生物修复技术治理水污染的研究进展

1、.：.；生物修复技术治理水污染的研讨进展摘要：从微生物修复、植物修复和动物修复3个方面系统引见了生物修复技术的作用原理，论述了生物修复技术用于治理 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮磷、有机物和重金属污染的研讨现状，并总结了目前存在的问题，指出了生物修复技术的开展趋势。关键词：生物修复 水污染 富营养化 有机污染物 重金属据报道，我国目前有50%的河道和80%以上的湖泊遭到污染，许多湖泊已达不到地表水类水质规范，受污染水体的综合治理和修复已刻不容缓1。生物修复技术是在20世纪90年代得到迅速开展的一项污染治理工程技术，利用生物的生命代谢活动来减少污染

2、环境中的有毒有害物的浓度或使其无害化，从而使污染了的环境可以部分或完全地恢复到原初形状的过程。它利用生物对环境污染物的吸收、代谢及降解等功能，对环境中污染物的降解起催化作用，加速去除环境中的污染物。与传统的物理化学修复技术相比，生物修复技术具有以下优点：费用省，仅为现有环境工程技术的几分之一；环境影响小，不会构成二次污染或导致污染物的转移；可最大限制地降低污染物浓度。生物修复的种类很多，根据被修复的污染环境，可分为土壤生物修复、地下水生物修复、堆积物生物修复和海洋生物修复等；根据生物修复所利用的生物种类，可分为动物修复、植物修复和微生物修复；根据人工干涉的情况，可分为自然生物修复和人工生物修复

3、，人工生物修复又可分为原位生物修复(in situ bioremediation)、易位生物修复(ex situ bioremediation)和反响器生物修复(reactor bioremediation)。1 生物修复的作用机制1.1 微生物修复微生物修复技术是在人为优化的条件下，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分解代谢和合成代谢，对环境中的污染物进展转化、降解与去除的方法。微生物在生物修复中起着主导作用。早期的生物修复主要是利用微生物降解和转化环境中的有机污染物。可以用于生物修复的微生物有很多，包括细菌、真菌及原生动物等。 HYPERLINK iwatertech/

4、papers/31961.htm 废水中的有毒物质的成份非常复杂，包括各种酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛醇及蛋白质等等。生物处置去除污水中的有机物质，是利用微生物的新陈代谢过程。微生物群体依托细胞壁将污水中的有机物质吸收消化，同时产生一定的代谢物质，再作为其它微生物的养料，进展吸收消化，周而复始，直至污水中的有机物质全部分解。微生物对有机污染物的降解和转化主要包括好氧和厌氧两个过程，完全的好氧过程可使其转化为CO2、H2O、SO42、PO43、NO2、NO3等无机物，厌氧过程的主要产物为小分子有机酸和其他产物CO2、CH4和H2等。微生物虽然不可以将重金属经过降解而去除，但却

5、可以经过对重金属的转化和固定过程降低其毒性，还可以将重金属积累在菌体内2。湖泊污染的生物修复，主要是在湖泊中参与营养盐，用曝气机搅拌混合。底泥中的有机污染物可作为碳源被微生物利用，使污染的浅水湖泊得以生物修复。海洋油污染的生物修复，主要依托低温微生物对石油烃的降解作用来实现。海洋本已存在大量能降解石油的微生物，原油的走漏能刺激该类微生物的大量增殖，从而加速石油的分解，最终到达去除石油污染的目的3。降解石油的微生物广泛分布于海洋、淡水、陆地、寒带、温带、热带等不同环境中，可以分解石油烃类的微生物包括细菌、放线菌、霉菌、酵母以及藻类等共100余属、200多种，而环境条件对微生物存在数量有限制造用。

6、由于自然界石油的降解是一系列微生物共同作用的结果，没有一种微生物能降解石油中所包含的一切碳氢化合物，有些微生物本身并不能分解碳氢化合物，但其在石油去除中发扬着重要作用4。1.2 植物修复植物修复技术是以植物忍受和超量积累某种或某些化学元素的实际为根底，直接利用有生命的绿色植物及与其共存微生物体系去除或降低环境污染物的一项新兴技术。植物，特别是水生植物，对污染水体都有一定的净化才干，因此，在污染水体中种植对污染物吸收才干强且耐性好的植物，运用植物对污染物的吸附、吸收、富集和降解(植物根系-根际微生物的结协作用)等，将水体中污染物去除或固定，从而实现水体修复的目的。植物对污染物可经过根系吸收，也可

7、以直接经茎、叶等器官的体表吸收，吸收到体内的有机物，如酚、氰等可以直接降解，重金属、有机氯农药，如DDT、六六六等难降解物质，可储存在植物体内，甚至到达很高的浓度时，植物仍不会受害。植物可直接吸收污染物质，经过转化和保送，以非植物性毒素的方式进展积累。另一方面，植物经过向水体中分泌营养物质(单糖、氨基酸、脂肪族化合物、芳香烃等)和酶以及传送O2到根部来刺激根系周围微生物生长，并改动水体的生化活性，从而加速水体的生物修复作用。近年来研讨阐明植物根系的分泌物不但可为微生物提供营养物，同时可诱导微生物降解某些难降解的有毒物质如多氯联苯。水生植物可向堆积物、根围、茎叶围释放营养物质和O2，使堆积物中的

8、微生物经过好氧的方式矿化污染物，提高微生物活性及对污染物的矿化才干4。藻类和微型动物在水体的生物修复中也发扬着重要作用，经过藻类光协作用释放氧，可使严重污染后缺氧的水体恢复至好氧形状，这为微生物降解污染物提供了必要的电子受体，使好氧性菌对污染物的降解能顺利地进展。另外，水生植物根系部分还会栖生一些小型动物，它们经过吞噬过多的藻类和一些病原微生物，间接地对水体起到净化作用5。1.3 动物修复在污染水体治理修复中，合理规划、科学开展水上养殖，可在 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮磷污染较重的水域适当添加食草和浮游植物鱼种的投放，以控制和耗费过度繁衍的藻

9、类、提高水质。鱼类是动物修复的重要参与者，鲢鱼主要以浮游植物为食，鳙鱼主要以浮游动物为食。水蚤以藻类和有机腐屑为食，能有效除去藻类，同时它又可作为鱼类等水生动物的饵料被耗费。螺、蚌等底栖动物也可摄食碎屑、藻类，虾和鱼类可摄食藻类、碎屑、浮游动植物等，它们都可以明显限制浮游植物的生物量，同时降低水体中的COD、TP、DO和pH。在湖泊及欣赏性水体中，参与颜色艳丽的鲤鱼、金鱼等，既可提高欣赏价值，又可吞噬水草、藻类及其他小动物，坚持水体的生态平衡。动物在水体污染处置中主要起辅助作用，但它在处置污染物质的同时添加了经济效益及欣赏效益，是传统生物修复的必要补充6。2 生物修复技术的研讨现状2.1 脱

10、HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮除磷普通来说，当天然水体中总磷浓度大于0.02 mg/L、无机 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮浓度大于0.3 mg/L时，就可以为水体处于富营养化形状。富营养化水体中的 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷促使水中的藻类急剧生长，大量藻类的生长耗费了水中的氧，使鱼类、浮游生物因缺氧而死亡，从而它们腐烂的尸体使水质遭到污染。因此，去除水体中大量的 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、

11、磷，是治理富营养化污水的根本。然而， HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷元素是植物生长必需的营养物质，因此治理 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷污染的最好方法是植物修复。徐永健等7根据江蓠对环境水体中的不同营养类型及浓度有着灵敏的生理生化反响差别的特点，论述了江蓠可作为准确丈量环境中生物可获得营养盐浓度变化的指示生物的可行性。李睿华等8讨论了美人蕉、香根草和荆三棱3种水生植物带改善河水水质的作用，发现有植物带对污染物降解的效果好于无植物带，其中荆三棱带效果最好，它在整个运转期间对COD、NH4-N

12、和TP的去除效果分别为44.1%、78.7%和71.4%。人工湿地污水净化系一致个很重要的功能就是去除污水中的 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮磷。湿地植物能经过吸收、吸附和富集等作用去除污水中的污染物，包括对 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷的吸收利用。赵丽娜等9比较了几种春季湿地植物的污水处置效果，总结出菖蒲和香蒲的处置才干较好，其对TN、TP和COD的去除率分别到达了72.46%、90.36%、65.05%和69.82%、91.32%、77.15%；芦苇的处置效果略次于菖蒲和香蒲，其TN、TP

13、和COD的去除率分别为58.84%、74.60%和57.19%。CHRIS10研讨了流入污水的水质对湿地去除 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷的影响，停留时间从 2 d 添加到 7 d，结果发如今没有种植植物的湿地中 TN 的和 TP 的去除率分别从一样的 12%添加到 41%和 36%，而在种植了棒灯芯草时分别从 48%和 37%添加到 75%和 74%，但当流入污水中 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮磷含量添加时，种植了植物的湿地去除效果有一定程度的提高，没有种植植物的却下降。此外植物的不同生长

14、阶段对人工湿地系统污水处置效果都有影响，植物生长过程中，各人工湿地系统污水处置才干总体上继续加强，各水质目的 pH、DO、TN、NH3-N、NO3-N、TP 和 COD等均呈下降趋势，其中 TP 和 COD呈逐渐下降，pH、DO、TN、NH3-N、NO3-N那么呈现锯齿形动摇，但总体上仍是下降过程11。邓仕槐12指出污水处置后，湿地植物各器官中的 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮磷含量及分布有变化，芦苇叶对 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷的积累量最大，姜花根对 HYPERLINK iwaterte

15、ch/papers/31961.htm 氮的积累量最大，而对磷积累不明显。李建娜等13调查了7种湿地植物对 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷的吸收才干。结果阐明，稳定生长4个月后，平均总生物量在1 2153 500 g/m2，植物 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷平均质量浓度分别为13.7623.11、1.443.80 mg/g。香蒲具有最高 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮积累量达48.18 g/m2，梭鱼草具有最高磷积累量为7.23 g/m2，姜

16、草对 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷的积累量最低分别为21.40、1.68 g/m2。植物地上部 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷积累量与地下部的 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷积累量差别较大，除姜草外，植物地上部、地下部的 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷积累量比均大于3，黄花美人蕉地上部、地下部的 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷积累量比分

17、别达11.75、12.10 g/m2。经过植物收割去除 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷量约占湿地总去除量的2%6%。2.2 降解有机污染物20世纪以来，大量的人工合成化合物被排放入水体，由于其本身构造的复杂性和生物陌生性，传统的生物处置技术在处置这类污染物时遇到了一定的困难。生物强化技术经过在污水中参与优势高效菌种来添加和改善处置系统的才干，是一种利用生物治理 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 废水的高效技术，在 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 废水治理中的

18、运用范围在逐渐扩展。解宏端等14采用生物强化技术，向活性污泥处置系统中投加高效菌剂，调查了其对焦化 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 废水的处置效果和最正确控制参数。结果阐明，在延续进水的条件下，控制活性污泥的SV30为30%、高效菌液的投加量为0.3%菌液与焦化 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 废水的体积分数、水力停留时间为15 h，系统对挥发酚的去除率为99. 94%，出水挥发酚0.5 mg/L，到达(GB 1345692)的一级规范要求；对COD的去除率为85.60%，与未投菌的对照组相比(COD去除率

19、为60. 87% )，也有较大程度的提高。在活性污泥中投加X4 菌对含油脂 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 废水进展强化处置，可以提高油脂的去除率。未驯化的活性污泥对油脂的降解作用非常缓慢，在24 h内只降解9%的油脂。驯化后的活性污泥对油脂具有较好的去除才干，在24 h内对油脂的降解率为78%。在驯化后的活性污泥中投菌量为43%时，24 h 油脂的去除率到达97%15。宋秀娟等16采用生物强化技术，即利用从 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 废水中分别、挑选出的降解丙烯腈与总氰的特效菌株，使化纤 HYPER

20、LINK iwatertech/papers/31961.htm 废水加营养盐的培育基中丙烯腈降解率达98.7%，总氰降解率达84%。2.3 去除重金属污染1重金属污染水体的微生物修复环境中微生物并不能降解金属污染物，只能改动金属污染物的种类。生物法去除环境中的重金属主要是利用微生物改动金属原子、金属离子的形状，使其沉淀，以到达去除有毒重金属的目的；或者利用微生物改动金属离子的价态，使金属溶于液体中，从而易于从土壤中滤除。此外，还发现海藻、酵母菌等对金属具有较强的生物吸附才干。张玉玲等17利用从活性污泥中分别、纯化、挑选得到的霉菌，可以有效地吸附水体中Cr()、Cd()离子。王亚雄等18对产碱

21、假单胞菌和藤黄微球菌对Cu2+、Pb2+的吸附特性研讨阐明，两者对Cu2+、Pb2+的吸附速度很快，3 min内细菌对金属离子的吸附量到达总吸附量的75%，然后吸附速度逐渐降低。PRAKASHAM等19报道了根霉对Cr6+吸附。泥炭20、冬青属的栎屑21等经实验证明都可做生物吸附剂。2重金属污染水体的植物修复重金属污染水体的植物修复是经过植物根系移去、挥发或稳定水体环境中的重金属污染物，降低污染物中的重金属毒性，以到达去除污染、修复或治理水体为目的的一种技术。研讨阐明：经过植物的吸收、挥发、根滤、降解、稳定等作用，以到达净化环境的目的，而植物修复是一种去除环境污染的绿色技术，它具有本钱低、不破

22、坏生态环境、不引起二次污染等优点22。黄永杰等23比较了8种水生植物对重金属富集才干，其中以水鳖根、茎叶的Cu、Pb、Cd、Zn含量最高。彭克俭24以为龙须眼子菜能有效地从溶液中去除镉和铅。向日葵、豌豆、蓖麻等植物幼苗也能有效地运用到环境水体中重金属锌、铅、镉、铜污染的植物修复25-28。林淦等29利用水花生处置水体中重金属Pb2+时发现，重金属Pb2+为5 mg/L，pH为7.08.0(pH为7.5最正确)，处置温度为2530 (温度25 最正确)时；在处置时间为7 d以后，水花生净化Pb2+可以到达低于国家规范所允许排放的最高质量浓度0.2 mg/L。DANIELA等30研讨了芦苇不同部位

23、对重金属的吸收吸附量，结果阐明全部被检测金属(Cr、Cd、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb和Zn)吸附量都是根部大于叶部，而且差别高度显著。3重金属污染水体的动物修复水体底栖动物中的贝类、甲壳类、环节动物等对重金属具有一定富集作用。王晓丽等31运用半静态双箱模型室内模拟了牡蛎对4种重金属(As、Hg、Cd、Pb)的生物富集实验，证明了牡蛎是比较理想的重金属Hg、Cd、Pb污染的指示生物。据报道三角帆蚌、河蚌对重金属(Pb2+、Cu2+、Cr2+等)具有明显自然净化才干。但此法处置周期长，费用高，因此目前水生动物主要用作环境重金属污染的指示生物，用于污染治理的不多32。3 问题与建议生物修复技术因其

24、投入少，费用低廉，无二次污染等优点而备受瞩目，其研讨成果在环境维护领域中运用也越来越广泛。生物修复技术虽然比一些常规技术优越，但依然存在许多问题尚待处理：有毒物质(如重金属)对生物降解有抑制造用；某些污染物不能被生物降解，微生物也不能够降解一切的污染物；有些污染物在降解的过程中会转化成有毒的代谢产物；生物的活性遭到温度、酸碱度等环境要素的制约；植物修复过程比较缓慢，且具有明显的季节性；植物体内累积污染物后假设不能将其降解该如何资源化利用或妥善处置。结合当前国际该领域的开展趋势，建议着重开展以下研讨任务：挑选、分别、培育高效生物物种，主要包括污染物高效降解微生物、重金属耐性与超富集植物及污染物降

25、解动物；深化生物修复机制的研讨，要从生态学、生理学、生物化学及分子生物学等不同角度与层次研讨生物修复的机制；基因工程的研讨运用，使生物修复技术的研讨和运用进入分子程度，提高学科的开展程度和开展空间；加强生物修复技术同其它修复技术相结合的综合技术的研讨。参考文献1 万金保,侯得印.利用生物-生态修复技术治理城市污染河道J.江西科学, 2006, 24(1):77-79.2 郝桂玉,黄民生,徐亚同.生物修复原理J.净水技术,2004, 13 (2):39-42.3 杨秀敏,胡桂娟,杨秀红,等.生物修复技术的运用及开展J.中国矿业, 2007, 16(12):58-60.4 张逸飞,钟文辉,王国祥.

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