引风机
注入井
引风机
未饱和 土壤 污染区域 地下水
水位
基本生物通风处理系统示意图
土壤原位生物处理

生物注射法 生物注射法与生物通风不同的是将空气通入地下 水位以下。通入空气的目的不仅提供溶解氧，还 将含水层内的挥发性有机物转移到不饱和层供微 生物降解。
引风机
注入井
引风机
未饱和 土壤 水位 地下水 污染区域
铝厂废水污染河流
水环境修复历史沿革
工业革命从英国扩展到欧洲大陆和美洲 欧洲开始出现严重的水环境污染问题 德国人提出近自然河流整治的概念 水环境问题日益复杂，水环境生态工程开始得 到广泛应用。 Odum提出生态工程的概念
1800s 1858 1938 1950s 1962
水环境修复历史沿革
水，或转变成无害物质。

污染物包括：石化产品、多环芳烃、卤代烷
烃等。
生物修复方法的分类

生物修复技术的种类很多，大致上可以分为 两类。
1、原位修复（in situ） ：在污染现场对污染物质 进行处理，不需要将污染物质从污染现场运走。 特点是修复费用低，但较难控制。 2、异位修复（ex situ） ：将污染物质运到特定的 处理场所（生物反应器）对其进行生物处理。特 点是运输过程会增加费用，但便于对修复过程进 行控制。
生物修复的基本措施
2、添加营养物
土壤中的微生物的活性常常受许多因素的限制，
其中之一就是营养盐（N，P）。
为了彻底降解污染物并达到更快的进化速度，添
加营养盐比接种微生物显得更为重要。 添加营养物以增强生物降解的方法通常称为生物 刺激（biostimulation）。
生物修复的基本措施
3、提供电子受体
依靠土著微生物的降解作用将污染物分解或去除 的方法。 当土著微生物不具有污染物降解能力或其数量较 少时，可以在污染场地投加具有分解活性的微生 物，这种方法称为生物强化（bioaugmentation）
土壤上层空气中的氧自然扩散进入土壤的速度 影响土地处理的因素 较慢，不能满足生物生长的需要。可以采用翻 动土壤（耕犁）或通入湿空气的方法增加溶解 氧。 碳源与营养盐
生物修复

生物修复（bioremediation）:利用生物， 特别是微生物催化降解有机物，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。 生物修复的目的是将有机污染物的浓度降低 到低于检测限或低于环保部门规定的浓度。

生物修复

运用生物修复技术，可以把土壤、地下水和 海洋中的有毒有害污染物降解为二氧化碳和
生物修复的基本措施
1、接种微生物
污染区域中需要大量的接种微生物并形成生长优 势才能促进生物降解。 这些被接种的微生物常被称为“先锋微生物” （pioneer microorganism）它们能够催化污染 物质的降解过程。 先锋微生物可以从土著微生物中富集，也可以从 其他区域获得，或者使用基因工程菌。
溶解氧 湿度 温度 一般而言，污染物中的碳源比较充分，但N，P 或其它无机营养盐可能比较缺乏，所以必须另 pH值 土壤的表层容水份以保持适宜的湿度。
土壤原位生物处理

生物通风
在土壤含水层之上通入空气，为好氧微生物提供 最终电子受体的方法叫做生物通风。 一般是在污染场地打井，通入空气或抽真空来进 行的。
贫营养4％
富营养27％ 富营养61％
富营养85％
20世纪70年代后期
80年代后期
90年代后期
如：云南滇池在20世纪80年代初期还是III类水体，十 几年后的90年代后期已急剧恶化为劣V类水体，陷入重富营 养状态；巢湖、太湖也处于重富营养化状态。 20世纪90年代，26个国控湖泊85％处于富营养化状态。 目前，我国湖泊水库富营养化面积逐年增加，全国大范围的 富营养化灾害频频发生。
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第二节 地下水的 生物修复技术
地下水的生物修复技术

地下水的原位修复技术
通常地下水的生物修复是依靠土著微生物的作用
来分解污染物质的，在此过程中需要向地下蓄水
层中通入氧气和营养物质。
加入营养盐的方法：可以将营养液通过注射井注 入饱和水层或利用渗透渠加入到不饱和水层。 供氧的方法：利用过氧化物在介质中缓慢释放氧； 利用硝酸盐、硫酸盐的结合氧。
近海海洋污染加剧
近岸海域水质以劣IV类和II类为主；
主要污染因子是石油类、无机氮和磷酸盐； 总体上东海污 一类海水 染最重；其次 劣四类海水 14.7% 31.5% 是渤海、南海、 黄海。
二类海水 28.5% 四类海水 15.0% 三类海水 10.3%
兰渝输油管道破裂
▲石油井喷造成的污染

石油污染的危害
对幼鱼和鱼卵的危害最大，油膜和油块能粘 住大量鱼卵和幼鱼，或使鱼卵死亡，更使破 壳出来的幼鱼畸形，并使其丧失生活能力。 油膜使透入海水的太阳辐射减弱，从而影响 海洋植物的光合作用；污染海兽的皮毛和海 鸟的羽毛，使它们丧失保温、游泳或飞行的 能力；干扰生物的摄食、繁殖、生长、行为 和趋化性等能力；油类粘附在鱼类、藻类和 浮游生物上，致使大量海洋生物死亡 ，破坏 生物多样性。
第五章 污染场地 生物修复
第一节 概述
污染场地

土壤的污染； 地下水的污染；


河流的污染；
海洋(岸)的污染。
地下水污染现状

44个城市地下水的调查表明，42个受到污 染，发现数百种有害有机污染物； 全国地下水水质超标面积大于200Km2 的城 市 占 11.1% ， 超 标 面 积 在 100-200Km2 的 占 18.5%，超标在20-100Km2的占48.2%。
墨西哥湾原油泄漏
墨西哥湾石油泄漏
燃 烧 中 的 深 海 地 平 线
墨西哥湾石油泄漏
人 间 地 狱
墨西哥湾石油泄漏
倾 覆 的 钻 井 平 台
墨西哥湾石油泄漏
海 滩 上 的 油 污
墨西哥湾石油泄漏
陷 入 油 污 中 的 海 鸟
匈牙利铝厂废水泄漏

2010年10月4日,匈牙利西部维斯普雷姆州一 铝厂装有有毒废水的蓄水池发生泄漏事故， 高碱度废水流入附近的村镇，造成1人死亡、 多人受伤。
1972 1989 1991 1992 1997 美国宾州首次实际使用生物修复治理石油污染 阿拉斯加海洋石油污染首次大规模使用生物修复 美国实施地下水、海域等污染修复的超基金项目 美国出版了水域生态系统的修复 中国出版湖泊富营养化控制指南 日本、德国和澳大利亚自然河流生态修复实例 我国滇池和苏州河水环境修复项目启动
生物氧化还原反应中有许多最终电子受体：溶解 氧（DO），被分解有机物的中间产物和无机酸根 （如SO42－，NO3－）。
电子受体的种类和浓度对生物降解的速度和程度
有很大的影响。
溶解氧是生物修复过程中的关键因素。
生物修复的基本措施

增加溶解氧的方法
通过不同的供氧方式来增加溶解氧。如通过真空 抽取地下水来增加空气的输入。 加入氧化剂，通常使用H2O2，微生物经驯化后可 以忍受1000mg/L的H2O2
1990s
水环境修复历史沿革
澳大利亚出版河流生态修复手册 英国出版河流恢复技术手册 中国出版河流污染治理技术与实践 中国水利部《关于水生态系统保护与修复若干意见》 国家环保总局《渤海碧海行动计划》 “三河三湖”综合整治规划 北京市城区河湖富营养化水环境修复 太湖富营养化水体生态修复 官厅水库水环境修复 武汉市水生态系统保护与修复规划 桂林市水生态系统保护与修复规划

水环境污染程度触目惊心
七大水系的741个监测断面的水质： 29% I-Ⅲ类，30% Ⅳ-Ⅴ类，41% 劣Ⅴ类; 东部和西南200余湖泊中80％富营养化;
环境污染造成的损失相当GDP的3-8%。
七大流域水环境污染严重
综合污染指数
45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 1991年 1992年 1993年 1994年 1995年 1996年 1997年 1998年 1999年 2000年
2、不产生二次污染，对环境影响小。
3、对原位生物修复而言，污染物可在原地被 降解清除。 4、修复时间短。
5、人类直接暴露在污染物下的机会少。
生物修复的前提条件
1、必须存在具有代谢活性的微生物。 2、这些微生物具有快速降解污染物的能力， 降解较彻底。 3、降解过程中不产生有毒副产物。 4、污染场地不含对微生物具有抑制作用的物 质。 5、污染场地的环境有利于微生物生长或活性 保持。
墨西哥湾石油泄漏


2010年4月20日，位于美国路易斯安那州威尼斯东 南约82公里处海面的“深水地平线”钻进平台爆炸 引发大火。火势持续大约36小时， 4月22日沉入墨 西哥湾，并造成大量原油泄漏。 “深水地平线”由韩国现代重工业公司造船厂2001 年建成，属于总部位于瑞士的越洋钻探公司，与英 国石油公司签订生产合同。
生物注射处理系统示意图
回收气 处理
回收井
土壤异位生物修复
生物反应器修复 土壤堆积（soil piles） 堆肥

将污染物质与一些自身容易分解的有机物（稻草、 木屑等）混合堆放，并加入氮、磷等其它营养物 质。
第四节 石油污染 水域的修复
石油污染事件

1978年，超级油轮“Amoca Cadiz”在法国近岸水 域失事，泄油20多万吨。 1979年，美国海洋油井“Ixtoc Ⅰ”漏油47万吨。 1989年，Exxon Valdez油轮在威廉王子海湾触礁， 约42000m3原油泄漏。 1991年1月，海湾战争期间，伊拉克军队撤出科威 特前点燃科威特境内油井，多达150万吨石油泄漏， 污染沙特阿拉伯西北部沿海500公里区域。 2010年4月，墨西哥湾原油泄漏。
生物修复技术的研究方向