14 生物修复技术.ppt

第14章 生物修复技术 14.1 慨述 14.1.1 基本概念 自然条件下，土壤和水中的微生物及其他生物能够将土壤、地下水或海洋中的危险性污染物现场降解成二氧化碳和水或转化成为无害物质。 我们把这种利用处理系统中的生物，主要是微生物的代谢活动来减少污染现场的污染物浓度或使其无害化的过程称为生物修复。 14.1.2 应用生物修复技术应具备的条件 ①目标污染物应具备可生物降解性，生物修复技术只对那些可降解的有机污染物有效； ②降解活性微生物的存在。即必须存在具有某种代谢活性的(天然的或改造的)微生物； ③要处理的污染物及污染场地不能抑制相关微生物的生长繁殖； ④微生物降解过程不应产生有毒有害产物，只能以相当速率降解污染物； ⑤被降解污染物浓度降低至环境保护规定的范围内； ⑥生物处理反应器的环境必须有利于微生物生长或微生物活性保持； ⑦处理后的污染物最好能被生物利用，处理费用应较低。 14.1.3 理论及技术来源 (1)微生物学 (2)工程科学 (3)测试和分析方法 (4)生物毒性 14.1.4 生物修复技术的重点研究方向 ①生物降解过程的修饰－通过利用各种工程手段，增强自然界中已存在但速度缓慢的生物降解过程； ②最佳生物代谢反应条件的创造； ③生物反应器的选择－通过试用各类生物反应器，选择能增加污染物与微生物接触机会的反应器。 14.1.5 生物修复技术的特点 ①生物修复是一个经强化或不经强化的自然过程，其终产物是水、二氧化碳和脂肪酸等，因此不会造成二次污染或导致污染物转移，并且可以将污染物永久去除，使土地等的破坏和污染物的暴露降到最低； ②生物修复技术是所有处理技术中最经济的； ③生物修复技术可以将污染物的残留浓度降到很低； ④生物修复技术的应用范围有其独到的优势，例如当受污染土壤位于建筑物下，不能挖掘和搬出场地时，其他技术难以应用。只能采用原位生物修复技术。 另外，生物修复技术可以同时处理受污染的土壤和地下水。 14.2 生物修复技术的原理 14.2.1 在生物修复技术中应用的微生物 一般可分为三种类型：土著微生物、外来微生物及基因工程菌。 (1)土著微生物 一些微生物具有降解有机化合物的巨大潜力．这是生物修复的基础。在大多数生物修复工程中实际应用的都是土著微生物。 在生物降解反应中，微生物之间的共生或互生现象非常普遍。单一微生物的能力通常很有限。 因此在污染物的处理中，必须考虑接种多种微生物或者激发当地多样的土著微生物。土壤微生物具有多样性的特点，任何一个种群只占整个微生物区系的一部分，群落中的优势种会随土壤温度、湿度以及污染物特性等条件发生变化。 (2)外来微生物 几乎所有土著微生物都存在生长速率慢、代谢活性低的待点。并且某些土著微生物的数量会由于污染物的存在而下降。因此需要接种一些降解污染物的高效菌。 采用外来微生物接种时，会受到土著微生物的竞争，需要用大量的接种微生物形成优势，以便迅速开始生物降解过程。 (3)基因工程菌 利用基因重组、细胞融合技术等遗传工程手段可改变细胞内的关键酶或酶系统，做到提高微生物的降解速率、维持低浓度下的代谢活性、拓宽底物的专一性范围、改善有机污染物降解过程中的生物催化稳定性等。 基因工程菌引入污染环境后常常会与土著微生物菌群发生激烈的竞争，基因工程菌需要足够的存话时间，其目的基因才能稳定地表达出特定的基因产物，如特异的酶。 目的基因表达的产物对微生物本身的活力并无益处，甚至有时还会降低基因工程菌的竞争力。解决这一问题的新途径是为目的基因的宿主微生物创建一个生态位，使其能利用土著菌不能利用的选择性基质。选择性基质应具有以下特点：对人和其他高等生物无毒，价廉以及便于使用。 目前，人们所关注的基因工程菌安全问题主要涉及两个方面：一是对实施转基因技术操作人员的安全；二是对环境生态的安全。人工基因转移打破了生物有性杂交屏障，是一种非自然现象，改变了生物多样性，后果难以预料。 14.2.2 影响生物修复的环境因素 生物修复过程中，影响微生物生长、活性及存在的因素很多，包括物理、化学及生物因素。 这些因素影响微生物对污染物的转化速率，也影响生物降解产物的特征及持久性。 (1)非生物因素 影响有机物生物修复的最重要非生物因素有温度、pH值、湿度水平（对土壤而言)、盐度、有毒物质、静水压力(对土壤深层或深海沉积物而言)。 (2)微生物无机营养物质 无机营养物质氮、磷是限制微生物活性的重要因素，为了使污染物达到完全降解，在多数生物修复过程中需要添加氦及磷以促进生物代谢的进行。适当添加营养物比接种特殊的微生物更为重要。 例如添加