工程菌的开发。 • 新型营养物质的开发。 • 拟降解对象的物理化学性质。 • 近年来，一些新技术特别是生物技术如基因工程、酶工程 、细胞工程等被吸纳运用于生物修复，提高了该技术的处理 效率，使得可行性与有效性逐渐加强，降低了处理成本。 • 生物修复技术具有广阔的应用前景,但不是万能的,只有同 物理和化学处理方法组成统一的处理技术体系,才能更好、 更有效地修复污染土壤。
染
Deinococcus radiodurans 地球上最耐辐射 的的生物，耐受 的辐射剂量150 万拉德，是人类 耐受1000-3000倍
• 对某些具有高氧化状态的污染物的降解，比好氧处理更为 有效。（如三硝基甲苯、PCB等） • 总体来说，好氧处理在生物修复中使用比厌氧处理广泛。 • 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、难降解的中间产物，厌氧发酵的最终产物是H2S和CH4 也存在毒性和风险。
微生物修复的优缺点
微生物修复的优点
原位强化微生物修复技术
生物注射法（biosparging）
• 该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。 • 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于生物通气法。
原位强化微生物修复技术
（一）农药的基本概念及分类
化学结构：有机磷类、有机氯类、拟除虫菊酯类 用途分类：可分为杀虫剂、杀菌剂、杀螨剂、杀鼠剂、除 草剂、特异剂和植物生长调节剂等。 来源分类：可分为矿物农药、植物性农药、有机农药、微 生物农药 作用方式分类：杀虫剂杀死害虫通常有触杀、胃毒、熏蒸 和内吸四种作用方式。 剂型分类：可分为老剂型乳油、悬浮剂、水乳剂既浓乳剂 和微乳剂、可湿性粉剂、水性化剂型及水分散粒剂等。
原位强化微生物修复技术
生物强化法
• 生物强化（bioaugmentation） • 指在生物处理体系中投加具体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除去。 • 微生物的来源：原有体系的生物强化、外源微生物 • 前提：获得高效作用于目标降解物的菌种。 • 微生物强化的方法 • 用目标降解物驯化、诱导、富集、筛选和培养达到一定 数量。
微生物修复概述
Pseudomonas putida KT2440 有机污染物的生 物修复中潜力巨 大，该菌株甚至 还能促进植物生 长并具有抗植物
病害作用 Dehalococcoides
ethenogenes 清除有机溶剂 造成的污染
Alcanivorax borkumensi s 应用于海 洋石油消除
原位强化微生物修复技术
生物通气法（bioventing）
• 主要用于修复挥发性有机污染的地下水水层上部通气层的 土壤。 • 这种处理要求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才适合于通过真空抽 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。
二、农药污染及其污染特点
1. 农药污染
1. 农药污染
1）农药对大气的污染 农药在环境中的危害程度与其浓度、作用时间、环境状况、温度、
湿度、化学反应速率等因素有关。当在空气中喷洒时气温较高或农药 挥发性较大时，农药进入大气的含量会增多，农药的蒸气和气溶胶随 气流带到很远的地方。进入大气的农药，其中一部分随蒸气冷凝而落 入土壤和水体，一部分受到空气中的氧和臭氧的氧化而分解。
原位强化微生物修复技术
生物培养法（bioculture）
• 定期的向污染环境投加H2O2和营养物，以满足污染环境中 已经存在的降解菌的需要，使微生物把污染环境中的污染 物彻底矿化成CO2和H2O。
投菌法（landing farming）
• 直接向污染的环境中接入外源的污染降解菌，同时提供这 些细菌生长所需的营养。