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环境修复原理与技术习题(答案)-30590

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<<环境修复原理与技术>>习题:
一、名词解释
1、土壤改良
通过改良土壤性质（加入改良剂或调节土壤的氧化-还原电位Eh）的方法使污染物转变为难迁移、低活性物质或从土壤中去除
2、物理固定/稳定化
固化：将污染物包被起来，使之呈颗粒状或大块状存在，进而使污染物处于相对稳定状态。主要是将污染物封装在结构完整的固态物质中。
稳定化：将污染物转化为不易溶解、迁移能力或毒性变小的状态和形式，即通过降低污染物的生物有效性，实现其无害化或者降低其对生态系统危害性的风险。
3、原位可渗透反应墙
是一种由被动反应材料构成的物理墙，墙体是由天然物质和一种或几种活性物质混合在一起构成的。当污染物沿地下水流向迁移，流经处理墙时，它们与墙中的活性物质相遇，导致污染物被降解或原位固定。
4、土地填埋
将废物作为一种泥浆，将其施入土壤，通过施肥、灌溉、添加石灰等方式调节土壤的营养、湿度和pH，保持污染物在土壤中的降解速率。
5、植物提取
通过种植具有积累污染物能力的修复植物，利用其根系吸收污染环境基质中的污染物质并运移至植物地上部分，收获植物地上部分并集中进行物理、化学及微生物处理清除污染物
6、生物强化法
改变生物降解中微生物的活性和强度，可分为培养土著微生物的培养法和引进外来微生物的投菌法。
生物培养法：定期向土壤投加H2O2和营养，以满足污染环境中已经存在的降解微生物的代谢需要，是土壤微生物通过代谢将污染物降解
投菌法：向污染土壤接入外源微生物，同时提供这些细菌生长所需氧和营养，使接入的微生物通过代谢将污染物降解
7、生物通风法
在污染土壤中设置通气井并于其中安装鼓风机和真空泵，向土壤输入气体并抽提其中生成的CO2和其他有害气体，使土壤氧含量提高的同时，CO2等量降低，进而提高微生物代谢速率
8、泵出生物法
在污染区域钻两组井，一组注入井，向土壤注入微生物、水、营养和电子受体（如：H2O2）；另外一组抽水井，向地面上抽取地下水，造成地下水在地层中流动；从而促进微生物和营养物质的均匀分布，保持氧气供应
9、环境修复
研究对被污染的环境采取物理、化学与生物学技术措施，使存在于环境中的污染物质浓度减少或毒性降低或完全无害化，使得环境能部分或者全部的恢复到原始状态。
10、生态工程
应用生态系统中物种共存与物质循环再生的原理，结构与功能协调的原则，结合系统分析的最优化方法，设计的促进分层多级利用物质的生产工艺系统；其目标是促进自然界良性循环的前提下，充分发挥资源生产潜力，防治环境污染，达到经济效益和生态效益同步发展，它可以是纵向的层次结构，也可以发展成为几个纵向工艺环节的横向联系而成的网状上积系统。
11、植物积累的临界含量
当植物吸收和排出的过程呈动态平衡时，植物虽然仍以某种微弱的速度在吸收污染物质，但在体内的积累量已不再增加，而达到了极限值，即：临界含量。
四、简答题
1．环境修复与环境净化的区别与联系是什么？
答：相同的目的：使进入环境的污染因子的总量减少、强度降低、毒性下降。
环境净化强调的是环境中内源因子对污染物质或能量的清除过程，是一种自然的、被动的过程；
环境修复则强调人类有意识的外源活动对污染物质或能量的清除过程，是一种人为的、主动的过程。
2．试述化学淋洗修复的定义、基本过程及常用的化学淋洗剂。
答：定义：借助能促进土壤环境中污染物溶解或迁移的化学/生物化学溶剂，在重力作用下或通过水力压头推动淋洗液注入到被污染土层中，然后再把包含有污染物的液体从土层中抽提出来，进行分离和污水处理的技术。
基本过程：淋洗液扩散—污染物溶解—溶出污染物在土壤内扩散—从土壤表面向液体扩散
常用淋洗剂：水、酸、碱、盐、螯合剂（如EDTA）、表面活性剂等。
3．超累积植物应具备哪些基本特征？试列举几种对重金属具有超累积作用的绿色植物及它们富集的重金属。
答：富集重金属植物区别于普通植物的特征：
①重金属污染程度较高的基质中，地上部生物量没有明显减少；
②地上部富集系数远大于1；
③在污染物浓度较低时也有较高的积累速率；
④能在体内积累高浓度污染物；
⑤能同时积累几种金属；
⑥生长快，生物量大；
⑦具有抗虫抗病能力。
例如：遏蓝菜超富集Cd和Zn。蜈蚣草超富集金属As。东南景天富集Zn。宝山堇菜富集Cd。凤眼莲、绿萍和菱角富集Hg和Cd。黄杨、冬青、海桐、杉木、香樟等积累镉。
4．电Fenton氧化法如何分类？与传统的Fenton氧化法相比，电Fenton氧化法修复效果好、修复效率高，举一例并结合溶液中的电极反应说明这是为什么。
什么是Fenton试剂？电Fenton法如何分类？分别简要叙述（包括：哪些物质由外界加入，哪些物质由电解得到及对应的电解反应）。
答：Fenton试剂是和的混合物。通常根据fenton试剂是外加还是电解得到，将电fenton法分为五类，即：
（一）一种外加，一种电解得到
①电Fenton-H2O2法：Fe2+外加，H2O2由O2在阴极电解产生：

②电Fenton-Fe2+氧化法：H2O2外加，Fe2+由Fe在阳极氧化产生

③电Fenton-Fe2+还原法：H2O2外加，Fe2+由Fe3+在阴极还原产生

（二） 两种都通过电解得到
④电Fenton-Fe2+氧化-H2O2法：H2O2由O2在阴极电解产生，Fe2+由Fe在阳极氧化产生

⑤电Fenton-Fe2+还原-H2O2法：H2O2由O2在阴极电解产生，Fe2+由Fe3+在阴极还原产生

简述Fenton试剂氧化法修复技术的影响因素有哪些？及它们是如何影响修复效果的？
答：① pH值的影响，Fenton试剂是在酸性条件下发生作用的，在中性和碱性的环境中，Fe2+不能催化H2O2 产生·OH，因为Fe2+在溶液中的存在形式受制于溶液的pH值的影响。按照经典的Fenton试剂反应理论，pH值升高不仅抑制了·OH的产生，而且使溶液中的Fe2+以氢氧化物的形式沉淀而失去催化能力。当pH值低于3时，溶液中的H+浓度过高， Fe3+不能顺利地被还原为Fe2+，催化反应受阻。
② H2O2浓度的影响，随着H2O2用量的增加，COD的去除首先增大，而后出现下降。这种现象被理解为在H2O2的浓度较低时，H2O2的浓度增加，产生的·OH量增加；当H2O2的浓度过高时，过量的H2O2不但不能通过分解产生更多的自由基，反而在反应一开始就把Fe2+迅速氧化为Fe3+，并且过量的H2O2自身会分解。
③ 催化剂(Fe2+)浓度的影响，Fe2+是催化产生自由基的必要条件，在无Fe2+条件下，H2O2难以分解产生自由基，当Fe2+的浓度过低时，自由基的产生量和产生速度都很小，降解过程受到抑制；当Fe2+过量时，它还原H2O2且自身氧化为Fe3+，消耗药剂的同时增加出水色度。因此，当Fe2+浓度过高时，随着Fe2+的浓度增加，COD去除率不再增加反而有减小的趋势。
④反应温度的影响，对于一般的化学反应随反应温度的升高反应物分子平均动能增大，反应速率加快；对于一个复杂的反应体系，温度升高不仅加速主反应的进行，同时加速副反应和相关逆反应的进行，但其量化研究非常困难。反应温度对COD降解率的影响由试验结果可知，当温度低于80℃时，温度对降解COD有正效应；当温度超过80℃以后，则不利于COD成分的降解。针对Fenton试剂反应体系，适当的温度激活了自由基，而过高温度就会出现H2O2分解为O2和H2O。
5．植物根围效应激发微生物的生长和繁殖，提高微生物的数量和活性，从而加速降解环境中的污染物，如何理解这句话的含义？利用植物根围效应进行土壤修复的方法是什么？
答：利用植物根围效应进行土壤修复的方法是植物刺激。
关于植物根围效应的这句话的含义主要体现在三个方面：
①植物根不断地向根围土壤分泌有机物以及脱落根细胞，作用于土壤后，使得根际圈的环境明显优于非根际环境，为根围微生物提供合适的栖息地，也为微生物提供生长基质，促进根围微生物的生长和繁殖，使根际圈构成以土壤为基质，以植物根为中心聚集了大量的细菌、真菌和线虫等微生物的独特的“生态修复单元”；
②植物发达的根系为微生物附着提供了巨大的表面积，易于形成生物膜，促进污染物被微生物降解利用
③光合过程中生成的O2可通过茎、根输向水体或土壤，使根区周围形成多个好氧、缺氧与厌氧小区，为好氧、厌氧和兼性微生物生存提供了良好的环境条件
6.采矿废弃地生态工程修复技术中工程复垦技术有哪些，它们的适用条件是什么？
按照下图所示将各类塌陷区地形改造技术 （工程复垦技术）的过程及适用情况做简要叙述。

答：就地整平复垦模式适用于塌陷深度浅、地表起伏不大，面积较大的地块。对于土质肥沃的高产、中产田塌陷地，应先剥离表土，平整后回填，若为土质差、肥力低的低产田塌陷地，则直接整平，整平后可挖水塘，蓄水以备农用。
梯田式整平复垦模式适用于塌陷较深范围较大的田块，外貌为起伏较大的塌陷丘陵地貌。根据塌陷地的起伏高低情况，就势修筑台田，形成梯田式景观。
挖低垫高模式适用于塌陷深度大、地下水已出露或周围土地排水汇集已形成永久性积水的地块。复垦时将低洼处就地下挖，形成水塘，挖出的土方垫于塌陷的高处，形成水、田相间的景观，水域部分发展水产养殖，高处则发展农林、果业；
充填整平模式是利用矿区固体废渣为充填物料进行充填复垦，包括开膛式充填整平复垦和煤矸石/粉煤灰直接充填两种模式。开膛式充填整平复垦用于塌陷稍深，地表无积水，塌陷范围不大的地块。在充填前首先将凹陷部分0.5m厚的熟土剥离堆积，然后以煤矸石充填凹陷处至离原地面0.5m处，再回填剥离堆积的熟土。或是用煤矸石/粉煤灰直接充填，适用于塌陷深度大、范围小、无水源条件但交通便利的地块。
7. 列举两种常用的环境微生物修复技术，绘图并说明其修复过程。
答：回答出下列四种中的两种，本题即可得分。
①充气式污染土壤微生物修复技术
通过鼓风机向污染区域鼓入空气为微生物降解提供氧气。同时通过营养液储罐向污染区域加入营养液，维持微生物的正常生长与代谢。利用土壤微生物的有氧代谢作用降解污染物。

②污染地下水循环微生物修复技术
通过补充H2O2提供微生物降解所需的氧气，并不断补充营养液以维持微生物的生存与繁殖，处理结束后将地下水由抽水井抽至地面进一步处理。

③地下水曝气-抽提组合生物修复技术
通过鼓风机向污染区域鼓入空气为微生物降解提供氧气。同时通过营养液储罐向污染区域加入营养液，维持微生物的正常生长与代谢。处理结束后将地下水由抽水井抽至地面进一步处理，地面处理结束后再通过注入井注入地下，在地下水一抽一灌的循环过程中，营养液、O2、微生物、污染物达到充分混合充分降解的目的。

此技术类似与原位可渗透反应强技术。在地下水流的下游设反应墙，墙体填充起降解作用的微生物，地下水流过时与其接触达到降解的目的，处理时不断向墙体补充氧气和营养，维持微生物的生存、繁殖及有氧降解。此技术适合于某地上点源泄漏污染土壤和地下水的修复。
④微生物活性拦截修复技术

⑤厌氧-好氧-共代谢微生物组合修复技术
污染区域通过加入不同的微生物，人为划分为厌氧区、好氧区、共代谢区和氧气注入区，利用多种微生物的多种代谢作用充分降解污染物。

8. 分析桑基鱼塘的物质和能量流动途径。

答：桑基鱼塘系统中物质和能量的流动是相互联系的，能量的流动包含在物质的循环利用过程中（2分），随着食物链的延伸逐级递减。能量的多级利用和物质的循环利用：桑叶喂蚕，蚕产蚕丝（2分）；桑树的凋落物和蚕粪落到鱼塘中，作为鱼饲料，经过鱼塘内的食物链过程，可促进鱼生长（2分）；甘蔗可榨糖，糖渣喂猪，猪的排泄物进入鱼塘（2分）；鱼的排泄物及其他未被利用的有机物和底泥经微生物的分解，又可作为桑和甘蔗的有机肥料（2分）。
9.叙述电动学修复的基本原理及四种电动学迁移过程。
答：基本原理：将两个电极插入介质（土壤或沉积物）中，然后在污染介质两端加上低压直流电场，通过电化学和电动力学的复合作用，使水溶态或者吸附在土壤颗粒表层的污染物根据各自带电特性在电场内定向移动，在电极附近富集或收集回收而去除。
四种电动学迁移过程：
⑴电迁移：带电离子在土壤溶液中朝向带相反电荷电极方向的运动；
⑵电泳：土壤中带电胶体粒子的迁移运动相对于稳定液体的运动；
⑶电渗析流：土壤微孔中的液体(一般带正电）在电场作用下的移动；
⑷酸性迁移（pH梯度）：产生的H+向阳极迁移，迁移的过程中与土壤表面的金属离子发生离子交换，进行迁移。
10.零价铁技术已经占原位可渗透反应墙（PRB）技术的70%，以零价铁技术为例，叙述利用PRB去除重金属的原理（举例并书写化学反应方程式）。
答：（1）还原沉淀：Fe+CrO42-+4H2OÞFeCr(OH)6↓+2OH-
（2）吸附和共沉淀：Fe(II)和Fe（III）混合（氢）氧化物的阳离子形成片层结构，阴离子在内部（例如：Cl－、CO32－、SO42－等），重金属阳离子在外部而形成共沉淀，将金属阳离子或无机阴离子去除。

（3）还原沉积：Cu2++Fe=Fe2++Cu；Ni2++Fe=Fe2+ +Ni
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五、计算题
1．某污染土壤中Zn的含量为200ng/g，利用某植物进行该土壤Zn的富集修复，当吸收、排泄与富集达动态平衡时，取土壤、植物地上部分及根部进行金属Zn的测定，结果显示Zn的浓度分别为2.07ng/g、15.31ng/g和1.09ng/g（均为干重），求Zn在该植物茎叶中的富集系数（BCF）及位移系数（TF）。

答：

2．已知某微生物可以通过有氧呼吸将污染物HCN降解为CO2、H2O和NH3，降解前污染土壤中HCN的含量为10.23ng/g，降解后土壤中HCN的含量降低为1.56ng/g，并求解该微生物对HCN的去除率。如果降解前土壤中NH3的含量为3.15ng/g，且土壤中HCN浓度的降低全部归因于该微生物的降解，试写出降解反应方程式，并计算土壤中次生污染物NH3的增加率是多少？（已知：HCN及NH3的摩尔质量分别是27.03和17.03）
答：

化学反应方程式： (1)
或
(2)
由方程式（1）求得生物降解HCN生成的NH3含量为：

所以次生污染物NH3的增加率为：

或
由方程式（2）求得生物降解HCN生成的NH3含量为：

所以次生污染物NH3的增加率为：

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