环境生物学第八章 污染环境的生物修复
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新版第八章-污染环境的生物修复课件.ppt
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3、植物修复的特点
– 今年来的研究表明 ，植物修复是一个更经 济、更适于现场操作的去除环境污染物的技 术。植物具有庞大的叶冠和根系，在维持生 态环境的平衡中起着重要作用。植物修复适 用于大面积、低浓度的污染位点，不仅可以 环境的有机污染物，还可以去除重金属和放 射性元素。
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⑴、植物对环境中重金属的去除
• 植物对有机污染物的直接吸收作用 • 植物释放分泌物和酶 • 强化根区的矿化作用
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⑷、富营养化水体修复
• 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。
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– 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；
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营养盐 空气
抽 水 井
地下水位
废水处理系统 污染区
注 水观 井测
井
生物修复原位处理方式示意图
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四、地下水生物修复工程技术
• 原位处理
– 特点：与土壤原位处理基本相同。
• 物理拦阻
– 指使用暂时的物理屏障以减缓并阻滞污 染物在地下水中的进一步迁移。
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• 地上处理
–又称抽取－处理技术，将受污染的 地下水从地下水层中抽取出来，在 地面上用一种或多种工艺处理之后， 再将水注入地层。
工程前期投入高
费用低
可与其它技术结合使用
需增加微生物监测项目
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4、生物修复与生物处理的异同
相同之处：都是利用微生物的降解作 用，也都是利用微生物的同化作用扩大 繁殖，并通过工程措施保持生物处理过 程有很高的效率，在处理特殊废物时都 需要驯化和筛选高效微生物。
第八九章 污染湖泊的生物修复 污染环境生物修复工程
二、水生植被的生态学特性
• 4．漂浮植物：这类植物的根多退化或完全没 有根，整个植物体漂浮于水面。植物体的细 胞间隙非常发达或者具有气囊，以增加浮力。 漂浮水面的种类，它的叶（或茎）有浮叶植 物的特征；完全沉没水中的种类，它的叶有 沉水植物的特征。
• 种类有：芜萍、紫背浮萍、水浮莲等。
二、水生植被的生态学特性
1、挺水植 物的恢复
无须任何演替过程，在确定目标植被的空间分 布和种类组成之后，可以直接进行种植
2、浮叶植 物的恢复
对湖水水质和透明度要求不严，可以直接 进行目标种的种植或栽植。
3、沉水 重点和难点 植物的恢复
水深和水下光照条件 、底床硬 度选不同先锋种
四、水生植被的收割利用
• 采用水生植被修复富营养化水体时，必须及时收割水生植物。 收割可以去除多余的或者不需要的水生植物，控制水生植物 可能对环境产生的不利影响。一般的步骤包括收割、收集、 加工储存、运输到岸边、处置或利用等。主要利用途径包括 动物饲料、鱼饵料、能量来源如产沼气、堆肥作为土壤调节 剂或者肥料添加剂等。
二、投菌法
• （二）Clear-Flo系列菌剂修复 治理后BOD5下降97%，COD下降85%，SS总 量下降98%，磷酸盐下降69%。
第二节 富营养化的水生植被修复
• 一、湖泊水生植被修复的意义
湖泊水生植被（aquatic vegetation）由生长在湖 泊浅水区和湖周滩地上的沉水植物群落、浮叶植物群 落、漂浮植物群落、挺水植物群落及湿生植物群落共 同组成，这几类群落均由大型水生植物组成，俗称水 草。
（二）优化设计
•1、先锋物种的选择
（1）物种选择原则
适应性原则 强净化能力原则
本土性原则 可操作性原则
环境生态学导论课件 第八章：受损生态系统的修复(2-1)
五毒：汞、镉、铅、铬、砷
环境中金属的去除
1、重金属污染的来源 1） 采矿废弃地(尾矿、剥离土、废石） 2）高背景母岩发育含重金属 3）人为活动污染
2、重金属污染特征
重金属污染
不可自然降解 生物富集、生物放大 生物转化
3、重金属污染的严重性
污染的普遍性 农业部资料：
全国1/5耕地受重金属污染
减产粮食1000多万吨 1200万吨农产品不达标 直接经济损失200多亿
恢复生态学作为一门学科则始于20 世纪80 年 代。1985年，Aber和Jordan首次提出了“恢复 生态学”这个科学概念后，恢复生态学的研究 得到了迅速的发展，国际社会及各国都相继开 展了有关恢复生态学的研究。
1993 年《Restoration Ecology》杂志创刊。 近20 年来,世界各国均有大量有关恢复生态学 论文报道,并有多种恢复生态学期刊、文摘、 网站,极大促进了恢复生态学的交流与发展。
学科任务
致力于研究自然灾变和人类活动压力条 件下，受到破坏的自然生态景观的恢复和重 建问题。
研究内容
① 生态系统结构、功能以及生态系统内在的生 态学过程与相互作用机制；
② 生态系统的稳定性、多样性、抗逆力、生产 力、恢复力与可持续性研究；
③ 先锋群落与顶极群落的发生、发展机理与演 替规律研究；
④ 不同干扰条件下生态系统的受损过程及其响 应机制研究；
水体中
高浓度的污染物可能对其有 毒害作用
随着环境条件的改变，重金 属污染物可能重新释放出来
植物修复技术
植物固定技术
植物吸收技术
根际过滤技术
广东凡口人工湿地处理废水： 根际过滤技术
植物固定
植物固定
植物吸收
超富集植物 大生物量植物
环境中金属的去除
1、重金属污染的来源 1） 采矿废弃地(尾矿、剥离土、废石） 2）高背景母岩发育含重金属 3）人为活动污染
2、重金属污染特征
重金属污染
不可自然降解 生物富集、生物放大 生物转化
3、重金属污染的严重性
污染的普遍性 农业部资料：
全国1/5耕地受重金属污染
减产粮食1000多万吨 1200万吨农产品不达标 直接经济损失200多亿
恢复生态学作为一门学科则始于20 世纪80 年 代。1985年，Aber和Jordan首次提出了“恢复 生态学”这个科学概念后，恢复生态学的研究 得到了迅速的发展，国际社会及各国都相继开 展了有关恢复生态学的研究。
1993 年《Restoration Ecology》杂志创刊。 近20 年来,世界各国均有大量有关恢复生态学 论文报道,并有多种恢复生态学期刊、文摘、 网站,极大促进了恢复生态学的交流与发展。
学科任务
致力于研究自然灾变和人类活动压力条 件下，受到破坏的自然生态景观的恢复和重 建问题。
研究内容
① 生态系统结构、功能以及生态系统内在的生 态学过程与相互作用机制；
② 生态系统的稳定性、多样性、抗逆力、生产 力、恢复力与可持续性研究；
③ 先锋群落与顶极群落的发生、发展机理与演 替规律研究；
④ 不同干扰条件下生态系统的受损过程及其响 应机制研究；
水体中
高浓度的污染物可能对其有 毒害作用
随着环境条件的改变，重金 属污染物可能重新释放出来
植物修复技术
植物固定技术
植物吸收技术
根际过滤技术
广东凡口人工湿地处理废水： 根际过滤技术
植物固定
植物固定
植物吸收
超富集植物 大生物量植物
污染环境的生物修复82页PPT
污染环境的生物修复
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
1、合法而稳定的权力在使用得当时很 少遇到 抵抗。 ——塞 ·约翰 逊 2、权力会使人渐渐失去温厚善良的美 德。— —伯克
3、最大限度地行使权力总是令人反感 ；权力 不易确 定之处 始终存 在着危 险。— —塞·约翰逊 4、权力会奴化一切。——塔西佗
5、虽然权力是一头固执的熊，可是金 子可以 拉着它 的远躺在泥坑里的人，才不会再掉进坑里。——黑格尔 32、希望的灯一旦熄灭，生活刹那间变成了一片黑暗。——普列姆昌德 33、希望是人生的乳母。——科策布 34、形成天才的决定因素应该是勤奋。——郭沫若 35、学到很多东西的诀窍，就是一下子不要学很多。——洛克
污染环境的生物修复技术
❖ 该法能使原油的降解速度提高6～9倍，16个月内降解 率可达60％～70％，而对海水养分、藻类生长不造成 影响。原油污染可以根本得到去除，治理时间可由原 先估计的10～20年缩短为2～3年。
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第25页，共30页。
案例:胶莱两湾与黄河三角洲湿地保护与修 复
❖ 湿地是水陆系统相互作用形成的独特的生态系统，是 自然界生物多样性最丰富的生态景观，具有“地球之 肾〞、“生物基因库〞和“人类摇篮〞的美誉。近十 几年来，受围垦、滩涂养殖、污染等因素的影响，我 国湿地资源受到严重破坏，胶州湾，和莱州湾沿岸湿 地呈现出明显的退化趋势，湿地面积不断萎缩，生物 多样性遭到破坏。黄河湿地三角洲在自然与人为双重 作用下不断损失和退化。
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第22页，共30页。
案例
❖ 胶莱两湾分处黄渤海，渔业资源丰富，沿岸分布有广阔的 湿地资源。由于近年来人们对两湾的不合理开发利用，两 湾湿地已呈现出明显的退化趋势。其中退化的主要原因就 是围垦和污染。黄河三角洲湿地也面临着湿地污染、水资 源缺乏、人类不合理的开发利用及各种自然灾害的威胁， 其湿地生态系统受到严重破坏。
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〔三〕生物修复技术的特点
❖ 与化学、物理处理方法相比，生物修复技术具有以 下的优点：
❖ 污染物在原地被降解去除 ❖ 修复时间较短 ❖ 操作简便，对周围环境干扰少
❖ 费用少，仅为传统化学、物理修复经费的30％～50％
❖ 人类直接暴露在这些污染物下的时机减少 ❖ 不产生二次污染，遗留问题少
任务二 地下水的生物修复技术
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第16页，共30页。
一、原位处理法
通过深井向地
下水层中添加微
生物净化过程必
需的营养物和高
氧化复原电位的
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案例:胶莱两湾与黄河三角洲湿地保护与修 复
❖ 湿地是水陆系统相互作用形成的独特的生态系统，是 自然界生物多样性最丰富的生态景观，具有“地球之 肾〞、“生物基因库〞和“人类摇篮〞的美誉。近十 几年来，受围垦、滩涂养殖、污染等因素的影响，我 国湿地资源受到严重破坏，胶州湾，和莱州湾沿岸湿 地呈现出明显的退化趋势，湿地面积不断萎缩，生物 多样性遭到破坏。黄河湿地三角洲在自然与人为双重 作用下不断损失和退化。
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案例
❖ 胶莱两湾分处黄渤海，渔业资源丰富，沿岸分布有广阔的 湿地资源。由于近年来人们对两湾的不合理开发利用，两 湾湿地已呈现出明显的退化趋势。其中退化的主要原因就 是围垦和污染。黄河三角洲湿地也面临着湿地污染、水资 源缺乏、人类不合理的开发利用及各种自然灾害的威胁， 其湿地生态系统受到严重破坏。
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〔三〕生物修复技术的特点
❖ 与化学、物理处理方法相比，生物修复技术具有以 下的优点：
❖ 污染物在原地被降解去除 ❖ 修复时间较短 ❖ 操作简便，对周围环境干扰少
❖ 费用少，仅为传统化学、物理修复经费的30％～50％
❖ 人类直接暴露在这些污染物下的时机减少 ❖ 不产生二次污染，遗留问题少
任务二 地下水的生物修复技术
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一、原位处理法
通过深井向地
下水层中添加微
生物净化过程必
需的营养物和高
氧化复原电位的
初中七年级(初一)生物 第八章 受损生态系统的修复
二、生态系统修复的过程
b. 生态系统的保护目标种 生态系统保护目标种在环境影响评价的相关法中 没有出现过这种提法，可以说是“在生态系统的 保护角度来说具有上位性、典型性、特殊性”的 物种。 上位性物种：在生态系统的生物群集中，处在营 养阶段上位的物种，容易受到生态干扰和环境变 动的影响。
二、生态系统修复的过程
②保护目标种 根据现有资料和现场调查得到的动植物清单选定 保护目标种。他们将作为环境影响评价中的对象， 预测可能对它们的影响，制定相应的保护对策。 在对生态系统的影响评价中，要选出其上位性、 典型性、特殊性的物种，但是基本与动物、植物 的保护目标种是一致的。对一个物种的选择应当 从动物、植物两方面的生态系统同时进行，把选 出的所有物种统称为“注目种”。
受损生态系统的特征
生态失调的基本标志，可以从生态系统的结构 和功能两方面表现出来。平衡失调的生态系统从 结构上讲就是出现了缺损或变异。当外部干扰巨 大时，可造成生态系统一个或几个组分的缺损而 出现结构的不完整。如大面积的森林采伐不仅使 原有生产者层次的主要种类从系统中消失，而且 各级消费者也因栖息地的破坏而被迫迁移或消失。
受损生态系统的特征
对于已经崩溃的生态系统，停止胁迫也无法使其 回复初始状态。在长期喷施除莠剂的林区，即使 停止施药，也不能从灌木林返回到乔木林。类似 的现象也发生在加拿大东部的落叶林中，那里的 灌木林中仍有废弃多年的农田。在热带，清林往 往使森林转为无林区，这种转化是不可逆的，部 分原因是营养流失造成的土壤肥力衰竭。
二、生态系统修复的过程
a. 动物、植物的保护目标种 稀有种：有灭绝危险、在红皮书中记载的物种、或与其 相近的物种。红皮书有国家版和地方版，要同时参照两 种版本确定。在地方版还没有出版时，要求生态修复事 业承担部门自行对当地的稀有种进行评价。 法定保护种 根据文物保护法、自然公园法、地方公共团体的自然保护或具有魅力，能唤起社会群众环境保护意识的物种。 花草、外形美丽的物种，能形成良好生态环境，受孩子
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
8第八章生物修复
净化速度缓慢
生物修复技术系统中 供氧
添加氮、磷等营养盐 接种、驯化高效菌
快速去除污染物
微生物修复的基本原理：调节污染地的环境条件以促使 原有微生物或接种微生物的降解作用迅速完全进行。
12
使用适合的微生物 ➢ 适合的微生物：具有生理和代谢能力并能降解 污染物的细菌和真菌。 ➢ 在许多情况下，则要加入外源微生物。
7
8
9
3.生物修复的基本措施
➢ 接种微生物或引种超积累植物 ➢ 添加营养物 ➢ 提供电子受体 ➢ 提供共代谢底物以诱导共代谢酶产生 ➢ 添加表面活性剂
10
8.4 生物修复三原则
什么原因使自然净化速度变慢？
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自然条件下
由于三方 面的原因
DO不足 营养盐缺乏
缺乏合适的降解 微生物或微生物 数量（浓度）过 低
45
➢ e生物冲淋法
生物冲淋法（bioflooding）将含氧和营养物的水补 充到亚表层，促进土壤和地下水中的污染物的生物降解。 生物冲淋法大多在各种石油烃类污染的治理中使用，改 进后也能用于处理氯代脂肪烃溶剂，如加入甲烷和氧促 进甲烷营养菌降解三氯乙烯和少量的氯乙烯。
氧可以用空气或纯氧经喷射供给，也可以加入过氧 化氢，也可以供应硝酸盐、硫酸盐、三价铁盐等作为电 子受体。
13
使用适合的地点 ➢ 适合的地点：要有污染物和合适的微生物相接 触的地点。
14
使用适合的环境条件 ➢ 适合的环境条件：要控制或改变环境条件，使 微生物的代谢和生长活动处于最佳状态。
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8.5 生物修复和生物处理
不同之处
生物修复
生物处理
主要控制环境中的污染物
控制排放口污染物
降解的化学品多是比较难降解 多是比较容易降解的有机物 的有毒化学品的复杂混合物
生物修复技术系统中 供氧
添加氮、磷等营养盐 接种、驯化高效菌
快速去除污染物
微生物修复的基本原理：调节污染地的环境条件以促使 原有微生物或接种微生物的降解作用迅速完全进行。
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使用适合的微生物 ➢ 适合的微生物：具有生理和代谢能力并能降解 污染物的细菌和真菌。 ➢ 在许多情况下，则要加入外源微生物。
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3.生物修复的基本措施
➢ 接种微生物或引种超积累植物 ➢ 添加营养物 ➢ 提供电子受体 ➢ 提供共代谢底物以诱导共代谢酶产生 ➢ 添加表面活性剂
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8.4 生物修复三原则
什么原因使自然净化速度变慢？
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自然条件下
由于三方 面的原因
DO不足 营养盐缺乏
缺乏合适的降解 微生物或微生物 数量（浓度）过 低
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➢ e生物冲淋法
生物冲淋法（bioflooding）将含氧和营养物的水补 充到亚表层，促进土壤和地下水中的污染物的生物降解。 生物冲淋法大多在各种石油烃类污染的治理中使用，改 进后也能用于处理氯代脂肪烃溶剂，如加入甲烷和氧促 进甲烷营养菌降解三氯乙烯和少量的氯乙烯。
氧可以用空气或纯氧经喷射供给，也可以加入过氧 化氢，也可以供应硝酸盐、硫酸盐、三价铁盐等作为电 子受体。
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使用适合的地点 ➢ 适合的地点：要有污染物和合适的微生物相接 触的地点。
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使用适合的环境条件 ➢ 适合的环境条件：要控制或改变环境条件，使 微生物的代谢和生长活动处于最佳状态。
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8.5 生物修复和生物处理
不同之处
生物修复
生物处理
主要控制环境中的污染物
控制排放口污染物
降解的化学品多是比较难降解 多是比较容易降解的有机物 的有毒化学品的复杂混合物
环境污染的生物修复
环境污染的生物修复技术
生物修复的概念
1.广义的生物修复(Bioremediation) 利用生物将土壤、地表及地下水或海洋中的危险性污染物现 场去除或降解的工程技术系统称为生物修复。
2.生物修复分类 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，其中微生物修复就是我们通常所称的狭义上的生物修复。
微生物在环境污染治理中的作用■
②累积及固定重金属 在微生物累积重金属方面，已阐明同细胞内金属硫
蛋白(Metalothioneins)简称MT有关，MT是一种低分子量 的细胞质蛋白，同Hg, Zn、Cd、Cu、Ag等重金属有强烈的 亲和性，结果使重金属富集并抑制其毒性。
生物降解与生物催化数据库
共收集了 1147 种化合物；
微生物在环境污染治理中的作用■
2.微生物对重金属的转化与固定 微生物虽然不能降解重金属，但是可以降低其毒性，
并可将其累积在菌体内使之固定。 ①汞的去甲基化及还原 例如：蓝绿色假单胞菌、变形杆菌可使汞离子转化成元素 汞，经10小时后挥发掉的汞可达75% 。假单胞菌K62能使 无机汞和有机汞形成元素汞。
生物修复的基本思想
自然净化 溶解氧不足 营养盐缺乏
有效微生物生长缓慢 效率低下
生物修复
提高通气效率 补充营养(对石油污染而言，
主要是补充N、P) 投加优良菌种 效率高
环境的化学污染
化学曾经为社会的进步发现了或合成了成千上万种新 的化合物，到了1985年，在美国化学文摘（Chemical Abstracts, CA）上正式登录的化合物数目已达到了600万 种，1990年就超过了1000万种，目前已知的化合物远远超 过3000万种！
微生物具有强大的降解转化能力
• 微生物种类繁多，分布广 • 微生物个体微小，比表面积大，代谢速率快 • 微生物繁殖快，易变异，适应性强 • 代谢类型多样，具有多种降解酶 • 微生物的降解性质粒对环境异生物质的降解
生物修复的概念
1.广义的生物修复(Bioremediation) 利用生物将土壤、地表及地下水或海洋中的危险性污染物现 场去除或降解的工程技术系统称为生物修复。
2.生物修复分类 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，其中微生物修复就是我们通常所称的狭义上的生物修复。
微生物在环境污染治理中的作用■
②累积及固定重金属 在微生物累积重金属方面，已阐明同细胞内金属硫
蛋白(Metalothioneins)简称MT有关，MT是一种低分子量 的细胞质蛋白，同Hg, Zn、Cd、Cu、Ag等重金属有强烈的 亲和性，结果使重金属富集并抑制其毒性。
生物降解与生物催化数据库
共收集了 1147 种化合物；
微生物在环境污染治理中的作用■
2.微生物对重金属的转化与固定 微生物虽然不能降解重金属，但是可以降低其毒性，
并可将其累积在菌体内使之固定。 ①汞的去甲基化及还原 例如：蓝绿色假单胞菌、变形杆菌可使汞离子转化成元素 汞，经10小时后挥发掉的汞可达75% 。假单胞菌K62能使 无机汞和有机汞形成元素汞。
生物修复的基本思想
自然净化 溶解氧不足 营养盐缺乏
有效微生物生长缓慢 效率低下
生物修复
提高通气效率 补充营养(对石油污染而言，
主要是补充N、P) 投加优良菌种 效率高
环境的化学污染
化学曾经为社会的进步发现了或合成了成千上万种新 的化合物，到了1985年，在美国化学文摘（Chemical Abstracts, CA）上正式登录的化合物数目已达到了600万 种，1990年就超过了1000万种，目前已知的化合物远远超 过3000万种！
微生物具有强大的降解转化能力
• 微生物种类繁多，分布广 • 微生物个体微小，比表面积大，代谢速率快 • 微生物繁殖快，易变异，适应性强 • 代谢类型多样，具有多种降解酶 • 微生物的降解性质粒对环境异生物质的降解
8污染环境的生物修复
土壤中有机物的降解与去除
直接吸收、分泌酶降解、强化根区的矿化作用
生物吸收
对富营养化水体的净化
2 生物修复工程技术ຫໍສະໝຸດ 地表水的微生物修复工程
河道的微生物修复 ——直接曝气法（向河水中充氧） ——生物膜法（将生物膜悬浮于河道中）
湖泊的微生物修复 ——在加入营养盐的同时进行曝气
2 生物修复工程技术
第八章 污染环境的生物修复
3/22/2017
提纲
生物修复的概念及其原理 生物修复工程技术
1 生物修复的概念及其原理
生物修复（Bioremediation)的含义 ——通过工程措施为生物生长与繁殖提供必
要条件，从而使污染现场的污染物被加速降 解（去除）。
生物修复的主要生物类群 ——1、微生物，2、植物
2 生物修复工程技术
矿山废弃地的植被恢复
回填 复土 先锋植物的筛选与种植 复垦
2 生物修复工程技术
生物修复工程的特点
方法简单、费用低； 副作用小，长期效益明显； 利用生物的运动性，受场地限制少； 受环境因素影响较大（温度等）； 专一性较强，修复对象有限； 作用力弱，修复周期长。
地表水的植物修复工程
2 生物修复工程技术
土壤的微生物修复
污水处理系统 抽水井 地下水位 注水井 营养盐 空气
污染区域
2 生物修复工程技术
修复实例——阿拉斯加研究计划
背景：1989年，4万吨以上的原油被泄漏到 阿拉斯加1450公里的海岸线上。 修复方案：向污染海岸添加两种石油降解微 生物的营养成份。 结果：石油降解微生物的数量增加1-2个数 量级，净化过程加快了近两个月，营 养物的添加未引起富营养化。
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第八章污染环境的生物修复
n
n
n生物修复技术的特点
§优点：投资费用省，对环境影响小，能有效降低污染物浓度，适用于在其他技术难以应用的场地，而且能同时处理受污染的土壤和地下水。
§局限性：需对具体地点的状况和污染物进行详细而昂贵的考察，微生物活性受温度和其他环境条件的影响，某些情况下，生物修复不能去除全部的污染物。
§与生物处理的区别：两者原理一致，但生物修复侧重于受污区域的原位生物处理。
微生物修复及其原理
n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）
n微生物修复的影响因素
§营养盐：需添加氮、磷营养元素
§电子受体：
§可通过对土壤鼓气或添加产氧剂的方式来提供DO作为有机物降解的电子受体；此外，硝酸根、硫酸根、铁离子也可作为有机物
降解的电子受体。
§共代谢基质
§污染现场和土壤特性：
§土壤特性影响污染物和微生物的相对活性，最终影响生物修复的速度和程度。
植物修复（Photoremediation）
n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、低污染的位点。
植物修复金属污染的方式
n植物固定
§指利用植物和其他一些添加物使环境中的金属流动性降低，生物可利用性下降，降低金属对生物的毒性。
§该法只是暂时将金属固定，并没有彻底去除环境中的金属。
n植物挥发
§指植物将污染物吸收到体内后又将其转化为气态物质，释放到大气中。
§该法只适用于挥发性污染物。
n植物吸收
§指利用能耐受并可过量积累金属的植物吸收环境中的金属离子，将它们输送并贮存在植物体的地上部分。
§需要选择能耐受并可过量积累金属的植物种类。
植物修复去除有机污染物的机理
n植物对有机污染物的直接吸收作用n植物释放分泌物和酶
n强化根区的矿化作用
植物在富营养化水体的水质净化中的作用
n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。
n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。
8.2 生物修复工程技术n生物修复的可行性研究
§数据调查
§技术查询
§选择技术路线
§可处理性试验
§实际工程设计
地表水生物修复工程技术
n微生物修复
§针对流动的河道水体，可采用直接曝气、生物膜法等；
§对于浅水湖泊，可添加营养盐、采用曝气机搅拌混合等法；
n大型水生植物对水体的净化
土壤生物修复工程技术
n原位处理
§特点：原地进行，无需挖出土壤和运输，采用土著微生物或经驯化的微生物处理。
§包括两方面内容：
§对受油污染的土壤进行修复
§对矿山废弃地进行植被恢复
n挖掘堆置处理
§特点：可在受污染初期限制污染物的扩散和迁移，减少受污染范围，但运输、挖掘费用较高，运输过程中可能引发新的
污染或因挖掘造成土壤生态结构的破坏。
n反应器处理
§特点：此法类似于污水生物处理，受污染的土壤挖出与水混合后在接种了微生物的反应器内进行处理，处理速度较快，
但工程复杂，费用较高。
地下水生物修复工程技术
n原位处理
§特点：与土壤原位处理基本相同。
n物理拦阻
§指使用暂时的物理屏障以减缓并阻滞污染物在地下水中的进一步迁移。
n地上处理
§又称抽取－处理技术，将受污染的地下水从地下水层中抽取出来，在地面上用一种或多种工艺处理之后，再将水注入地层。
思考题
n影响生物修复过程的主要因素有哪些？
n用于植物修复的最好的植物应具备哪些特性？。