水体污染的生物修复技术进展解析课件.ppt
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- 水体 污染 生物 修复 技术 进展 解析 课件
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1、水体污染的水体污染的 生物修复技术进展生物修复技术进展小组成员:小组成员:刘 宁 葛程程 孙世宾 齐文灿概述工艺地下水地表水案例进展展望u生物修复生物修复(bioremediation):也称生物整治、生物补救,是指利用微生物、植物或动物,吸收、转化受污染场地(水体、土壤)中的有机污染物或其他污染物,去除其毒性,使受污染场地恢复生态功能的一种生物处理过程。狭义狭义主要是指利用微生物去除或降低受污染场地污染物的方法。广义广义其“生物”除微生物外,还包括植物(如重金属和放射性污染的超积累植物)、动物等。.水体生物修复技术概述.水体生物修复技术概述 通过各种工程手段增强自然界中已有但速度缓慢的生物降
2、解过程;通过应用各类生物反应器,增加污染物与微生物的接触机会,创造最佳生物代谢反应条件,促进污染物快速转化。.水体生物修复技术概述微生物微生物 具有代谢活性 能以相当速率降解污染物 降解过程不产生有毒副产物污染场地污染场地 污染物对微生物无害或其浓度对微生物的生长不构成抑制 目标化合物必须能被生物利用 环境必须利于微生物生长或微生物活性保持处理费用处理费用 处理费用低,至少要低于其他处理技术.水体生物修复技术概述 处理费用低,仅为化学、物理修复的30%-50%对环境影响小,遗留问题少,不产生二次污染 原地降解清除污染物,同时还可净化、绿化周围环境 恢复并提高自然环境的自净能力 就地处理操作简便
3、 修复时间短,人畜安全性较好.水体生物修复技术概述 非生物因素:非生物因素:如pH、温度、盐度、有毒物质、静水压力等 营养物质:营养物质:对异养微生物除碳源、能源外,还需要N、P元素、氨基酸、B族维生素、脂溶性维生素及其他有机分子等营养物质 电子受体:电子受体:对于好氧微生物而言,电子受体是氧气 复合基质:复合基质:污染环境中常存在多种污染物可能对生物修复产生影响,如合成有机物、天然物质碎片、土壤或沉积物的腐殖酸等。协同作用协同作用 捕食作用捕食作用 植物根系的影响植物根系的影响.水体生物修复技术主要工艺目前已经及正在应用的生物修复技术大致分为目前已经及正在应用的生物修复技术大致分为 直接向污
4、染部位提供氧气、微生物或营养物以降解污染物,污染地下水不需用泵抽至地面。特点是:工艺路线和处理过程比较简单,无需复杂的设备;对周围环境影响小、生态风险小;处理费用低。需要通过某种方法将污染介质转移到污染现场附近或之外,再进行处理。通常污染物搬动费用较大,但处理过程容易控制。生物修复技术生物修复技术原位修复(IN SITU)异位修复(EX SITU).地下水的生物修复技术 土壤和地下水中含有各种各样的微生物各种各样的微生物,主要分细菌、放线菌、真菌、藻类和原生动物5种,其中以细菌为最主要。这些是地下水生物修复的生物学基础。好氧微生物一般分布的土壤表层和浅层及地下水中,厌氧微生物主要分布在深层土壤
5、和地下水中,而自养细菌可分布在不同的深度,其类型变化多样。好氧微生物以有机物或铵为电子供体,以O2为电子受体进行生物化学反应,以CO2、NO3-或SO42-等为电子受体对有机物进行分解。浅层地下水中的有机物通过好氧微生物作用降解,深层土壤地下水中则主要是厌氧发酵降解。此外,自养细菌可以FE3+、硫化物为电子供体,进行生命活动,去除地下水中的污染物。除上述生物氧化还原反应生物氧化还原反应去除地下水中的污染物外,地下水中的微生物还可分泌有机络合剂有机络合剂,将周围固态的金属离子转化为溶解性的形态,以提高可供利用的溶解性金属离子浓度,以利于通过化学作用沉淀去除。.地下水的生物修复技术 地下水的原位生
6、物修复方法是向含水层内通入氧气及营养物质,依靠土著微生物的作用分解污染物质。目前对有机污染的地下水多采用原位生物修复的方法,主要包括生物注射法、有机粘土法、抽提地下水系统和回注系统相结合法等。.地下水的生物修复技术(1)生物注射法)生物注射法 生物注射法亦称空气注射法(AS),它是将加压后的空气注射到污染地下水的下部,气流加速地下水和土壤中有机物的挥发和降解。这种方法主要是气相提取(VE)并用,并通过增加及延长停留时间促进生物降解,提高修复效率。该技术主要用于修复非水相液体(NAPLs),特别是挥发性有机物(VOCs)污染的饱和地下水。利用注射井进行地下水修复.地下水的生物修复技术(1)生物注
7、射法)生物注射法 弗吉尼亚综合技术学院的研究人员发现了另一种新方法微泡法,即将含有 125mg/L 表面活性剂 的 微 泡(大 约 只 有55m)注入污染的地下水环境中,它可集中地将氧气和营养物送往生物有机体,从而有效地将厌氧环境转变为好氧环境,从而提高微生物代谢速率。该法具有效率高、经济实用等优点。微泡处理系统示意图.地下水的生物修复技术(2)有机粘土法有机粘土法 有机粘土法是新发展起来的原位生物修复污染地下水的方法,它利用人工合成的有机粘土有效去除有毒化合物。把阳离子表面活性剂通过注射井注入至蓄水层,使其形成有机粘土矿物,形成有效的吸附区,控制有毒化合物在地下水中的迁移,利用现场的微生物,
8、降解富集在吸附区的有机污染物,从而彻底消除地下水的有机污染物。.地下水的生物修复技术(2)有机粘土法有机粘土法 密西根州立大学的Boyd 博士专门从事了这一方面的研究,他认为有机粘土可以扩大土壤和含水层的吸附容量,从而加强原位生物降解。有机粘土法修复过程如图所示。有机粘土修复系统示意图.地下水的生物修复技术(3)抽提抽提地下水系统和回注系统相结合法地下水系统和回注系统相结合法抽提地下水系统和回注系统相结合的生物修复系统示意图 这种方法主要是将抽提地下水系统和回注系统(注入空气或H2O2、营养物和已驯化的微生物)结合起来,促进有机污染物的生物降解。Smallbec等人在加利福尼亚州的研究表明,采
9、用此系统修复被污染的环境,生物降解作用明显得到促进。这个系统既可节约处理费用,又缩短了处理时间,无疑是一种行之有效的方法。其装置如图所示。.地下水的生物修复技术 以上介绍的原位生物修复技术都是在好氧环境中进行的,事实上在厌氧环境中进行生物修复也具有极大的潜力。许多重要的污染物在好氧条件下不能被降解,如苯、甲苯、多氯芳烃等,它们能在厌氧条件下被降解为CO2和水。目前在这方面做了不少的研究工作,厌氧降解碳氢化合物时,微生物利用的电子受体包括NO3-、SO42-、Fe3+、Mg2+、CO2等。Richard 等对圣地亚哥的一处石油污染的地下水进行了厌氧修复研究,他们利用硝酸盐作为电子受体补给到地下水
10、中,强化细菌的脱氮过程(该过程有利于单环芳香族化合物的生物降解)。结果表明,在营养物富足的地带,6个月内取得较好的修复效果,其中BTEX 水平降低了81%99%。Doong,R.A 等在厌氧环境下通过添加电子受体和无机离子处理地下水中的四氯化碳也取得良好效果。(4)其他方法其他方法.地下水的生物修复技术 目前,地下水的异位生物修复主要应用生物反应器法生物反应器法。生成反应器的处理方法是将地下水抽提到地上再利用生物反应器加以处理的过程,其自然形成一个闭路循环(如图所示)。生物滴滤池修复污染地下水的过程示意图.地下水的生物修复技术u一般情况下的处理处理过程过程:污染地下水抽提至地面;在地面生物反应
11、器内对其进行好氧降解,运转过程中要对生物反应器补充营养物和氧气;处理后将地下水通过渗灌系统回灌到土壤内;在回灌过程中加入营养物和已驯化的微生物,并注入氧气,使生物降解过程在土壤及地下水层内亦得到加速进行。.地下水的生物修复技术 同常规废水处理一样,反应器的类型反应器的类型有多种形式。如细菌悬浮生长的活性反应器、串联间歇反应器细菌悬浮生长的活性反应器、串联间歇反应器、生物固定生物固定生长的生物滴滤池、生物转盘和接触氧化反应器生长的生物滴滤池、生物转盘和接触氧化反应器、厌氧菌厌氧菌处理的厌氧消化和厌氧接触反应器,处理的厌氧消化和厌氧接触反应器,以及高级处理的流化以及高级处理的流化床反应器、活性炭生
12、物反应器床反应器、活性炭生物反应器等。这些方法主要模仿污水的生物处理技术,但和污水中有机物浓度相比,地下水的污染物浓度通常很低(为g/L水平),因此地下水和污水的处理工艺设计也会存在明显的差异。.地表水的生物修复技术 由于湖泊、水库均为水生生态系统,其生物修复或者更确切地说是生物恢复,应以生态学原理为指导,对生态系统进行重建、管理和恢复。目的是减少进入水体中污染物的浓度和数量,通过综合的生物措施(微生物、植物、动物)控制藻类的过量生长并去除污染物,使之恢复正常的生态功能。所以,湖泊、水库的生物修复技术是以控制藻类为中心的生态控制技术,其生态关系示意图如下。以藻类控制为中心的生态关系图常采用的技
13、术措施是:营造高等水生植被系统、放养鱼类、投放微型浮游生物。河流水体具有较强的自然净化能力自然净化能力。污染物进入河流后,有机物在微生物作用下进行氧化降解,逐渐分解转变为无机物。随着有机物被降解,细菌走向衰亡,当有机物被去除,河水水质得以改善,河流中其他生物逐渐重新出现,生态系统得到恢复。受污染河流的自然净化修复过程如图。受污染少水河流的自净过程的关键是好氧生物降解过程好氧生物降解过程。河流水体的生物修复技术通常以两种途径来强化河流固有的自净修复过程,使其修复过程加快。这两种途径为:向河流中进行人工复氧,既可以使空气也可以使纯氧;向河流中投加人工培养的活性微生物。.地表水的生物修复技术(1)多
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