书名：电子垃圾污染生物修复技术及原理
定价：128.0
ISBN：9787030522344
作者：尹华 等
开本：16
版次：1
出版时间：2017-04

内容提要：

本书是一部关于矿产资源中的重金属污染去除研究的成果专著。全书共6章，在简单介绍了矿产资源中的重金属形成及其环境影响，系统总结了作者所在研究团队对重金属、PBDEs、PAHs以及POPs/重金属复合污染物生物修复方面的研究成果。这些研究成果为矿产资源中的重金属污染的修复提供了理论及实践基础，也是矿区生态恢复的重要技术手段。

目录：

目录
序
前言
第1章 电子垃圾的来源及污染 1
1.1 电子垃圾污染现状 1
1.2 电子垃圾的来源 2
1.3 电子垃圾的分类 3
1.4 电子垃圾中的有害物质 4
1.4.1 电子垃圾中有害物质的种类 4
1.4.2 主要有害物质对人类健康的影响 5
1.5 电子垃圾的环境影响 5
1.5.1 大气污染 6
1.5.2 水体污染 7
1.5.3 土壤污染 8
第2章 生物修复技术原理及其在污染治理中的应用 10
2.1 生物修复技术的发展 10
2.2 重金属污染的生物修复及原理 10
2.2.1 土壤重金属污染的微生物修复 10
2.2.2 土壤重金属污染的植物修复 15
2.2.3 水体重金属污染的微生物修复 25
2.2.4 水体重金属污染的植物修复 32
2.3 有机物污染的生物修复及原理 34
2.3.1 土壤有机物污染的微生物修复 34
2.3.2 土壤有机物泻染的植物修复 49
2.3.3 水体POPs污染的微生物修复 55
2.3.4 水体POPs污染的植物修复 57
2.4 生物修复技术在污染治理中的应用 58
2.4.1 土壤石油污染的生物修复 58
2.4.2 富营养化海域的生物修复 61
2.4.3 矿区重金属污染的生物修复 63
2.4.4 电子垃圾污染环境的生物修复 64
第3章 电子垃圾污染土壤修复技术 66
3.1 电子垃圾污染土壤现状 66
3.2 电子垃圾污染土壤非生物修复技术 66
3.2.1 土壤重金属污染的非生物修复 66
3.2.2 土壤有机物污染的非生物修复 69
3.3 电子垃圾拆解区土壤中典型重金属污染植物修复及机理 71
3.3.1 紫花苜蓿修复镉污染土壤 71
3.3.2 杂交狼尾草修复锌污染土壤 81
3.4 电子垃圾拆解区土壤中典型POPs污染植物修复及机理 85
3.4.1 紫花苜蓿修复土壤芘污染 85
3.4.2 植物修复土壤多溴联苯醚污染 97
3.5 表面活性剂和微生物强化龙葵修复土壤BDE-209/Cd复合污染 106
3.5.1 强化修复 106
3.5.2 盆栽设计 107
3.5.3 表面活性剂和微生物强化修复效果 108
第4章 电子垃圾污染水体修复技术 121
4.1 电子垃圾污染水体现状 121
4.2 电子垃圾污染水体非生物修复技术 121
4.2.1 水体重金属污染的非生物修复 121
4.2.2 水体有机物污染的非生物修复 123
4.3 电子垃圾拆解区水体中典型重金属的微生物修复 125
4.3.1 嗜麦芽窄食单胞菌对水体中Cu、Cd的吸附 125
4.3.2 嗜麦芽窄食单胞菌对水体中锌的吸附 134
4.4 电子垃圾拆解区典型POPs污染水体微生物修复 137
4.4.1 铜绿假单胞菌对水体中BDE-209的降解 137
4.4.2 氧化节杆菌对水体中BaP的降解 155
4.4.3 短短芽孢杆菌对水体中芘的降解 164
第5章 电子垃圾拆解区水体中典型POPs/重金属复合污染微生物修复 172
5.1 水体POPs/重金属复合污染概况 172
5.2 铜绿假单胞菌对水中BDE-209/Cd复合污染修复 172
5.2.1 研究现状 172
5.2.2 材料 173
5.2.3 污染物对P aerugznosa生长的影响 173
5.2.4 P.aerugznosa对BDE-209/Cd2+吸附/降解作用 174
5.2.5 污染物对P aerugznosa细胞特性的影响 181
5.2.6 污染物对P aerugznosa细胞生命活动的影响 183
5.2.7 菌体微观形态观察 189
5.2.8 Cd2+对BDE-209降解产物的影响 190
5.3 嗜麦芽窄食单胞菌对苯并[a]芘/铜复合污染的修复 193
5.3.1 研究现状 193
5.3.2 材料 194
5.3.3 污染物对菌体生长的影响 194
5.3.4 S.maltophilia对Cu和BaP的吸附/降解作用 197
5.3.5 污染物对S.maltophilia细胞特性的影响 199
5.3.6 菌体微观形态观察 205
5.3.7 Cu2+对BaP降解产物的影响 208
5.4 白腐菌对水/沉积物体系十溴联苯醚/重金属复合污染的修复 212
5.4.1 研究现状 212
5.4.2 材料 212
5.4.3 白腐菌对水中BDE-209的降解特性 213
5.4.4 亘金属对白腐菌降解BDE-209的影响 216
5.4.5 重金属对BDE-209在水/沉积物界面分配的影响 222
5.4.6 重金属对白腐菌降解水/沉积物体系中BDE-209的影响 230
第6章 电子垃圾拆解区土壤中典型POPs/重金属复合污染植物修复 232
6.1 土壤POPs/重金属复合污染概况 232
6.2 杂交狼尾草对土壤中十溴联苯醚/锌复合污染的修复 233
6.2.1 研究现状 233
6.2.2 盆栽设计 234
6.2.3 污染物对杂交狼尾草生长的影响 234
6.2.4 污染物胁迫下杂交狼尾草的生理响应 236
6.2.5 污染物在杂交狼尾草中的分布 240
6.2.6 短短芽孢杆菌和杂交狼尾草对土壤中BDE-209/Zn复合污染的联合修复 243
6.2.7 BDE-209降解产物 251
6.3 紫花苜蓿对土壤中芘/镉复合污染的修复 257
6.3.1 研究现状 257
6.3.2 盆栽设计 257
6.3.3 污染物对紫花苜蓿生长的影响 258
6.3.4 污染物胁迫下紫花苜蓿的生理响应 260
6.3.5 污染物在紫花苜蓿中的分布 262
6.3.6 微生物强化紫花苜蓿对土壤中芘/镉的去除 264
参考文献 270


在线试读：

第1章 电子垃圾的来源及污染
　　1.1电子垃圾污染现状
　　随着信息技术的发展与电子产品更新换代速度的加快，全球越来越多的废旧电子和电器设备被淘汰，形成巨量的电子垃圾。据报道，全世界每年有2000万~5000万t废旧电子产品被丢弃，并且正以每年3%～5%的速度增长，电子垃圾已成为继工业时代化工、冶金、造纸、印染等废弃物污染后新的一类重要环境污染物。据2010年联合国环境规划署发布的报告，我国已成为世界第二大电子垃圾生产国，每年产生超过230万t电子垃圾，仅次于美国的300万t。到2020年，我国的废旧计算机将比2007年翻一到两番，废弃手机将增长7倍。我国电子垃圾污染不仅来自于本国，还有进口的电子垃圾，全球的电子垃圾中80%被运到亚洲，其中90%在我国处理与丢弃。我国电子垃圾污染已经成为重要的环境问题，国内外环境工作者对电子垃圾拆解造成的区域环境污染及其导致的健康风险问题高度关注，从2000年至今，国际学术期刊上关于电子垃圾的论文呈显著增长趋势，Science、Environmental Health and Perspective、Environmental Science and Technology等国际学术期刊都对电子垃圾处置不当所造成的污染表示担忧(Ogunseitan et al.,2009;Ni and Zeng,2009)。
　　电子垃圾成分复杂，富含铜（Cu）、锌（Zn）、铅（Pb）、汞（Hg）、铬（Cr）、镉（Cd）等多种重金属，以及各种塑料、溴代阻燃剂、调色剂、表面涂层等(Leung et al.,2007;李英明等,2008)。由于电子垃圾的不恰当处理处置，其所含有的重金属和持久性有机污染物（persistent organic pollutants,POPs），如多溴联苯醚（poly brominated diphenyl ethers,PBDEs）、多环芳烃（polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs）、多氯联苯（poly chlorinated biphenyls,PCBs）、二英（Dioxin）等大量进入环境(Wong et al.,2007;Yu et al.,2006)。POPs因具有远距离大气迁移性而成为全球性污染物，因此，包括我国在内的150多个国家和地区共同签署了旨在全球统一行动控制和消减POPs的《斯德哥尔摩公约》，其于2004年在我国生效。
　　目前，我国电子垃圾拆解主要分布在沿海地区，其中广东贵屿和浙江台州已经成为国际上重要的电子电器垃圾拆解基地。全国最大的电子垃圾集散地同时也是全世界最大的电子垃圾城——广东省贵屿镇，每年可处理逾百万吨来自美国、日本、韩国等地的电子垃圾。该镇地处潮阳、普宁、揭阳三地交界，位于练江中游北岸，面积52km2，现有人口13万。几十年来，电子垃圾的回收及综合利用已经成为当地人谋生的主要手段，其作为该镇的支柱产业，已形成了从回收、拆解到加工、销售的完整的电子垃圾产业链。但当地村民处理电子垃圾的手段极为原始，人们称之为“19世纪的工艺处理21世纪的垃圾”。当地工人大多采用焚烧、破碎、水洗（用王水等强酸腐蚀）等原始手工工艺处理电子垃圾来提炼重金属，这些工艺成本低廉且效益可观，余下的电子垃圾被随意丢弃，直接污染空气、水、土壤（图1-1）。电子垃圾拆解业的发展为当地居民带来了财富，却也给该镇造成了严重的环境污染。贵屿的水源污染状况十分严重，由于有毒物质、废液被填埋或渗入地下，绝大部分地表水和浅层地下水已不能饮用，只能作工业用水，居民饮水必须从30千米以外的地方运送。污染侵蚀过的土壤已经不能再种庄稼，大量有害气体和悬浮物致使空气质量变差，造成了严重的空气污染。对该地区河岸沉积物的抽样化验显示，对环境和身体健康危害极大的重金属中，Pb、Cr等的含量都超过危险污染标准数百倍，甚至上千倍，而水中的污染物含量也超过了饮用水标准数千倍(谢文平等,2012)。当地居民身体健康受到严重的威胁，与其他非电子垃圾拆解地区相比，皮肤损伤、头痛、眩晕、恶心、胃病、十二指肠溃疡等病症在当地居民中发生率高(傅建捷等,2011)。
　　图1-1 随处可见的电子垃圾(广东贵屿镇)
　　1.2 电子垃圾的来源
　　电子垃圾是随着电子产品的出现而产生的。电子废弃物的来源主要有两大类：一类来源于人们的生活；另一类来源于电子产品的生产过程。前者可进一步划分为两部分：一是家庭和小商家；二是大公司、研究机构和政府。
　　（1） 家庭和小商家。随着电子设备更新换代的速度越来越快，电子设备尤其是手机和计算机，经常被家庭和小商家丢弃。当今的电子行业不断向市场推出新产品，几乎每隔1年就会进行全面的更新换代。由于手机和计算机不属于法定的有害废弃物的范畴，家庭用户和小商家可以合法地将其扔到废物箱里，进行填埋或焚烧处理。此外，回收机构向消费者收取处理费，也是废旧手机和计算机无法得到妥善回收的一个重要原因。
　　（2） 大公司、研究机构和政府。这些大型机构经常对员工的电子设备进行更新换代。例如，微软全球有近5万名员工，约每3年就将计算机全部更新换代一次。这些大型机构丢弃的电子废弃物走向了回收处理和出口市场。
　　另一类是来源于电子产品生产过程的电子废弃物。从生产线上下来的商品不能满足质量标准而被废弃时，最初设备制造商就产生了电子废弃物。
　　1.3 电子垃圾的分类
　　电子垃圾主要由废弃的家用电器、通信工具、电池类等产品组成，涵盖了生活各个领域废弃电子电器设备及工业制造产生的电子电器废品或者报废品。每种电器的组成差别很大。按照回收材料的类别可以分为电路板、金属部件、塑料、玻璃等几大类，具体见表1-1。
　　表1-1 电子废弃物的分类
　　1.4 电子垃圾中的有害物质
　　1.4.1 电子垃圾中有害物质的种类
　　电子垃圾与一般的固体废弃物相比，有两个显著的特征：一是体积普遍庞大，如电视机、冰箱、洗衣机、计算机等；二是大部分电子产品含有多种对人体健康和周围环境有害的物质。电子垃圾中的有害物质如下。
　　1. 金属与金属化合物
　　金属与金属化合物主要有：①Pb主要用于印刷电路板或阴极射线管(cathode ray tube,CRT)中；②Cd 主要存在于电阻器、红外线发生器和半导体等中，也作为塑料固化剂，在旧CRT中使用；③据估计全世界每年耗用的Hg有22%用在电子电器产品中，主要被用于显示器的照明装置中，也被用在旧计算机的主机开关和继电器里，还用于温度计、传感器、阻滞器、转换器、医疗设备、电灯、手机及电池中；④六价铬化合物常被用作金属外壳防蚀剂及坚化和美化处理；⑤Cu主要用作导线的内芯、计算机电路板；⑥Zn被用于计算机显示器、弹簧、继电器和连接器中。
　　2. 聚氯乙烯塑料
　　聚氯乙烯(polyvinyl chloride,PVC)塑料由于具有防火特性，被广泛应用于包裹线路和计算机外壳，26%的电子产品塑料含有PVC。PVC燃烧过程中会产生大量的多环芳烃、含氯污染物等，甚至可能产生致癌物质——二英。PVC中还包含有机锡、铅和含镉固化剂及酞酸盐等有毒物质。
　　3. 溴代阻燃剂
　　溴代阻燃剂（bromide flame retardants,BFRs）被用在电子产品的塑料及电路板中，用以阻止燃烧和发烟，含量较高，为5%～30%不等。目前多溴联苯醚、六溴环十二烷（HBCD）、四溴双酚A（TBBPA）这三类BFRs使用最多。所有含BFRs的产品被焚化时都会形成强致癌物。
　　4. 多环芳烃
　　多环芳烃电子产品生产过程中产生大量的PAHs，PAHs是最早被发现和研究的环境致癌物，在环境中普遍存在，是一类持久性有机污染物。
　　5. 酞酸酯
　　酞酸酯主要用作增塑剂。
　　1.4.2 主要有害物质对人类健康的影响
　　电子垃圾回收处理中产生的有毒污染物主要是重金属（如Cd、Pb、Cr、Hg等）和持久性有机污染物(如PAHs、PBDEs、PCBs和呋喃等)。长期以来，由于这些有毒有害物质的污染越来越严重，对人类身体健康构成很大威胁，许多学者对这些污染物的毒性进行了研究。
　　1. 重金属
　　Pb在环境中富集，对动植物和微生物有严重的慢性毒害，其毒性主要是损害神经系统、血液系统、肾脏和干扰内分泌系统，其进入孕妇体内会影响胎儿发育，造成畸形，并且高血铅影响儿童智力发育；Hg进入水体后，在微生物的作用下可转化成甲基汞，通过食物链在生物体内富集，可导致神经系统慢性损伤；Cd的化合物被列为有毒物质是由于其可能对人体产生不可逆的损害，它可在体内富集，尤其在肾脏中，Cd化合物可通过呼吸或食物进入人体，由于它的半衰期长而容易富集到导致中毒的量；Cr可引起各种毒性作用，如导致人体严重的过敏反应和DNA 损伤，Cr的毒性与其存在的价态有关，六价铬容易透过细胞膜而被吸收并在体内蓄积，其毒性比三价铬高100倍。
　　2. 持久性有机污染物
　　PBDEs、PCBs、PAHs和呋喃等持久稳定的有机化合物已成为各国普遍的污染物，并且可通过呼吸、饮用水和食物链在动物体内富集，因而在许多地区的动物及人体内发现此类污染物。PBDEs是一类毒性物质，有证据表明，它干扰甲状腺激素的分泌，并可导致新生哺乳动物神经的损害，尤其是怀孕妇女、胎儿和婴幼儿对此类污染物敏感。呋喃的化合物可引起免疫缺陷和神经系统病变、干扰内分泌、降低肺部功能和改变血浆激素水平并具有致癌性；PCBs与甲状腺激素、免疫功能、神经系统的改变有关，PCBs暴露可导致肝脏功能改变、皮肤疾病及增加患癌症的风险；PAHs可通过酶的感应过程改变繁殖率，影响细胞分裂、导致癌变，是一类“三致”（指致癌、致畸、致突变）污染物。
　　1.5 电子垃圾的环境影响
　　目前，虽然已经研究开发了塑料的机械处理、化学回收处理和热回收处理等技术，但由于电子垃圾中塑料成分复杂、回收成本高，电子垃圾的回收处理仍主要针对重金属，塑料成分则采用焚烧或填埋的方法处置。在回收处理和处置电子垃圾过程中，物料损失是不可避免的，除Au、Ag、Pd、Pt和Cu的回收效率在90%以上，其他金属的回收效率，如Ni、Sn、Zn、Pb分别为80%、70%、60%、5%，Hg、Cd、Ba、Cr、Be等未被回收，导致许多重金属进入环境；塑料及其添加剂等成分则形成许多有机污染物，最常见的是PBDEs、PCBs、PAHs等持久性有机化合物。因此，电子垃圾如果得不到恰当的处理和处置，将对环境造成严重的污染。在我国的广东、浙江等地，电子垃圾的回收处理工厂主要是一些小规模、家庭作坊式的私营企业，他们采用简单的手工拆卸、露天焚烧或直接酸洗等落后的处理技术，获得容易提取的金属后，残余物被直接丢弃到田地、河流或水渠中，从而导致重金属和持久性有机物污染环境。这些污染物通过多种途径在生态系统中传递，最终可能对人类健康产生威胁。
　　1.5.1 大气污染
　　一些易挥发的污染物在拆解过程中直接进入大气，部分不易挥发的污染物在大气中则以气溶胶和悬浮颗粒物等形式存在，对陆生动物造成潜在的暴露风险。电子垃圾拆解地大气污染特征表现为污染物种类复杂，通过与其他地区大气污染物水平比较，电子垃圾拆解区域大气中的POPs和重金属均处于较高水平。
　　科研人员研究了贵屿大气中总悬浮颗粒物(total suspended particulate，TSP)和粒径小于2.5um的颗粒物(PM2.5)中的22种PBDEs单体、17种PCDD/Fs单体、16种美国国家环境保护局优先控制的PAHs及包括Pb、Cd、Cu在内的重金属元素的含量。结果发现，TSP和PM2.5中PBDEs总量分别达到了21.5 ng．m-3和16.6 ng．m-3，且毒性较高的一溴至五溴代BDE占总量的79.4%～95.6%，该浓度比当时所报道的其他区域大气中PBDEs浓度高两个数量级左右。同时该区域大气中也检出了高浓度的PCDD/Fs及PAHs。其中指示PAHs苯并[a]芘(benzopyrene，BaP)达到15.4 ng．m-3，是广州的20倍。在该区域采集的TSP和PM2.5中，Cd、Cr、Cu和Pb含量分别达到7.3 ng．m-3、1161 ng．m-3、483 ng．m-3和444 ng．m-3，表明大气颗粒物中存在较为严重的重金属污染(Chen et a1．，2009)。
　　电子垃圾在拆解过程中不但对当地环境造成了严重的污染，还能通过大气传输对周边乡镇甚至更远的区域产生影响。Li筹(2007a)通过大气主动采样器采样测定了贵屿电子垃圾拆解地大气中的PCDD/Fs和PBDD/Fs含量，发现其分别达到了64.9～2365pg．m-3和8.12～461pg．m-3，是其相邻乡镇陈店镇的12～18倍，且两地污染物污染特征具有较好的相关性。这种垃圾拆解对于周边地区环境的影响，从PCB等其他持久性有毒污染物(persistent toxic substances，PTS)也可观察到。