环境污染的生物防治资料

,单击此处编辑母版标题样式,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,环境污染的生物防治资料,二、,水污染的生物防治,内容提要,一、,大气污染的生物防治,三、,土壤污染的生物防治,2,一、大气污染的生物防治,一绿色植物防治CO2污染,二绿色植物对有害气体的吸收作用,三绿色植物的减尘滞尘作用,四绿色植物的杀菌作用,五植物对大气中放射性物质污染的净化作用,六植物对居室内空气的净化,3,一绿色植物防治CO2污染,绿色植物既是环境中,O,2,的主要制造者，又是,CO,2,的主要消耗者。,CO,2,是植物光合作用的主要原料。在高产作物中，生物产量的,90%,取自空气中的,CO,2,，,5-10%,来自土壤。,植物叶片形成,1g,葡萄糖需要消耗,2500L,空气中所含的,CO,2,，而形成,1kg,葡萄糖，就必须吸收,250,万,L,空气中所含的,CO,2,，每年被地球上全部植被所吸收的,CO,2,为,10,12,t,。,4,一绿色植物防治CO2污染,通常，1hm2阔叶林在生长季节内，通过光合作用，一天可吸收1t CO2，释放出0.73 t O2。以一个成年人每天呼吸需0.75kg O2，排出0.9 kg CO2计，每人需要有10m2森林面积。,一块生长良好的草坪，在进展光合作用时，每平方米每小时可吸收1.5g CO2，每人每小时呼出的CO2约为38g，因此，白天25m2的草坪就可以把一个人呼出的CO2全部吸收。加上晚间植物呼吸作用所增加的CO2，那么每人50m2的草坪就可维持二氧化碳的平衡。,5,二绿色植物对有害气体的吸收作用,1对SO2的吸收作用,某些植物叶片不仅能吸收大气中的SO2，减少其含量，而且还能使吸入叶片的SO2形成亚硫酸和亚硫酸根离子毒性很强，而亚硫酸根离子能被植物氧化，并转变为硫酸根离子，其毒性比亚硫酸根离子小30倍，所以这类植物能自行解毒，将有毒物转化为无毒物。,6,二绿色植物对有害气体的吸收作用,1对SO2的吸收作用,一般植物叶片中硫的含量为0.1-0.3%干重左右，柑橘的叶片积累硫可达0.77%以上，1hm2柑橘树每年能吸收1.4t SO2。, 1hm2柳杉林每年能吸收720 kg SO2。,污染源附近的松林叶中含硫量为0.6-0.8%，而非污染源地区仅含0.1%，说明松树有吸收硫的能力。,7,二绿色植物对有害气体的吸收作用,1对SO2的吸收作用,人们在长期实践中，通过实验、观察、分析得知，吸硫能力较强的常见树种即1g干叶能吸收10 mg以上硫有：垂柳、山渣、洋槐、臭椿、苹果、刺槐、桃树、兰桉、丁香、枣树、玫瑰、夹竹桃等。,8,二绿色植物对有害气体的吸收作用,2对光化学烟雾的防治作用,光化学烟雾是由汽车使用的汽油等化石燃料，经燃烧并与空气中的氮气反响生成NO2、NO等NOx、HC和CO等污染物，在阳光照射下发生一系列光化学反响所形成的一种刺激性、浅蓝色的混合性烟雾，其中主要含有O3约占90% 和PAN等氧化剂。,9,二绿色植物对有害气体的吸收作用,2对光化学烟雾的防治作用,光化学烟雾对人的眼睛和呼吸道有很明显的刺激作用，可使呼吸系统疾病加重。1955年发生在美国洛杉矶市的光化学烟雾事件中，4d内就造成400余位65岁以上老人死亡。,最近，有报告称，NO2分子可与DNA碱基反响，碱基的构造将被修饰，因此，NOx具有致癌性和突变诱发性。,10,二绿色植物对有害气体的吸收作用,2对光化学烟雾的防治作用,植物具有利用光能将NO2复原同化为氨基酸的能力，有利用NO2生产氮肥的能力。对NO2同化能力强的植物是野生菊科的某些植物，如赤桉、金合欢等。,绿色植物对CO和NO也有较强的吸收作用；冬青、法国梧桐、洋槐、刺槐、银杏等对光化学烟雾产生的O3有较强的吸收能力。,11,二绿色植物对有害气体的吸收作用,3对氯气的吸收作用, Cl2对植物的毒害作用比SO2强，据有关人工熏气实验说明，与SO2浓度一样时，Cl2对植物的危害程度约为SO2的3倍。,植物对Cl2具有一定的吸收和积累能力，多数植物叶片中Cl含量在之间。据测定，以下几种树木每公顷林地的吸氯量分别为：桎树140kg，皂荚80kg，刺槐42kg，银桦35 kg，兰桉32.5 kg，华山松30 kg，垂柳9 kg。实验证明，吸氯量高的树种有京桃、山杏、糖槭、家榆、紫椴、山梨、水榆、山楂、白桦等。,12,二绿色植物对有害气体的吸收作用,4,对氟化物的吸收作用,氟化物主要有氟化氢、四氟化硅、氟硅酸及氟化钙等，其中排放量大、毒性最强的是氟化氢。,HF,对人体的危害比,SO,2,约强,20,倍，比,Cl,2,大,5,倍。,据研究，植物体本身含有一定量的氟元素，大多数植物的含氟量在,10-35mg/kg,。吸氟量高的树种有：枣树、榆树、桑树、山杏等。,13,二绿色植物对有害气体的吸收作用,5,对重金属和其他有害气体的吸收,植物能吸收,Pb,蒸气，通过气孔呼吸可将,Pb,蒸气污染物吸滞降解，从而起到对大气污染的净化作用。,吸铅量高的树种有桑树、榆树、旱树、梓树。正常植物灰分中大约含,Pb 10-100 mg/kg,，而公路附近接触过含,Pb,废气的植物，其灰分中,Pb,含量可达,1000 mg/kg,。,14,二绿色植物对有害气体的吸收作用,5,对重金属和其他有害气体的吸收,许多植物能吸收,NH,3,，如大豆、向日葵、玉米和棉花等。生长在含有,NH,3,的空气中的林木，特别是蝶形花科树种，能直接吸收空气中的,NH,3,，以满足本身所需要的总氮量的,10-20%,。,15,二绿色植物对有害气体的吸收作用,5对重金属和其他有害气体的吸收,有些植物不仅在汞蒸气的环境下生长良好，不受危害，而且能吸收一局部汞蒸气。棕榈等有较强富集汞的能力，各部位对汞吸收量呈现叶茎根。,上海市某地区测定以下植物对汞的吸收量分别为：夹竹桃Hg 96(g/g干重)，棕榈84，樱花60，桑树60，大叶黄杨52，八仙花22，美人蕉，紫荆，广玉兰，桂花，腊梅所有对照植物中都不含Hg。,16,三绿色植物的减尘滞尘作用,林木的减尘作用表现在两个方面：,林木树冠茂密，具有强大的降低风速的作用，随着风速的降低，空气中携带的烟尘和较大粉尘迅速降落到树木的叶片或地面上；,不同树木叶片外表的构造不同，有的植物树叶外表粗糙多绒毛，有的植物叶片还能分泌粘性油脂及汁液，空气中的颗粒物在经过树木时，便被附着于叶面及枝叶上。,17,三绿色植物的减尘滞尘作用,草皮的减尘作用也很重要。由于其根茎与土表严密结合，形成地被，不仅固定地表尘土，而且在草坪上沉积了各种尘埃，有风时也不容易出现二次扬尘，对减尘有特殊成效。羊胡子草、狗牙根、早熟禾、紫羊茅、黑麦草等均是良好的草坪防尘植物。,18,四绿色植物的杀菌作用,通常，空气中的尘埃上附有不少细菌，其中不少还是对人体有害的病菌。城市空气中通常存在杆菌,37,种，球菌,26,种、丝状菌,20,种，芽生菌,7,种，另外还有多种病菌。,在林区，大气中的尘埃少，各种细菌数量也少，这是由于绿色植物的减尘作用，因而也就减轻了空气中的细菌含量。,同时，某些树木还能分泌挥发性杀菌物质，即植物杀菌素，如丁香酚、松脂、肉桂油等，具有杀菌能力。洋葱、大蒜的碎糊能杀死葡萄球菌、链球菌和其他细菌。,19,四绿色植物的杀菌作用,根据有关部门测定：在人流稀少的绿化带和公园中，空气中的细菌量一般为1000-5000个/m2，在公共场所或闹市区，空气中的细菌含量高达20000-50000个/m2，根本没有绿化的闹市区比行道树枝繁叶茂的闹市区空气中的细菌量要高倍左右。,油松、核桃、白皮松、云杉、紫薇、侧柏、梧桐、茉莉、旱柳、花椒、毛白杨等树种均是杀菌能力较强且适宜城市种植的树种。,20,五植物对大气中放射性物质污染的净化作用,美国科学家做过实验，用不同剂量的中子/伽玛混合辐射照射5块栎树林，发现剂量在15Gy戈瑞，即J/kg，1Gy=100rad以下时，树木可以吸收而不影响枝叶生长；剂量为40Gy时，对枝叶生长量有影响；当剂量超过150Gy时，枝叶大量减少。而酸叶树，在中子/伽玛混合辐射剂量超过1500 Gy时仍能正常生长。实验说明，森林可减低入侵放射物质30-60%。,21,六植物对居室内空气的净化,据调查，人们在家的时间平均达66%，加上在办公室工作的时间，在室内停留的时间总计到达94%，因此，室内空气质量直接关系到人们的安康。据美国环境保护局EPA调查，各种建材造成的污染是一般室内污染的2-5倍。,通过对各种生物功能的研究，发现室内观叶植物的净化能力最强。观叶植物的叶面气孔可强烈吸收大气中的甲醛。呼吸率高的植物，如钻天杨、刺槐、鸡爪槭对甲醛的吸收率也高，不同树种的甲醛吸收率为落叶阔叶树常绿阔叶树针叶树。,22,六植物对居室内空气的净化,室内最适宜养的一些花草，如龟背竹，其夜间能大量吸收,CO,2,，另外，仙人掌、仙人球、昙花等仙人掌科植物，兰科的各种兰花，石蒜科的君子兰、水仙，景天科的紫荆花都有这种奇特功能。,美人蕉对,SO,2,有很强的吸收性能。,室内摆一两盆石榴能降低空气中的,Pb,含量，还能吸收,S,、,HF,、,Hg,等；,月季、蔷薇能较多地吸收,H,2,S,、,HF,、苯酚、乙醚等有害气体。,23,六植物对居室内空气的净化,吊兰、芦荟可消除甲醛的污染。,紫薇、茉莉、柠檬等植物，可以杀死原生菌，如白喉菌、痢疾菌等；茉莉、蔷薇、石竹、紫罗兰、玫瑰、桂花等植物散发出的香味对结核杆菌、肺炎球菌、葡萄球菌的生长繁殖具有明显的抑制作用。,兰花、桂花、红背桂是天然的除尘器，其纤毛能截留并吸滞空气中漂浮的微粒及烟尘。,24,二、水污染的生物防治,一活性污泥法,二生物膜法,三厌氧生物处理法,四氧化塘法,五土地处理系统,六建立良好水生生态系统,25,一活性污泥法,活性污泥法的根本原理,26,活性污泥法的根本流程,曝气池曝气,沉淀池泥水别离,出水,进水,剩余污泥,回流污泥,27,二生物膜法,28,三厌氧生物处理法,29,四氧化塘法,30,五土地处理系统,土地处理系统Land Treatment System,利用土地及其中的微生物和植物根系对污染物的净化能力来处理已经经过预处理的污水或废水，同时利用其中的水分和肥分促进农作物、牧草或树木生长的工程设施。,31,六建立良好水生生态系统,经典生物操纵 非经典生物操纵,32,三、土壤污染的生物防治,一土壤污染的根本特点,二土壤自净作用与土壤环境容量,三污染土壤的植物修复技术,四污染土壤的微生物修复技术,33,一土壤污染的根本特点,1,隐蔽性与滞后性,2,累积性与地域性,3,不可逆转性,4,治理难且周期长,34,1,隐蔽性与滞后性,水体污染常常肉眼就容易辨识，大气污染在到达一定程度时通过感官就能觉察。但是，土壤环境污染却往往要通过对土壤样品进展分析化验和对粮食、蔬菜、水果的残留物检测以及对摄食的人或动物的安康检查才能提醒出来，即土壤污染而且土壤从产生污染到其危害被发现通常会滞后较长时间。,35,2,累积性与地域性,污染物在大气和水体中，一般是随着气流和水流进展长距离迁移。在土壤中并不象在大气和水体中那样容易扩散和稀释，因此容易不断积累而到达很高的浓度，从而使土壤污染具有很强的地域性特点。,36,3,不可逆转性,大气和水体如果受到污染，切断污染源之后通过稀释作用和自净作用就有可能使污染不断减轻，但是难降解污染物积累在土壤中那么很难靠稀释作用和自净作用来消除，并且对生物体的危害和对土壤生态系统构造与功能的影响不容易恢复。,37,4,治理难且周期长,土壤环境一旦被污染，仅仅依靠切断污染源的方法往往很难自我恢复，必须采用各种有效的治理技术才能消除现实污染。但是，从目前现有的治理方法来看，仍然存在治理本钱较高和周期较长的矛盾。,38,二土壤自净作用与土壤环境容量,土壤自净作用，即土壤的自然净化作用，是指在自然因素的作用下，通过土壤自身的作用，使污染物在土壤中的数量、浓度或毒性、活性降低的过程。,按作用机理的不同，土壤自净作用可划分为物理净化作用、物理化学净化作用、化学净化作用和生物净化作用等四个方面。,39,物理净化作用,土壤是一个多相的疏松多孔体，犹如天然的大过滤器。固相中的各类胶态物质土壤胶体又具有很强的外表吸附能力。因而，进入土壤中的难溶性固体污染物可被土壤机械阻留。,可溶性污染物可被土壤水分稀释，减少毒性，或被土壤固相外表吸附，但也可能随水迁移至地表水或地下水层。,某些污染物可挥发或转化成气态物质在土壤孔隙中迁移、扩散，以至迁入大气。,40,物理化学净化作用,所谓土壤的物理化学净化作用，是指污染物的阴、阳离子与土壤胶体上原来吸附的阴、阳离子之间的离子交换吸附作用。例如：,土壤胶体Ca2+HgCl2土壤胶体Hg2+CaCl2,土壤胶体(OH-)3+AsO43-土壤胶体AsO43-+ 3OH-,41,化学净化作用,污染物进入土壤后，可能发生一系列的化学反响，例如，凝聚与沉淀反响、氧化-复原反响、络合-螯合反响、酸碱中和反响、水解反响、分解和化合反响、光化学降解作用等。,通过这些化学反响，或者使污染物转化成难溶性、难解离性物质，使危害程度和毒性减少；或者分解为无毒物或营养物质，这些净化作用统称为化学净化作用。,42,生物净化作用,土壤中存在着大量依靠有机物生活的微生物，如细菌、真菌、放线菌等，它们有氧化分解有机物的巨大能力。当污染物进入土体后，在这些微生物体内酶或分泌酶的催化作用下，发生各种各样的分解反响，统称为生物降解作用。,由于土壤中的微生物种类繁多，各种有机污染物在不同条件下的分解形式是多种多样的。主要有氧化-复原反响、水解、脱烃、脱卤、芳环羟基化和异构化、环破裂等过程，并最终转变为对生物无毒性的残留物和CO2。,43,土壤环境容量,土壤环境容量系指土壤环境单元所容许接纳的污染物质的最大数量。,由该定义可知，土壤环境容量实际上是土壤污染起始值和最大负荷值之间的差值。假设以土壤环境标准作为土壤环境容量的最大允许极限值，那么该土壤的环境容量的计算值，便是土壤环境标准值减去背景值或本底值，即土壤环境的根本容量静容量。,土壤环境的静容量虽然反映了污染物生态效应所容许的最大容纳量，但尚未考虑和顾及到土壤环境的自净作用与缓冲性能。目前的环境学界认为，土壤环境容量应是静容量加上土壤自净量，才是土壤的全部环境容量。,44,三污染土壤的植物修复技术,1.,植物修复的概念、类型和特点,2.,植物修复的机理,3.,植物修复的影响因素,45,植物修复的概念,植物修复phytoremediation是指依据特定植物对某种污染物的吸收、超量积累、降解、固定、转移、挥发及促进根际微生物共存体系等特性，利用在污染地种植植物的方法，实现局部或完全修复土壤污染、水污染和大气污染目标的一门环境污染原位治理技术。,46,植物修复的类型,植物萃取phytoextraction,根际过滤rhizofiltration,植物降解phytodegradation,植物挥发phytovolatilization,植物固定phytostabilization,47,植物修复的主要类型,48,植物修复的特点,优点,处理本钱低廉；,原位修复，不需要挖掘、运输和巨大的处理场所；,操作简单；,效果持久，如植物固化技术能使地表长期稳定，有利于生态环境改善和野生生物的繁衍；,平安可靠；,修复过程中土壤有机质含量和土壤肥力增加，被修复过的干净土壤适合于多种农作物生长；,植物修复对环境扰动少，不会破坏景观生态，能绿化环境，有较高的美化环境价值，容易为群众和社会所承受。,49,植物修复的特点,缺点,修复速度慢；,对土壤类型、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；,超富集植物对重金属具有一定的选择性；,富集了重金属的超富集植物假设处置不当会重返土壤；,污染物必须是植物可利用态，并且植物修复土壤和水污染时，污染物只能局限在植物根系所能延伸到的区域内，一般不超过20 cm 的土层厚度，才能被有效去除；,要针对不同污染状况的环境选用不同的植物生态型。,异地引种对生物多样性的威胁，也是一个不容无视的问题。,50,2.,植物修复的机理,1植物萃取phytoextraction,超积累植物对根际土壤中重金属的活化,植物根系分泌质子酸化根际环境，促进重金属溶解；,植物根系分泌特殊有机物，促进土壤重金属溶解；,分泌金属螯合分子如植物高铁载体、植物螯合态等，螯合和溶解土壤结合的重金属；,在根细胞膜上的专一性金属复原酶作用下，土壤中高价金属离子复原，从而溶解性增加。,超积累植物吸收重金属的生理特性,重金属跨根细胞膜运输；,重金属在根共质体内运输及分室化；,重金属在木质部运输；,重金属在叶细胞中运输及分室化。,超积累植物吸收重金属的分子生物学,51,2.,植物修复的机理,2植物根际过滤rhizofiltration,在植物根际范围内，借助植物根系生命活动，以吸收、富集和沉淀等方式去除污染水体中的污染物的植物修复技术。,3植物降解phytodegradation,植物降解是指植物本身通过体内的新陈代谢作用或借助于自身分泌的物质如酶类，将所吸收的污染物在体内分解为简单的小分子如CO2和H2O，或转化为毒性微弱甚至无毒性形态的过程。,4植物挥发phytovolatilization,利用植物将污染物吸收到体内后，将其降解转化为气态物质，或把原先非挥发性的污染物转变为挥发性污染物，再通过叶面释放到大气中。,5植物固定phytostabilization,是指利用植物活动降低污染物在环境中的移动性或生物有效性，到达固定、隔绝、阻止其进入地下水体和食物链，以减少其对生物与环境污染的目的。,52,3.,植物修复的影响因素,1植物特性,如植物的吸收效率、蒸腾速率、植株生物量、植物的年龄、根系发育状况等。,2土壤性质,如土壤酸碱度、土壤含水量和水分供给状况、能够通气性、土壤温度、土壤营养条件、土壤共存元素等。,3气象条件,如风、气温、光照等。,4耕作方式,5植物损伤因子和机械阻力,如土壤物理应力、病虫害、土壤板结度等。,6微生物的影响,如微生物的种类、数量和活性等。,7污染物特性,如污染物种类、理化性质、污染物形态、浓度、分子质量大小等。,8添加剂的影响,53,四污染土壤的微生物修复技术,1.,污染物的微生物分解与固定,2.,影响微生物修复的因素,3.,微生物修复的场地条件,54,1.,污染物的微生物分解与固定,1分解,自然界中的微生物种类繁多，几乎所有有机污染物甚至许多无机污染物都可以被微生物降解。有机污染物对微生物生长有两个根本用途：1为微生物提供碳源，这些碳源是新生细胞组分的根本构建单元；2为微生物提供电子，获得生长所需的能量。,2固定,微生物固定污染物最根本的方法有三种：,A. 生物屏障法；,B. 氧化复原沉淀法；,C. 键合法。,55,2.,影响微生物修复的因素,微生物种类与浓度的影响,物理化学因素,生物因素,56,3,微生物修复的场地条件,1氧气；,2水分和温度；,3营养元素；,4温度；,5土壤pH；,6污染物的物理化学特征；,7微生物接种。,57,复习思考题,1. 举例说明如何利用绿色植物防治大气污染。,2. 简述氧化塘法的根本原理。,3. 土壤污染的根本特点有哪些？,4. 植物修复技术有哪些类型？与物理和化学修复技术相比，该技术的优缺点有哪些？,5. 简述影响植物修复效果的因素。,6. 如何从构建良性水生生态系统的角度出发，防治水体富营养化？,58,谢谢观赏,