生物修复技术
生物修复技术
目标化合物必须能够被生物利用
污染场地或生物处理反应器的环境必须利于微生物生长和保持活性 处理费用较低
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影响生物修复的环境因素
非生物因素 营养物质 电子受体
温度、pH、湿度水平、盐度、有毒物质、静水压力
氮、磷、生长因子如氨基酸、B族维生素、脂溶性维生素及其他有机分子
好氧微生物的电子受体是O2，兼性厌氧微生物可利用硝酸盐、CO2、硫酸盐、 三价铁等
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异位生物处理
用于土壤修复的特制生物反应器，可处理多环芳烃、BTEX（苯、甲苯、乙基苯、二甲苯）或 其混合物
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泥浆反应器：将污染土壤与液体混合起来形成泥浆，引入反应器进行处理，与活性污泥反应 器相似，并可控制各种运行参数。可有效分解多环芳烃、杂环化合物、酚等
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土壤堆积（soil piles）：将含污染物的土壤堆放在不透水的衬层上，设置通气管道，通入
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利用注射井进行地下水修复
利用生物滴滤池修复地下水
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生物修复技术进展
生物强化技术的应用：尚缺乏在实际土地处理或特制生物床反应器系统中 具有说服力的成功应用 白腐真菌技术：具有强大的胞外酶，属于过氧化物酶，可催化多种有机化 合物分解，如多环芳烃、多氯联苯、炸药等 共代谢：额外提供碳源和能源 厌氧过程：现存生物修复工程均是好氧系统 酶的应用：尚未应用于实践，研究集中于固定化酶
生物修复技术
1
应用生物修复技术的原因
来自农田耕种、工厂废弃化学物质堆放、事故性排放、污泥处置等的大量 合成有机物进入土壤，造成土壤环境及地下水的污染 自然条件下，土壤中存在着丰富的微生物种群，具有分解污染物质、净化 环境的能力，这种净化过程实际上就是生物修复，但反应速度较慢 污染问题的日益突出及各国环境标准不断严格化的发展趋势，生物修复被 给予更多的关注
生物降解和生物修复技术
生物降解和生物修复技术是应对环境污染问题的重要手段，它们能够有效降解和修复各种有机和无机污染物质，减轻环境压力，提升生态环境品质。
下面将对这两种技术进行详细论述。
一、生物降解技术生物降解是指利用微生物、植物等生物体对污染物进行化学变化和生理代谢作用，并将其转化为无害或低毒的物质，从而达到减轻污染物对环境的危害的目的。
根据生物降解机制的不同，生物降解可以分为三种类型：1. 微生物降解微生物降解是指利用某些微生物对有机物质进行降解的过程，这些微生物可以激活有机物质分子中的氧原子，使其更加易于降解。
微生物降解主要分为类酵母、厌氧菌、光合细菌和好氧细菌降解等四种。
2. 植物降解植物降解是指利用植物对有机污染物进行降解的过程，植物的根、茎、叶子等部分可以分泌酶、物理吸附和生物吸附等机制对污染物进行降解。
植物降解中较为常见的是禾本科的植物、杨树和竹子等。
3. 自然降解自然降解是指利用环境的物理、化学因素和生物体的代谢活动等作用对有机污染物进行降解的过程，这种降解方式被称为自然降解。
自然降解主要受到温度、湿度、光照和有机物质的类型和浓度等因素的影响。
二、生物修复技术生物修复是指利用微生物、植物或其代谢产物来修复土壤和水体中的环境问题，包括物理、化学和生物处理三个阶段。
生物修复主要有以下几种技术：1. 微生物修复技术微生物修复技术是指利用微生物来分解并修复污染物的动态过程。
在该过程中，生物菌群在自然条件下发展，提高菌群的降解能力，从而降低了污染和污染物对环境的影响。
2. 植物修复技术植物修复技术是指利用植物在污染环境中维持生长并修复污染的一种科技手段。
通常，植物修复分为植物吸收和植物修复两种。
植物吸收可将有害物质从土壤中吸收到植物体内，同时修复土壤和水。
3. 其他修复技术其他修复技术包括生物化学法、电极催化氧化法、生物筒法等，它们是利用新的化学、生物和物理处理技术来对环境进行修复，达到生态日益好转的效果。
综上所述，在环境污染治理上具有广泛的应用前景，可以保障人民健康和生态环境的继续健康发展。
土壤污染的生物修复技术
土壤污染的生物修复技术随着工业化进程的发展，人们的生活水平不断提高，但同时也带来着大量的环境污染问题。
其中，土壤污染是一个不容忽视的问题，它可能会对人类健康和环境造成严重的影响。
如何有效地治理土壤污染，是当前急需解决的问题之一。
而生物修复技术，作为一种环保技术，正在逐渐成为一种广泛应用的土壤污染治理方法，并且在很多领域有着广泛的应用前景。
1. 生物修复技术的概念生物修复技术是一种利用生物体或生物化学作用消除或减少环境污染物的技术。
在土壤污染治理中，生物修复技术包括：生物降解、生物吸附、植物秸秆还田以及微生物固定化。
这些技术的原理基于土壤微生物群落的多样性和功能，以及植物根际菌与植物根系的协同作用。
它们可以分解、转化、吸附和稳定化土壤中的有害物质，从而减少或消除对周围环境的污染。
2. 生物降解技术生物降解技术是指利用生物体的代谢活动分解、转化、稳定化土壤中的有害物质的技术。
生物降解过程是一种自然的、无害的过程，能够将有害物质转化成无毒、无害的物质。
其中，土壤微生物在生物降解过程中起到了关键作用。
它们可厌氧或好氧地分解土壤中的有机物质，并转化成二氧化碳、水和有机酸等自然物质。
具体而言，生物降解技术分为生物矿化和生物转化两种方式。
生物矿化是将有机物质转化为无机物质的过程，如将有机氮化合物转化为无机氮化合物，而生物转化则是将有机物质转化为一些参与生物分类的有机物质。
这些有机物质能够孕育出更多的有机物质，同时也能作为微生物的营养来源。
3. 生物吸附技术生物吸附技术利用生物体表面的化学活性吸附环境污染物质，从而减少其在土壤中的浓度，这种技术的优点是不需要添加任何化学试剂，不会形成二次污染。
生物吸附技术的实现原理与生物矿化类似，通过调节各种生物体的吸附能力，促进有害物质的逐步吸附和转化。
同时，也可以使用对于某些环境有害物质特别敏感的吸附材料，如某些种类的低聚糖，来控制有害物质的含量。
4. 植物秸秆还田植物秸秆还田是指将植物秸秆直接还田或掩埋于土中，通过微生物的分解作用，逐渐将一些有害物质稳定化，从而降低土壤的污染度。
生物技术在环境修复中的应用有哪些
生物技术在环境修复中的应用有哪些在当今社会，随着工业化和城市化进程的加速，环境污染问题日益严峻，给人类的生存和发展带来了巨大的挑战。
为了应对这些挑战，人们不断探索和创新环境修复技术，其中生物技术以其独特的优势和潜力，在环境修复领域发挥着越来越重要的作用。
生物技术，简单来说，就是利用生物有机体或其组成部分来解决问题或生产有用物质的技术。
在环境修复中，生物技术主要通过微生物、植物和酶等生物手段，对受污染的土壤、水体和大气等环境介质进行治理和修复，以恢复其生态功能和服务价值。
一、微生物修复技术微生物在环境修复中扮演着至关重要的角色。
它们具有强大的代谢能力和适应能力，可以分解和转化各种有机污染物和无机污染物。
例如，一些细菌和真菌可以将石油、农药等有机污染物作为碳源和能源进行代谢，将其转化为无害的物质。
生物强化技术是微生物修复中的一种常用方法。
通过向受污染环境中引入特定的高效降解微生物菌株，可以提高污染物的降解效率。
这些菌株通常经过筛选和培养，具有较强的污染物降解能力和环境适应性。
生物刺激技术则是通过向环境中添加营养物质、电子受体等，刺激土著微生物的生长和代谢活性，从而增强其对污染物的降解能力。
例如，向受石油污染的土壤中添加氮、磷等营养元素，可以促进微生物的生长和繁殖，加速石油的降解。
此外，微生物燃料电池技术也是一种新兴的微生物修复技术。
该技术利用微生物在代谢过程中产生的电子，通过外电路形成电流，同时实现污染物的降解和电能的产生，具有良好的应用前景。
二、植物修复技术植物修复是一种绿色、可持续的环境修复技术。
植物可以通过吸收、挥发、稳定和降解等方式，去除环境中的污染物。
植物吸收是植物修复中最常见的方式。
一些植物具有超积累能力，可以从土壤中吸收大量的重金属，并将其积累在地上部分。
通过收割这些植物，可以有效地去除土壤中的重金属污染物。
植物挥发则是指植物将某些污染物吸收后，通过蒸腾作用将其转化为气态物质释放到大气中。
生物修复技术
微生物修复技术
原理
利用微生物的生命活动，将污染 物转化为无害或低毒性的物质，
从而达到修复环境的目的。
厌氧生物修复
利用厌氧微生物将有机物转化 为甲烷和二氧化碳。
好氧生物修复
通过好氧微生物的代谢作用， 将有机物氧化分解为二氧化碳 和水。
生物强化技术
通过添加具有特定功能的微生 物，提高污染物的降解效率。
微生物-动物联合修复
利用微生物的降解作用和动物的生理 功能，共同促进污染物的转化和去除。
植物-动物联合修复
结合植物的吸收转化能力和动物的生 理功能，协同去除污染物。
03 生物修复技术的实践案例
土壤污染的生物修复案例
案例一
某农药厂附近的土壤污染，采用植物 修复技术，种植对农药有较强吸收能 力的植物，通过植物的吸收和转化去 除土壤中的农药残留。
植物修复技术
原理
利用植物的吸收、转化和降解能力，将污染 物从环境中去除或降低其浓度。
植物提取
利用植物吸收污染物的能力，将其从土壤或 地下水中提取出来。
植物稳定化
通过植物的生长和代谢，降低污染物的移动 性和生物可利用性。
植物挥发
利用植物将有机污染物转化为气体并释放到 大气中。
动物修复技术
原理
利用动物的生理功能和行为习性，促进污染 物的分解和转化。
大气治理等。
A
B
C
D
国际合作加强
面对全球性的环境问题，各国将加强在生 物修复技术领域的合作，共同应对挑战。
政策支持
随着环保政策的加强，政府将加大对生物 修复技术的支持力度，推动技术的研发和 应用。
生物修复技术的未来研究方向
新型生物种群的开发
寻找和开发能够高效降解污染物的新型生物种群，提高修复效率。
生物修复的优缺点
生物修复的优缺点
生物修复的优点：
1.生物修复技术可以在现场进行，减少运输费用和人类接触污染物的机会。
2.生物修复通常以原位方式进行，使污染位点的干扰或破坏达到最小，可以在难以处理的地方进行，同时不会对环境造成二次污染。
3.生物修复的效率较高，降解速度快，处理时间短，成本低。
4.生物修复技术可以用于其他处理技术难以应用的场地，如土壤、地下水等。
5.生物修复技术可以同时处理受污染的土壤和地下水。
生物修复的缺点：
1.生物修复技术需要一定的工程前考察，耗时、耗资。
2.不是所有进入环境的污染物都能被生物利用。
3.特定的生物只能吸收、利用、降解、转化特定类型的化学物质，形态稍有变化的化合物就可能不会被同一种生物酶破坏。
4.生物修复技术对环境条件的要求较高，如温度、湿度、pH值等。
5.生物修复技术不能将污染物全部去除，有时需要结合物理或化学方法进行处理。
生物修复技术的应用
生物修复技术的应用随着科技的不断发展，生物修复技术逐渐成为人们关注的焦点。
生物修复技术是指利用生物体和生物过程来修复环境污染、恢复生态平衡以及治疗疾病的一种技术手段。
它既能有效地清除污染物，又能避免传统修复方法中存在的一些问题，如二次污染和资源浪费。
本文将介绍几种常见的生物修复技术及其应用。
一、植物修复技术植物修复技术是一种利用植物来修复环境污染的方法。
植物通过吸收土壤中的有害物质，将其转化为无害物质或储存在植物体内，从而达到修复环境的目的。
植物修复技术的应用范围广泛，包括土壤污染修复、水体污染修复以及空气污染修复等。
例如，银杏树在修复大气中的有害物质方面具有较好的效果，可以吸收空气中的二氧化硫等有害气体，起到净化空气的作用。
二、微生物修复技术微生物修复技术是通过利用微生物的代谢能力来清除环境中的有害物质。
微生物修复技术通常包括两个步骤：生物降解和生物转化。
生物降解是指微生物通过代谢作用将有害物质分解为无害物质；而生物转化则是指微生物将有害物质转化为无害物质或者转化为可回收利用的物质。
微生物修复技术广泛应用于土壤污染修复、水体污染修复以及废气处理等方面。
例如，利用一些特定的细菌可以将污染物质中的重金属离子转化为不易溶解的硫化物，从而达到去除重金属污染的目的。
三、生物堆肥技术生物堆肥技术是一种将有机废弃物转化为有机肥料的方法。
通过优选合适的微生物和调节堆肥过程中的环境条件，将废弃物中的有机物质降解为稳定的有机质，并将其中的营养元素锁定在有机肥料中，从而实现废弃物的资源化利用和减少对土壤和水体的污染。
生物堆肥技术广泛应用于农业废弃物处理、餐厨垃圾处理以及园林废弃物处理等方面。
通过生物堆肥技术处理废弃物，不仅可以减少环境污染，还可以获得高质量的有机肥料，为农业生产提供养分。
四、基因工程技术在生物修复中的应用基因工程技术是一种通过改变生物体基因组的方式来改良其性状或者增强其功能的技术。
在生物修复中，基因工程技术可以用于改良植物或微生物的性状，使其具有更强的修复能力。
微生物制药中的生物修复技术应用
微生物制药中的生物修复技术应用生物修复技术是一种利用微生物作为主要修复剂，通过吸附、降解、转化等作用，将有机污染物转化为无毒或低毒产物的一种环境修复方法。
在微生物制药中，生物修复技术被广泛应用于废水处理、土壤修复和气体净化等领域。
本文将从这三个方面介绍微生物制药中生物修复技术的应用。
一、废水处理废水处理是微生物制药中应用生物修复技术的重要领域之一。
随着微生物制药的发展，废水中有机物质的排放日益增多，给环境带来了严重的污染。
而生物修复技术通过利用微生物降解有机物质，将其转化为无毒或低毒产物，有效地减轻了废水对环境的影响。
同时，生物修复技术还具有处理效率高、成本低等优点，被广泛应用于微生物制药企业的废水处理过程中。
二、土壤修复土壤污染是微生物制药中常见的问题，尤其是在生产过程中产生的废弃物和副产物如果不得当处理，很容易造成土壤污染。
而生物修复技术通过引入适宜的微生物，通过吸附、降解污染物，修复受污染的土壤。
与传统的土壤修复方法相比，生物修复技术具有操作简单、效果明显和对环境的影响较小等优点。
因此，在微生物制药中，生物修复技术逐渐成为修复受污染土壤的重要手段。
三、气体净化气体污染是微生物制药中常见的环境问题之一，生产过程中产生的有机物挥发性气体和微生物代谢产物等都会对环境产生污染。
而生物修复技术通过利用微生物的代谢活性，将有机物降解为无害物质，从而实现气体的净化。
此外，生物修复技术还可以通过微生物的吸附作用，将有害物质从气体中去除。
因此，在微生物制药中，生物修复技术被广泛应用于气体净化过程中，具有重要的意义。
总结起来，微生物制药中的生物修复技术应用广泛，包括废水处理、土壤修复和气体净化等方面。
生物修复技术通过微生物的作用，将有机污染物转化为无毒或低毒产物，实现环境的修复。
在微生物制药企业中，生物修复技术具有处理效率高、成本低等优点，是一种理想的环境修复方法。
随着微生物制药的发展，生物修复技术在环境修复领域的应用前景更加广阔。
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生物修复技术作为一项有效的环保处理技术被应用始于上世纪70年代初。
由于其具有设备简单、操作方便、经济可靠的特点，生物修复技术在全球范围内得到了迅猛的发展并被广泛应用于石油、化工、制药、矿山等行业的污染处理，成为土壤和地下水污染处理的首选技术。
作为一种新兴的环保技术，生物修复技术具有广泛的市场发展前景。
举例来说，在美国大约有750000个各种地下储罐，一半以上为石油或汽油灌，其中有超过300000个存在泄漏现象，并以每年30000左右的速度递增。
生物修复技术被证明是目前处理此类污染的最经济和有效的环保技术。
关于生物修复技术在处理含油泥沙（主要产生于油田、炼油厂和石油泄漏）的应用，国外进行了大量的研究和实践。
逐渐形成了一套较为成熟和可靠的工艺，并取得了不错的处理效果。
总的来讲，这些工艺可分为异位生物修复和原位生物修复两种。
其中异位生物修复主要包括composting(堆肥)和landfarming工艺，而原位生物修复主要包括Bioventing（生物通风）和soil vapor extraction (土壤气抽吸)工艺。
作为一项较为复杂的环保技术，生物修复牵涉环保、生物、水文、地质等多个学科。
因此，影响生物修复处理效果的因素也很多，大致包括生物种类及活性、污染物种类及浓度、土壤条件（土质、湿度、pH等）、营养成分、充氧状态以及温度等。
所以，一个有效的工程方案在选择合适的工艺的基础上，还必须监测和控制适当的影响因素，才能达到最佳的处理效果。
影响因素的参数确定和优化必须采用试验与实践相结合的方法来获得。
一、异位生物修复工艺
1、Composting(堆肥)
堆肥工艺就是将污染的土壤与一定量的填料混合后垒成土堆，土壤中的微生物在适当的条件下进行新陈代谢的同时将污染物降解并去除。
填料的作用是改善土壤结构，提高空隙率，增加充氧效果，并提供适合微生物生长的温床。
填料主要有稻草、木屑、鸡粪、牛粪、或活性污泥等。
添加比例应视土壤结构和污染物的种类和浓度而定，通常为5%~40%不等。
为提高处理效果，通常需要充氧、提供营养物质并保持适当的湿度。
微生物新陈代谢所产生的热量能使土堆内部的温度高达30~60 C, 较高的温度能促进微生物的降解过程，达到较理想的处理效果。
工程中，对土堆内部温度变化的监测能为充氧量提供依据。
通常堆肥工艺根据形式不同又分为Static Pile (Biopile)、Windrow、和Closed Reactor三种工艺。
由于Closed Reactor工艺处理费用高从而限制了它的应用。
工程中应用最广泛的是Biopile 和Windrow工艺。
这两者的主要区别是供气方式的不同。
Biopile是靠鼓风或抽吸的方式利用管路向土堆内充氧。
而Windrow 则是利用人工或机械定期翻土来达到向土堆中充氧的目的。
美国艾斯特技术工程公司在美国数十个石油污染土壤的生物修复工程均采用了Biopile 或Windrow工艺。
统计数据表明，经过3-6个月的处理,TPHs的浓度下降了80%以上，处理效果明显。
2、Landfarming
Landfarming是一种最简单的生物修复技术之一。
它是将待处理的土壤以一定的厚度均匀的铺在事先经过处理的不透水的平地上，定期用类似爬犁的工具耕土; 在适当的条件下，利用土壤中的微生物的新陈代谢作用去除污染物。
耕地的目的是提供充足的氧气和起到混合搅拌的作用。
通常土层的厚度为15-40cm, 视处理
规模、土质情况和污染程度而定。
一层污染土处理完以后，可逐层叠加处理。
美国艾斯特技术工程公司曾在宾西法尼亚州成功运用Landfarming工艺处理3780m3被石油污染的土壤，TPH平均浓度为10,000~20,000mg/kg土壤，最高浓度达到150,000mg/kg。
由于该工艺通常要求较大的地方来铺开土，其应用受到了一定程度的限制。
同时，landfarming 过程中，挥发性的污染物将直接散发到大气中造成二次污染，因此，在对空气要求比较敏感的地方也不适于采用该工艺。
二、同位生物修复工艺
与异位生物修复工艺相比，同位生物修复工艺在污染处就地处理，无需破坏土壤结构，工程量相对要少，处理费用也较低。
因此，在北美，大多加油站的土壤修复均采用同位生物修复工艺。
1、Soil Vapor Extraction(土壤气抽吸)
土壤气抽吸工艺就是在被污染的位于渗透层的土壤中安装通风井和抽风井，通过在抽风井的抽气作用使土层中易挥发的污染物被去除的过程。
对于尾气的处理，根据其可降解性的好坏，选择生物过滤器或采用活性炭吸附的方法。
土壤气抽吸工艺主要用于处理被易于挥发的污染物污染的土壤。
另外，密实的土壤（如粘土）或含水率高的土壤因孔隙率低或透气状态差，限制了气体的传输，从而降低了土壤气抽吸工艺的处理效果甚至限制了其使用。
对于石油污染的土壤，在土质允许的条件下，对于石油中易挥发的成分的去除可采用土壤气抽吸工艺。
对于不易挥发的部分的去除，则应考虑运用Bioventing (生物通风)工艺。
2、Bioventing (生物通风)
生物通风工艺就是通过向污染的位于渗透层的土壤中充气（鼓风或抽吸）来加快土壤中微生物降解和转化污染物反应的生物修复技术。
生物通风工艺通常用于处理被不易挥发的并可被生物降解的污染物污染过的土壤。
与土壤气抽吸工艺相比，生物通风工艺充气（鼓风或抽吸）速率明显降低。
充气量仅够维持微生物代谢过程即可。
土壤中缺少营养物质、较低的湿度和较差的透气性将影响生物通风工艺的处理效果。
通常采用在土壤表层开沟槽的方法使营养液和水分渗入，或采用注射井的方法将营养液和水分注入待处理的土层中。
而较好的透气性则是通过在污染区设通风井来实现的。
美国艾斯特技术工程公司大量的土壤气抽吸工艺和生物通风工艺工程实践证明，这两种工艺是行之有效的石油类污染土壤修复技术。
但处理期一般较长。
通常6个月后，TPHs浓度降低60-70%，2-3年后降低80%以上。
三、生物修复的影响因素
1．生物种类及数量
研究表明，土壤中有超过200种微生物可降解碳水化合物。
常见的具有高效降解作用的种类主要有Pseudomonas、Arthrobacter、Flavobacterium、Achrombactor、Anthrobactor、Micrococcus和Acinobactor。
肥沃的土壤中通常每克干泥中含有107~109个微生物。
其中105~106为可降解碳水化合物的种群。
在石油类污染的土壤中，每克干泥中通常含可降解碳水化合物的微生物量为106~108。
对于缺少可降解石油类菌群或可降解石油类菌群数量少的土壤，应采
用生物强化的方法引入或增加菌群的数量。
生物强化的方法主要有bioaugmentation 和biostimulation 两种。
Bioaugmentation 是在异地接种并培养菌种的生物强化技术。
Biostimulation 是在原地通过增加营养物质等方法实现生物强化的技术。
需要的菌种可通过直接购买或用plate count和分离接种技术从污染地的土壤中筛选对污染物有降解作用的微生物。
2．污染物的种类和浓度
石油污染物的种类和浓度可以通过Gas Chromatography 分析法和重量分析法获得。
低于十个碳的链状碳水化合物以及苯、甲苯、二甲苯等易于被生物降解。
而高于十个碳的链状碳水化合物、环状烷、石蜡等则不易于被降解。
通常过高浓度的污染物会降低生物活性，因此，必须对微生物进行逐步驯化。
3．土壤结构和组成
土壤结构和组成决定土壤传输空气、水和营养物质的能力。
4．pH 值
生物降解过程发生的最佳pH值范围为7.5~7.8。
5．营养物浓度
研究表明，微生物代谢过程每降解53克碳源，需要12克氮、6克磷、28克氧和6克氢。
因此，通常生物修复过程要补充适当的氮和磷。
6．湿度
最佳的土壤湿度范围为50%~80%。
当土壤湿度低于10%时，生化反应几乎无法发生。
土壤湿度用重量分析法获得。
7．供氧情况
生物修复技术多为好氧生化过程，因此充氧量是否充足直接关系到生物修复的效果。
8．温度
微生物的生化速率随温度的升高而加快。
每提高10 C, 反应速度提高一倍。