生物修复本章重点难点1掌握生物修复的方法及原理2影响

1、第九章生物修复本章重点难点：1. 掌握生物修复的方法及原理；2. 影响原位修复及异位修复的机理及影响因素；3. 生物修复的特点及局限性。9.1 概述概念1 生物修复：利用生物特别是微生物催化降解有机污染物，从而去除或消除环境污染的一个受控或自发进行的过程。2微生物对有机污染物的降解和转化过程分为：好氧和厌氧。3污染土壤生物修复技术的基本原理：利用微生物将土壤中有机污染物降解为无害的无机物质（H2O和CO2）的过程。4污染土壤生物修复技术分类：原位生物修复或就地生物修复，一般适用污染现场；异位生物修复技术，主要包括预制床法、堆肥法、厌氧处理法和生物泥浆反应器法。9.2 生物修复的主要方法及微生物

2、的种类1在土壤的生物修复中,根据人工干预的情况，可进行如下分类：'自然生物修复'人工生物修复原位生物修复异位生物修复Vf非反应器型反应器型2 根据生物修复利用微生物的情况，可以分为使用污染处土著微生物、使用外源微生物和进行微生物强化作用。3 原位生物修复的主要技术手段： 添加营养物质，满足微生物生存的必需； 增加溶解氧，以提高微生物的活性； 添加微生物或（和）酶，以强化污染物分解速率； 添加表面活性剂，以促进污染物质与微生物的充分接触； 补充碳源及能源，以保证微生物共代谢的进行，分解共代谢化合物。根据被处理对象（如土壤、地下水、污泥等）的性质、污染物种类、环境条件等的区别，营养

3、物质的添加方式也不同。4在污染环境的生物修复中，可以利用的微生物有3大类：土著微生物、外来微生物和基因工程菌。9.3 生物修复的影响因素1非生物因素：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）；2营养物质：有机物提供的碳源及能源之外，还需要一系列营养物质及电子受体，最常见的无机营养物质是氮及磷；3电子受体：对好氧微生物而言，电子受体是02；厌氧微生物也可以利用硝酸盐、C02、硫酸盐、三价铁等作为电子受体分解有机物；4 复合基质5微生物的协同作用6捕食作用7种植植物在高等植物的根系周围，可以形成发达的根际微生物区系，这将对污染土壤的修复过程起到积极的

4、促进作用。9.4 原位生物修复9.4.1 概念原位修复技术是在不破坏土壤基本结构的情况下，污染土壤不经搅动或移动，在原位和易残留部位进行的修复。土壤生物修复技术(也称生物恢复、生物整治等)就是一种利用生物技术和方法来治理土壤污染使其恢复其正常功能的途径。广义的土壤生物修复包括利用土壤中的各种生物-植物、土壤动物和微生物吸收、降解和转化土壤中的污染物，使污染物的浓度降低到可接受的水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质。在这一概念下又可将土壤生物修复分为植物修复、动物修复和微生物修复三种类型。狭义的土壤生物修复，就是利用微生物的作用将土壤中有害的有机污染物降解为无害的无机物(CO2和h2o)或

5、其他无害物质的过程。9.4.2 原位修复原理在人为优化的条件下，利用自然环境中的微生物或人为投加特效微生物，来分解土壤中的污染物，以修复受污染的环境。微生物对物质进行各种转化作用的生理学基础是其新陈代谢活动，即分解代谢和合成代谢。(1) 微生物代谢微生物对污染物降解的基本代谢是有氧呼吸，其他代谢包括厌氧呼吸、共代谢、发酵。影响微生物系统的环境因素主要包括温度、湿度、pH值以及产物的积累等，介质常常是多相系统，一般是液-气-固相等的组合，空间分布不均匀，所有这些都会影响微生物的活性。各种不同类型的代谢反应是在细胞内的水介质中进行的，因此水是细胞内最重要的物质之一。(2) 微生物共降解共降解是指微

6、生物利用一种容易降解的物质作为支持生长的营养基质，而同时降解另一种物质，但是后一种物质的降解并不支持微生物的生长。前者通常称为第一基质，而后者称为第二基质或者共降解基质，且往往是难降解的污染物质。共降解过程主要特点可以概括为：(1) 微生物利用第一基质作为碳和能量的来源，用于本身的生长和维护，难降解的有机污染物作为第二基质被微生物降解。(2) 作为第二基质的污染物与第一营养基质之间存在竞争性抑制现象。(3) 污染物共降解的产物不能作为营养被同化为细胞质，有些共降解中间产物对细胞具有毒性抑制作用，但是共降解产物可能被其他微生物所利用。(4) 共降解是需能反应，能量来自第一营养基质的产能代谢。在某

7、些条件下，能量可能成为共降解过程的控制性因素。9.4.3 影响原位修复因素（1）污染物可降解性：分为两类，即初级降解和最终降解；物质分子结构中影响可降解性的主要因素包括以下几个方面：分子含有的碳原子的数目，环的数目，双键数目的影响，偶氮基团，单取代基的影响，取代基位置的影响，取代基数目的影响，结构复杂性的影响；从污染物质分子的结构特征参数也能够判断其生物可降解性。（2）营养物质（3）电子受体（4）土壤特征（5）强化措施：人工复氧；投加微生物菌种和微生物促生剂工程；植物修复与微生物修复相结合；利用专家系统。9.4.4原位修复的工程技术方法比较典型的是：原位气相抽取技术、原位生物修复技术以及最近几

8、年发展起来的原位土壤冲洗技术、原位电磁波频率加热技术、原位玻璃化技术等。土壤有机物污染的治理主要有化学法、生物法及化学与生物相结合的修复方法。9.5 异位生物修复技术9.5.1 概念异位生物修复：是指利用微生物及其他生物，将存在于土壤、地下水和海洋中的有毒有害的环境污染物降解成二氧化碳和水或转化成为无害物质的工程技术系统。特点：环境影响小，生物修复只是一个自然过程的强化，其最终产物是二氧化碳、水等，不会形成二次污染或导致污染的转移，可以永久性地消除污染物的长期隐患；最大限度地降低污染物的浓度，异位生物修复技术可以将污染物的残留浓度降到最低。9.5.2异位生物修复机理（1）有机污染物进入微生物细

9、胞的过程微生物降解有机物有两种作用方式：第一，通过微生物分泌的胞外酶降解；第二，污染物被微生物吸收到微生物细胞内后，由胞内酶降解。微生物从胞外环境中吸收摄取物质的方式主要有主动运输、被动扩散、基团转位、胞饮作用等。（2）微生物降解有机污染物的基本反应类型氧化作用：醇的氧化，醛的氧化，甲基的氧化，氨的氧化，亚硝酸的氧化，硫的氧化，铁的氧化，0氧化，氧化支烷基化，硫醚氧化，过氧化，苯环羟基化，芳环裂解，杂环裂解，环氧化。还原作用：乙烯基的还原，醇的还原，醌类的还原，芳环羟基化，双键还原作用，三键还原作用。基团转移作用：脱羧作用，脱氨基作用，脱卤作用，脱烃作用，脱氢卤，脱水反应。水解作用：酯类的水解

10、，多种微生物可发生此反应；胺类（如苯胺类除草剂），也可被许多微生物水解；磷酸酯水解；腈水解；卤代烃水解去卤，氯代苯甲酸盐、苯氧基乙酸盐、芳草枯等可通过水解进行生物降解。酯化作用缩合反应氨化作用乙酰化作用双键断裂反应卤原子移动9.5.3影响异位生物修复的环境条件（1）非生物因子温度：微生物生长的温度范围为-12100°C，大多数微生物生活在3040°C。任何一种微生物都有一个最适生长温度。酸碱度氧气供应营养物质：碳源、氮和磷、生长因子。多种基质：多种基质、盐分。（2）生物因子微生物的协同作用：协同作用机制包括提供生长因子分解不完全降解物分解共代谢产物分解有毒产物。9.5.4

11、异位修复技术方法异位生物修复主要包括：现场处理法预制床法：优点是可以在土壤受污染之初限制污染物的扩散和迁移，减少污染范围。但用在挖土方和运输方面的费用显著高于原位修复方法，另外在运输过程中可能会造成进一步的污染物暴露，还会由于挖掘而破坏原地的土壤生态结构堆制处理法：通常分为条形堆制、静态堆制和反应器堆制等三种方式。条形堆制操作简单，投资最少，但占地较多，不可能控制挥发性气体。反应器堆制可以最佳控制气体，占最小的空间，但欠灵活。生物反应器：主要缺点是工程复杂，要求严格的前、后处理工序，处理费用高。同时还要注意防止污染物由土壤转移到地下水体中。常见的生物反应器及其工艺有泥浆生物反应器生物过滤反应器

12、固定化膜与固定化细胞反应器厌氧-好氧反应器转鼓式反应器厌氧生物处理法9.6 工程实例9.6.1原位生物修复在土壤污染治理中的应用（1）美国犹他州某空军基地针对航空发动机油污染的土壤，采用原位生物降解进行修复；（2）利用土著微生物，通过补充养分提高生物降解速率而清除石油污染的成功实例也受到其他国家的认可与采纳；（3）除可清除石油污染外，生物修复技术还成功地应用于其他化合物污染的修复。如原美军基地中军用化学物2，4，6-三硝基甲苯（TNT）严重污染了当地的土壤。（4）燃料污染土壤的生物修复。9.6.2 原位生物修复在水污染治理中的应用（1）深圳市罗芳污水处理厂二期工程厌氧池距离罗芳村仅50m,为了消除其产生的恶臭对周边居民的影响,厌氧池增设了生物除臭系统；（2）利用生态修复技术,消除青浦区政府旁断头浜跃进河严重的水体黑臭；（3）利用复合酶技术治理污染河道；（4）利用微生物技术在治理漓江山水花园内部水系时,模拟自然生态环境,培养好氧、兼氧及厌氧微生物菌群,可以连续分解有机物质,不断形成净化水体的能力,取得了良好的效果；（5）黄民生等采用采用曝气复氧、投加高效微生物菌剂及生物促生液、放养水生植物、悬挂生物填料等构建的组合生物修复技术对苏州河严重污染支流-绥宁河进行原位污染治理和生物修复工程试验；（6）肖羽堂等采用弹性填料微孔曝气生物接触氧化法对受污染水源进行