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1、第1页/共44页水污染的种类水污染的种类有机物污染有机物污染重金属污染重金属污染氮磷富营养化物氮磷富营养化物第2页/共44页第3页/共44页第4页/共44页澳大利亚大堡礁因环境污染正在消亡澳大利亚大堡礁因环境污染正在消亡第5页/共44页水体的生物修复水体的生物修复指生物特别是微生物催化降解有机污染物，从而指生物特别是微生物催化降解有机污染物，从而去处或消除环境污染的一个受控的过程，即利用去处或消除环境污染的一个受控的过程，即利用培育的植物或培养、接种的微生物的生命活动，培育的植物或培养、接种的微生物的生命活动，对水中污染物进行转移、转化及降解，从而使水对水中污染物进行转移、转化及降解，从而使水
2、体得到净化的技术。体得到净化的技术。第6页/共44页广义的生物修复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。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。向周边环境的扩散。第7页/共44页狭义的生物修复狭义的生物修复是指通过微生物的
3、作用清除土壤和水体中的污染是指通过微生物的作用清除土壤和水体中的污染物，或是使污染物无害化的过程。它包括自然的物，或是使污染物无害化的过程。它包括自然的和人为控制条件下的污染物降解或无害化过程。和人为控制条件下的污染物降解或无害化过程。第8页/共44页对于修复的主体而言分为对于修复的主体而言分为：植物修复植物修复动物修复动物修复微生物修复微生物修复第9页/共44页对于修复受体，生物修复技术被划分为：对于修复受体，生物修复技术被划分为：原位微生物修复：指对受污染的介质（土壤、原位微生物修复：指对受污染的介质（土壤、水体）不作搬运或输送而在原位污染地进水体）不作搬运或输送而在原位污染地进行的生物修
4、复处理，其修复过程主要依赖行的生物修复处理，其修复过程主要依赖于被污染地自身微生物的自然降解能力和于被污染地自身微生物的自然降解能力和人为创造的合适降解条件。人为创造的合适降解条件。异位生物修复：指植被污染介质（土壤、水异位生物修复：指植被污染介质（土壤、水体）搬动或输送到它处进行生物修复处理。体）搬动或输送到它处进行生物修复处理。但这里的搬动和输送是低限底的，而且更但这里的搬动和输送是低限底的，而且更强调人为控制和创造更加优化的降解环境。强调人为控制和创造更加优化的降解环境。联合生物修复联合生物修复:是一种结合原位生物修复和是一种结合原位生物修复和异位生物修复能够扬长避短异位生物修复能够扬长
5、避短,是在当今环境是在当今环境修复中应用较广泛的生物修复措施。修复中应用较广泛的生物修复措施。第10页/共44页生物修复技术的优点生物修复技术的优点污染物在原地被降解；污染物在原地被降解；修复时间较短；修复时间较短；就地处理操作简便，对周围环境干扰少；就地处理操作简便，对周围环境干扰少；较少的修复金费，仅为传统化学、物理修复金费的较少的修复金费，仅为传统化学、物理修复金费的30%50%；人类直接暴露在这些污染物下的机会减少；人类直接暴露在这些污染物下的机会减少；不产生二次污染，遗留问题少。不产生二次污染，遗留问题少。第11页/共44页生物修复的局限性生物修复的局限性不能降解所有进入环境的污染物
6、不能降解所有进入环境的污染物需对污染区的状况和存在的污染物进行详细而昂贵的现场调查需对污染区的状况和存在的污染物进行详细而昂贵的现场调查特定的微生物只降解特定类型的化学物质特定的微生物只降解特定类型的化学物质微生物活性受温度和其他环境条件影响微生物活性受温度和其他环境条件影响生物修复不能将污染物全部去处生物修复不能将污染物全部去处第12页/共44页水体修复的主要处理方法水体修复的主要处理方法生物处理技术生物处理技术生态塘生态塘(氧化塘氧化塘)处理法处理法人工湿地处理技术人工湿地处理技术土地处理技术土地处理技术第13页/共44页污染河流的生物修复污染河流的生物修复强化自然净化修复：通过采取措施，
7、向河流输送强化自然净化修复：通过采取措施，向河流输送某种形式的能量或物质，强化河流的自我净化过某种形式的能量或物质，强化河流的自我净化过程，加快河流的修复程，加快河流的修复,是一类原位修复技术。是一类原位修复技术。第14页/共44页常用的几种技术：常用的几种技术：河流水体曝气复氧技术河流水体曝气复氧技术多功能河道生态工程修复技术多功能河道生态工程修复技术生物试剂添加技术（投菌法）生物试剂添加技术（投菌法）第15页/共44页其他几种修复其他几种修复陆地生态修复陆地生态修复水生生态修复水生生态修复湿地生态修复湿地生态修复第16页/共44页新泾港河道曝气复氧生物修复试验新泾港河道曝气复氧生物修复试验
8、新泾港是苏州河的一条支流，水新泾港是苏州河的一条支流，水体受有机物严重污染并呈黑臭。体受有机物严重污染并呈黑臭。上海市环科院于上海市环科院于1998年年1112月月在河道内三个断面各设置一个曝在河道内三个断面各设置一个曝气点进行水体曝气复氧生物修复气点进行水体曝气复氧生物修复试验。试验。结果表明人工曝气复氧可大大提结果表明人工曝气复氧可大大提高原先呈厌氧水体的溶解氧高原先呈厌氧水体的溶解氧，从，从而刺激降解有机物的好氧土著菌而刺激降解有机物的好氧土著菌的生长。的生长。第17页/共44页广州河道生物修复成功案例黑臭河道水体：朝阳涌 古廖涌 应用技术：底泥生物氧化 水体生物修复 河涌生态恢复第18
9、页/共44页修复后修复后第19页/共44页上海徐汇区上澳塘水体生物修复试验上海徐汇区上澳塘水体生物修复试验试验采用美国试验采用美国ProbioticSolutions公司的水体净化促生液，对徐汇区公司的水体净化促生液，对徐汇区上澳塘黑臭水体进行生物修复。上澳塘黑臭水体进行生物修复。结果表明，该净化促生液具有促进水体好氧洁净状态生态系统各类微生结果表明，该净化促生液具有促进水体好氧洁净状态生态系统各类微生物的生长，及向良性生态区系演替的作用，可促进污染水体中微生物由物的生长，及向良性生态区系演替的作用，可促进污染水体中微生物由厌氧向好氧演替，生物由低等向高等演替，水体中生物多样性增加；同厌氧向好
10、氧演替，生物由低等向高等演替，水体中生物多样性增加；同时，还可促进水体中有机物的降解，并有助于水体增氧，可有效地消除时，还可促进水体中有机物的降解，并有助于水体增氧，可有效地消除水体黑臭。水体黑臭。第20页/共44页水体净化促生液（水体净化促生液（Bio-energizer），其含），其含有降解污染物的多种酶，以及促进微生物生长有降解污染物的多种酶，以及促进微生物生长的有机酸、微量元素、维生素等成分。的有机酸、微量元素、维生素等成分。在投加到受污染水体中后，酶可立即发挥作用，在投加到受污染水体中后，酶可立即发挥作用，迅速将各类污染物降解成迅速将各类污染物降解成CO2、H2O等无机等无机物，达到
11、稳定化的目的，并使水体内污染物的物，达到稳定化的目的，并使水体内污染物的耗氧量大大下降。耗氧量大大下降。其后，河道中天然存在的污染物降解微生物其后，河道中天然存在的污染物降解微生物（或称土著微生物）利用促生液中微量元素、（或称土著微生物）利用促生液中微量元素、维生素及污染物降解中间产物小分子有机物迅维生素及污染物降解中间产物小分子有机物迅速生长，使残存的有机物继续降解，有机物分速生长，使残存的有机物继续降解，有机物分解后释放的解后释放的N、P等营养会同促生液中的微量等营养会同促生液中的微量元素及维生素等又可促进水体中藻类的生长，元素及维生素等又可促进水体中藻类的生长，藻类在光照下进行光合作用释
12、放的氧大大加速藻类在光照下进行光合作用释放的氧大大加速了黑臭、缺氧水体的天然复氧作用。了黑臭、缺氧水体的天然复氧作用。第21页/共44页结果使河道水体的复氧作用大于耗氧作用，结果使河道水体的复氧作用大于耗氧作用，河水中溶氧水平逐渐恢复。溶解氧的出现河水中溶氧水平逐渐恢复。溶解氧的出现和升高又有助于好氧微生物区系的建立，和升高又有助于好氧微生物区系的建立，有利于污染物在好氧条件下的彻底降解，有利于污染物在好氧条件下的彻底降解，并刺激了摄食藻类的微型动物、甚至鱼类并刺激了摄食藻类的微型动物、甚至鱼类的恢复和生长，它们可使过高的藻类密度的恢复和生长，它们可使过高的藻类密度得以降低。得以降低。由上可见
13、，污染水体在投加水体净化促生由上可见，污染水体在投加水体净化促生液后，可加速污染水体净化过程中微生物液后，可加速污染水体净化过程中微生物及生物的演替，直接（依靠酶）或间接及生物的演替，直接（依靠酶）或间接（借助于放氧光合生物产生的氧）地在生（借助于放氧光合生物产生的氧）地在生物的作用下使污染物得以降解，转化成物的作用下使污染物得以降解，转化成CO2、H2O等稳定的无机物，增加了水等稳定的无机物，增加了水体中生物的多样性，并使河道水体建立起体中生物的多样性，并使河道水体建立起一个在洁净水体中才能见到的良性循环的一个在洁净水体中才能见到的良性循环的生态系统。生态系统。第22页/共44页湖泊的生物修
14、复湖泊的生物修复现状现状我国湖泊水污染已相当严重，主要表现是我国湖泊水污染已相当严重，主要表现是“富营养化富营养化”。已有约。已有约65%的湖泊呈现富营养状态，还有约的湖泊呈现富营养状态，还有约29%正在转向富营养状态。湖泊水的污染不仅仅影响水体的功能例如供应生活用水，以及危害水生生物，而且正在转向富营养状态。湖泊水的污染不仅仅影响水体的功能例如供应生活用水，以及危害水生生物，而且正在导致湖泊本身的消亡。正在导致湖泊本身的消亡。第23页/共44页常用的修复方法：常用的修复方法：富营养化的微生物修复富营养化的微生物修复富营养化的水生植被修复富营养化的水生植被修复富营养化的生物操纵修复富营养化的生
15、物操纵修复富营养化的底泥环境疏浚修复富营养化的底泥环境疏浚修复第24页/共44页一一.富营养化的微生物修复富营养化的微生物修复深水曝气修复深水曝气修复指向湖泊中进行人工复氧。指向湖泊中进行人工复氧。生物试剂添加修复生物试剂添加修复向污染的湖泊中投加人工培育的向污染的湖泊中投加人工培育的活性微生物，活性微生物，强化河流有机物的降解。强化河流有机物的降解。第25页/共44页河湖富营养化的重要特征是水体上层好氧，下层缺氧。通过一定的增氧河湖富营养化的重要特征是水体上层好氧，下层缺氧。通过一定的增氧设备，增加水体溶解氧，能加速河湖水体和底泥微生物对污染物分解，设备，增加水体溶解氧，能加速河湖水体和底泥
16、微生物对污染物分解，为水体中各种水生动物呼吸提供氧气，促进系统生物多样性。为水体中各种水生动物呼吸提供氧气，促进系统生物多样性。水体曝气复氧一般采用固定式充氧站和移动式充氧平台两种形式，可以水体曝气复氧一般采用固定式充氧站和移动式充氧平台两种形式，可以充空气，也可以进行纯氧曝气。湖泊多采用深层曝气，目前我国在城市充空气，也可以进行纯氧曝气。湖泊多采用深层曝气，目前我国在城市水环境治理中应用较多的是纯氧增氧曝气船。人工增氧是城市水环境生水环境治理中应用较多的是纯氧增氧曝气船。人工增氧是城市水环境生物修复的重要措施，被广泛应用于黑臭河道和水体富营养化治理，取得物修复的重要措施，被广泛应用于黑臭河道
17、和水体富营养化治理，取得了许多成功案例。了许多成功案例。第26页/共44页深水曝气修复的原理深水曝气修复的原理在不改变水体分层的状态下提高溶解氧的浓度在不改变水体分层的状态下提高溶解氧的浓度改善冷水鱼类的生活环境和增加食物供给改善冷水鱼类的生活环境和增加食物供给改善泥界面厌氧环境为好氧条件，降低内源性磷改善泥界面厌氧环境为好氧条件，降低内源性磷的负荷的负荷降低氨氮，铁，锰等离子性物质的浓度降低氨氮，铁，锰等离子性物质的浓度第27页/共44页深水曝气的方式深水曝气的方式机械搅拌（成本高，效率低）机械搅拌（成本高，效率低）注入纯氧（效率高，但容易引起深层水与表层水混层）注入纯氧（效率高，但容易引起
18、深层水与表层水混层）注入空气（成本最低而效果最好，应用的最多）注入空气（成本最低而效果最好，应用的最多）第28页/共44页从实际应用情况来看从实际应用情况来看曝气系统能够有效地增加水层的溶解氧，同时氨氮和硫化氢能够得到降低，厌氧环境可以转变为好氧环境。曝气系统能够有效地增加水层的溶解氧，同时氨氮和硫化氢能够得到降低，厌氧环境可以转变为好氧环境。但内源性磷的控制效果不稳定，停止曝气就恢复到原来的水平。因此，对富营养现象的改善或对藻类生长但内源性磷的控制效果不稳定，停止曝气就恢复到原来的水平。因此，对富营养现象的改善或对藻类生长的空制不如预期的理想。的空制不如预期的理想。第29页/共44页研究发现
19、研究发现曝气会影响水体生物，深层水由由于从厌氧转变为好氧，相应生物种类分发生比较大的变化。曝气会影响水体生物，深层水由由于从厌氧转变为好氧，相应生物种类分发生比较大的变化。如增加了食草生物的生存空间，某些大型食草生物的增加有助于控制藻类等富营养化生物的生长。如增加了食草生物的生存空间，某些大型食草生物的增加有助于控制藻类等富营养化生物的生长。曝气可能有着更深远的作用。曝气可能有着更深远的作用。第30页/共44页二二.富营养化的水生植被修复富营养化的水生植被修复湖泊水生植被的恢复是湖泊环境综合治理的一个重要环节。对于浅水湖泊而言，重建水生植被是富营养化湖泊水生植被的恢复是湖泊环境综合治理的一个重
20、要环节。对于浅水湖泊而言，重建水生植被是富营养化治理和湖泊生态恢复的重要措施。治理和湖泊生态恢复的重要措施。我国许多城市湖泊，游览型湖泊和水源型湖泊已经过治理，但尚没有湖泊脱离富营养水平，关键在于缺乏我国许多城市湖泊，游览型湖泊和水源型湖泊已经过治理，但尚没有湖泊脱离富营养水平，关键在于缺乏水生植被的恢复环节。水生植被的恢复环节。第31页/共44页水生植物可以显著提高富营养水体的水质，对有毒的有机污染也有明水生植物可以显著提高富营养水体的水质，对有毒的有机污染也有明显的净化作用。恢复以沉水植物为主的水生植被是合理有效的水质净显的净化作用。恢复以沉水植物为主的水生植被是合理有效的水质净化和生态系
21、统恢复的重要措施。化和生态系统恢复的重要措施。第32页/共44页水生植被的优化设计水生植被的优化设计先锋物种的选择先锋物种的选择先锋物种的选择是对水生植物生物先锋物种的选择是对水生植物生物学特性，耐污性，对学特性，耐污性，对N，P出去能力等的出去能力等的研究基础上，筛选出几种具有一定耐受性研究基础上，筛选出几种具有一定耐受性的，能适应湖泊水质现状的物种作为恢复的，能适应湖泊水质现状的物种作为恢复的先锋物种同时为水生植物群落恢复提供的先锋物种同时为水生植物群落恢复提供建群物种。建群物种。1物种选择原则物种选择原则适应性原则适应性原则本土性原则本土性原则强净化能力原则强净化能力原则可操作性原则可操
22、作性原则2确定植物种类确定植物种类第33页/共44页第34页/共44页群落配置群落配置群落配置就是通过人为设计，将欲恢复重群落配置就是通过人为设计，将欲恢复重建的水生植物群落，根据环境条件和群落特建的水生植物群落，根据环境条件和群落特性按一定的比例在空间分布和时间分布方面性按一定的比例在空间分布和时间分布方面进行安排，高效运行达到恢复目标，即净化进行安排，高效运行达到恢复目标，即净化水质，形成稳定可持续利用的生态系统。水质，形成稳定可持续利用的生态系统。1水平空间配置水平空间配置指在湖泊不同的受污染水域或湖区上指在湖泊不同的受污染水域或湖区上配置不同的植物群落。配置不同的植物群落。2垂直空间配
23、置垂直空间配置水生植物的生长和分布与水深有密切水生植物的生长和分布与水深有密切的关系，有的植物只能分布在浅水区，有的的关系，有的植物只能分布在浅水区，有的则在深水区则在深水区。第35页/共44页水生植物能够不同程度地清除被污染水体水生植物能够不同程度地清除被污染水体的氮、磷，重金属及有机污染物，并在污的氮、磷，重金属及有机污染物，并在污水治理中得到了广泛的应用。通过分析水水治理中得到了广泛的应用。通过分析水生植物对水中氮、磷等营养元素和污染物生植物对水中氮、磷等营养元素和污染物的吸收及分解作用，可选择不同的水生植的吸收及分解作用，可选择不同的水生植物及其组合来适应不同的受污染水体。还物及其组合
24、来适应不同的受污染水体。还可通过控制水生植物的数量来调控净化能可通过控制水生植物的数量来调控净化能力的大小，以修复受污染水体并保持水质。力的大小，以修复受污染水体并保持水质。科学的管理和转化利用是治理的关键。适科学的管理和转化利用是治理的关键。适量的水葫芦生长有利于水质的净化，在水量的水葫芦生长有利于水质的净化，在水葫芦长到适当时就需要打捞，并通过发酵葫芦长到适当时就需要打捞，并通过发酵转化等技术将其转化利用，防止其腐烂造转化等技术将其转化利用，防止其腐烂造成的二次污染。沉水植物的治理对湖泊生成的二次污染。沉水植物的治理对湖泊生态系统有着重大影响，但如果缺乏反馈机态系统有着重大影响，但如果缺乏
25、反馈机制结果会更恶劣制结果会更恶劣。第36页/共44页三三.富营养化的生物操纵修复富营养化的生物操纵修复生物操纵技术的基本概念，最早由生物操纵技术的基本概念，最早由Shapiro提出提出来的。它的基本概念，就是利用调整生物群落结来的。它的基本概念，就是利用调整生物群落结构的方法控制水质；其主要原理是调整鱼群结构，构的方法控制水质；其主要原理是调整鱼群结构，保护和发展滤食性的浮游动物，从而控制藻类的保护和发展滤食性的浮游动物，从而控制藻类的过度生长；其核心是利用浮游动物滤食浮游藻类，过度生长；其核心是利用浮游动物滤食浮游藻类，增加水体透明度。增加水体透明度。第37页/共44页实践证明实践证明鳙、
26、鲢鱼和螺、蚌等底栖动物有鳙、鲢鱼和螺、蚌等底栖动物有滤食浮游藻类或刮食着生藻类的滤食浮游藻类或刮食着生藻类的作用，通过增加消费者规模，加作用，通过增加消费者规模，加快生产者消耗速度，促进河湖生快生产者消耗速度，促进河湖生态系统物质循环，还可通过对鱼态系统物质循环，还可通过对鱼类等捕获，将类等捕获，将N N、P P营养盐和有机营养盐和有机污染物移出河湖生态系统。生物污染物移出河湖生态系统。生物操纵技术已被应用于湖泊富营养操纵技术已被应用于湖泊富营养治理，并取得了一定效果。治理，并取得了一定效果。第38页/共44页四四.富营养化的底泥疏浚修复富营养化的底泥疏浚修复底泥疏浚是清除江河湖库内源污染的重
27、要措施底泥疏浚是清除江河湖库内源污染的重要措施,其其疏浚方案的制定有其重要的内涵疏浚方案的制定有其重要的内涵,应对疏挖深度、应对疏挖深度、疏挖形式、疏浚设备、底泥处置等问题给予科学疏挖形式、疏浚设备、底泥处置等问题给予科学的分析的分析,真正实现通过疏浚改善水环境的目标真正实现通过疏浚改善水环境的目标,并能并能为进一步修复和重建良好的水生态系统创造条件为进一步修复和重建良好的水生态系统创造条件.第39页/共44页目前我国水环境生物修复存在的问题目前我国水环境生物修复存在的问题重水体生物修复而忽视底泥生物修复重水体生物修复而忽视底泥生物修复重外源微生物投放而忽视土著微生物激活重外源微生物投放而忽视
28、土著微生物激活重单一措施而忽视综合处理重单一措施而忽视综合处理重污染源控制而忽视水环境生态恢复重污染源控制而忽视水环境生态恢复第40页/共44页生物修复技术水环境治理应用探讨生物修复技术水环境治理应用探讨水环境调查是基础水环境调查是基础启动水体的生态系统功能是关键启动水体的生态系统功能是关键激活土著微生物活性是核心激活土著微生物活性是核心水体生态恢复是保障水体生态恢复是保障第41页/共44页生物修复是一个跨学科的领域，需要化生物修复是一个跨学科的领域，需要化学、微生物学、生物化学、毒理学、环境学、微生物学、生物化学、毒理学、环境工程学、土壤学、水文地质学、植物学、工程学、土壤学、水文地质学、植物学、生态学等多学科的综合知识。生态学等多学科的综合知识。针对不同水环境，采用不同的技术组合，针对不同水环境，采用不同的技术组合，进行生物修复和生态治理。因此，设想依进行生物修复和生态治理。因此，设想依靠某种微生物制剂的投放、或者单纯的人靠某种微生物制剂的投放、或者单纯的人工增氧措施治理城市水环境是不现实的，工增氧措施治理城市水环境是不现实的，单一措施不可能解决水环境污染的问题。单一措施不可能解决水环境污染的问题。参考陈玉成刘军 刘斌 秦启伟 张爱清 第42页/共44页谢谢！谢谢！第43页/共44页谢谢您的观看！第44页/共44页