生物修复技术对水体污染治理的应用省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

生物修复技术对水体污染治理应用第1页目录1.国内外生物修复现实状况2.水体污染现实状况3.生物修复技术介绍4.4.生物修复技术应用成功生物修复技术应用成功案例案例第2页国内生物技术现实状况我国生物修复技术研究与应用蓬勃发展。取得了显著成绩。其内容主要包含微生物修复技术、重金属污染植物修复技术、矿山废弃地生态恢复技术、固体废弃物资源化技术、垃圾填埋场生态修复技术及湖沼生态恢复技术等。第3页在高效特异微生物与重金属超富集植物筛选及其机理研究上取得了一系列突破，已筛选出近50种针对农药、石油、多环芳烃等有机污染物高效特异菌种和As、Cd、Mn、Zn等12种重金属超富集植物。比如：上海泽龙生物工程有限企业系采取生物生态治理景观水专业性科技型企业，“生物修复法治理景观水体污染技术”项目结果已经过上海市科学技术委员会判定（沪科鉴（）第0418），该项目到达国内先进水平第4页生物修复例子第5页国外现实状况欧洲各国如德国、丹麦、荷兰对生物修复技术非常重视，全欧洲从事该项技术 研究机构和商业企业大约有近百个，他们研究证实，利用微生物分解有毒有害物质生 物修复技术是治理大面积污染区域一个有价值方法。美国国家环境保护局、国防部、能源部 都主动推进生物修复技术研究和应用。美国一些州也对生物修复技术持主动态度，如新 泽西州、威斯康星州要求将该技术列为净化受储油罐泄漏污染土壤治理方法之一第6页美国能 源部制订了90年代土壤和地下水生物修复计划，并组织了一个由联邦政府、学术和实业界 人员组成“生物修复行动委员会”(Bioremediation Action Committee)来负责生物修复 技术研究和详细应用实施。第7页生物修复成功案例Jon E.Llidstrom等人在1990年夏到1991年应用投加营养和高效降解菌对阿拉 斯加Exxon Valdez 王子海湾因为油轮泄漏造成污染进行处理，取得非常显著效果，使得近百公里海岸环境质量得到显著改进。第8页水环境污染形势严峻水环境污染形势严峻我国人均水资源占有量只有我国人均水资源占有量只有23002300立方米，立方米，约为世界平均水平约为世界平均水平1/41/4，排在第，排在第121121位，是位，是世界上世界上1313个贫水国家之一。个贫水国家之一。地表水污染普地表水污染普遍，尤其是流经城市河段有机污染严重，遍，尤其是流经城市河段有机污染严重，湖泊营养化问题突出，地下水受到点源和湖泊营养化问题突出，地下水受到点源和面源污染，近岸海域水污染加剧；面源污染，近岸海域水污染加剧；相关教授甚至预测，中国处理水环境污染相关教授甚至预测，中国处理水环境污染问题比处理缺水问题愈加困难和艰巨。问题比处理缺水问题愈加困难和艰巨。第9页主要污染源农业中化肥和农药过量施用；工业和城市垃圾、污水侵入土壤和地下水；大气沉降，包含“干降”和“湿 降”，大气中SO2和重金属等进入土壤和地下水，造成土壤“酸化”和重金属污染；采矿废弃物，主要是重金属污染；地下储罐和输送管线等。第10页我国主要七大流域水质类别百分比现我国主要七大流域水质类别百分比现实状况实状况 (共监测共监测264264个断面个断面)第11页水污染总体形势水污染总体形势工业点源和农业工业点源和农业面源相互交织面源相互交织富营养化情况未富营养化情况未有显著改观有显著改观生活污染和工业生活污染和工业污染相互叠加污染相互叠加突发环境污染事突发环境污染事件呈高发态势件呈高发态势常规普通污染物和有常规普通污染物和有毒有害物质相互并存毒有害物质相互并存第12页化学需氧量化学需氧量3028.96万吨万吨氨氮氨氮172.91万吨万吨废水排放总量废水排放总量2092.81亿吨亿吨石油类石油类78.21万吨万吨总氮总氮472.89万吨万吨总磷总磷42.32万吨万吨重金属重金属（镉、铬、砷、汞、铅）（镉、铬、砷、汞、铅）0.09万吨万吨第13页工业污染结构性问题显著黄河中上游长久以来形成了以重化工为主工业结构，煤炭、黄河中上游长久以来形成了以重化工为主工业结构，煤炭、石油等资源开发强度大，利用效率较低，污染排放强度高。石油等资源开发强度大，利用效率较低，污染排放强度高。流域内化工、食品酿造、石油加工、炼焦、造纸等主导产流域内化工、食品酿造、石油加工、炼焦、造纸等主导产业污染比较严重，部分企业工艺落后，原材料及水资源利业污染比较严重，部分企业工艺落后，原材料及水资源利用效率低，污染治理设施投入严重不足，有些企业甚至排用效率低，污染治理设施投入严重不足，有些企业甚至排放汞、镉、铅、砷、六价铬、挥发酚、氰化物等有毒有害放汞、镉、铅、砷、六价铬、挥发酚、氰化物等有毒有害物质，严重威胁饮水安全，轻易发生水污染事故物质，严重威胁饮水安全，轻易发生水污染事故.主要污染物集中在少数行业，主要污染物集中在少数行业，造纸、化工、纺织造纸、化工、纺织等行业等行业化化学需氧量、氨氮学需氧量、氨氮排放量占全部工业排放量百分比非常大。排放量占全部工业排放量百分比非常大。黄河流域黄河流域第14页饮用水水源水质安全依然面临威胁依据我部开展饮用水水源基础环境情况调查显示，有五分之一左右水源地存在污染物超标现象。河流型河流型氨氮氨氮总氮总氮总磷总磷粪大肠菌群粪大肠菌群CODMnCODMn挥发酚挥发酚石油类石油类湖库型湖库型总氮总氮总磷总磷藻类藻类地下水型地下水型自然本底自然本底氨氮氨氮重金属重金属当前饮用水水源地环境管理还仅限于主要污染物，有毒有当前饮用水水源地环境管理还仅限于主要污染物，有毒有机污染物监测与管理在大多数地方还未纳入工作范围机污染物监测与管理在大多数地方还未纳入工作范围第15页城市湖泊都已处于重富营养或异常营养状城市湖泊都已处于重富营养或异常营养状态，几乎丧失使用功效；态，几乎丧失使用功效；绝大部分大中型湖泊均已具备发生富营养绝大部分大中型湖泊均已具备发生富营养化条件或处于富营养化状态。化条件或处于富营养化状态。19961996年调查年调查2626个国控湖泊（水库）中，个国控湖泊（水库）中，总体处于富营养化高达总体处于富营养化高达85%85%。滇池滇池8080年代初为年代初为类水体，类水体，9090年代后期年代后期全湖为劣类全湖为劣类类水体，陷入重富营养化类水体，陷入重富营养化状态。巢湖、太湖也处于重富营养化。状态。巢湖、太湖也处于重富营养化。我国湖泊（水库）富营养化我国湖泊（水库）富营养化严峻现实状况严峻现实状况第16页水华现象第17页农业源污染日益突出依据第一次全国污染源普查结果，农业源污染物排放对水环境影响较大，其化学需氧量、总氮和总磷排放量为1324.09万吨、270.46万吨和28.47万吨，分别占全国排放量43.7%、57.2%和67.4%。广东韶关乳源水库内网箱养殖广东韶关乳源水库内网箱养殖宁夏水源保护区内奶牛养殖场宁夏水源保护区内奶牛养殖场要从根本上处理我国水污染问题，必须把农业源污染防要从根本上处理我国水污染问题，必须把农业源污染防治纳入环境保护主要议程。治纳入环境保护主要议程。第18页突发水污染事件时有发生1994年淮河水污染事件松花江重大水污染事件年武汉水污染事件第19页突发水污染事件时有发生松花江重大水污染事件第20页突发水污染事件时有发生太湖太湖发生发生蓝藻蓝藻暴发暴发事件事件阳宗阳宗海砷海砷污染污染事件事件第21页突发水污染事件时有发生第22页 生物修复(Bioremediation)：广义生物修复通常是指利用各种生物（包含微生物，动物和植物）特征，吸收、降解、转化环境中污染物，使受污染环境得到改进治理技术，普通分为植物修复、动物修复和微生物修复三种类型。狭义生物修复通常是指在自然或人工控制条件下，利用特定微生物降解、去除环境中污染物技术。第23页生物修复技术特点优点：投资费用省，对环境影响小，能有效降低污染物浓度，适合用于在其它技术难以应用场地，而且能同时处理受污染土壤和地下水。不足：需对详细地点情况和污染物进行详细而昂贵考查，微生物活性受温度和其它环境条件影响，一些情况下，生物修复不能去除全部污染物。第24页生物修复分类按作用方式中有没有人为有目标活动分两类：自然生物修复和人为生物修复。实际上普通分类为：植物修复，微生物修复以及动物修复第25页植物修复植物修复过程中能够详细分为5种：1.植物转化植物转化2.根滤作用根滤作用3.植物辅助生物修复植物辅助生物修复4.植物萃取植物萃取5.植物固定植物固定第26页植物转化原理：植物转化也称植物降解(Phytodegradation)，指经过植物体内新陈代谢作用将吸收污染物进行分解，或者经过植物分泌出化合物（比如酶）作用对植物外部污染物进行分解。植物转化技术使用于疏水性适中污染物，如BTEX，TCE，TNT等军用排废.对于疏水性非常强污染物，因为其会紧密结合在根系表面和土壤中，从而无法发生运移.对于这类污染物，更适合采取之后提到植物固定和植物辅助生物修复技术来治理。第27页根滤作用原理：借助植物羽状根系所含有强烈吸持作用，从污水中吸收，浓集，沉淀金属或有机污染物，植物根系能够吸附大量铅，铬等金属.另外也能够用于放射性污染物，疏水性有机污染物(如三硝基甲苯TNT)治理。进行根滤作用所需要媒介以水为主.所以根滤是水体，浅水湖和湿地系统进行植物修复主要方式，所选取植物也以水生植物为主。第28页植物辅助生物修复原理：经过植物吸收促进一些重金属转移为可挥发态，挥发出土壤和植物表面，到达治理土壤重金属污染目标。有些元素如Se、As和Hg经过甲基化挥发，大大减轻土壤重金属污染。如B.Juncea能使土壤中Se以甲基硒形式挥发去除。还有研究表明烟草能使毒性大二价汞转化为气态零价汞。Rugh等将细菌汞还原酶基因转入Arabidopsistfialiana中，发觉该植物对HgCl2抗性和将Hg2+还原为Hg能力显著增强。这一方法只适合用于挥发性污染物，植物挥发要求被转化后物质毒性要小于转化前污染物质，以减轻环境害。因为这一方法只适合用于挥发性污染物，应用范围很小，而且将污染物转移到大气和（或）异地土壤中对人类和生物又一定风险，所以，它应用将受到限制。第29页植物萃取原理：种植一些特殊植物，利用其根系吸收污染土壤中有毒有害物质并运移至植物地上部，经过收割地上部物质带走土壤中污染物一个方法。植物提取作用是当前研究最多，最有发展前景方法。该技术利用是一些对重金属含有较强忍耐和富集能力特殊植物。要求所用植物含有生物量大、生长快和抗病虫害能力强特点，并具备对各种重金属较强富集能力。此方法关键在于寻找适当超富集植物和诱导出超级富集体。第30页植物固定原理：利用植物根际一些特殊物质使土壤中污染物转化为相对无害物质一个方法。植物在植物稳定中主要有两种功效：1.保护污染土壤不受侵蚀，降低土壤渗漏来预防金属污染物淋移;2.经过金属根部积累和沉淀或根表吸持来加强土壤中污染物固定。应用植物稳定原理修复污染土壤应尽可能预防植物吸收有害元素，以预防昆虫、草食动物及牛、羊等牲畜在这些地方觅食后可能会对食物链带来污染。然而植物稳定作用并没有将环境中重金属离子去除，只是暂时将其固定，使其对环境中生物不产生毒害作用，但并没有彻底处理环境中重金属污染问题。假如环境条件发生改变，重金属生物可利用性可能又会发生改变。所以，植物固定不是一个很理想修复方法。第31页植物修复评价优点：花费低，适应性广，无二次污染物。缺点：修复周期长，对于深层污染修复有困难，因为气候及地质等原因使得植物生长受到限制，存在污染物经过“植物动物”食物链进入自然界可能。第32页微生物修复微生物修复技术是指经过微生物作用去除土壤和水体中污染物，或是使污染物无害化过程。它包含自然和人为控制条件下污染物降级或无害化过程。第33页 用于生物修复生物土著微生物外来微生物基因工程菌 采取基因工程技术，将降解性质粒转移到一些能在污水和受污染土壤中生存菌体内定向地构建高效降解难降解污染物工程菌。用于生物修复其它生物 这些生物包含藻类、微型动物、植物等。第34页适宜环境条件营养 微生物生长需要维持一定量C:N:P营养 物质及一些微量营养元素。电子受体 环境中有机污染物在微生物作用下被氧化分解时需耗氧。有毒有害有机污染物化学性质污染现场和土壤特征 第35页人工湿地系统污水处理中微生物人工湿地技术是20世纪70年代发展起来一项新型污水生态处理技术。所谓人工湿地,就是人工建造、可控制和工程化湿地系统。人工湿地是一个经济适用污水处理方法,其含有污泥减量化、处理高效性、运行和维护成本低廉、无化学污染和能源损耗、无臭气等优点,同时还能够作为城市景观。人工湿地对污染物净化主要是经过植物、填料和微生物之间物理、化学、生物作用得以实现,而微生物群体是维持湿地生态系统和实现生态净化功效主要组成第36页赤潮防治中微生物在赤潮藻生消过程中,除了与环境中温度、盐度、光照、水深、营养物供给等物理化学原因有亲密关系外,还与大量不一样种类微生物共生,它们各自代谢物能够对彼此产生有利或有害影响,细菌代谢物能够有效地妨碍甚至终止藻类繁殖。第37页微生物修复展望当前我们对于微生物研究开发利用还是冰山一角,而我国又面临着来自生活生产各个方面严峻环境污染问题,所以深入深入研究微生物环境修复功效不但含有很大潜力,而且时间很紧迫,任务很艰巨。在已经有研究基础上,为了更加好地提升微生物修复治理效果,取得环境污染治理新突破,就要采取新工艺伎俩,生产易于微生物降解化合物,合成含有特殊降解能力工程菌。第38页u氧化塘、人工湿地等水污染预处理技术 生物氧化塘是一个利用生物天然净化能力净化污水处理系统，可辅以人工曝气、投加污染物和底泥高效降解菌剂、放养适生水生生物等强化办法，污水经过氧化塘处理，可形成多级食物链组成复合生态系统，这对城市水环境生物修复极为有利。人工湿地利用基质微生物，水生植物，动物符合生态系统物理、化学吸收、动物消费和微生物分解来实现对污水高效净化。水污染控制中生物修复水污染控制中生物修复技术技术第39页u水生生态恢复技术 水生生态恢复是提升城市水环境自净能力，维护生物修复治理结果必要办法，是生物修复最高形式。经过生态恢复，使黑臭或富营养化水体向洁净好氧生态系统转化，提升水环境生物多样性和自净能力。第40页u水生植被恢复技术 水生植被主要是指大型挺水植物，沉水植物、浮叶植物、漂浮植物等。水生植被恢复是城市水环境生物修复十分主要步骤，同时也是城市水质污染主要指标生物。第41页生物修复优缺点 污染物可在原地被降解；污染物可在原地被降解；就地处理操作简便就地处理操作简便,对周围环境干扰少对周围环境干扰少;较少修复经费较少修复经费,仅为传统化学、物理修复经仅为传统化学、物理修复经费费30%-50%30%-50%；不产生二次污染，遗留问题少；不产生二次污染，遗留问题少；能最大程度地污染物浓度。能最大程度地污染物浓度。第42页不足主要表现在：有些化学污染物不能采取生物修复处理，如一些重金属、放射性核和一些氯化化合物等；在有些情况下，微生物对污染物代谢可能产生一些有毒产物；生物修复是一个技术性较强过程，需要现场特殊条件配合，这意味着在进行现场净化之前，需要先进行小规模处理试验。第43页生物修复技术前需处理问题生物修复技术前需处理问题污染物生物降解特征生物降解在现场自然进行可行性自然条件对于生物降解适宜性没有被生物完全降解废物归宿这些问题都需要经过调查现场特征和进行处理试验来解答。第44页生物修复应用成功案例1989年Exxon 石油企业Valdez 号油轮在美国威廉王子湾搁浅，造成了3.8 万吨原油泄漏。Exxon企业最初用热水冲洗海滩上油污.此法花费昂贵，效果却不显著.以后，美国环境保护局和Exxon企业用从污染海滩分离含有特殊降解能力细菌菌株去除石油污染，效果很好.生物修复技术成为去除威廉王子湾石油污染主要方法。第45页生物修复应用成功案例位于南京乌龙潭公园内乌龙潭水体有4万多立方米，多年来污染严重，臭不可闻，是南京有名“污”龙潭。多年来即使用过不一样治理方法，然而水污染问题依然十分严峻。很快前，环境保护科研工作者在乌龙潭中截出立方米水体，在其中投放了一个名为“利蒙LLMO”微生物制剂，不到10天时间，潭水开始变清，能见度从42厘米增加到1米，水不臭了，作为富氧化标志藻类也降低了。这是用微生物技术治理水污染一个成功例子。第46页生物修复应用成功案例第47页LOGOLOGO谢谢！徐大奕年10月31日再见第48页