土壤污染及环境健康-有机污染.ppt

共代谢（co-metabolism）：微生物不能利用基质作为能源和组分的有机物转化方式称为共代谢，又称为共氧化。 对于一些污染物，微生物虽然可以降解他们，但却不能利用该污染物作为碳源合成自身生长所需要的有机质，因此需要另外的生长基质维持自身的生长。 矿化作用（mineralization） 指有机物在微生物的作用下彻底分解为H2O、CO2和简单的无机化合物的过程，是彻底的生物降解（终极降解)，可从根本上清除有毒物质的环境污染。实质都是酶促反应。 微生物修复机理 微生物 细菌：好氧细菌、厌氧细菌、兼氧细菌 细菌可以在污染条件下，不断适应环境，产生降解能力。如通过特定酶的诱导和抑制产生基因突变，通过质粒转移获得利用特定污染物的能力。 真菌：软腐菌、褐色菌、白腐菌 真菌对于一些大分子化合物表现出很强的降解能力，它们都以降解木质素而著称。 Pseudomonas putida KT2440 有机污染物的生物修复中潜力巨大，该菌株甚至还能促进植物生长并具有抗植物病害作用 Dehalococcoides ethenogenes 清除有机溶剂造成的污染 Alcanivorax??borkumensis 应用于海洋石油消除 Caulobacter crescentus 应用于低营养水环境的生物修复 微生物 Geobacter sulfurreducens 帮助转化铀和其它一些放射性金属物质 Shewanella oneidensis 去除铬、铀等环境有毒金属 Desulfovibrio vulgaris 帮助修复铀和铬等重金属污染 Deinococcus radiodurans 地球上最耐辐射的的生物，耐受的辐射剂量150万拉德，是人类耐受1000-3000倍 微生物 影响因素 营养物质 微生物分解有机污染物一般利用有机污染物做为碳源，但是微生物将有机污染物转化为其自身增长的生物质，还需要其他营养元素。 典型的细菌细胞组成为：50%C、14%N、3%P、2%K、1%S、0.2%Fe、0.5%Ca、Mg、Cl。 确定添加营养盐的形式、合适的浓度以及适当的比列，才能更好地大搞效果。 影响因素 电子受体（主要为种类和浓度） 微生物氧化还原反应的最终电子受体分为三大类，包括溶解氧、有机物分解的中间产物和无机酸根（如NO3-、SO42-、CO32-），第一种为有氧过程，而后两种为无氧过程。 可以将压缩空气送入土壤，添加过氧化物及其它产氧剂等。厌氧环境中CH4、NO3-、SO42-和Fe3+子等都可以作为有机物降解的电子受体。 影响因素 污染物的性质 对于微生物修复技术，污染物的可降解性是关键。 污染物对生物的毒性以及其降解中间产物的毒性，也是决定微生物修复技术是否适用的关键。 污染物的其它性质，也很重要。如污染物的挥发性，如果一个化学物质挥发性太高，往往挥发部分就大于降解部分，造成污染从土壤迁移到大气中，而并非降解。 另外，微生物往往只能利用土壤溶液溶解态的污染物。 影响因素 环境条件 土壤颗粒物的性质：有机质及粘土含量等。 有机质含量及结构决定着微生物的吸附特性，从而决定生物降解的可利用性。 介质条件：酸碱度、温度、湿度、孔隙率等。 生物降解必须在一定的湿度条件下进行，湿度过大或过小都会影响生物降解的进程，于酸碱度和温度相比，具有较大的可调性。 影响因素 微生物的协同作用 一种或多种微生物为其他微生物提供B族维生素、氨基酸及其它生长因素。 一种微生物将目标化合物分解成一种或几种中间有机物，第二种微生物继续分解中间产物。 一种微生物通过共代谢作用对目标化合物进行转化，形成中间产物不能被其进一步降解，只有在其他微生物的作用下才能得到彻底分解。 一种微生物分解目标化合物形成有毒中间产物，使分解率下降，其他微生物则可能以这种有毒中间产物作为碳源加以利用。 影响因素 其他影响因素 修复工程的现场气象因素，如风速、常年风向、大气湿度和降水情况等。 水文地质因素，如不渗水层与含水层的深度、地下水位(要考虑季节因素)和地下水流类型与特点、地面冻土深度以及洪水频度等等，都对一个修复工程起着重要的作用。 原位微生物修复技术 生物强化（bioaugmentation） 指在生物处理体系中投加具体有特定功能的微生物来改善原有处理体系的处理效果，如对难降解有机物的除去。 微生物的来源：原有体系的生物强化、外源微生物 前提：获得高效作用于目标降解物的菌种。 微生物强化的方法 用目标降解物驯化、诱导、富集、筛选和培养达到一定数量。 基因工程菌 利用降解质粒的相容性，把能够降解不同有害的质粒组合到1个菌种中，组建一个多质粒的新菌种。 可采用质粒分子育种，即在选择压力的条件下，在恒化器内混合培养，使微生物发生质粒相互作