上课生物修复重点.ppt

严格意义的生物修复： 污染物在不受人为干扰的条件下被降解。 自然环境中到处都存在着天然微生物降解和转化有毒和有害污染物的过程，只是由于环境条件的限制．这些净化过程速度缓慢. 生物修复的优点： （1）污染物在原地被降解清除 （2）修复时间较短 （3）操作简便，对周围环境干扰小 （4）较少的修复经费：仅为传统化学，物理修复经费的30%-50% （5）人类直接暴露在污染物下的机会减少 （6）不产生二次污染，遗留问题少 现在国内外的研究者正在努力扩展生物修复的应用范围。一方面，他们在积极寻找具有广谱降解特性、活性较高的天然微生物；另一方面，研究在极端环境下生长的微生物，试图将其用于生物修复过程。这些微生物包括耐极端温度、耐强酸或强碱、耐有机溶剂等。这类微生物若用于生物修复工程，使生物修复技术提高到一个新的水平。 R．J．Klenc等人从自然环境中分离到一株能在5一10℃水温中生长的嗜冷菌——恶臭假单胞菌Pseudomonas putida Q5，将嗜温菌Pseudomonas putida pawl所含的降解质粒ToL转入该菌株中，形成新的工程菌株Q5T，该菌在温度低至0℃仍可利用浓度为1000mg/L的甲苯为异养碳源正常生长，在实际应用中价值很高。 （二）生物修复的影响因素 生物修复过程中主要涉及到污染物的种类和浓度、环境条件和微生物 1、微生物的营养 在土壤和地下水中，特别是在地下水中，N、P等都是限制微生物活性的重要因素。 例如添加酵母膏或酵母废液可以明显地促进土壤中石油污染物的降解。与其他化合物相比，石油中的烃类作为一种天然有机物．微生物可以利用它们作为生长碳源。如果在石油污染土壤中加入硝酸盐和磷酸盐，可以有效地促进石油的降解。如果将营养盐(主要是N、P)比例调整合适，在很大程度上可以改善石油的生物降解。 2、电子受体 微生物的活性除受到营养的限制以外，污染物氧化分解的最终电子受体的种类和浓度也极大地影响污染物生物降解的速率和程度。微生物氧化还原反应的最终电子受体主要可以分为以下三类：溶解氧、有机物分解的中间产物和无机酸根。 在土壤中，溶解氧的浓度分布具有明显的层次，从上到下，存在着好氧带、缺氧带和厌氧带。由于微生物代谢所需的氧主要来自大气，因此氧的传递成为生物修复的一个控制因素。在表层土壤，微生物主要是好氧代谢；在深层土壤，由于水等阻隔，氧气的传递受到阻碍，微生物呼吸所需的氧越来越缺，这时微生物的代谢逐渐由好氧过渡到缺氧代谢，直至到厌氧代谢。 在厌氧环境中，硝酸根、硫酸根和铁离子等都可以作为有机物降解的电子受体。厌氧过程降解速率较慢，除甲苯外，其他一些芳香化合物的生物降解需要较长的启动时间，而且难以控制。一般情况下厌氧工艺使用较少，但是许多研究表明，许多在好氧条件下难以生物降解的化合物、如苯、甲苯、二甲苯、氯代芳香烃类，都可以在还原条件下被降解成水和二氧化碳。对于氯代酚类，厌氧处理比好氧处理更为有效。当然．由于厌氧过程速度缓慢，有机污染物在厌氧条件下的生物降解途径、机理和工艺研究报道较少。 3、共代谢机制 对于污染物的降解，微生物主要采用两种机制，一种方式为微生物降解污染物作为能源和营养源；另一种就是采用共代谢方式。 一些难降解的有机物不能直接作为碳源或能源物质被微生物利用，当环境中存在其他可利用的碳源或能源时，难降解化合物才能被利用，这样的过程成为共代谢作用。 例如，一株假单胞菌不能单独利用三氯乙酸作碳源生长，但在一氯乙酸存在时可以使三氯乙酸脱氯。甲醇为碳源时，一株洋葱假单胞菌能对三氯乙烯共代谢降解；某些分解代谢酚或甲苯的菌也具有共代谢氯代乙烯的能力。许多研究表明，微生物的共代谢对污染物的降解有着十分重要的作用。 共代谢作用几种情况： （1）靠降解其他有机物提供能源，如直肠梭菌需有蛋白胨类物质存在时才降解丙体666； （2）靠其他微生物协同作用，如农药二嗪农的嘧啶环，需链霉菌和节杆菌共同协助才能降解，两菌各自单独存在则不起作用； （3）先经别的物质诱导，如铜绿假单胞菌降解烷烃要经正庚烷诱导才产生羟化酶系，使链烷羟基化为相应的醇。 4、污染物的物理化学性质 影响土壤和地下水生物修复过程的污染物的物理化学性质，主要是指与淋失、吸附、挥发、生物降解和化学反应有关的物理化学性质。 污染物化学组成和分子结构，对污染物的生物降解性能具有决定性的作用，与生命物质结构越是相似的物质，越容易被微生物降解。 有机化合物分子中如果含有生命物质中很少含有的特殊基团或根本就不含有的特殊基团，都将降低其生物降解性，这些基团包括卤素、氯基、氰基等。这些基团的数量和在主体化合物的位置都将影响化合物的生物降解性，这些化合物中的基团数目越多，其生物降解性能越差；同样基团在主体化合物上的位置也影响这些