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环境生物修复工程

1.环境修复:指对被污染的环境采取物理、化学与生物学技术措施,使存在于环境中的污染物浓度减少或毒性降低或完全无害化,强调人类有意识的外源活动对污染物质或能量的清除过程,是一种人为的、主动的过程。

2.生物修复:指利用生物的生命代谢活动减少存在于环境中的有毒有害物质的浓度或使其完全无害化,从而使污染了的环境能够部分或完全恢复到原初状态的过程,强调人类有意识的利用生物体进行环境无害化。

4.原位生物修复:指在基本不破坏土壤和地下水自然环境的条件下,对受污染的环境对象不作搬运或输送,而在原场所进行生物修复。

5.异位生物修复:是指将受污染的环境对象搬运或输送到其他场所,进行集中修复。

6.生物修复的特点(优点):①现场进行,节省治理费用;②环境影响小,不会形成二次污染或导致污染的转移,永久消除污染物的长期隐患;③最大限度的降低污染物的浓度,有时甚至会低于检测限;④在其他技术难以使用的场地可以采用就地生物修复技术;⑤可以同时处理受污染的土壤和地下水,也可以与其他处理技术结合使用,处理复合污染.(局限性)①耗时长②条件苛刻③并非所有进入环境的污染物都能被生物利用④专一性强。

7.生物修复的三原则:适合的生物;适合的场所;适合的环境。

8.生物修复工程设计:⑴场地信息收集。

污染物的种类和化学性质,在土壤中的分布和浓度,受污染的时间;当地正常情况下和受污染后的微生物的种类,数量和活性以及在土壤中的分布,从而确定该地是否存在完成生物修复的微生物种群;土壤特性,如温度、孔隙度、渗透率等;受污染现场的地理、水力地质和气象条件以及空间因素;有关的管理法规。

⑵技术查询。

向有关单位咨询是否在相似情况下进行过生物修复处理,以便采用或移植他人经验⑶技术路线选择。

根据场地信息,对各种生物修复技术以及它们可能的组合进行客观评价,确定最佳技术路线⑷可处理性试验。

设计小试或中试,提供基本工艺参数;实验室或现场都可以进行,选择先进的取样方法和分析手段,中试注意规模问题⑸修复效果评价。

技术评价:经济效果评价:包括修复的一次性基建投资与服役期的运行成本⑹实验工程设计。

如果可处理性试验表明生物修复技术可行,开始具体设计;包括处理设备、井位井深、营养物和氧源或其他电子受体等。

9.有机污染物进入微生物细胞的过程:①主动运输〔特点:需要消耗能量;可以逆物质浓度梯度进行;需要载体蛋白的参与,对被运输的物质有高度的立体专一性〕,②被动扩散〔特点:扩散是非特异性的,物质在扩散运输过程中既不与膜上的分子发生反应,本身的分子结构也无变化;不消耗能量,不能逆浓度〕,③促进扩散〔特点:不消耗能量,物质在分子结构上不会发生变化;不能进行逆浓度运输;运输速率比自由扩散速度高,在一定限度内同物质浓度成正比;需要借助载体蛋白,具有高度的立体结构专一〕,④基团转位〔特点:有一个复杂的运输系统来完成物质的运输,而物质在运输过程中发生化学变化;主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中,用于糖的运输;好氧型细菌及真核生物中未发现这种运输方式,也未发现氨基酸通过这种方式进行运输〕,⑤胞饮作用〔特点:非选择性吸收,它在吸收水分的同时,把水分中的物质一起吸收进来,如各种盐类和大分子物质甚至病毒〕。

10.⑴微生物吸附:仅指失活微生物的吸附作用,不包括生物的新陈代谢作用和物质的主动运输过程.⑵微生物累积:主要利用生物新陈代谢作用产生的能量,通过单价或二价离子的转移系统把重金属离子输送到细胞内部.11.植物修复重金属积累的三种类型:植物稳定、植物吸收和植物挥发。

①植物稳定:利用植物吸收和沉淀来固定土壤中的大量有毒金属,以降低其生物有效性和防止其进入地下水和食物链,从而减少其对环境和人类健康的污染。

②植物吸收:利用专性植物根系吸收一种或几种污染物特别是有毒金属,并将其转移,贮存到植物茎叶,然后收割茎叶,离地处理,也称植物萃取、植物攫取。

③植物挥发:利用植物的吸收、积累、挥发而减少土壤污染物。

12超积累植物从根际吸收重金属包括六个环节和调控位点:①跨根细胞质膜运输②根皮层细胞中横向运输③从根系的中柱薄壁细胞装载到木质部导管④木质部中长途运输⑤从木质部卸载到叶细胞⑥跨叶细胞的液泡膜运输。

13土壤物理学特性对生物修复的影响:①土壤孔性对生物修复的影响:土壤孔性决定生物的活动,影响微生物的活力和养分转化,土壤酶的种类数量及活性;土壤孔性对污染物的过滤截留、物理和化学吸附、化学分解、微生物降解等有重要影响,土壤孔隙越大,好气微生物的活动越强烈,可加速污染物的降解,同时孔隙越大使土壤下渗强度越大,使土壤上层的污染物容易被淋溶而进入地下水;②土壤质地对生物修复的影响。

土壤质地差异形成不同的土壤结构和通透性状,对污染物的截留、迁移、转化产生不同的效应;剖面上,土壤质地也不同,形成不同的土体构型,引起通气性、透水性差异。

土壤胶体对生物修复的影响:土壤氧化还原反应对生物修复的影响:土壤氧化还原能够改变离子的价态,影响有机质的分解速度和强度,因而影响土壤物质及污染物质转化、迁移。

14.烃类化合物的生物降解的影响:①链烃比环烃易生物降解;②单环烃比多环芳烃易生物降解;③长链比短链易降解;④不饱和烃比饱和烃易分解;⑤支链化合物一般支链越多,愈难降解。

15功能团队生物降解的影响:羧基、羟基、或氨基取代至苯环上,形成新的化合物比原来的化合物易降解,但在芳环上的甲基、硝基或氯取代基使化合物的生物降解性能较苯环降低16有机物结构影响生物降解性能的原因:空间阻碍;毒性抑制;增加反应步数;有机物的生物可得性下降。

17共代谢:微生物的这种不能利用基质作为能源和组分元素的有机物转化形式18微生物的“生长基质”和“非生长基质”共酶:指有些污染物(非生长基质)不能作为微生物的惟一碳源和能源,其降解并不导致微生物的生长和能量的产生,它们只是在微生物利用生长基质时,被微生物产生的酶降解或转化成为不完全的氧化产物,这种不完全的氧化产物进而可以被别的微生物利用并彻底降解。

19辛醇-水分配系数:有机物从水相(极性)进入有机相(非极性)的分配取决于有机物及分配体系的特性,这种分配特性用辛醇-水分配系数(Kow)表示。

20重金属的生物有效性:根据浸提剂的不同,将土壤环境中重金属赋存形态分为水溶态、交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残留态,其中以水溶态、交换态的生物活性最大,残留态最小。

21污染物的溶解度与生物有效性的关系:具有较高溶解度的物质迅速被水分散,水生生物对这些物质的生物积累也相对较小,土壤和沉积物对这些物质的吸附系数也较低,同时也比较容易被微生物所降解。

22辛醇-水分配系数与生物有效性的关系:Kow值低(小于10),表示在水中存在的浓度高,具有亲水性,容易被生物利用;Kow值高(大于104),表示在水中存在的浓度低,具有憎水性,不容易被生物利用,容易与环境中的有机质部分相结合。

23.影响微生物修复的非生物因子:包括温度、湿度、pH值、溶解氧、营养物质、共存物质。

23一种化合物抑制另一种化合物:毒性、不利于、竞争、捕食、阻抑24.影响微生物生物修复的生物因子:①协同作用。

协同有不同的类型:单一菌种不能降解,混合以后可以降解;单一菌种都可以降解,但混合以后降解的速率超过单个菌种的降解速率之和。

协同作用的机制:1)提供生长因子。

一种或几种微生物向其他微生物提供维生素B、氨基酸或其他生长因子。

2)分解不完全降解物。

一种微生物可对某种有机物进行不完全降解,第二种微生物则使前者的产物矿化。

3)分解共代谢产物。

一种微生物只能共代谢有机物形成不能代谢的产物,另一种微生物则可以分解这些产物。

4)分解有毒产物。

第一种微生物产生的产物对自身有毒害作用,但是另一种微生物可以解除毒害,并将其作为碳源和能源利用。

②捕食作用。

在有大量原生动物活动的环境中,原生动物的影响取决于捕食速率和降解速率。

捕食速率低,细菌细胞繁殖迅速,原生动物的影响不大;捕食速率高,导致生物降解的特殊微生物的生长繁殖速率低,原生动物的影响会很大。

25.复合污染时污染物的联合作用有四种类型:相加作用;协同作用;拮抗作用;独立作用。

26.影响植物修复的环境因子:PH值;氧化还原电位;污染物交互作用;共存物质;植物营养物质;植物激素;生物因子。

35.原位生物修复的方式:生物通风修复;生物强化修复;土地耕作修复;化学活性栅修复。

36:生物强化是基于改变生物降解中微生物的活性和强度而设计,分为:培养法;投菌法。

37.为什么要用土著菌?原因:一方面是由于土著菌降解污染物的潜力巨大;另一方面也是因为接种的微生物在环境中难以保持较高的活性以及工程菌的应用受到较严格的限制。

38.生物培养法是定期向土壤投加H2O2和营养,以满足污染环境中以及存在的降解菌的需要,以便使土壤微生物通过代谢将污染物彻底矿化成CO2和H2O。

39.投菌法是直接向遭受污染的土壤接入外源的污染降解菌,同时提供这些细菌生长所需营养。

40.先锋生物:在土壤中用来启动生物修复的最初步骤的微生物被称为“先锋生物”,41.一般的,土地耕种修复法只能适用于30cm的耕层土壤。

最大缺陷:污染物可能从污染地迁移。

42.植物修复的优点:在修复土壤的同时也净化、绿化了周围的环境;对环境扰动少,对土壤来说属于原位处理;植物修复污染土壤的过程也是土壤有机质含量和土壤肥力增加的过程,被植物修复净化后的土壤适合于多种农作物的生长;植物固化技术使地表长期稳定,控制风蚀、水蚀,减少水土流失,有利于生态环境的改善和野生生物的繁衍;植物修复的成本较低,据研究费用仅0.02~1.0$/m2。

43.植物修复技术的局限性:①要针对不同污染物种类、污染程度的土壤选择不同的生态型植物;②一种植物通常只忍耐或吸收一种或两种重金属元素,对土壤中其他浓度较高的重金属则表现某些中毒症状,从而限制了植物修复技术在多种重金属污染土壤治理方面的应用;③植物修复过程比物理化学过程缓慢,对土壤肥力、气候、水分、盐度、酸碱度、排水与灌溉系统等自然和人为条件有一定要求,因此植物修复比常规治理的周期长,效率低;④植物受病虫害袭击时会影响其修复能力⑤用于净化重金属的植物器官往往会通过腐烂、落叶等途径使重金属重返土壤,因此必须在植物落叶前收割植物器官,并将其无害化处理;⑥用于清理重金属污染土壤的超累积植物通常矮小、生物量低、生长缓慢、生长周期长,因而修复效率低,不利于机械化作业。

44.1.定义:能超量吸收重金属并并将其运移到地上部的植物。

44.2.超富集植物界定的两个因素:植物地上部富集的重金属应达到一定的量;植物地上部的重金属含量应高于根部。

44.3.存在的问题:1)超级累植物是在重金属重金属胁迫环境下长期强化的一种适应性突变体,往往生长缓慢,周年生物量受限制;2)多为野生型稀有植物,对生物气候条件的要求比较严格,区域性分布较强,因而筛选工作量较大,切超级累植物移植到本地时。

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