环境修复技术-第二章原理

1、污染环境的生物修复原理1、什么是生物修复一、基本知识 生物修复技术主要是利用生物特有的分解有毒有害物质的能力，去除污染环境如土壤中的污染物，达到清除环境污染的目的。 狭义的生物修复通常是指在自然或人工控制的条件下，利用特定的微生物降解、清除环境中污染物的技术。 广义的生物修复通常是指利用各种生物（包括微生物，动物和植物）的特性，吸收、降解、转化环境中的污染物，使受污染的环境得到改善的治理技术。广义的生物修复可以分为微生物修复、植物修复、动物修复和生态修复四大类。 2、生物修复的类型 按修复主体可分为微生物修复、植物修复、动物修复、生态修复。 按修复受体可分为土壤生物修复、地下水生物修复、河流生

2、物修复、湖泊水库生物修复、海洋生物修复、大气生物修复、矿区生物修复、垃圾场生物修复等。 按修复场所可分为原位生物修复、异位生物修复和原位-异位联合生物修复。基本知识3、生物修复的产生与发展 生物修复起源于有机污染物的治理，利用好氧或厌氧微生物处理污水已有l00多年的历史，但是利用生物修复技术处理现场有机污染物才有30年的历史。1972年美国清除宾夕法尼亚州的Ambler管线泄漏的汽油是史料所记载的首次应用生物修复技术。 20世纪80年代以后基础研究的成果被应用于大范围的污染环境治理，并取得了相当的成功，从而发展成为一种新的生物治理技术。 1989年，美国阿拉斯加海域受到大面积石油污染，生物修复

3、技术首次大规模应用，取得了很好的效果。阿拉斯加溢油生物修复成为生物修复史上的里程碑，至此，生物修复技术成为一种可被人们接受的油泄漏治理方法。 我国关于生物修复的研究起步较晚，目前尚处于小试与中试阶段，还需进一步发展。 4、生物修复的特点 与化学、物理处理方法相比，生物修复技术具有下列的优点： 费用少，仅为传统化学、物理修复经费的3050； 操作简便，环境影响小； 最大限度地降低污染物的浓度； 可应用于其它技术难以应用的场地； 可以同时处理受污染的土壤和地下水，与其它技术结合弹性大。 同时有以下缺点： 耗时长； 运行条件苛刻； 对污染物有选择性，低生物有效性、难降解性常使生物修复不能进行。 基本

4、知识5、生物修复的原则 生物修复必须遵循的四项原则是使用适合的生物、在适合的场所、适合的环境条件和适合的技术费用下进行。 适合的生物是生物修复的先决条件，它是指具有正常生理和代谢能力，并能以较大的速率降解或转化污染物，并在修复过程中不产生毒性产物的生物体系。 适合的场所是指要有污染物和合适的生物相接触的地点，污染场地不含对降解菌种有抑制作用的物质且目标化合物能够被降解。 适合的环境条件是指要控制或改变环境条件，使生物的代谢与生长活动处于最佳状态。环境因子包括温度、湿度、O2、pH值、无机养分、电子受体等。 适合的技术费用是指生物修复技术费用必须尽可能低，至少低于同样可以消除该污染物的其他技术。

5、 二、环境微生物修复机理1、用于生物修复的微生物土著微生物 污染环境中的原有微生物，种类多、代谢类型多样，“食谱”广。据报道，能够降解烃类的微生物有70多个属、200余种；其中细菌约有40个属。外来微生物 人为富集和培养的高效菌，一般为复合菌群。基因工程菌 采用基因工程技术，将降解性质粒转移到一些能在污水和受污染土壤中生存的菌体内定向地构建高效降解难降解污染物的工程菌。用于生物修复的其他微生物 包括藻类和微型动物。微生物产品和酶环境微生物修复机理表2 难降解有机物和重金属及其相应的降解转化微生物污染物的生物迁移转化途径污染物的扩散迁移环境微生物修复机理污染物的吸附与沉积微生物对污染物的吸收污染

6、物的降解与累积污染物的富集污染物的生物转化2、有机污染物进入微生物体的过程主动运输 需要消耗能量，可以逆物质浓度梯度进行，需要载体蛋白的参与，对被运输的物质有高度的立体专一性，为主要方式被动扩散 微生物吸收营养物各种方式中最简单的一种，不规则运动的营养物质分子通过细胞膜中的含水小孔，由高浓度的胞外向低浓度的胞内扩散，具有非特异性。促进扩散 在运输过程中不需要消耗能量，物质本身在分子结构上也不会发生变化，同样不能进行逆浓度运输需要借助于位于细胞膜上的一种载体蛋白参与物质运输。基团转位 另一类类型的主动运输，在物质运输过程中，除了物质分子发生化学变化外，其他特点都与主动运输相同。厌氧微生物中发生。

7、胞饮作用 假丝酵母摄取烷烃的一类途径。胞饮作用（pinocytosis）：也叫内吞作用，是指物质吸附在质膜上，然后通过膜的内折而转移到细胞内的攫取物质及液体的过程。胞饮作用是植物细胞吸收水分、矿质元素和其他物质的方式之一。胞饮作用是非选择性吸收，它在吸收水分的同时，把水分中的物质一起吸收进来，如各种盐类和大分子物质甚至病毒。这为细胞如何吸收大分子物质提供了一个可能的机理。 胞饮作用的过程：当物质吸附在质膜时，质膜内陷，液体和物质便进入，然后质膜内折，逐渐包围着液体和物质，形成小囊泡，并向细胞内部移动。 囊泡把物质转移给细胞的方式有两种： 1）囊泡在移动过程中，其本身在细胞内溶解消失，把物质留在

8、细胞质内 ；2）囊泡一直向内移动，到液泡膜后将物质交给液泡 。3、污染物降解的基本反应氧化作用 包括Fe、S等单质的氧化，NH3、N02-等化合物的氧化，以及一些如甲基、醛有机物基团的氧化。还原作用 包括高价铁和硫酸盐的还原、NO3-的还原等，还原作用需要缺氧或者厌氧(无氧)的环境。基团转移作用 如脱羧、脱氨、脱卤等。水解作用 使大分子转变为小分子，如纤维素降解。此外还有酯化作用、缩合作用、氨化作用、乙酰化作用、双键断裂反应、卤原子移动、共代谢作用等。微生物对重金属离子的吸附与吸收 微生物对重金属吸附的机理主要有静电吸附、共价吸附、络合整合、离子交换和无机微沉淀等，重金属有可能通过沉淀或晶体化

9、作用沉积于细胞表面，某些难溶性重金属也可能被胞外分泌物或是细胞壁的腔洞捕获而沉积。 微生物吸收主要是利用生物新陈代谢作用产生能量，通过单价或二价离子的转移系统把重金属离子输送到细胞内部。由于有细胞内的累积，去除效果可能比单纯的生物吸附好。但是，由于环境中要去除的重金属离子大多有毒有害，抑制生物活性，甚至使其中毒死亡，并且生物的新陈代谢作用受温度、pH值、能源等诸多因素的影响，因此微生物累积在实际应用中受到很大的限制。微生物对重金属离子的转化 外境中重金属离子的长期存在使自然界中形成一些特殊微生物，它们对有毒重金属离子具有抗性，可以使金属离子发生转化。对微生物而言，这是一种很好的解毒作用；对环境

10、而言则是一种很好的修复作用，汞、铅、锡、砷等金属或类金属离子都能在微生物的作用下通过氧化还原作用而失去毒性。主要包括甲基化作用、氧化作用和还原作用。4、微生物修复的影响因素营养物质 在营养缺乏的环境中，为了使污染物达到完全降解，添加适当营养物比接种特殊微生物更加重要，例如N、P营养盐电子受体 土壤中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着污染物生物降解的速度和程度。微生物氧化还原反应的最终电子受体主要包括溶解氧、有机物分解的中间产物和无机酸根(如硝酸根和硫酸根)。共代谢基质 微生物的共代谢对一些顽固污染物的降解起着重要作用，因此共代谢基质对生物修复有重要影响有毒有害污染物的物理化

11、学性质 如有机污染物的化学结构、毒性、生物可利用性污染现场和土壤的特性 5、微生物修复技术与方法 微生物修复技术是在人为强化的条件下，用自然环境中的土著微生物或人为投加外源微生物的代谢活动，对环境中的污染物进行转化、降解与去除的方法。 环境微生物修复技术主要由三方面的内容组成： 利用土著微生物代谢能力的技术； 活化土著微生物分解能力的方法； 添加具有高速分解难降解化合物能力的特定微生物(群)的方法。图8 微 生物修复工艺实施程序图微生物修复技术与方法作业一：1、什么是环境、什么是环境?如何分类？如何分类？3、什么是物理修复？特点是什么，有哪几种类型？、什么是物理修复？特点是什么，有哪几种类型？4、什么是化学修复？特点是什么，有哪几种类型？、什么是化学修复？特点是什么，有哪几种类型？2、环境修复按照修复对象和修复方法分有哪几种类型？、环境修复按照修复对象和修复方法分有哪几种类型？作业二：1、什么是环境修复，狭义、广义如何理解？、什