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环境修复原理与技术
成都理工大学研究生课程
环境修复原理与技术
刘国 liuguo@ 成都理工大学环境科学与工程研究所
2012年·成都
环境修复原理与技术 1 概念篇
授课提纲
环境修复的概念、对象和任务、类型、 环境修复的概念、对象和任务、类型、产生与发展等
2
原理篇
物理修复原理 植物修复原理 化学修复原理 化学修复原理 微生物修复原理 微生物修复原理
污染土壤的环境修复 ⑵污染土壤的环境修复
我国的地下水和土壤污染相当严重， 我国的地下水和土壤污染相当严重，主要污染物是重金属离子和有毒有 的地下水和土壤污染相当严重 害有机物。据调查， 害有机物。据调查，农村土地的土壤和地下水污染土壤是由粗放式农业 耕作和乡镇工业造成的。 耕作和乡镇工业造成的。 发达国家已经投人大量资金对受污染环境进行修复。 发达国家已经投人大量资金对受污染环境进行修复。相关的修复技术在 国外也得到了迅速开发。修复技术基本上分为两类： 国外也得到了迅速开发。修复技术基本上分为两类：物理化学类型和生 物学类型。物理化学修复技术包括隔离、泵抽取和地上处理、 物学类型。物理化学修复技术包括隔离、泵抽取和地上处理、土壤清洗 萃取、固化和稳定化等； 、萃取、固化和稳定化等；生物修复技术包括地上生物处理和地下现场 生物修复等。 生物修复等。 物理化学类型的修复技术一般是将受污染的土壤或地下水移走， 物理化学类型的修复技术一般是将受污染的土壤或地下水移走，再进行 适当的处理和处置。这类技术能够彻底清除土壤和地下水中的污染， 适当的处理和处置。这类技术能够彻底清除土壤和地下水中的污染，其 缺点是严重影响土壤的结构和地下水所处的生态环境， 缺点是严重影响土壤的结构和地下水所处的生态环境，而且成本非常高 相比较而言，现场生物修复技术不会破坏生态环境， 。相比较而言，现场生物修复技术不会破坏生态环境，但其修复过程非 常缓慢、效率低．不能满足快速修复的需要， 常缓慢、效率低．不能满足快速修复的需要，尤其是在较密实的土壤中 修复所需要的活性微生物、辅助药剂等很难输送至受污染的区域。 ，修复所需要的活性微生物、辅助药剂等很难输送至受污染的区域。
环境修复原理与技术
刘国 liuguo@ 成都理工大学环境科学与工程研究所
2012年·成都
环境修复原理与技术 1 概念篇
授课提纲
环境修复的概念、对象和任务、类型、 环境修复的概念、对象和任务、类型、产生与发展等
2
原理篇
物理修复原理 植物修复原理 化学修复原理 化学修复原理 微生物修复原理 微生物修复原理
污染土壤的环境修复 ⑵污染土壤的环境修复
我国的地下水和土壤污染相当严重， 我国的地下水和土壤污染相当严重，主要污染物是重金属离子和有毒有 的地下水和土壤污染相当严重 害有机物。据调查， 害有机物。据调查，农村土地的土壤和地下水污染土壤是由粗放式农业 耕作和乡镇工业造成的。 耕作和乡镇工业造成的。 发达国家已经投人大量资金对受污染环境进行修复。 发达国家已经投人大量资金对受污染环境进行修复。相关的修复技术在 国外也得到了迅速开发。修复技术基本上分为两类： 国外也得到了迅速开发。修复技术基本上分为两类：物理化学类型和生 物学类型。物理化学修复技术包括隔离、泵抽取和地上处理、 物学类型。物理化学修复技术包括隔离、泵抽取和地上处理、土壤清洗 萃取、固化和稳定化等； 、萃取、固化和稳定化等；生物修复技术包括地上生物处理和地下现场 生物修复等。 生物修复等。 物理化学类型的修复技术一般是将受污染的土壤或地下水移走， 物理化学类型的修复技术一般是将受污染的土壤或地下水移走，再进行 适当的处理和处置。这类技术能够彻底清除土壤和地下水中的污染， 适当的处理和处置。这类技术能够彻底清除土壤和地下水中的污染，其 缺点是严重影响土壤的结构和地下水所处的生态环境， 缺点是严重影响土壤的结构和地下水所处的生态环境，而且成本非常高 相比较而言，现场生物修复技术不会破坏生态环境， 。相比较而言，现场生物修复技术不会破坏生态环境，但其修复过程非 常缓慢、效率低．不能满足快速修复的需要， 常缓慢、效率低．不能满足快速修复的需要，尤其是在较密实的土壤中 修复所需要的活性微生物、辅助药剂等很难输送至受污染的区域。 ，修复所需要的活性微生物、辅助药剂等很难输送至受污染的区域。
环境修复原理与技术-第1章
环境修复
1.1.3环境基本特性
整体性
灾害放大性
有限性
基本特性
持续反应性
不可逆性
隐显性
18:42
环境修复
1.1 环境问题
1.2.1环境问题概念
所谓环境问题，是指由于人类不恰当的生产
活动引起全球环境或区域环境质量的恶化，出现
了不利于人类生存和发展的问题。
18:42
环境修复
1.2.2环境问题的分类
18:42
18:42
环境修复
以此为基础，环境修复可分为工程修复、物理修复、化学修复、 生物修复等四大类型。 环境物理修复技术是一项借助物理手段污染物从环境中提取分离出来 的技术，工艺简单，费用低。这些分离方式没有高度的选择性。通常 情况下，物理分离技术被作为初步的分选。一般来说，物理分离技术 未能充分达到环境修复的要求。 环境化学修复技术相对于其他修复技术来讲发展较早，也相对成熟。 目前，化学修复技术主要涵盖化学淋洗、溶剂浸提、化学氧化修复和 化学还原与还原脱氯修复几方面的技术类型。 相比较而言，化学氧化技术是一种快捷、积极，对污染物类型和浓度 不是很敏感的修复方式；尤其对于土壤修复中，化学还原和还原脱氯 法则作用于分散在地表下较大、较深范围内的氯化物等对还原反应敏 感的化学物质，将其还原、降解；原位化学淋洗技术对去除低溶解度 和吸附力较强的污染物更加有效。 环境生物修复是利用生物的生命代谢活动减少存于环境中有毒有害物 质的浓度或使其完全无害化，使污染了的环境能部分或完全恢复到原 始状态的过程。
环境修复
2）环境问题的发展恶化阶段
●时间段： 19世纪工业革命至20世纪50年代 ●主要特点： 蒸汽机的发明和使用后，大工业日益发展，生产力有了很大的提高，环境 问题也随之发展并逐步恶化。 例如：从1873年－1892年间的冬季英国伦敦多次发生有毒烟雾事件 ●影响： A.环境问题，尤其污染问题集中在工业发达国家 B.环境质量开始恶化，但未引起重视
环境污染修复原理与技术第1章 绪论
变；
重建 (reconstruction) ：是指使完全丧失功能的对象恢复至原 初水平；
改建(renewal)：则是指使部分受损的对象进行改善，增加人
类所期望的“人造”特点，减小人类不希望的自然特点。
1.3.1 环境修复的概念
环境修复（environmental remediation）就是研究对被污染的
据传，上世纪90年代，一支9人科学考察小组进入切尔诺贝利 时，曾遭遇一群巨鼠袭击，只有一人生还，最后当局集结大量 军队、轻重型武器，将所有能发现的”。
1.3 环境修复
1.3.1 环境修复概念 1.3.2 环境修复的对象和任务 1.3.3 环境修复类型
2）环境问题的发展恶化阶段
●时间段： 19世纪工业革命至20世纪50年代
●主要特点：
蒸汽机的发明和使用后，大工业日益发展，生产力有了 很大的提高，环境问题也随之发展并逐步恶化。 例如：从1873年－1892年间的冬季英国伦敦多次发生有 毒烟雾事件 ●影响： A.环境问题，尤其污染问题集中在工业发达国家 B.环境质量开始恶化，但未引起重视
处理。因此 ，对水环境进行修复是我国迫切的需要。
⑴污染水体的环境修复
在水环境修复领域，所修复的水体对象是环境的一部分，不可
能建造能将整个修复对象包容进去的处理系统。如果采用传统 治理净化技术，即使对于局部小系统的修复，其运行费用也将 是天文数字。
环境修复≠环境净化
环境有一定的自净能力。污染因子进入环境中，并非一定会 产生污染，而是只有当环境污染因子的载荷量超过了环境净 化容量时才导致污染。
环境中存在各种各样的净化机制 如稀释、扩散、沉降、挥发等物理机制，氧化还原、中和 分解、化合、吸附解吸、离子交换等化学 ( 含物理化学 ) 机制， 有机生命体新陈代谢等生物学机制。这些机制共同作用于环境 致使污染物的数量或性质向有利于环境安全的方向发生改变。
环境污染的物理修复原理
技术优点
操作简单，分离可 具有较高的选择性
局限性 设备类型举例
序批式操作特性， 清晰较为困难 转鼓、转盘、水平 过滤器
价格较贵，设备结 构复杂 固体沉降容器、离 心多孔筐
慢 圆筒形连续粒度分 级机、耙、溢流设 备、刮板、深锥形 浓集器 圆筒形管、有倾口 容器、浮选剂
典型的实验室规模 设备
真空过滤器、压滤 机
环境修复原理与技术
3.4.3 蒸气浸提修复技术应用
浸提技术主要用于挥发性有机卤代物和非卤代物 的修复，通常应用的污染物是那些亨利系数大于 0.01或蒸汽压大于66.66 Pa 的挥发性有机物，有 时也应用于去除环境中的油类、重金属及其有机 物、多环芳烃等污染物。一般来讲，原位蒸气浸 提修复技术运行和维护所需时间由6～12个月不 等，异位蒸气浸提技术通常每批污染土壤的处理 需要4—6个月，而多相浸提修复技术运行周期在 6个月和几年不等。
环境修复原理与技术
a.振动筛原工作理示意图
b. 螺旋富集器横断面
c. 摇床工作原理示意图
图2-6 重力分离设备工作原理示意图
环境修复原理与技术
(4) 脱水分离 ①过滤和压滤
图2-7 自动板框压滤机工作原理示意图
1．主梁 2．滤布 3．固定压板 4．滤板 5．池框 6．活动压板 7．压紧机构 8．洗刷槽
环境修复原理与技术
②沉淀 ③离心
图2-8 一种圆筒型离心机构造及工作原 理示意图
环境修复原理与技术
脱水分离修复的主要技术特征总结
技术 基本原理及影响 因素 过滤 通过多孔介质； 取决于颗粒粒径 压滤 压缩流体通过可 渗透的多孔介质； 颗粒粒径 可处理难以泵送的 泥浆物质，处理国 的固体含水量比较 低 需要高压力，有时 增加流体的阻力 序批式操作、需要 持续的压力 离心 认为重力沉降； 粒径、形状、密度 以及流体密度 处理能力较大，速 度较高 沉淀 重力沉降；犁镜、 形状、密度和流体 密度，可以借助浮 选剂 设备简单、便宜， 处理能力较大
环境修复原理与技术-5 污染环境的植物修复原理
第五章 污染环境的植物修复原理
1
• 5.1概述 • 5.2植物对污染物的修复作用 • 5.3影响植物修复的环境因子 • 5.4有机污染物的植物修复 • 5.5重金属的植物修复 • 5.6放射性核素及富营养化物的植物修复
2
5.1概述
• 5.1.1植物修复的概念和类型
• 植物修复技术：
• 是以植物忍耐和超量积累某种或某些污染物的 理论为基础，利用植物及其根际圈微生物体系的吸 收、挥发、降解和转化作用来消除环境中污染物的 一门环境污染治理技术。具体地说植物修复就是利 用植物本身特有的利用、分解和转化污染物的作用， 利用植物根系特殊的生态条件加速根际圈的微生态 环境中微生物的生长繁殖，以及利用某些植物的特 殊积累与固定能力，提高对环境中某些无机和有机 污染物的脱毒和分解能力。
18
• 局限性 • 1 .需要光、T、水分等适宜的环境条件，及病、虫草
害的影响； • 2.对于污染程度过重、或污染物分布为植物根系所达
13
（4）植物降解修复
• 利用某些植物特有的转化和降解作用去除水体 和土壤中有机污染物质的一种方式。
• 修复途径主要有两个方面：
A 污染物
植物体 木质化作用
植物组织
矿化为CO2和H2O 无毒或毒性小
如：硝基还原酶和树胶氧化酶可以将弹药废物如TNT分解
B 根分泌的物质直接降解根际圈内有机污染物 如：漆酶对TNT（三硝基甲苯）的降解， 脱卤酶对含氯溶剂如TCE（三氯乙烯）的降解等
11
1583年，Cesalpino首次发 现“黑色的岩石”上生长 的特殊植物，1814年， Desvaux将其命名为 Alyssum bertolonii(庭荠属)， 1848年，Minguzzi和 Vergnano测定该植物叶片 含镍高达7900 mg/kg。
1
• 5.1概述 • 5.2植物对污染物的修复作用 • 5.3影响植物修复的环境因子 • 5.4有机污染物的植物修复 • 5.5重金属的植物修复 • 5.6放射性核素及富营养化物的植物修复
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5.1概述
• 5.1.1植物修复的概念和类型
• 植物修复技术：
• 是以植物忍耐和超量积累某种或某些污染物的 理论为基础，利用植物及其根际圈微生物体系的吸 收、挥发、降解和转化作用来消除环境中污染物的 一门环境污染治理技术。具体地说植物修复就是利 用植物本身特有的利用、分解和转化污染物的作用， 利用植物根系特殊的生态条件加速根际圈的微生态 环境中微生物的生长繁殖，以及利用某些植物的特 殊积累与固定能力，提高对环境中某些无机和有机 污染物的脱毒和分解能力。
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• 局限性 • 1 .需要光、T、水分等适宜的环境条件，及病、虫草
害的影响； • 2.对于污染程度过重、或污染物分布为植物根系所达
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（4）植物降解修复
• 利用某些植物特有的转化和降解作用去除水体 和土壤中有机污染物质的一种方式。
• 修复途径主要有两个方面：
A 污染物
植物体 木质化作用
植物组织
矿化为CO2和H2O 无毒或毒性小
如：硝基还原酶和树胶氧化酶可以将弹药废物如TNT分解
B 根分泌的物质直接降解根际圈内有机污染物 如：漆酶对TNT（三硝基甲苯）的降解， 脱卤酶对含氯溶剂如TCE（三氯乙烯）的降解等
11
1583年，Cesalpino首次发 现“黑色的岩石”上生长 的特殊植物，1814年， Desvaux将其命名为 Alyssum bertolonii(庭荠属)， 1848年，Minguzzi和 Vergnano测定该植物叶片 含镍高达7900 mg/kg。
环境修复原理与技术污染环境的植物修复原理课件
生态效益评估
评估植物修复对土壤、水体和生物多 样性的影响，确保修复活动对生态环 境产生积极影响。
经济效益评估
分析植物修复的成本效益，探索降低 修复成本、提高经济效益的途径和方 法。
THANKS
感谢观看
REPORTING
案例
如印度芥菜和向日葵等植物对有机污 染物的降解效果显著，可用于有机污 染土壤的修复。
放射性核素污染的植物修复技术
放射性核素
指具有放射性的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ素，如铀、钚、铯 等。
植物修复原理
利用某些植物对放射性核素的吸收和 固定能力，将放射性核素从土壤中去 除或降低其浓度。
技术方法
包括植物提取、植物稳定和植物挥发 等。
工业区土壤污染的植物修复案例
总结词
工业区土壤污染的植物修复案例主要针对的是由工业 生产活动产生的污染物导致的土壤污染问题。
详细描述
工业区土壤污染通常包括重金属、石油、有机溶剂等污 染物。植物修复技术通过种植对特定污染物具有较强吸 收和富集能力的植物，如向日葵、芦苇等，将这些植物 种植在污染土壤中，利用其根系吸收和积累污染物，并 通过收获植物或利用其分解作用将污染物从土壤中去除 。例如，在某石油泄漏污染场地，种植了大量芦苇，通 过芦苇的吸收和分解作用，成功地降低了土壤中的石油 污染物含量。
未来展望
未来，环境修复将更加注重综合治理和预防措施的结合，推动环境修复与生态建设、资源循环利用的有 机结合，为建设美丽中国和地球家园作出更大的贡献。
PART 02
植物修复原理
REPORTING
植物修复定义
植物修复是指利用植物及其根际微生 物体系，对土壤和地下水中的污染物 进行吸收、降解和去除的过程。
矿山土壤污染的植物修复案例
评估植物修复对土壤、水体和生物多 样性的影响，确保修复活动对生态环 境产生积极影响。
经济效益评估
分析植物修复的成本效益，探索降低 修复成本、提高经济效益的途径和方 法。
THANKS
感谢观看
REPORTING
案例
如印度芥菜和向日葵等植物对有机污 染物的降解效果显著，可用于有机污 染土壤的修复。
放射性核素污染的植物修复技术
放射性核素
指具有放射性的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ素，如铀、钚、铯 等。
植物修复原理
利用某些植物对放射性核素的吸收和 固定能力，将放射性核素从土壤中去 除或降低其浓度。
技术方法
包括植物提取、植物稳定和植物挥发 等。
工业区土壤污染的植物修复案例
总结词
工业区土壤污染的植物修复案例主要针对的是由工业 生产活动产生的污染物导致的土壤污染问题。
详细描述
工业区土壤污染通常包括重金属、石油、有机溶剂等污 染物。植物修复技术通过种植对特定污染物具有较强吸 收和富集能力的植物，如向日葵、芦苇等，将这些植物 种植在污染土壤中，利用其根系吸收和积累污染物，并 通过收获植物或利用其分解作用将污染物从土壤中去除 。例如，在某石油泄漏污染场地，种植了大量芦苇，通 过芦苇的吸收和分解作用，成功地降低了土壤中的石油 污染物含量。
未来展望
未来，环境修复将更加注重综合治理和预防措施的结合，推动环境修复与生态建设、资源循环利用的有 机结合，为建设美丽中国和地球家园作出更大的贡献。
PART 02
植物修复原理
REPORTING
植物修复定义
植物修复是指利用植物及其根际微生 物体系，对土壤和地下水中的污染物 进行吸收、降解和去除的过程。
矿山土壤污染的植物修复案例
2环境修复技术-第二章原理
4、微生物修复的影响因素 营养物质 在营养缺乏的环境中，为了使污染物达到完全降解， 添加适当营养物比接种特殊微生物更加重要，例如N、P营养盐 电子受体 土壤中污染物氧化分解的最终电子受体的种类和浓 度也极大地影响着污染物生物降解的速度和程度。微生物氧化 还原反应的最终电子受体主要包括溶解氧、有机物分解的中间 产物和无机酸根(如硝酸根和硫酸根)。 共代谢基质 微生物的共代谢对一些顽固污染物的降解起着重要 作用，因此共代谢基质对生物修复有重要影响
3、污染物降解的基本反应
氧化作用 包括Fe、S等单质的氧化，NH3、N02-等化合物的 氧化，以及一些如甲基、醛有机物基团的氧化。 还原作用 包括高价铁和硫酸盐的还原、NO3-的还原等，还 原作用需要缺氧或者厌氧(无氧)的环境。
基团转移作用 如脱羧、脱氨、脱卤等。
水解作用 使大分子转变为小分子，如纤维素降解。 此外还有酯化作用、缩合作用、氨化作用、乙酰化作用、双 键断裂反应、卤原子移动、共代谢作用等。
微生物修复技术与方法
图8 微 生物修复工艺实施程序图
作业一：
1、什么是环境?如何分类？
2、环境修复按照修复对象和修复方法分有哪几种类型？ 3、什么是物理修复？特点是什么，有哪几种类型？ 4、什么是化学修复？特点是什么，有哪几种类型？
作业二：
1、什么是环境修复，狭义、广义如何理解？
2、生物修复的特点与原则是什么？ 3、有机污染物进入微生物体的过程有哪些？ 4、什么是植物修复，植物修复的类型有哪些？ 5、用于修复土壤重金属污染的植物应具有的特性是什么？
污染环境的生物修复原理
一、基本知识
1、什么是生物修复
生物修复技术主要是利用生物特有的分解有毒有害物质 的能力，去除污染环境如土壤中的污染物，达到清除环境污 染的目的。 狭义的生物修复通常是指在自然或人工控制的条件下， 利用特定的微生物降解、清除环境中污染物的技术。 广义的生物修复通常是指利用各种生物（包括微生物， 动物和植物）的特性，吸收、降解、转化环境中的污染物， 使受污染的环境得到改善的治理技术。广义的生物修复可以 分为微生物修复、植物修复、动物修复和生态修复四大类。
环境修复原理与技术
环境修复原理与技术1.环境修复原理与技术简介环境修复,就是借助外界的作用力,使环境的某个受损的特定对象的部分或全部恢复成为原来初始的状态. 修复(remediation)本来是工程上的一个概念，顾名思义，它是指借助外界作用力使某个受损的特定对象部分或全部恢复到原初状态的过程。
严格说来，修复包括恢复、重建、改建等三个方面的活动。
恢复(restoration)是指使部分受损的对象向原初状态发生改变；重建(reconstruction)是指使完全丧失功能的对象恢复至原初水平；改建(renewal)则是指使部分受损的对象进行改善，增加人类所期望的“人造”特点，减小人类不希望的自然特点。
污染环境的修复技术包括物理方法、化学方法和生物方法等三大类。
其中生物修复方法已成为环境保护技术的重要组成部分。
生物修复是利用生物的生命代谢活动减少存于环境中有毒有害物质的浓度或使其完全无害化，使污染了的环境能部分或完全恢复到原始状态的过程。
包括：1.污染土壤的生物修复。
2.污染河流的生物修复。
3.污染湖泊的生物修复。
4.污染地下水的生物修复。
5.污染海洋的生物修复。
6.污染大气的生物修复。
7.固体废物污染的生物修复。
生物修复（Bioremedia tion）是环境工程领域刚刚兴起的一门新技术，用一种或多种微生物来降解土壤中的有机毒物，如农药、石油烃类和有机磷、有机氯等，使这类物质变成无毒的或变成二氧化碳，这个过程国际上叫“生物修复工程”。
目前已成功应用于土壤、地下水、河道和近海洋面的污染治理。
广义的生物修复，指一切以利用生物为主体的环境污染的治理技术。
它包括利用植物、动物和微生物吸收、降解、转化土壤和水体中的污染物，使污染物的浓度降低到可接受的水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质，也包括将污染物稳定化，以减少其向周边环境的扩散。
一般分为植物修复、动物修复和微生物修复三种类型。
根据生物修复的污染物种类，它可分为有机污染生物修复和重金属污染的生物修复和放射性物质的生物修复等。