铅污染及其微生物修复技术的研究进展
Advances in Microbiology 微生物前沿, 2014, 3, 1-7
Published Online March 2014 in Hans. https://www.360docs.net/doc/738604393.html,/journal/amb
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Research Progress of Lead Pollution
and Bioremediation Technology
Tairan Zhang, Wei Wang
Qinghai University, Xining
Email: 344490297@https://www.360docs.net/doc/738604393.html,, 526442190@https://www.360docs.net/doc/738604393.html,
Received: Feb. 20th, 2014; revised: Mar. 20th, 2014; accepted: Mar. 27th, 2014
Copyright ? 2014 by authors and Hans Publishers Inc.
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Abstract
In modern society, lead pollution is an increasingly serious environmental problem and there ex-ist many maladies for treating the lead pollution by chemical and physical solutions. Therefore, bioremediation of lead contamination has become a hot research field in recent years. This paper reviews the lead pollution and the harm of lead, and then summarizes the research progress of lead pollution in microbial remediation technology mainly from the perspective of lead resistant microorganisms on lead adsorption conditions and mechanism. Finally, this paper puts forward some suggestions on the development of its application according to the development status of domestic lead pollution and bioremediation technology.
Keywords
Lead Pollution, Microbial Remediation, Suggestions
铅污染及其微生物修复技术的
研究进展
张泰然，王维
青海大学，西宁
Email: 344490297@https://www.360docs.net/doc/738604393.html,, 526442190@https://www.360docs.net/doc/738604393.html,
收稿日期：2014年2月20日；修回日期：2014年3月20日；录用日期：2014年3月27日
摘要
铅污染是现代人类社会的一个日趋严重的环境问题，而传统上对于铅污染治理的物理化学方法存在着不少的弊端。所以对于铅污染的生物修复技术成为近几年来研究的热点。本文首先综述了铅的污染及其危害，然后主要从耐铅微生物对铅的吸附条件和机理上，总结了近几年来对于铅污染微生物修复技术的研究进展。最后根据国内铅污染微生物修复技术的发展状况，提出了几点基于其应用的发展建议。
关键词
铅污染，微生物修复，建议
1. 引言
1.1. 综述
铅是亲硫元素，多产于硫化矿氧化带，它是地球中藏量较多的元素之一，铅又是亲气元素，有大气污染和参与全球循环的特点，因而它也是环境中最丰富的有毒污染物之一[1]。而铅更是被有些学者认为是出现在人类文明中最严重的环境污染物之一，这一观点是被生物圈中铅高出自然水平几个数量级的浓度增加而证实的[2]。
铅污染程度的日趋加剧又是由其广泛的用途而决定的：主要用于制造铅蓄电池；在颜料和油漆中，铅白是一种普遍使用的白色染料；玻璃中加上铅制成铅玻璃，有很好的光学性能，可以制造各种光学仪器；铅还用来制造放射性辐射、X射线的防护设备等[3]。铅的这些性质和用途决定了铅污染将在很长一段时间内成为人类必须要认真面对的环境问题。
实验表明，铅是具有“粒子活性”的，这种污染会在许多铅排放和环境循环过程中通过粒子产生有效的铅清除[4]。但是由于欧洲和美国工业革命的开始，导致铅排放量大幅度增加，在同一时期生产的近50%的铅作为污染物释放到了环境之中[5]。这种排放远远地打破了自然界中原有的吸附–解吸附平衡，更是导致铅在环境中局部过度富集。
而铅本身更是钙的一种生物地球化学的类似物，它很容易结合到营养代谢中去[4]。这导致铅元素在环境中的生物富集和生物放大现象尤为明显。而铅对生物的影响又集中体现在大气、土壤、水体三个方面。
1.2. 土壤的铅污染
土壤是一个不均匀体系，不同类型的土壤对土壤的环境容量的影响是不同的，即使是采自同一母质发育的不同地区的同一类型的土壤，其Pb的化学行为和生物效应也有显著差异[6]。
而铅污染在我国经过全国土壤背景值基本统计量的结果表明，我国土壤含铅量最高可达1143 μg/g，最低为0.68 μg/g，平均可达到26 μg/g[7]。而铅在土壤中的存在形态受土壤物理化学性质的控制，常以可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物硫化物结合态和残渣态等5种形态存在[8]。
传统的治理铅污染土壤的主要方法有改土法、隔离包埋法、电动修复法、冲洗络合法等，但因为治理费用高或存在二次环境风险难以大面积推广使用，磷改良剂、诱导植物提取属于新型的土壤污染修复技术，具有廉价、易操作等优点，在国际上已有成功范例[8]。
1.3. 铅污染对植物的危害
铅不是植物发育的必需元素，当被动进入植物根、茎或叶后，就会在其中不断积累，影响植物的生长发育和生理生化过程[9]。而已有的研究表明，Pb2+可以导致植物氧化胁迫O2?、H2O2、?OH等活性氧的大量产生，严重地影响植物膜系统的功能[10]，导致膜体的过氧化[11]。而Cd2+的膜富集更是可直接或者间接地改变K+通道的结构和功能[12]。
基于此，近年来许多学者都关于铅对植物的毒害进行了相关研究，其部分研究表明，高浓度的铅会影响植物种子的发芽率和发芽指数[13]，还会影响种子幼根的生长[14]。除了对植物种子的影响外，更会使生长中的作物成熟期推迟，产量大幅度下降，这一点在陈怀满对土壤–植物系统中的重金属污染的研究[7]得到证明。而对于成体植物，高的铅浓度会影响其总叶绿素[15]，正常水分代谢[16]，硝酸还原酶、过氧化氢酶[17]、DNA和RNA的活性及其细胞的有丝分裂[18]，抗氧化酶活性[19]以及体内SOD活性[20]等。
同时，研究还表明一定浓度锌，镧，有机酸和硒等物质都可以对铅污染有一定的修复作用，其具体机理大多是提高了SOD、CAT或POD的活性[21]-[24]。
而事实上，铅污染真正对人类的危害不仅体现在其高浓度对植物的破坏，还体现在其低浓度时的生物放大现象，及通过生物链从自然环境(土壤、水体、大气)进入农作物再进一步进入人体。据统计，我国受重金属污染的耕地面积近2000万hm2，约占总耕地面积的20%，全国粮食含铅量大于1.0 mg/kg的产地有十多个[25]。
1.4. 铅污染对人体的危害
铅是一种分布广泛且毒性没有阈值的重金属，在环境中可长期蓄积，主要通过空气、土壤、食物、饮水进入人体[26]。长期暴露在铅污染物环境中，往往会造成体内血铅浓度升高，引起贫血、认知缺损、听力减弱和维生素D代谢紊乱、腹部疼痛等问题，而儿童和婴幼儿是铅污染的敏感人群[27]。
研究表明，铅对机体的损伤呈多系统性、多器官性，能对神经、造血、消化、泌尿、生殖、心血管、内分泌、免疫等系统及生长发育造成不利影响[28]。通过对小白鼠的研究发现，其脑部对铅的反应最为敏感，会对记忆力和学习能力产生影响[28]。而这种影响在一定程度上可以被锌拮抗：锌可能通过某种途径直接或间接阻断了铅与抗氧化酶系的相互作用，减轻了铅引起的神经化损伤[28]。
而对于人体来说，铅通过肠道和呼吸进入人体，再经过主动运输和被动扩散两种形式由小肠和肺泡吸收进入血液，一部分储存于骨骼(通常所说的储存池)，另一部分随血液分布到全身各器官组织(通常所说的交换池)，从而产生毒性作用。其动态平衡如图1[29]所示。而铅还可以通过血液进入脑组织，造成
Figure 1. Biological structure of the IEUBK model for lead in children
图1.儿童血铅模型IEUBK的生物学结构图
脑损伤，血铅的理想水平应该为0[30]。
而事实上，不仅高浓度的铅环境会对人体产生损伤，低浓度的铅环境一样会对人体产生不利影响：长期接触低水平铅不仅能使生物学指标发生改变，同时会对周围神经系统产生不同程度的损伤，使下肢感觉神经、上肢运动神经潜伏期较先受累[31]。
从严格意义上讲，正常人血铅含量不应大于400 mg/kg[32]。而目前，人类对铅的吸收值已接近或超出人体的最大允许量，铅的过度摄入已经成为危害人体健康不容忽视的一个方面[33]。无论是世界还是国内，人体血铅超标的事件更是层出不穷。
2. 铅污染的微生物修复
2.1. 其他修复方法概述
传统的含铅废水处理技术有化学沉淀法、电解法、吸附法、离子交换法、膜分离法等[34]。化学沉淀法对化学试剂的消耗较大，且存在二次污染的可能性；电解法耗电量大，处理废水量少；膜分离法处理成本较高；吸附法是一种比较有效的处理重金属污染的方法，活性炭、离子交换树脂、离子交换纤维材料固然有良好的处理效果，但其经济运行成本高，难以大规模应用。因此寻找高效，低成本的吸附材料是当前吸附法处理重金属污染的一个研究热点[35]。
而其生物吸附铅的主要机理一般被认为与胞外聚合物(胞外多糖和胞外蛋白)有关，其中研究表明胞外蛋白对铅吸附的贡献大于胞内蛋白。而在吸附过程中，胞外聚合物在吸附铅时并未被破坏其本身的结构，说明是它们其中的基团与铅离子发生了作用。其具体机理经过研究表明可能是氨基中的N和酰胺中的N 起了主要作用[36]。
而生物吸附法又可分为植物修复法和微生物处理技术[3]。在植物修复中，能利用的植物有草本、藻类、木本植物等。已有文献涉及到玉米、向日葵、燕麦、大麦、豌豆和莴苣等植物对重金属的修复作用研究[37] [38]。而国内文献则有对超铅富集植物接骨草和鲁白，荠菜以及杨梅的研究[39]-[41]。
而微生物处理技术国内还普遍处于实验室阶段。但近年来已经有不少学者展开了对铅吸附性微生物的研究。
2.2. 微生物修复
关于铅污染的微生物修复，近几年来国内外学者对耐铅微生物做了各方面的研究[42]-[54]。其研究方向大多集中在吸附条件、吸附机理上。少有学者对他们所分离出的耐铅微生物进行了DNA层面上的遗传学分析[48]，但由于数据有限，无法得出可靠结论，故不在此详细阐述。
2.2.1. 吸附条件的研究进展
几乎所有研究耐铅性微生物的学者都研究了其吸附条件，包括温度、PH、离心转速、铅浓度对微生物吸附铅能力的影响等。其基本思想大多是控制一种吸附条件，测定其对铅离子的去除率或600 nm处的OD值。大量的实验表明，耐铅性微生物对铅的去除率和其在600 nm下的OD值(可以反映微生物生长情况)变化趋势基本一致。所以我们可以认为在600 nm下的OD值可以在一定程度上反映耐铅性微生物对铅吸附能力的大小，更可以进一步推论出：耐铅性微生物对铅的吸附是一个以活细胞吸附为主的过程。
关于温度，大量学者的实验都表明，耐铅性微生物对铅的吸附率的峰值都是在30℃附近。而当耐铅性微生物的生长温度条件高于或低于这个温度时，其吸附率大多都会出现明显下降，其具体原因还未成定论。在温度这个方向上，30℃远远高于我国大部分地区的常温。所以如果要让铅污染的微生物修复技术走出实验室，其最佳吸附温度将会是一个需要最先被解决的问题。
关于PH，许多学者也做了相关方面的研究。研究结果表明，大多数的耐铅菌都不属于极端嗜碱菌或极端嗜酸菌。其对于PH的耐受性在2左右，普遍集中在5~8。原因可能是由于其生长环境不同而导致的。
关于培养转速，只有少部分学者做了此方面的研究。其研究结果也十分一致，即将含铅废水和菌种进行充分混合会提高耐铅菌对于铅的吸附效率。但研究表明，一般只有在混合速率超过每秒10转，才有可能使吸附效率达到最大。这在实际中耗能将会成为一个很大的问题，所以其实际意义远远低于温度和PH对铅吸附能力的影响。
关于铅浓度，这是对于耐铅性微生物吸附铅的一个至关重要的问题。从自然环境中分离的菌种对铅浓度吸附的峰值一般集中在300~600 mg/L。部分学者对分离出的菌种进行了驯化，使其耐铅能力有了明显的提高。研究结果表明：真菌的耐铅能力一般大于细菌的耐铅能力；但对铅的吸附能力，其规律还尚不明显。
还有部分学者对铅的吸附时间进行研究，证明了其吸附是一个以快速吸附为主的过程[44]。
还有部分学者做了相关方面的研究，对湿菌和干菌关于铅吸附的能力进行了测定[49]，其结果是湿菌的吸附能力远大于干菌。但数据较少，尚且无法定论。
2.2.2. 吸附机理的研究进展
吸附机理同样是一个研究的热点。研究发现，如果只考虑生物膜对铅的吸附，Langmuir和Freudlich 模型都能很好地描述生物膜对铅吸附的热力学过程，而Elovich和双常数速率方程能够较好地拟合吸附的动力学过程[47]。而其它的研究表明，对于耐铅性微生物对铅的吸附数据大多都符合Langmuir等温吸附模型。
还有部分学者对耐铅微生物进行了红外光谱分析，金羽等人则对耐铅微生物进行了电镜扫描。无论是数学模型还是红外光谱分析，都证实了耐铅微生物对铅的吸附机理是一个以表面吸附为主的过程。对耐铅微生物的电镜扫描发现，耐铅微生物对铅的吸附过程中存在着胞内富集现象。
2.3. 应用发展的建议
2.3.1. 应用技术
国内已经有了许多对耐铅微生物吸附铅能力的研究，但至今仍缺少可以和理论相结合的应用技术，这是我国铅污染的生物修复技术一直都没能走出实验室的一个重要原因。所以对于铅污染的微生物修复，应注重其应用技术的研究：
对于含铅废水，微生物修复有着吸附效率高、速度快、选择性去除铅等优点，但是由于微生物体积过小，使微生物细胞不易与废水相分离，容易产生二次污染。这大大限制了微生物修复技术在处理含铅废水中的应用和发展。因此对于含铅废水的微生物修复来说，选取合适的微生物并根据其性质用恰当的固定方法来吸附铅，是一个非常广阔的研究前景。
对于受到铅污染的土壤，由于重金属的不可降解性和富集性，微生物修复存在着无法彻底清除的缺陷，所以微生物对于土壤重金属的修复作用主要是与植物结合：利用微生物促进重金属离子活性，促进植物对重金属的吸收[55]。所以对于土壤的微生物修复来说，应根据当地的具体环境，来确定修复所用的耐铅植物与微生物，综合考虑二者之间的联系。
2.3.2. 吸附条件
虽然国内学者对耐铅微生物的吸附条件的研究资料很多，但是大多都没有与实际环境相结合。其分离出的耐铅微生物大多都没有在实际环境中吸附铅，因此实际参考价值并不高。
对于受到铅污染的土壤，由于微生物修复是与植物相结合的，所以应当研究两者之间的相互作用关
系。根据实际土壤环境、温度等外部条件，以及所选取的耐铅微生物、植物本身的性质共同确定其最适吸附条件。
对于含铅废水，应研究耐铅微生物在实际废水中对铅离子的吸附作用，并将实验结果与在培养基中的吸附结果进行对比。分析两种环境下不同因子对微生物吸附铅的影响。或是研究不同的固定化方式、菌种在水体中的存在方式，对菌种吸附铅能力的影响。
2.3.3. 联合吸附
如今国内对微生物吸附铅的研究大多集中在单菌种吸附上。所以，对铅的多菌种联合吸附很可能是以后的研究方向之一。即研究水体和土壤内的耐铅菌种与其他菌种的共生关系。研究是否存在两种耐铅性微生物能对铅进行联合吸附，或是存在某种不耐铅微生物能通过某种机理来增强耐铅微生物的铅吸附能力。
2.3.4. 菌种驯化
在前文已经提到，耐铅性微生物的最适吸附温度大约都集中在30℃。可30℃远超我国大部分地区的常温。而驯化嗜低温性耐铅性微生物就是其解决办法之一。除了温度以外，驯化耐受其他实际环境因素的耐铅微生物也是一个不错的研究方向。
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石油污染土壤的微生物修复原理
石油污染土壤的微生物修复 一、降解石油烃类化合物的微生物种类 自然界中能够降解石油烃类污染物的微生物种类有数百种，70多属，主要是细菌、真菌和藻类三大类型的生物。 表1 石油烃降解微生物种属 细菌真菌藻类 无色杆菌属枝顶孢属双眉藻属 不动杆菌属曲霉属鱼腥藻属 芽孢杆菌属金色担子菌数小球藻属 色杆菌属假丝酵母属衣藻属 诺卡氏菌属镰刀霉属念珠藻属 放线菌属青霉菌属紫球藻属 ……… 按照分子生物学和遗传学分类，可将降解石油污染物的微生物分为土著微生物和基因工程菌两大类。 二、产生表面活性剂的微生物 生物表面活性剂是微生物在一定培养条件下产生的一类集亲水基和疏水基于一体、具有表面活性的代谢产物。 分类典型产物 中性脂类甘油单脂、聚多元醇、其他蜡脂 磷脂/脂肪酸磷脂酰乙醇胺 糖脂糖酯、糖醇酯、糖苷 含氨基酸脂类脂氨基酸、脂多肽、脂蛋白 聚合型脂多糖、脂-糖-蛋白复合物 特殊型全胞、膜载体、Fimbriae 生物表面活性剂优点：1较低的表面张力和界面张力；2无毒或低毒，对环境友好；3可生物降解；4极端环境（温度、pH、盐浓度）下具有很好的专一性和选择性；5不致敏、可消化、可作为化妆品和食品的添加剂；6结构多样，可用于特殊领域 三、微生物降解石油的机制
1.微生物吸收疏水性有机物的机理 图1 微生物吸收疏水性有机污染物的4种摄取途径微生物吸收疏水性有机物的模式有4种：1微生物吸收其附近溶解于水相中的烃类；2细胞直接与石油烃接触。这种作用可以通过改变菌毛或细胞表面的疏水性部分的改造进行调控，提高对有机物的吸附；3通过细胞直接与分散在水相中的石油烃的微米或亚微米液滴接触来吸收；4强化吸收模式，即由于细胞产生的表面活性剂或乳化剂使烃的水溶性增强，微生物表面的疏水性更强，使细胞与烃接触。 丝状真菌主要通过菌丝的吸收作用摄取石油烃。 2.微生物细胞膜转运烃机理 微生物对有机化合物的降解作用是由细胞酶引起，整个过程可分为3个步骤。首先化合物在微生物细胞膜表面吸附（动态平衡过程）；其次吸附在细胞膜表面的化合物进入细胞内；最后化合物进入细胞膜内与降解酶结合发生酶促反应（快速过程）。 参与第1个步骤还有表面活性剂。 石油进入细胞方式：非特异性接触，被动运输方式。 3.微生物降解石油的机制 石油类物质+微生物+O 2+营养物质→CO 2 +H 2 O+副产物+微生物细胞生物量 微生物利用石油烃类作为碳源和能源，经过一系列氧化、还原、分解、合成等生化作用，将石油污染物最终矿化为无害的无机物的过程。 途径：烷烃→醇→醛→脂肪酸→β氧化乙酸盐→CO 2+H 2 O+生物量 四、典型石油烃的降解途径
污染土壤微生物修复技术研究进展
污染土壤微生物修复技术研究进展课程论文 摘要针对2014年4月环境环保部公布的首次全国土壤污染状况调查结果，撰写我国最严重的耕地污染中主要污染物镉、砷、滴滴涕和多环芳烃的微生物修复研究进展。 关键词土壤污染；微生物修复；重金属污染；有机物污染 2005年4月至2013年12月我国开展的首次全国土壤污染状况调查结果显示全国土壤环境状况总体不容乐观，部分地区土壤污染较重，耕地土壤环境质量堪忧，工矿业废弃地土壤环境问题突出。全国土壤总的超标率为16.1%，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。人类赖以生存的耕地中土壤点位超标率高达19.4%，迫在眉睫的主要污染物为镉、砷、滴滴涕和多环芳烃[1]。 微生物修复是指利用天然存在的或所培养的功能微生物群，在适宜环境条件下，促进或强化微生物代谢功能，从而达到降低有毒污染物活性或降解成无毒物质的生物修复技术，它已成为污染土壤生物修复技术的重要组成部分和生力军[2]。由于我国土壤调查结果显示在农田耕地中重金属污染物镉、镍、砷、有机污染物滴滴涕和多环芳烃超标最严重，对这些污染物的治理已经迫在眉睫。所以，本文重点阐述针对这5种污染物的微生物修复技术研究进展。 1、重金属污染土壤微生物修复研究进展 土壤微生物种类繁多、数量庞大，是土壤的活性有机胶体，比表面大、带电荷和代谢活动旺盛，在重金属污染物的土壤生物地球化学循环过程中起到了积极作用。微生物可以对土壤中重金属进行固定、移动或转化，改变它们在土壤中的环境化学行为，可促进有毒、有害物质解毒或降低毒性，从而达到生物修复的目的[3]。因此，重金属污染土壤的微生物修复原理主要包括生物富集 (如生物积累、吸附作用)、生物转化(如生物氧化还原、甲基化与去甲基化以及重金属的溶解和有机络合配位降解)、生物固定（如与S2-的共沉淀）、生物滤除（如细菌的淋滤作用）等作用方式。 1.1镉污染 将具有重金属吸附能力的天然蛋白或人工合成肽展示在微生物细胞表面,可以提高微生物对重金属的吸附能力。Kuro da等[4]改造了微生物表面蛋白使得当酵母金属硫蛋白( YMT )串联体在酵母表面展示表达后,4 聚体对重金属吸附能力提高5.9 倍, 8 聚
环境修复原理与技术
环境修复原理与技术 一、单选(13分) 1、微生物降解有机污染物的基本反应类型不包括() A中和反应 B、氧化反应 C、还原反应 D、水解反应 正确答案:A 2、以下不属于物理修复技术的是() A、原位可渗透反应墙技术 B、固化稳定化修复技术 C、电动力学修复技术 D、热力学修复技术 正确答案:A 3、以下不属于环境生物修复技术局限性的是() A.需要大型设备,造价昂贵 B、耗时长 C、条件苛刻 D、并非所有进入环境的污染物都能被利用 正确答案:A 4.可处理性试验方法不包括( A.水体灭菌实验 B.土壤柱试验 C、反应器实验 D.摇瓶实验 正确答案:A 5、微生物修复的影响因素不包括() A大气性质 B、微生物活性 C、污染物特性 D、土壤性质 正确答案:A 6、土壤污染的特点不包括() A.隐蔽性 B、可逆性 C、长期性 D、后果严重性 正确答案:B
7、稳定塘修复技术可以分为微生物稳定塘和水生生物塘,下列选项中不属于微生物稳定塘的是() A好氧塘 B、养殖塘 C、厌氧塘 D、曝气塘 正确答案:B 8、干扰可以分为自然干抗和人为干扰,以下不属于自然干扰的是( A.文化活动或过程干扰 B、火干扰 C.土壤性干扰 D.动物性干扰 正确答案:B 9、修复不包括() A恢复 B、重建 C、整顿 D、改建 正确答案:C 10、气体抽提修复技术优点不包括() A、处理量大 B、干扰小 C、对不易挥发有机污染物处理效果明显 D、易于与其他技术组合使用 正确答案:C 11、生命现象的典型表现是() A同化作用 B.异化作用 C、新陈代谢 D、呼吸作用 正确答案:C 12、大气污染的修复净化技术不包括() A.植物修复技术 B.微生物修复技术 C、无机矿物材料修复技术 D、原位修复技术 正确答案:D
微生物修复技术与环境的关系
微生物与生态环境的关系 ——生物修复技术与生态环境 田文涛 化工与制药专业理工1005班学号100150135 指导教师刘雪玲 摘要 微生物是自然生态链中重要的一环，是必不可少的，它们对化学元素在自然界中循环、高分子物的合成与降解、甚至对无机物质形成、能量物质的储存、细胞基因储存复制及未知的方面等具有重要贡献。它的作用是呈两方面的：有益于人类的和病原的。 微生物与人类的生活密切相关，在生态环境中发挥着重要的作用。生物修复技术已成功应用对于修复污染环境，并取得很好的成果。本文介绍了生物修复技术，着重叙述了微生物修复技术极其应用，从而说明了微生物在生态环境中的重要性和相关研究进展。 关键词：微生物生物修复技术生态环境保护
前言 生物修复( bioremediation) 技术是指利用特定的生物吸收、转化、清除或降解环境污染物, 从而修复被污染环境或消除环境中污染物, 实现环境净化、生态效应恢复的生物措施。它是一类低耗能、高效和环境安全的环境生物技术。它主要是利用土著微生物的代谢能力、活化土著微生物降解能力或者添加具有高速分解难降解化合物能力的特定微生物, 针对不同的污染环境, 可利用不同的修复微生物及改善其生长条件。生物修复技术又包括动物修复、植物修复、微生物修复等技术，其中犹以微生物修复重要。本文主要叙述了微生物修复技术的定义与应用，从而介绍了微生物对污染环境修复中的研究进展。 持久有机污染物主要有有机磷农药、芳香族类化合物、卤代有机化合物等，它们在大气、水环境、土壤中广泛存在，对人类产生了巨大威胁。这些环境有机污染物通常被认为是环境外来化合物,一般天然微生物由于缺乏与之降解相适应的完整酶系统,所以表现出难以生物降解。但是在长期的接触驯化过程中,微生物的遗传变异和质粒传递特性,使很多微生物具有了降解或部分降解的能力。下面讨论一下人们所关注的有机磷农药的微生物降解。 据研究，假单胞菌及黄杆菌等均能产生一种高水平组合型表达的膜结合性有机磷水解酶,该酶对多种对硫磷结构的化合物都有降解活性,其pH、温度的范围广,稳定性强,底物范围广泛,可裂解包括P - O, P - F, P - CN, P - S等化学键。自可以从上两种微生物中将有机磷水解酶提纯起,人们尝试了借助固定化方法进行有机磷水解酶的应用,载体先是选用三苯甲基琼脂糖,依赖疏水作用将酶分子固定其上,而降解反应体系中补充的为增大农药溶解度的有机溶剂会引起酶与载体的解吸效应。为此将载体改用为聚酰胺纤维,采用共价结合法获得了良好的固定效果。 因微生物生长周期较长,酶纯化效率又低、成本高,无法广泛地应用于生产。人们便将更多的目光集中在大肠杆菌宿主的表达系统上,使用强启动子lac实现有机磷水解酶大肠杆菌细胞表面高水平的表达,然后固定化细胞,发展成为生物反应器。 土壤受到重金属污染后, 可能导致重金属在农作物体内积累, 造成食物链
含油土壤微生物修复技术
含油土壤微生物修复技术 一、国内外研究动态 1.1技术背景 石油是原油和石油制品的总称。原油是积累的有机物质经过地质变迁而形成的，主要由链烷烃、环烷烃、芳香烃以及少量硫化物、氮化物、环烷酸类等非烃化合物组成的复杂混合物，其中烃类占所有组分的95~99.5%，其化学组成、颜色和物理性状等随产地的不同而略有不同.【1】 石油是现代社会的最主要能源之一，石油工业在国民经济中占有十分重要的地位，也是国家综合国力的重要组成部分，因此世界各国十分重视石油工业的发展。【2】 在石油行业，土壤污染主要来源于油气生产、加工过程中产生的落地原油及含油污泥、钻井废泥浆以及含油污水处理产生的废渣等三部分。【3】石油进入土壤后,会破坏土壤结构，影响土壤的通透性，降低土壤质量；油污粘着在植物根系上，形成一层粘膜，阻碍植物根系对养分和水分的吸收，引起根系腐烂，影响农作物生长；石油富含的化学基团能与无机氮、磷结合并限制硝化作用和脱磷酸作用,从而使土壤有效氮、磷的含量减少，影响作物的营养吸收；【4】石油中的多环芳烃具有致癌、致畸、致突变等作用【5】。石油烃中不易被土壤吸附的部分能渗入地下污染地下水。 1.2含油土壤的处理方法 为了消除土壤中的石油污染，各国的研究人员进行了广泛的研究。处理含油土壤的物理和化学方法主要有焚烧法、固化法、热脱附法、溶剂萃取法、洗涤法等，这些方法存在价格较高、破坏土壤结构和组分、造成二次污染等问题，限制了应用范围。【6】 生物修复因其具有成本低、效率高、无二次污染、易操作等优点，被认为是有机污染物修复技术中最有效、最可行和最可靠的方法，越来越引起人们的关注。Hung-Soo Joo等人发现粉末状Candida catenulata 在23%食物残渣和77%柴油污染的土壤（2%柴油）培养13天后，84%最初的石油烃被降解，相比较没有接种的只有48%的降解率。【19】研究表明固定化细胞相比自由细胞有着很高的热稳定性，并且底物浓度明显的影响着降解的能力。【21】 3石油的微生物降解 .3.1微生物降解石油污染物的优势 动物、植物、微生物都具有降解污染物的能力，但微生物在污染物降解中的作用最大。这是因为微生物具有种类多、分布广、个体小、繁殖快、比表面积大、容易变异的特点。 3.2环境中降解石油的微生物 能降解石油烃的微生物非常多，有100余属，200多个各种(顾传辉等，2001)。一般认为，细菌分解原油比真菌、放线菌容易的多，更能有效地降解原油。降解
环境生物修复技术复习题
2016环境生物修复技术复习题 一、名词解释 1、原位生物修复 指在污染的原地点采用一定的工程措施进行生物修复。采用工程措施但不挖掘或抽取地下水等方法。 2、环境生物技术 直接或间接利用完整的生物体或生物体的某些组成部分或某些机能．建立降低或消除污染物产生的生产工艺，或者能够高效净化环境污染以及同时生产有用物质的人工技术系统，称之为环境生物技术。 3、膜污染 膜污染是指在膜过滤过程中，水中的微粒、胶体粒子或溶质大分子由于与膜存在物理化学相互作用或机械作用而引起的在膜表面或膜孔内吸附、沉积造成膜孔径变小或堵塞，使膜产生透过流量与分离特性的不可逆变化现象。 4、稳定塘处理技术 稳定塘旧称氧化塘或生物塘，是一种利用天然净化能力对污水进行处理的构筑物的总称。其净化过程与自然水体的自净过程相似。通常是将土地进行适当的人工修整，建成池塘，并设置围堤和防渗层，依靠塘内生长的微生物来处理污水。主要利用菌藻的共同作用处理废水中的有机污染物。稳定塘污水处理系统具有基建投资和运转费用低、维护和维修简单、便于操作、能有效去除污水中的有机物和病原体、无需污泥处理等优点。 5、植物促进 也称之为植物提取，植物根系将土壤中重金属或有机污染物从污染的土壤中转移到植物的地上部分。一般指那些能累积超过叶子干重%的Mn，或者%
的Co、Cu、Pb、 Ni、Zn，或者%的Cd的植物。目前世界上有 500多种这样的植物。 6、湿地处理系统 人工湿地处理系统是由人工优化模拟湿地系统而建造的具有自然生态系统综合降解净化功能，且可认为监督控制的废水处理系统，是一种集物理，化学，生化反应于一体的废水处理技术；一般由人工基制和生长在其上的水生植物组成，是一个独特的土壤，植物，微生物综合生态系统。 7、土地处理技术 利用土壤-植物系统的自我调控机制和对污染物的综合净化功能对被污染的河水进行异位处理的技术。 8、矿化作用 指有机污染物在一种或多种微生物的作用下彻底分解为H2O、CO2和简单的无机化合物如含氮化合物、含磷化合物、含硫化合物和含氯化合物等的过程。 9、生物强化 是指通过向传统的生物处理系统中引入具有特定功能的微生物，提高有效微生物的浓度，增强对难降解有机物的降解能力，提高其降解速率，并改善原有生物处理体系对难降解有机物的去除效能。 10、生物冶金 生物冶金技术，又称生物浸出技术，通常指矿石的细菌氧化或生物氧化，由自然界存在的微生物进行。这些微生物被称作适温细菌，大约有微米长、微米宽，只能在显微镜下看到，靠无机物生存，对生命无害。这些细菌靠黄铁矿、砷黄铁矿和其他金属硫化物如黄铜矿和铜铀云母为生。 12、颗粒污泥 颗粒污泥是指UASB工艺中起净化污水作用的污泥颗粒。好氧颗粒污泥
受污染土壤的微生物修复
受污染土壤的微生物修复 陈红艳,王继华 (哈尔滨师范大学生命科学与技术学院,黑龙江哈尔滨150025) 摘要:污染土壤的微生物修复技术是一项非常有应用前景的环保新技术,它既经济又无二次污染,具有其它 修复技术难以比拟的优势。本文介绍了中国土壤中重金属、农药、烃类污染的现状与危害,总结了土壤污染的微生物修复技术的研究现状,重点介绍了能够降解污染物的微生物,并从土壤微生物与污染物质的相互作用入手,较为系统地综合评述了国内外污染土壤的微生物修复原理与技术。同时,结合当前土壤污染的新特点对微生物修复技术进行预测和展望,指出了需要进一步研究的领域。 关键词:受污染土壤;微生物修复;修复原理;修复技术 Microbial Remediation of Polluted Soils Chen Hongyan, Wang J ihua (College of Life Science And Technology, Harbin Normal University, Harbin 150025, China) Abstract:Microbial remediation technique has been showing extensive prospects for use in polluted soils. And, it is an economical and green solution to the problem of polluted soils. This papermainly introduces the status of heavy metal pollution, pesticide pollution, petroleum pollution of soils and its harm in China. The presence of the researches on microbial remediation, and advancement in research of microbial remediation of polluted sois. A comprehensive review is p resented of current researches on and development of microbial remediation of soils contaminated with typical pollutants at home and abroad, based on interaction between soilmicroorganisms and pollutants. In the end of the paper, directed at new characteristics of the soil pollution in China, the prospects for bioremediation research is discussed and fields for futher study are recommended. Key words: polluted soils; microbial remediation; principles; techniques 前言 近20年来,随着工、农业生产的迅速发展,农业污染特别是土壤受污染的程度日趋严重[ 1 ] 。这些能够对土壤造成污染的因素主要有:农药、重金属、石油等。据粗略统计,中国受重金属污染的土地达到2 000万公顷, 受农药、化学试剂污染的农田达到6 000多万公顷,污染程度达到了世界之最。 农药的污染。随着农业的发展,农民使用农药的量越来越多,由此而造成的危害也越来越大。据统计,中国每年使用50多万吨农药。这些农药主要包括杀虫剂、杀菌剂和除草剂等,多是有机氯、有机磷、有机氮、有机硫农药,这些农药对土壤硝化作用呼吸作用和固氮作用均会产生暂时的或永久性的影响,因为在施用农药时,不管采取什么方式大部分农药都会落入土壤中,同时附着在作物上的那一部分农药以及漂浮在空气中的农药也会因风吹落入土壤。另外,使用浸种、拌种等施药方式更是将农药直接混入到土壤中,所以,土壤中的农药污染是相当严 重的,已引起土壤生产力和农产品质量的明显下降。 重金属的污染。随着工农业的迅速发展,每年有大量工业和城市垃圾作为有机肥进入农业土壤中。这些垃圾往往含有较多的重金属元素,如汞、铜、锌、镍、铅、铬等,这些金属离子作为微量元素是生物代谢所必需的,然而超过一定浓度时,便会导致土壤微生物大量下降和活性降低,尤其对土壤中有益微生物如自生固氮菌等影响更为明显。所以,重金属污染已日益
第十章 污染环境的微生物净化与修复
第十章污染环境的微生物净化与修复 第一节有机污染物的微生物降解与转化 自然界中化学物质的降解方式有： 光降解 化学降解 生物降解：指微生物对有机物的破坏与矿化作用，包括生物的降解能力、有机物降解的难易程度以及有机物的降解途径等 生物转化：指各种有机物通过生物的吸收和代谢而改变形成或转变成另一种物质的过程。 一、微生物降解有机污染物的潜力 微生物个体微小，比表面积大，代谢速率快 微生物种类繁多，分布广泛，代谢类型多样 微生物降解酶 微生物繁殖快，易变异，适应性强 微生物体内的调控系统——质粒 二、工程菌的构建 质粒分子育种
o降解性质粒：编码某些有机化合物代谢途径的质粒。通过接合、转化或转导，降解性质粒可由一个菌株转移至另一个菌株。 美国生物学家查克拉巴蒂用连续融合法构建了“多质粒超级菌株”解芳烃、解多环芳烃、解萜烃、解脂肪烃
o质粒分子育种（PAMB）：是美国Chakrabarty等人提出的一种培育新功能菌株的方法。 在施加选择性压力的条件下，将多种微生物置于恒化器中长期混合培养，通过微生物之 间质粒的自然传递，使某些菌株获得外来降解性质粒而具有新的代谢功能。 基因工程育种 o基因工程：指把外源DNA通过具有复制能力的载体分子（如质粒、噬菌体、病毒等）形成重组DNA分子，导入到不具有这种重组分子的受体细胞内，进行稳定的复制和表达， 使受体产生新的生物性状的操作过程。 o基因工程操作步骤： ?基因分离 ?基因提取 ?酶促合成 ?化学合成 ?DNA体外重组 ?载体传递 ?复制与表达 ?筛选与繁殖
三、有机污染物的可生物降解性 可生物降解性 可生物降解性：在微生物作用下大分子有机物转变成小分子化合物的可能性，包括降解转化历程、终产物的稳定性、矿化程度、毒性等。 研究可生物降解性的意义： 1. 可预测环境行为 2. 指导工作
环境修复技术
环境修复技术 Environmental Bioremediation Technology 一、课程基本信息 学时：32 学分：2.0 考核方式：考查 中文简介：环境修复技术是在上世纪90年代迅速发展的一种治理土壤、沉积物、水体和海洋中有毒化学品污染的新技术。本课程重点围绕生物修复技术，主要讲授生物修复的基本特点及其理论基础，即微生物对污染物的作用及其毒理效应、污染物对生物降解的作用、环境因子对污染物生物降解的影响等。同时，本课程结合实例以专题形式介绍修复技术在不同污染环境中的应用，包括富营养化湖泊和河涌的生态修复、人工湿地在污水处理中的应用、有机污染物土壤的生物修复、重金属污染土壤的生态修复、连作土壤微生物污染的修复和农业非点源污染修复技术等。 通过本课程的学习，使学生了解当前修复技术的发展和应用情况，掌握针对不同污染环境下所采用的生物修复技术，提高学生理论知识应用能力，为培养具有较强实操能力的环境专业人才打下坚实基础。 二、教学目的与要求 环境修复技术是一个多学科的交叉课程，需要化学、微生物学、生物化学、毒理学、工程学、土壤学、水文地质学、植物学等方面的综合知识。本课程从生物修复的基本知识入手，重点介绍不同污染环境下所采用的修复技术、污染物降解的基本过程及其影响因素，以使学生对生物修复的原理、发展、应用以及存在的问题有明晰和透彻的了解。 三、教学方法与手段 本课程教学过程中主要采用的方法和手段有：讲授法、案例教学法、讨论法、体验学习教学法、调查研究和专业网站学习法等。 四、教学内容及目标 教学内容教学目标学时分配 第一章绪论 3 第一节本课程授课内容、成绩评定与学习方法了解 第二节背景知识了解 第三节基本概念掌握
污染土壤的微生物修复研究进展
污染土壤的微生物修复研究进展 土壤污染严重影响了土壤的生产力，是急需解决的环境问题。本文全面地介绍了土壤修复的微生物筛选与降解研究，以及污染土壤的微生物修复技术及其应用，提出了今后微生物修复研究的工作重点，强调了污染物降解基因的发掘和微生物复合修复技术开发的重要性。 标签：土壤污染微生物筛选微生物修复 1简介 我国土壤污染总体形势不容乐观，局部地区污染严重，目前至少有1300-1600万hm2耕地受到农药污染，约占全国耕地的10%以上，每年因重金属污染的粮食就达到1200万t，造成的直接经济损失超过200亿元人民币[1]。与大气、水体相比，污染物更难在土壤中迁移、扩散和稀释，所以土壤污染的治理尤为重要，土壤的环境修复技术也应运而生。 80年代以前，土壤的环境修复主要侧重于研究物理、化学修复理论与技术，80年代后微生物修复受到高度重视。微生物修复主要利用土壤中的土著微生物或向污染环境补充经驯化的高效微生物，在优化的环境条件下，加速分解污染物，修复被污染的土壤。微生物不仅种类繁多，数量极大，分布广泛，而且具有繁殖迅速，个体微小，比表面积大，对环境适应能力强等特点，因而在土壤的环境修复上具有巨大的发展潜力。 2土壤修复的微生物筛选与降解研究 我国土壤污染类型中，重金属污染和有机物污染所占比重较大。自然界中存在能够对重金属或有机物进行降解的菌种和微生物，这些微生物大多存在于被相应污染物污染的土壤表层。因此，人们一般以污染土壤为对象，从中筛选相应的降解菌。 为了获得高效镉吸附微生物，刘标等[2]从重金属污染土壤中分离筛选出4株耐镉能力较强的细菌菌株2-1、2-2、4-1、7-1，其中菌株4-1的镉吸附效果最好，并研究分析了其他常见重金属离子对菌株4-1生长的影响，结果显示培养液中加入Zn2+、Cu2+对菌株生长无明显影响，但加入100mg/L Pb2+会抑制其生长。李明顺等[3]研究了微生物对锑的代谢机制，一方面微生物能够利用体内的蛋白如ArsB转运蛋白将锑外排，另一方面微生物能够对锑进行氧化，将毒性较强的Sb（Ⅲ）转化为毒性相对较弱的Sb（Ⅴ）。 为了得到高效的石油降解菌，汪杰等[4]以柴油为培养基的唯一碳源，从山东胜利油田、新疆克拉玛依油田和陕西长庆油田3处的石油污染土壤中富集纯化得到3株高效的石油烃降解菌，用这3株菌进行污染土壤的修复试验，污染土壤中石油烃降解半衰期为30d左右，为自然情况下的1/4左右。姜肸等[5]以南海
西安交通大学17年9月课程考试《环境修复原理与技术》作业考核试题
西安交通大学17年9月课程考试《环境修复原理与技术》作业考核试题 一、单选题（共20 道试题，共40 分。） 1. 微生物修复的影响因素不包括（） A. 大气性质 B. 微生物活性 C. 污染物特性 D. 土壤性质 正确答案： 2. 水环境的修复原则不包括（） A. 成本最低原则 B. 生态学原则 C. 水体地域性 D. 最小风险和最大利益原则 正确答案： 3. 大气污染的修复净化技术不包括（） A. 植物修复技术 B. 微生物修复技术 C. 无机矿物材料修复技术 D. 原位修复技术 正确答案： 4. 以下不属于植物修复技术优点的是（） A. 植物修复技术影响因素少 B. 植物修复的开发和应用潜力巨大 C. 植物修复符合可持续发展理念 D. 植物修复过程易于为社会接受 正确答案： 5. 修复不包括（） A. 恢复 B. 重建 C. 整顿 D. 改建 正确答案： 6. 可处理性试验方法不包括（） A. 水体灭菌实验 B. 土壤柱试验
C. 反应器实验 D. 摇瓶实验 正确答案： 7. 重金属对植物的伤害不包括（） A. 细胞壁结构和功能受到破坏 B. 光合作用受到抑制 C. 呼吸作用发生紊乱 D. 细胞核核仁遭到破坏 正确答案： 8. 气体抽提修复技术优点不包括（） A. 处理量大 B. 干扰小 C. 对不易挥发有机污染物处理效果明显 D. 易于与其他技术组合使用 正确答案： 9. 以下不属于植物对重金属抗性机制的是（） A. 阻止重金属进入体内 B. 将重金属在体内通过酶的作用分解掉 C. 将重金属排出体外 D. 对重金属的活性钝化 正确答案： 10. 干扰可以分为自然干扰和人为干扰，以下不属于自然干扰的是（） A. 文化活动或过程干扰 B. 火干扰 C. 土壤性干扰 D. 动物性干扰 正确答案： 11. 以下不属于环境生物修复技术局限性的是（） A. 需要大型设备，造价昂贵 B. 耗时长 C. 条件苛刻 D. 并非所有进入环境的污染物都能被利用 正确答案： 12. 我国富营养化湖泊水库的共同特征不包括（） A. 总氮和总磷浓度高 B. 透明度差 C. 水体叶绿素过高 D. 恶臭 正确答案： 13. 以下不属于物理修复技术的是（） A. 原位可渗透反应墙技术 B. 固化稳定化修复技术 C. 电动力学修复技术
生物修复对环境污染的作用
微生物对环境污染的生物修复作用 摘要：随着化肥、农药、洗涤剂等的普遍应用, 环境中的氮、磷含量增加引起水体富营养化已经成为现代废水处理一项新的研究课题，本文综述了植物-微生物-土壤动物交互作用在生物联合修复、微生物对水产养殖环境修复作用、环境生物技术在污水除磷脱氮过程中的应用及发展前景. 关键字：环境生物技术；氮磷去除；污水；生物修复 Microbial bioremediation on environmental pollution Abstract: Because of universal application of chemical fertilizer , pesticide and detergents, the increasing content of nitrogen and phosphorus of wastewater which bring about rich nutrition in water has become a matter of interest to many people. The study on nitrogen and phosphorus removal of wastewater has become a new problem. Plant-micro-organisms-the interaction of soil animals in the United biological repair, micro-organisms on the environment for aquaculture repair. Application and prospects of environmental biotechnology in nitrogen and phosphorus removal of wastewater were introduced in this paper . Key words: environmental biotechnology ; nitrogen and phosphorus removal ; wastewater；biological repair 微生物是生物修复的一支主力军，它不仅能消除水体的油污，其他许多类型的污水也不在话下，并发展出了很多相关处理技术。例如，现在很多污水处理厂的核心部分实际就是一个生物修复反应器—活性污泥或生物膜，它们都是由许多微生物生长在一起形成的，只是前者呈泥状，后者呈膜状。这些微生物分解污物的能力非常强，黑乎乎的工业和生活废水经过它们的作用能大大得到净化。近年来对于令人头疼的湖泊蓝藻和日益频繁的近海赤潮，一些科学家也正尝试用生物修复的方法加以治理，即借助于蓝藻和赤潮生物的致病病毒使其染病死亡，这真是不折不扣的生物战。生物修复还能清除土壤的污染。土壤和水一样都是非常宝贵的资源，但令人遗憾的是，今天它也成为人类对环境破坏的主要受害者之一。通过如污水灌溉、化肥和农药的大量施用等种种渠道，大量污染物进入土壤，土壤品质不断下降，一些污染物经过食物链进入人体危害人的健康。正因如此，一些地方的农民甚至从不吃自己种的菜，尽管这是他们用汗水换来的。对于被农药、石油、苯等有机物污染的土壤，可以像阿拉斯加原油泄漏事件中采取的方法一样，向土壤中加入合适的微生物营养物质，使居住在土壤中的那些能分解这些污染物的微生物生长速度加快，从而使这些污染物的分解速度大大加快。为了提高效果，也可以向土壤中引入合适的外来微生物，这些外来微生物可以是科学家从自然界分离到的分解这些污染物能力特别强的菌株，还可以是采用基因工程修饰改良的菌株。利用天然存在的或特别培养的微生物在可调控环境条件下将有毒污染物转化为无毒物质的处理技术，可以消除或减弱环境污染物的毒性，减少污染物对人类健康和生态系统的风险[1]。为此，生物修复属于生产后期的污染控制，简称产后控制，是可持续发展在环境保护上的重要体现。
微生物修复
微生物修复 摘要: 微生物与人类的生活密切相关，在生态环境中发挥着重要的作用。生物修复技术已成功应用对于修复污染环境，并取得很好的成果。本文介绍了生物修复技术，着重叙述了微生物修复技术极其应用，从而说明了微生物在生态环境中的重要性和相关研究进展。 关键词: 生物修复微生物修复重金属富营养化水体 生物修复( bioremediation) 技术是指利用特定的生物吸收、转化、清除或降解环境污染物, 从而修复被污染环境或消除环境中污染物, 实现环境净化、生态效应恢复的生物措施。它是一类低耗能、高效和环境安全的环境生物技术。它主要是利用土著微生物的代谢能力、活化土著微生物降解能力或者添加具有高速分解难降解化合物能力的特定微生物, 针对不同的污染环境, 可利用不同的修复微生物及改善其生长条件。生物修复技术又包括动物修复、植物修复、微生物修复等技术，其中犹以微生物修复重要。本文主要叙述了微生物修复技术的定义与应用，从而介绍了微生物对污染环境修复中的研究进展。 微生物修复 微生物修复技术主要是利用自然环境中生息的微生物或投加的特定微生物,在人为促进工程化条件下,分解污染物,修复被污染的环境。目前受污染的环境主要有土壤、水体等，微生物修复正是利用微生物将其中有毒有害有机污染物降解为无害的无机物质的过程。 重金属污染土壤的微生物修复 土壤受到重金属污染后, 可能导致重金属在农作物体内积累, 造成食物链污染, 严重威胁人体健康。微生物对重金属的修复机理比较复杂, 目前学术界还没有形成统一认识。一些学者认为, 微生物修复技术是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的特效微生物对重金属吸收、沉淀、氧化、还原等过程,降低土壤中重金属的含量或毒性,使污染的土壤恢复生态功能。有学者发现, Cu, Cd, Pb能以硅酸盐或氢氧化物形式结合在芽孢杆菌细胞的表面。变价金属在环境中可以同价态形式存在, 细菌的代谢活动可将这些重金属离子氧化还原。某些细菌可向胞外分泌硫和磷酸等物质使环境中的重金属离子沉淀,或在细菌的成矿过程中伴随有重金属的共沉淀。氧化硫杆菌、氧化亚铁杆菌等可通过提高氧化还原电位、降低酸度等滤除污泥、土壤和沉积物中的重金属。 另一些学者认为,新陈代谢是微生物修复功能实现的生理基础,在新陈代谢过程中微生物通过对重金属元素的价态转化或通过刺激植物根系的发育影响植物对重金属的吸收, 从而降低土壤中重金属含量或毒性。微生物通过产生有机酸、提供质子或与重金属络合的有机阴离子交换或络合金属离子,使土壤溶液中的金属含量增加,有利于超富集植物吸收。某些菌还能通过胞外络合作用、胞外沉淀作用、胞内积累与转化等生理过程将重金属由高毒性变为低毒性。微生物还可与植物根系相互作用, 形成菌根或刺激根系分泌重金属络合剂、螯合剂,抑制重金属的毒性,或促进植物对重金属的吸收富集,降低土壤中重金属的含量。 重金属污染土壤的修复是一个系统工程, 单一的修复技术很难满足实际的需要,以生物修复为主, 注重植物、动物和微生物协同作用,辅以物理、化学及农业生态措施, 加快重金属毒性消解,促进生物吸收富集,从而提高生物修复的综合效率。 金属污染微生物修复技术的研究与应用 (1)重金属污染的微生物修复是利用微生物的生物活性对重金属的亲合吸附或转化为低毒产物，从而降低重金属的污染程度。目前应用微生物的高效降解、转化能力在治理重金属污染方面已经取得了良好效果。其治理过程分为：①高效生物降解能力和极端环境微生物的筛选、鉴定；②污染物生物降解基因的分离、鉴定和特殊工程菌的构建；③生物恢复的实际应用和工程化。 (2)筛选污染物高效降解菌株的研究是微生物修复技术研究的第1步。根据微生物与污染物
污染土壤修复技术研究进展
污染土壤修复技术研究进展 阮迪申 华南农业大学资源环境学院，广东广州510642 摘要：我国土壤污染问题颇为严峻，污染土壤的修复技术已成为当今的一大研究热点。这篇文章以目前常见的修复技术为主线，较为全面地综述了物理化学修复、微生物修复和植物修复三大技术的原理、优缺点、现有的研究进展和实践，并展望了它们未来的发展方向。本文认为，植物修复技术投资小、生态效益高、兼容环境美学，具有很大的发展空间。 关键词：土壤污染；修复技术；植物修复；综述 0引言 目前中国土壤环境污染越来越严重，污染面临的形势也十分严峻。我国现有耕地1亿hm2，其中近2000万hm2耕地受到不同程度的污染[1]。土壤污染会造成粮食减产，作物中污染物含量超标，地下水污染等严重后果。因此，发展经济而又高效的土壤修复技术，对于生态环境的保护，农产品的质量安全和社会经济的可持续发展具有重要的意义。 污染土壤的修复技术有很多，按原理可大致分为物理化学修复、微生物修复和植物修复。这些修复技术主要针对的对象是重金属和有机污染物。目前，我国在植物修复和微生物强化修复领域已有一些成功案例[2]。本文旨在对近年来国内外应用较多、效果较好的几种修复技术进行总结，并提出自己的评价和研究展望。 1物理化学修复 物理化学修复是指利用物理或者化学的方法对污染土壤进行修复，主要的方法有翻土、客土、热处理、固化/稳定化、土壤性能改良、淋洗/浸提、电动修复等。下面简要介绍其中的两种方法。 电动修复电动修复是通过在污染土壤两侧施加直流电压形成电场梯度，土壤中污染物质在电场作用下通过电迁移、电渗流或电泳的方式被带到电极两端从而修复污染土壤。美国Electrokinetics公司对As和Zn污染的土壤进行电动修复，7周后,土壤中As浓度由400～500mg/kg降低到30mg/kg，土壤中Zn的浓度在8周后由2410mg/kg降低到1620mg/kg。该项技术对环境几乎没有负面影响，而且费用（20～30$/m3）较其他传统的物理化学修复技术要小。不足之处是该项技术不适用于非极性的有机物。 淋洗/浸提技术该项技术通过溶剂的浸提，去除土壤中难以降解的有机物。美国Terra-Kleen公司已利用该技术修复了大约2×104m3被PCBs和二噁英污染的土壤和沉积物，浓度高达2×104mg/kg的PCBs被减少到1mg/kg，二噁英的浓度减幅甚至达到了99.9%。 从总体上来看，物理化学修复技术具有治理效果彻底、稳定的优点，其共同的不足是工程量和投资较大。此外，这些方法都具有一定的适用范围，且未能同时考虑生态效益。
土壤微生物修复综述
土壤污染生物修复 【摘要】随着工业技术不断发达，人们生活水平不断提高的今天，严重的土壤环境污染却成为发展后的代价。所以对于污染的治理的研究成为科研工作者们的主要内容。在土壤治理方面不断革新，传统的治理手段不断淘汰，随着科学技术发展，生物修复技术将大量的被应用到土壤污染修复之中。本文主要概述了生物修复土壤污染的概念及手段。 【关键词】土壤污染，微生物修复，植物修复，重金属，有机化合物。 1 我国土壤污染现状 就目前我国土壤的污染程度来说，在污染的总体趋势上较为严峻。据2014年国家环境保护部和国土资源部联合公布的《全国土壤污染调查公报》显示，全国土壤总的超标率为 16.1%，其中耕地土壤点位超标率高达19.4%；在调查的重污染企业用地和工业废弃地点位中，超标率分别高达 36.3%和34.9%。我国受到污染的耕地面积达到了0.1亿 hm2，受到污染的耕地面积占我国总耕地面积的1/10，可以说污染的程度相当深。其中很多的耕地受到重金属的污染，总面积达到了2000 万 hm2，占总耕地面积的1/5。其中工业“三废”污染耕地1000万hm2，污水灌溉农田面积达330多万hm2，1600万hm2耕地受到农药的污染，固体废弃物堆存占地和毁田13.3万 hm2，合计占耕地总面积的10%以上。二是土壤污染危害巨大。据估算，全国每年因重金属污染而减产粮食1000多万t，造成的直接经济损失超过200亿元。由土壤污染引发的农产品安全和人体健康事件时有发生，成为影响农业生产、群众健康和社会稳定的重要因素。土壤的生态环境保护与治理已引起人们的普遍关注。 2 生物修复技术 生物修复(Bioremediation)是一项清洁环境的低投资、高效益、便于应用、发展潜力较大的新兴技术，它具有成本低、操作简单、无二次污染、处理效果好且能大面积推广应用等优点，生物修复利用生物(包括植物、微生物和原生动物)的代谢功能，吸收、转化、清除或降解环境污染物，实现环境净化、生态恢复。从参与修复过程的生物类型来划分，生物修复包括微生物修复、植物修复、动物修复和联合修复等，另外还有原位生物修复技术和异位生物修复技术等。生物修复是一种较为理想的污染治理手段。 对于土壤污染生物修复是很好的修复手段，主要是利用生物的自然新陈代谢功能对环境中的各种有害物质的浓度进行有效的降低，使得土壤中的污染物形成自然分解，这样的修复可以使得土壤自然的恢复到原始的状态，而这种修复方式对于土壤的整体结构不会造成损害。针对土壤污染治理来说，传统的修复技术都存在一定的弊端，不能够彻底的将土壤中的有害物质消除，使得二次污染很快的出现，对于土壤结构来说会造成更加严重的破坏。而采用生物修复技术则可以有效的对土壤中的有害物质进行彻底的清除，而且这种技术属于物理修复技术，其中不含有任何的化学成分，这样的修复技术可以有效保持土壤的完整性，不会对土壤中的分子结构造成破坏。而且这种技术的应用也较为简单，并且不需要较高费用的支持，在处理的效果上也较为突出，对环境不会造成负面影响，而且能够有效避免二次污染的出现，可以说这种修复技术在土壤污染治理上具有极大的
环境修复技术
第一章绪论 【生物修复】是指利用生物的生命代谢活动减少存在于环境中有毒有害物质的浓度或使其完全无害化，从而使污染了的环境能够部分或完全恢复到原初状态的过程。 【异位修复】是指将受污染的环境对象搬运或输送到其他场所，进行集中修复。 【环境】①环境是一个极其复杂、相互影响、彼此制约辩证的自然综合体。 ②环境科学所研究的环境，总是以人类为中心事物的自然环境。人类的环境是作用于人类这个主体（中心事物）的所有外界影响和力量的总和。 一、环境的分类： 1、聚落环境：聚落是人类聚居的地方和活动中心，聚落环境也就是人类聚居场所的环境。聚落环境根据其性质、功能和规模可分为院落环境、村落环境和城市环境。 2、地理环境：其含义是围绕人类自然现象的总体，地理环境位于地球的表层，即岩石圈、水圈、土圈、大气圈和生物圈相互制约、相互渗透、相互转化的交错带上，其厚度约10~30km。 二、环境修复与三废治理有何不同？ 1、不同点： 三废治理（也就是废水、废气、废渣的治理）是环境工程的核心内容，强调的是点源治理，即工厂排污口的治理，需要建造
成套的处理设施，在最短的时间内，以最快的速度与最低的成本将污染物净化去除。“三废”治理属于污染因子的产中治理。 环境修复：强调面源治理，即对人类活动的环境进行治理，它不可能建造把整个修复对象包容进去的处理系统。环境修复属于产后治理。 2、相同点：两者都是控制环境污染。 第二章生物修复的机理 【植物挥发】利用植物的吸收、积累、挥发而减少土壤污染物，多为类金属Hg和非金属Se。 【植物稳定】利用植物吸收和沉淀来固定土壤中的大量有毒金属，以降低其生物有效性和防止其进入地下水和食物链，从而减少其对环境的污染和人类健康的危害。 【胞饮作用】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。 一、微生物从胞外环境中吸收摄取物质的方式 1、主动运输 2、被动扩散 3、促进扩散 4、基团转位 5、胞饮作用 二、酶的催化特点 1、酶具有一般催化剂的共性——加速反应的速率但不改变