In Situ Bioremediation of Perchlorate in Groundwater pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Stroo, Hans F. (EDT)/ Ward, Herb C. (EDT)

出品人:

页数:296

译者:

出版时间:2008-12

价格:$ 67.74

装帧:

isbn号码:9780387849201

丛书系列:

图书标签:

Perchlorate
Groundwater
Bioremediation
In Situ
Environmental Remediation
Water Treatment
Contamination
Geochemistry
Microbiology
Environmental Science

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具体描述

This volume presents a critical analysis and timely synthesis of the past decade of intensive research, development, and demonstrations on the in situ bioremediation of perchlorate in groundwater. The intended audiences include the decision makers, practicing engineers and hydrogeologists who will select, design, and operate these remedial systems, as well as researchers seeking to improve the current state-of-the-art. Our hope is that this volume will serve as a useful resource to assist remediation professionals in applying and developing the technology as effectively as possible. An overview of the current state-of-understanding of perchlorate remediation is followed by a discussion of basic principles of microbial and abiotic processes, and of the engineering and implementation issues underlying the technologies described. Characterization of both anthropogenic and natural sources of perchlorate, including isotopic analysis to distinguish between differing sources, precedes discussions of the advantages, performance, and relative costs of applying a range of remedial technologies. Active, semi-passive, and passive in situ bioremediation are fully described and compared with emphasis on field application. Cost information for each technology, using case studies and analyses of several template sites, covers capital costs, as well as costs for laboratory testing, pilot-scale demonstration, design, system operation, monitoring and maintenance during operations, and demolition and restoration after remediation. In addition, analogous cost data are presented for pump-and-treat systems for each template site to illustrate the potential cost savings associated with the use of alternative approaches. Emerging technologies such as monitored natural attenuation, phytoremediation, and vadose zone bioremediation are described, and field demonstrations are used to illustrate the current stage of maturity and the potential applicability of these approaches for specific situations.Each chapter in this volume has been thoroughly reviewed for technical content by one or more experts in each subject area covered.

地下水高氯酸盐污染的生物修复技术高氯酸盐（Perchlorate，ClO₄⁻）是一种广泛存在于自然界和人为释放的氧化剂，其在地下水中的污染问题日益受到关注。高氯酸盐的稳定性和极强的氧化性，使其在环境中难以自然降解，且对人体健康具有潜在危害，可能干扰甲状腺激素的合成，影响婴幼儿的生长发育。因此，对地下水中高氯酸盐污染进行有效修复，已成为环境保护和饮用水安全领域面临的严峻挑战。本书的重点在于深入探讨原位生物修复（In Situ Bioremediation）技术在解决地下水高氯酸盐污染问题中的应用。原位生物修复是指在污染物存在的原地进行修复，相比于传统的异位处理（如抽水、土壤挖掘等），其具有成本效益高、对环境扰动小、能够实现长期可持续治理等诸多优势。本书将围绕该技术的核心原理、关键技术环节、实际应用案例以及面临的挑战和未来发展方向，提供一个全面而深入的视角。第一部分：地下水高氯酸盐污染的背景与挑战在正式进入修复技术探讨之前，本书将首先建立对高氯酸盐污染问题的充分认识。高氯酸盐的来源与分布：详细梳理高氯酸盐的主要人为来源，包括火箭燃料、烟火、化肥生产、含氯消毒剂等，以及其在自然界中的存在形式和分布规律。重点分析其在地质环境中的迁移转化途径，尤其是在地下水系统中的行为特征，例如溶解性高、吸附性弱等，导致其一旦进入地下水，便容易造成大范围的污染。高氯酸盐的毒性与健康风险：阐述高氯酸盐对人类健康和生态系统的潜在危害。重点关注其对甲状腺功能的干扰机制，并引用相关研究和流行病学调查数据，强调其对特定人群（如孕妇、婴幼儿）的脆弱性。同时，探讨高氯酸盐对土壤和植物的影响，以及在食物链中可能的富集风险。传统地下水修复技术的局限性：对比分析现有的一些地下水污染物修复技术，如活性炭吸附、离子交换、化学还原等。分析这些技术在处理高氯酸盐时存在的不足，例如成本高昂、处理效率不稳定、二次污染风险、对大流量地下水的处理能力有限等。通过与这些技术的对比，突出原位生物修复技术的独特优势和必要性。第二部分：原位生物修复的理论基础与关键微生物本部分将深入揭示高氯酸盐原位生物修复背后的科学原理。高氯酸盐生物降解机制：详细阐述高氯酸盐生物降解的主要生化途径。重点介绍微生物介导的高氯酸盐还原（Microbial Perchlorate Reduction，MPR）过程。解释其还原为亚氯酸盐（ClO₂⁻）、氯酸盐（ClO₃⁻）直至最终无害的氯离子（Cl⁻）的生化反应序列。关键微生物种群：识别并介绍在高氯酸盐生物降解过程中起核心作用的微生物。例如，高氯酸盐还原菌（Perchlorate-Reducing Bacteria，PRB），包括其主要的代谢途径和生理特性。介绍常见的具有高氯酸盐降解能力的菌属，如 Dechloromonas、Azospirillum、Pseudomonas、Bacillus 等。分析这些微生物对环境条件的适应性，如氧气浓度、pH值、温度、营养物质等。电子供体与受体的作用：详细讲解生物还原过程中电子供体（Electron Donor）和电子受体（Electron Acceptor）的重要性。解释不同类型的电子供体，如乙酸盐、乳酸盐、丙醇、葡萄糖等有机物，以及其在不同地下水环境中的适用性。阐述高氯酸盐作为电子受体的角色，以及其还原过程中的能量转移机制。辅助微生物群落的作用：除了直接降解高氯酸盐的关键菌种外，本书还将探讨其他辅助微生物群落在高氯酸盐生物修复中的潜在作用。例如，能够提供电子供体或维持适宜环境条件的共生微生物，以及能够协同降解其他共存污染物的微生物。第三部分：原位生物修复的技术策略与工程实践本部分将聚焦于如何将生物修复的理论转化为实际工程应用。生物修复策略的类型：生物刺激（Biostimulation）：介绍通过向地下水中添加电子供体、营养物质或调整pH值等方式，刺激原位存在的微生物活性，从而加速高氯酸盐的降解。详细分析不同电子供体的选择依据、添加方式（如注入、缓释载体）及其对修复效果的影响。生物强化（Bioaugmentation）：探讨通过人工引入具有特定高氯酸盐降解能力的高效微生物菌株或群落，来增强原位修复能力的技术。分析菌株选择、载体选择、接种方式及对环境条件的优化要求。原位生物修复工艺设计与实施：地下水监测与场地评估：强调在实施生物修复前，进行详细的场地调查和水文地质参数测定，包括高氯酸盐浓度、水文地质条件、现有微生物群落结构、地下水化学参数等。修复系统设计：介绍常用的原位生物修复系统类型，如：注入井系统（Injection Wells）：通过注入电子供体或微生物悬液来实现修复。环绕井系统（Circumferential Wells）：围绕污染源设置井，形成修复区域。渗透反应壁（Permeable Reactive Barriers, PRBs）：在地下水流路径上构建一道富含生物降解物质的屏障。地下水循环系统（Groundwater Recirculation Systems）：将地下水抽出，进行地表处理（如添加电子供体）后再注入回地下。过程控制与优化：详细讨论在修复过程中需要监测的关键参数，如高氯酸盐浓度、降解产物（亚氯酸盐、氯酸盐）的浓度、电子供体消耗速率、pH值、氧化还原电位（ORP）、溶解氧（DO）等。介绍如何根据监测结果调整电子供体添加量、添加频率，以及优化其他环境条件，以维持最佳的生物降解速率。多介质协同修复：探讨在高氯酸盐污染同时存在其他污染物的场地，如何将原位生物修复与其他修复技术（如吸附、化学氧化还原）相结合，实现协同修复，提高整体修复效率。第四部分：案例研究与实际应用本部分将通过具体的案例分析，展示原位生物修复技术在不同场景下的实际应用效果。不同类型场地的应用案例：选取来自军事基地、工业区、航空航天发射场、农业区域等典型高氯酸盐污染场地的案例。案例分析维度：对每个案例进行深入分析，包括：场地背景信息（污染源、污染范围、水文地质条件）。采用的具体生物修复策略（生物刺激/强化，电子供体类型，接种方式）。修复过程中的关键监测数据和结果。修复效果评估（高氯酸盐浓度降低幅度，达标时间）。遇到的挑战及解决方案。修复成本效益分析。经验总结与教训：从多个案例中提炼出成功的经验和失败的教训，为未来的工程实践提供指导。第五部分：面临的挑战与未来发展方向尽管原位生物修复技术在处理高氯酸盐污染方面展现出巨大潜力，但仍面临一些挑战，同时也有广阔的发展前景。挑战：地下水环境的复杂性：地下水流速、渗透性、水化学性质的异质性，以及共存污染物的存在，都可能影响生物修复的效率。微生物群落的可控性：维持高效降解菌的长期活性和稳定性，防止优势菌群的衰退或被非降解菌取代。降解产物的累积：亚氯酸盐和氯酸盐作为高氯酸盐的中间降解产物，本身也具有一定的毒性，需要确保其能够被进一步完全降解。长期监测与维护：确保修复效果的持久性，需要长期的监测和必要的维护措施。成本效益的进一步优化：在大规模应用中，如何进一步降低电子供体成本、优化注入方式、缩短修复周期。未来发展方向：微生物组学的深入研究：利用宏基因组学、宏转录组学等技术，深入解析高氯酸盐降解微生物群落的功能和相互作用，为菌种选育和修复策略优化提供理论支持。新型电子供体和载体的开发：研发更高效、更环保、成本更低的电子供体，以及能够实现缓释、长效、保护微生物的先进载体材料。智能化监测与控制技术：结合传感器技术、大数据分析和人工智能，实现修复过程的实时在线监测和智能化调控。多尺度模拟与预测：利用数值模拟工具，对不同场地条件下的生物修复过程进行预测和优化设计。政策法规与标准完善：推动高氯酸盐地下水修复相关政策法规的完善，建立更科学的风险评估和修复效果评估标准。与其他新兴技术的融合：探索将纳米技术、电化学技术等与生物修复技术相结合，形成更具创新性的复合修复方案。结论本书旨在提供一个关于地下水高氯酸盐原位生物修复的全面指南。通过系统地阐述其理论基础、技术策略、工程实践，并结合实际案例分析，希望能够为环境科学家、工程师、政策制定者以及关心地下水环境保护的各界人士，提供有价值的参考信息。随着对高氯酸盐污染认识的不断深入和生物修复技术的持续发展，原位生物修复必将在保障地下水安全和改善生态环境方面发挥越来越重要的作用。