上课用生物修复hch8 污染环境的生物修复.pptVIP

第六章 污染环境的生物修复 生物修复的概念及其原理 生物修复工程技术 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. 生物修复的基本指导思想 就本质而言，生物修复和生物处理是一致的，但目前生物修复主要是指已被污染的土壤、地表水、地下水和海洋中有毒有害污染物的原位生物处理，以恢复这些地方的生态环境； 而相对而言，生物处理的含义则较为广泛。随着研究的不断深入，生物修复技术已由微生物修复扩展到植物修复，并已得到实际应用。 生物修复技术的特点 优点：投资费用省，对环境影响小，能有效降低污染物浓度，适用于在其他技术难以应用的场地，而且能同时处理受污染的土壤和地下水。 局限性：需对具体地点的状况和污染物进行详细而昂贵的考察，微生物活性受温度和其他环境条件的影响，某些情况下，生物修复不能去除全部的污染物。 与生物处理的区别：两者原理一致，但生物修复侧重于受污区域的原位生物处理。 二、生物修复种主要生物种类及其修复原理 （一）环境污染的微生物修复 通过微生物的降解和转化，将有机污染物转化为无害的小分子化合物和二氧化碳与水 1、微生物类型 土著微生物：环境中固有的微生物 外来微生物：需大量接种的高效菌 基因工程菌（GEM） （1）土著微生物 在自然环境中存在着各种各样的微生物，在遭受有毒有害物质污染存在对微生物的驯化过程。 努力扩展生物修复的应用范围： 积极寻找具有广谱降解特性、活性较高的天然微生物； 研究在极端环境下生长的微生物，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。 工程菌株Q5T 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， 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）微生物修复的影响因素 营养盐：需添加氮、磷营养元素 电子受体： 氧、硝酸根、硫酸根、铁离子。 共代谢基质 污染现场和土壤特性： 环境因素 1、微生物的营养 在土壤和地下水中，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。 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， 氧的传递成为生物修复的一个控制因素。 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，而且难以控制，厌氧工艺使用较少。 但是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。 3、共代谢机制（p176） 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 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