第十章 污染环境的生物修复
环境污染的生物修复
2、1微生物基础代谢过程 2、2微生物生态学概要 2、3微生物修复污染环境得原理
2、3、1微生物参与得物质循环 2、3、2污染物得微生物降解性 2、3、3微生物对污染物降解转化途径 2、4微生物修复污染环境得技术 2、4、1用于生物修复得微生物 2、4、2微生物对有机污染物得修复 2、4、3微生物对重金属污染物得作用 2、5影响微生物修复效率得因素 2、5、1微生物得种类 2、5、2环境因素 2、5、3污染物特性
微生物向环境释放抗生素抑制其她微生物 得代谢,包括破坏其她微生物细胞膜结构,导 致细胞膜得渗透性改变,进而使细胞内环境 改变,最终使得其她微生物生理紊乱而死亡; 或者直接干扰或抑制蛋白质和核酸代谢
近似得概念:生物净化 自然环境系统利用本身固有得生物体自发降解、
清除环境中污染物得过程; 区别:生物净化就是自发得过程
生物修复就是人为控制或人为引发得过程, 更强调人有意识地利用生物体进行污染物得无害化, 即人为条件下生物技术得一种应用方式
1、2 生物修复得特点
1、3 生物修复技术类型
1、3、1 按修复主体分类 微生物修复:生物修复狭义定义包含得范围,即利用
生态系统中得信息传递
信息流(传递、接受和感应)存在于不同组织水平, 就是长期进化得结果。
生态系统中得信息各类 物理信息:声、光、电、热等 化学信息:代谢分泌物、植物次生代谢物等 营养信息:影响生物得迁徙等 行为信息
生态系统中信息传递得特征 具有可传扩性、永续性; 具有时效性、分享性与转化性
微生物催化降解有机污染物,从而修复被污染环境 或消除环境中得污染物得过程
一株可同时有效降解有机氮和有机硫得微生物
环境有机物污染的生物修复
环境有机物污染的生物修复近年来，随着社会的发展和人们生活水平的提高，环境污染问题逐渐凸显。
其中，有机物污染是十分常见的一种污染形式。
由于有机物化合物极为多样，它们的生产和使用也十分广泛，同时它们也具有很高的毒性，对环境和人体都造成了严重的威胁。
有机物污染一般指有机化学物质的大量排放和应用后，通过水、土、大气等途径进入环境后造成环境的破坏和污染，如石油、烯烃类等。
这些有机物污染物对人类的健康和环境造成了严重影响，因此如何处理这些有机污染物，成为了当今社会急待解决的问题。
传统的有机物污染控制技术主要以物理、化学处理为主，如生物氧化和沉淀等，但是这些方法太过耗时费力，处理方式单一，成本也很高。
相比之下，生物修复技术在污染修复效果和经济效益上有很大的潜力。
生物修复技术是指通过利用生物修饰法、生物降解法或植物提取物等方法，利用微生物、植物、动物等具有降解污染物能力的生物群体降解有机物污染物，从而达到污染物的稳定性、生态恢复性和环境友好型等综合的治理措施。
生物修复技术包括生物修饰法、生物降解法、热解降解法、生物炭还原等。
其中，生物修饰法是指利用微生物对污染物进行修饰，降低其毒性并改善其环境生态性；生物降解法是指通过植物、微生物等生物体来降解污染物；热解降解法是指利用高温和高压进行催化裂解，将污染物分解为无毒无害物质；生物炭还原是利用生物碳还原污染物，通过将有机物作为还原剂，还原金属离子至金属状。
植物在生物修复中发挥着关键的作用，特别是在修复透水性土壤的有机污染物方面。
植物吸收的有机物污染物会被反复释放，通过植物的代谢作用，使有机物碳和氮循环更加完整。
同时，植物也可以修复环境中的重金属和放射性物质等。
在生物修复技术的实际应用中，首先要了解污染物的类型和分布情况，然后选择适当的修复技术和修复植物，进行相应的场地试验和现场应用，最后对修复效果进行监测。
总的来说，生物修复技术因其低成本、可持续性和环境友好型而备受关注。
环境污染物的生态修复技术
环境污染物的生态修复技术环境污染是当今社会面临的重要问题之一。
随着人类活动的不断增加，大量的污染物被排放到大气、水体和土壤中，给我们的生态环境带来了巨大的破坏。
为了解决环境污染问题，科学家和工程师们开发并应用了各种生态修复技术。
本文将介绍几种常见的生态修复技术，包括植物修复、生物修复和土壤修复。
1. 植物修复技术植物修复是一种利用植物的生物吸附、生物富集和代谢转化能力来减少或移除环境中的污染物的方法。
这种技术通常适用于土壤和水体的污染修复。
例如，一些植物如柳树、菊花和农作物的根系能够吸收土壤中的重金属物质，从而减少其对环境的影响。
此外，湿地植被也可以通过吸附和降解有机污染物来净化水体。
2. 生物修复技术生物修复技术是利用微生物的吸附、代谢转化、生物酶和菌株等特性，通过激活、促进或改造污染环境中的生物体而达到修复污染的目的。
这种技术通常适用于土壤和水体中的有机污染物修复。
例如，通过引入合适的微生物菌株，可以分解和降解土壤中的有机物，将其转化为无害物质。
同时，微生物修复还可以修复水体中的油污、废水和污泥等有机物。
3. 土壤修复技术土壤修复技术是一种通过改变土壤环境、修复土壤结构和提高土壤质量的方法来减轻污染物对土壤的影响。
这种技术通常适用于土壤中的重金属和化学物质的修复。
例如，通过添加有机物质，可以提高土壤的有机质含量和水分保持能力，从而促进植物生长和减少重金属在植物之间的传递。
除了以上提到的植物修复、生物修复和土壤修复技术，还有许多其他的生态修复技术，如湿地修复、人工修复和生物壁修复等。
这些技术的应用取决于不同的污染环境和具体的需求。
总结起来，环境污染物的生态修复技术是一项重要的工作，对于减轻和消除环境污染具有重要意义。
通过植物修复、生物修复和土壤修复等技术的应用，我们可以有效地减少污染物对环境的危害，保护生态系统的稳定和可持续发展。
希望随着科技的不断进步，生态修复技术能够得到更广泛的应用，为我们的环境保护事业做出更大的贡献。
环境污染的生物修复
环境污染的生物修复【摘要】随着我国经济的快速发展，环境污染问题日趋突出，减少环境污染、遏制生态环境的恶化已成为人们关注的焦点。
生物修复技术以其成本低、效果好、无二次污染等优点受到普遍关注，成为环境治理的主要方法和技术。
本文综述了环境生物技术的形成发展、应用前景等，着重分析了环境生物修复技术在水产养殖废水方面的应用。
【关键词】环境生物技术；生物修复技术；水产养殖废水1 生物修复技术的基本概念及其原理生物修复又称生物改良，是指利用生物的生命代谢活动，来减少污染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能够部分或完全地恢复到原初状态的过程。
生物修复根据所利用的生物，可以分为植物修复、动物修复、生态修复、微生物修复四类。
根据被修复的污染环境，可以分为土壤生物修复、水体生物修复和大气生物修复。
而由于生物修复的实施方法不同，又分为原位生物修复和异位生物修复。
1.1 生物修复的基本原理生物修复技术是通过生物的降解和转化，将有机污染物转化为无害的小分子化合物和二氧化碳与水。
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。
1.2 生物修复技术的特点生物修复技术具有投资费用低，对环境影响小，使用效果好，使用区域范围广，使用面积大等特点，而且能同时处理受污染的土壤和地下水。
在土壤修复中还可以去除环境中的重金属和放射性核素。
但其也存在局限性，生物不能降解进入环境中的所有污染物，并且受外部环境的影响较大。
2 生物修复技术在水产养殖废水中的应用氨氮是水产养殖的最主要危害，但传统的加注新水、曝气、漂白粉或臭氧氧化、使用斜发沸石进行离子交换等方法脱氮效果并不理想[2]。
而活性污泥法、生物膜法和稳定塘法等生物处理法存在或伴有污泥产生、反应启动慢、出水水质不稳定等问题。
随着生物技术的发展，生物修复技术在水体氨氮污染的处理上被广泛应用。
微生物修复技术在水产养殖中主要应用于养殖环境的原位修复中，主要处理底泥的有机污染和水体的富营养化问题。
污染环境的生物修复
（2）有机污染物如农药、杀虫剂、多环芳烃PAH s、炸药等去除。利用某些植物降解、矿化污 染物为毒性弱的小分子、具有无机物的特性, 修复受污染的水体。 水葫芦可以去除水体中的有机磷农药、染 料、酚、多环芳烃、甲基对硫磷等有机污染物； 浮萍、伊乐藻对杀虫剂DDT降解有明显的作用, 金鱼藻、伊乐藻或浮萍可以显著降低地表水中 异丙甲草胺浓度; 长春花可用于修复受炸药 TNT 污染的地表水;龙葵能有效地降解PCBs。
植物修复在空气污染中的应用
植物在水环境污染中的应用 植物在土壤污染中的应用
3、1植物修复在空气污染中的应用
氮氧化物NxOy是污染空气的一类主要化合物， NO2同O3在光照的条件下容易形成光化学烟雾， N2O是一种能引起温室效应的气体，它可以辐 射传热, 破坏同温层的O3。某些植物将氮氧化 物转化为氨基酸或以其为氮源加以利用, 利用 这些植物去除空气中的氮氧化物无疑是环保节 能的好方法 。
植物固定(Phytostabilization) 根系降解(Rhizodegradation) 植物促进(Phytoaccumulation) 植物降解(Phytodegradation)
植物挥发(Phytovolatilization)
挥发转移(Evapotranspiration
一、生物修复的概念及其原理 二、生物修复技术 --------- 植物修复 三、生物修复实例---水体、土地修复 四、总结 生工0901 29 刘慧芳
一、生物修复的概念及其原理
1、什么是生物修复
生物修复（Bioremediation）: 广义上,指一切以利用生物为主体的环境污染的治理技术。 它包括利用植物、动物和微生物吸收、降解、转化土壤和 水体中的污染物，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，也包括将污染 物稳定化，以减少其向周边环境的扩散。一般分为植物修 复、动物修复和微生物修复三种类型。根据生物修复的污 染物种类，它可分为有机污染生物修复和重金属污染的生 物修复和放射性物质的生物修复
第十章 污染土壤的修复技术
(四)植物稳定化作用
三 、 植 物 修 复 技 术
通过根系的吸收和富集、根系表面的吸附或植物根圈的 沉淀作用而产生的稳定化作用；或利用植物或植物根系 保护污染物，使其不因风、侵蚀、淋溶以及土壤分散而 迁移的稳定化作用。 根际微生物活动、根际化学反应和/或土壤性质或污染物 的化学变化
适用于重金属的稳定：
(五)电动力学修复技术
一 、 物 理 修 复 技 术
原理：直流电场，电 解、电迁移、扩散、 电渗透、电泳等作用， 离子向电极附近富集 被去除
适用范围：金属污染物。
适用土壤：低渗透性的、黏质的土壤。水力传导率 较低、污染物水溶性较高、水中的离子化物质浓度 相对较低。
(五)电动力学修复技术
一 、 物 理 修 复 技 术
(四)热处理技术－－热解吸
一 、 物 理 修 复 技 术
原理： 150～540℃之间，污染物通过挥发作用从土 壤转移到蒸气中；以浓缩污染物或高温破坏污染物的 方式处理第一阶段产生的废气中的污染物。 适用范围：挥发和半挥发有机污染物、卤化或非卤 化有机污染物、多环芳烃、重金属、氰化物、炸药 等，不适合于多氯联苯、二恶英、呋喃、除草剂和 农药、石棉、非金属、腐蚀性物质。热解吸技术在 泥炭土上不适用。
原理：异位，卤化有机污染物还原
适用：挥发和半挥发有机污染物、卤化有机污染物、多 氯联苯、二恶英、呋喃等，不适合于非金属卤化有机污 染物和重金属、多环芳烃、除草剂和农药、炸药、石棉、 氰化物、腐蚀性物质、非卤化有机污染物等。
(四)溶剂提取技术
二 、 化 学 修 复 技 术
原理：异位，污染物转移进入有机溶剂或超临界液体， 分离以进一步处理或弃置。
二、化学修复技术
目录
三、植物修复技术 四、生物修复技术
微生物生态学-10-1污染环境的微生物修复技术
海洋表面的石油经扩散、挥发、乳化、沉淀后， 部分可能受紫外线作用而发生光分解，但速度很慢。 石油降解微生物广泛分布于自然界。微生物可在 1～2周内形成细菌群落，2～3月内石油被分解消失。 石油降解微生物目前已知有100余属，200多种，分属 于细菌、放线菌、霉菌、酵母和藻类。
石油降解微生物 –细菌：假单胞菌属(G-)、黄杆菌属、棒杆菌属、 无色杆菌属、不动杆菌属、小球菌属、弧菌属、 蓝细菌等 –放线菌：洛卡氏菌属和分支杆菌属，但对烃类降 解不彻底，有中间产物积累。 –真菌：有枝孢霉、曲霉、青霉等属的菌株；酵母 有假丝酵母属（Candida），红酵母属、球拟酵 母属中的菌。
Alcanivorax borkumensis, 海洋石油消 除。
Dehalococcoides ethenogenes, 清除 有机溶剂造成的 污染；
Caulobacter crescentus, 应用 于低营养水环境 的生物修复；
Geobacter sulfurreducens, 帮助转化铀和其 它一些放射性金 属物质
是指利用处理系统中的微生物的代谢活动来减 少污染现场污染物的浓度，或者使环境中的污染物 的危害减少到最低程度。 这种技术的最大特点是可以对大面积的污染环 境进行治理，目前所处理的对象主要有石油、废水 及农药污染。
微生物修复的产业化水平
国外尤其是美国许多生物修复公司，针对土壤污染 物种类，研制了相应的微生物制剂、营养添加剂和配套 的工艺措施，开展了土壤中化学农药、石油烃、重金属 等污染的微生物治理。 美国BCI公司（Bioremediation Consulting Inc.） 美国WIK Associates Inc美国工程服务生物修复 公司（Engineering Services and Bioremediation Company）。
第10章环境污染生物修复技术PPT课件
四、生物修复影响因素与基本措施
1. 用于生物修复的生物种类
土著微生物
A
用于生物修 复其它微生
物
D
外来微生物 B
微生物产品 和酶 E
基因工程菌 C
植物及超累 积植物 F
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土著微生物
• 自然界有大量微生物，环境受污染后会出现自然选择，使适 合的微生物不断增长。
• 生物降解通常是分步进行的，一种微生物的分解产物可成为 另一种微生物的底物。 • 污染物和其相应的降解菌请见下表
• 方法
• 水洗-生物反应器法 • 土壤通气-堆肥法
土壤蒸气浸提 原位工程生物修复 • 特点 生物强化修复
• 能扬长避短，应用前景好。
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二、生物修复技术的条件特点
1. 生物修复条件：
• 必须具备有代谢活性的微生物； • 微生物必须能以相当速率降解污染物，并使污染物浓
度降低到要求范围内； • 过程中不产生有毒副产物； • 污染场地污染物对微生物无害； • 目标化合物需能被微生物利用； • 污染场地或反应器条件有利于微生物生长或保持活性； • 对于重金属污染，选择适合当地环境的植物； • 处理费用尽可能低。
01
土壤
02
水体
03
大气
04
固废
9
• 原位生物修复 （in-site bioremediation） • 异位生物修复 （ex-site bioremediation） • 原位-异位联合生物修复 （combined bioremediation）
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• 概念
• 采取工程措施，有目的地操作环境系统中的生物过程，加快环境修复。
18
19
• 污染环境中，当土著微生物生长过慢，代谢活性不高，或者污染物造成 其数量下降时；可人为投加一些适宜该污染物降解、与土著微生物能相 容的高效菌。 • 投珊瑚色诺卡菌来处理含腈废水 • 用热带假丝酵母来处理油脂废水 • 用光合细菌加强硫、氮素的转化 • 用玉垒菌降解河底淤泥的有机物
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经常被作为吸收重金属试验的植物
变叶木 马齿苋
仙丹花
鹅掌藤
美人蕉
孔雀草
适应重金属胁迫的植物
适应重金属
胁迫的植物
不吸收或少吸收重金属
将吸收的金属钝化在 植物的地下部分
大量吸收金属的同时正常生长
在金属污染土壤中生产 符合环境源自准的农产品通过栽种植物积累金属， 收获后进行植物提取
环境中放射性核素的去除
1、土壤农药残留污染的控制与生物修复
防治农田病虫害、杂草、保证农作物高产的重要手段；又 是控制某些传染性疾病如疟疾、黄热病、脑炎、丝虫病以 及登革热等的重要药剂。
大部分直接落入土壤 植物吸收 飞扬到大气中 随水流走
土壤农药污染生物修复机理
主要通过微生物的转化作用。
农药被土壤微生物降解的基本机理
（假单细胞菌属、诺卡氏菌属和曲霉菌属）
➢ 已有的方法：将土壤从污染点搬移，然后用分散 剂或鳌合剂进行处理。
➢ 植物可从污染的土壤中吸收并累积大量的放射性 核素，因此植物去除是一个值得研究的方法。
➢ 植物对放射性核素的吸收与植物种类及土壤的性 质有关。土壤的粒子交换能力越强，植物吸收放 射性核素的能力越大。
植物在富营养化水体的水质净化中的应用
高等水生植物净化水体的特点
以大型植物为主体，植物和根区微生物共生，产生协 同效应，经过植物直接吸收、微生物转化、物理吸附 和沉降作用除去氮、磷和悬浮颗粒，同时对重金属元 素也有去除效果。
第二节 农田土壤污染的生物修复
无机营养物质
植物生长、发育的需要
有机废物 土壤微生物
土壤形成的基础 土壤净化的原因
微生物修复的生物类型
➢土著微生物：环境中固有的微生物 ➢外来微生物：需大量接种的高效菌 ➢基因工程菌（GEM）
影响微生物修复的因素
营养盐： 需添加氮、磷营养元素 电子受体： 电子受体种类和浓度直接影响微生物降解的速
度和程度。对于好氧生长的微生物，通过不同 方式增加氧的供给，加速污染物的清除。常见 方法有翻耕土壤、直接充氧和加入氧发生剂供 氧。 表面活性剂：有助于对亲水性差的污染物质的降解。
富营养化水体 ➢ 水华和赤潮 ➢ 防治水体富营养化的对策：
• 控制外源性营养物质的输入； • 减少内源性营养物质的负荷。 ➢ 防治水体富营养化的措施： • 工程性措施：挖走底泥、水底深层曝气等； • 化学法：凝聚沉降、化学药剂杀藻等； • 生物法：即生物修复，利用水生生物吸收氮、磷
进行代谢活动从而除去水体中的营养物质。
植物在土壤修复中的应用
1、土壤环境中金属 污染生物修复
我国每年因重金属污 染的粮食达1200万吨！ 直接经济损失超过200 亿元，而这些粮食可 养活4000多万人。
广东最著名的“癌症村”——上坝村重金属污染
该村18年间有250多人死于癌症，祸起矿山剥采污染水源，央视曾称其为“死亡村庄”
下游的水田被严重污染，无法种植农作物
横石水稀释10000倍，水生物还是不能在里面 存活24小时。其毒性可顺延下游50公里。 上坝村民生存在一个重金属污染到处存在的环境中，当地种出来的香蕉，镉超标187倍
运用植物去除有毒重金属的新型态植物修复技术
植物修复技术是透过植物体本身吸收并累积重 金属的过程来移除土壤中的重金属。
植物去除有毒重金属机制
农药
土壤微生物
降解
脱卤作用和脱烃作用
农药污染土壤的微生物修复手段
原位生物修复技术
将受污染土壤在原地处理。处理期间, 土壤基本不被搅动。最常见的是土壤的 水饱和区进行生物降解。除了要加入营 养盐,氧源外，还需引入微生物以提高生 物降解的能力。这种方法因受温度和土 壤类型的影响而具有一定的局限性。
• 目标化合物必须能够被微生物利用，污染场地不含对降解菌种
有抑制作用的物质，否则需先行稀释或将该抑制剂无害化；
• 污染场地或生物反应器的环境条件必须
有利于微生物生长或保持活性；
• 技术费用必须尽可能低。
生物修复主要生物种类及其修复原理
一、环境污染的微生物修复
有机污染物
微生物的降解和转化
无害的小分子化合物和二氧化碳与水
以生物修复为核心的生物治理技术种类
原位生物修复（in situ）
采取就地解决问题的技术方案， 即在污染区域直接使用修复技 术而无需将其转移。
异位生物修复（ex situ）
需要通过某种途径将被污 染物从污染现场运到一指 定地点进行集中处理。
成功的生物修复需具备的前提条件
• 必须存在具代谢活性的微生物，这些微生物在降解或转化化合物 时必须达到一定的速率，且不会产生有毒物质；
绿色植物的光合作用
净化大气中的尘埃、气溶胶、重金属和有机污染物
土壤生态系统-高效的“活过滤器”
土壤净化功能主要组成要素
1、绿色植物根系的吸收、转化、降解和生物合成作用 2、土壤中的细菌、真菌和放线菌等微生物的降解、转
化和生物固定化作用 3、土壤的有机、无机胶体及其复合体的吸收、络合和
沉淀作用 4、土壤的离子交换作用 5、土壤和植物的机械阻留作用 6、土壤的气体扩散作用
共代谢基质: 微生物可通过共代谢加速降解一些难降解有机物。
二、环境污染的植物修复
植物修复的特点
可同时去除有机污染物和重金属、放射性核素，适用 于大面积、低污染的区域。
环境污染的植物修复机理 有机物的降解与去除
1) 植物对有机污染物的直接吸收作用 2) 植物释放分泌物和酶 3) 根区的矿化作用
矿化作用是在土壤微生物作用下 ，土壤中有机态化合物 转化为无机态化合物过程的总称。
金属硫蛋白(Metallothionein)与金属螯合素(Phytochelatins) 是担负重金属处理机制中最重要的角色。
典型的金属硫蛋白具有61-74个氨基酸，其中含有20 个半胱氨酸(cysteine)，每一个金属硫蛋白就可结合七 个二价重金属离子如镉、铬、锌等.
金属螯合肽主要由谷胱苷肽(glutathione, GSH)所组成， 其结构为谷氨酸-半胱氨酸-甘氨酸(r-Glu-Cys-Gly)。 GSH能够缓解重金属对植物细胞的毒害作用.
第十章 污染环境的生物修复
第一节 生物修复概论
生物修复的基本概念
生物修复（bioremediation） 生物修复是生物特别是微生 物催化降解有机污染物，从 而修复被污染环境或消除环 境中的污染物的过程。
生物恢复（biorestoration）、生物清除（bioelimination）、 生物再生（bioreclamation）或生物净化（biopurification）。