第四章 污染环境的生物修复原理
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第四章污染环境生物修复原理
的毒性，监测方法有化学分析和生物监测。采用生物监测 手段能够了解污染物的降解和解毒过程中产物毒性的变化， 目前常用Ames试验检测遗传毒性，用发光菌毒性试验检 测急性毒性
第四章污染环境生物修复原理
• 可处理性试验方法 • （1）土壤灭菌试验 • （2）土壤柱试验 • （3）摇瓶试验 • （4）反应器试验
➢ 土著微生物 ➢ 外来微生物（需大量接种） ➢ 基因工程菌 ➢ 用于生物修复的其他微生物 ➢ 微生物产品和酶
• 基因工程菌 采用基因工程技术，将降解性质粒转移到一
些能在污水和受污染土壤中生存的菌体内定向 地构建高效降解难降解污染物的工程菌。
第四章污染环境生物修复原理
表4-1 难降解有机污染物和重金属 及其相应的降解转化微生物
环境生物修复技术主要由三方面的内容组成： • （1）利用土著微生物代谢能力的技术 • （2）活化土著微生物分解能力的方法 • （3）添加具有高分解难降解化合物能力的
特定微生物的方法
第四污染环境生物修复原理
第四章污染环境生物修复原理
2. 生物修复的产生发展
• 生物修复起源于有机污染物的治理，利用好氧或厌氧微生 物处理污水已有100多年的历史，但是利用生物修复技术 处理现场有机污染物才有30多年的历史。1972年美国清 除宾夕法尼亚州的Ambler管线泄漏的汽油是史料所记载 的首次应用生物修复技术
几丁质
氨基葡萄糖
乙酸
脱氨基酶
C6H11O5NH2 + H2O
C6H12O6 + NH3
第四章污染环境生物修复原理
第四章污染环境生物修复原理
2、微生物修复的影响因素：
• （1）微生物营养盐 • （2）电子受体：溶解氧—鼓气或添产氧剂H2O2、有 机
第四章污染环境生物修复原理
• 可处理性试验方法 • （1）土壤灭菌试验 • （2）土壤柱试验 • （3）摇瓶试验 • （4）反应器试验
➢ 土著微生物 ➢ 外来微生物（需大量接种） ➢ 基因工程菌 ➢ 用于生物修复的其他微生物 ➢ 微生物产品和酶
• 基因工程菌 采用基因工程技术，将降解性质粒转移到一
些能在污水和受污染土壤中生存的菌体内定向 地构建高效降解难降解污染物的工程菌。
第四章污染环境生物修复原理
表4-1 难降解有机污染物和重金属 及其相应的降解转化微生物
环境生物修复技术主要由三方面的内容组成： • （1）利用土著微生物代谢能力的技术 • （2）活化土著微生物分解能力的方法 • （3）添加具有高分解难降解化合物能力的
特定微生物的方法
第四污染环境生物修复原理
第四章污染环境生物修复原理
2. 生物修复的产生发展
• 生物修复起源于有机污染物的治理，利用好氧或厌氧微生 物处理污水已有100多年的历史，但是利用生物修复技术 处理现场有机污染物才有30多年的历史。1972年美国清 除宾夕法尼亚州的Ambler管线泄漏的汽油是史料所记载 的首次应用生物修复技术
几丁质
氨基葡萄糖
乙酸
脱氨基酶
C6H11O5NH2 + H2O
C6H12O6 + NH3
第四章污染环境生物修复原理
第四章污染环境生物修复原理
2、微生物修复的影响因素：
• （1）微生物营养盐 • （2）电子受体：溶解氧—鼓气或添产氧剂H2O2、有 机
微生物对环境污染的修复能力
微生物对环境污染的修复能力环境污染是一个世界性的问题，影响着我们的健康和生存环境。
在环境保护领域，人们一直在寻找各种方法来减少和修复污染。
而微生物作为自然界中普遍存在的生物体，拥有着独特的环境修复能力。
本文将探讨微生物对环境污染的修复能力，并介绍一些微生物修复技术的应用。
一、微生物修复的基本原理微生物修复是利用微生物代谢特性来减少或去除环境中污染物的一种技术。
微生物修复的基本原理有两个方面：一是微生物可以通过代谢作用将污染物降解为无害物质；二是微生物可以通过吸附作用将污染物从环境中去除。
二、微生物修复的应用范围微生物修复技术已被广泛应用于各个领域，如土壤修复、水体修复、空气修复等。
下面将分别介绍一些典型的微生物修复应用。
1. 土壤修复土壤是生态系统中至关重要的组成部分，但受到了各种污染的侵害。
微生物修复技术在土壤修复中发挥着重要作用。
例如，通过引入具有降解能力的细菌或真菌来降解有机物污染物，如石油、农药等。
此外，一些微生物还可以通过固定重金属离子，减少其对土壤的毒性。
2. 水体修复水体是生命的源泉，但由于工业排放、农业污染等原因，各种有害物质进入水体造成了严重的污染。
微生物修复技术可以应用于水体净化和污染物去除。
例如，利用一些能够降解有机污染物的细菌来处理废水；同时，某些微藻可以吸收水中的重金属离子，达到净化水质的效果。
3. 空气修复空气污染对人类的健康有着直接而严重的影响。
微生物修复技术在空气净化领域也显示出了巨大的潜力。
例如，通过利用微生物的吸附特性，可以去除空气中的挥发性有机物、二氧化硫等污染物。
三、微生物修复技术的改进与展望虽然微生物修复技术已经取得了一定的成绩，但仍然存在一些挑战和改进空间。
例如，提高微生物降解速度和适应更复杂环境的能力；研发更有效的微生物修复菌株；解决潜在的生态风险等。
同时，未来的发展方向也应更加注重微生物修复技术的实际应用和市场化推广。
结语微生物对环境污染的修复能力是一种重要而有效的技术手段。
4 污染环境的生物修复原理
2016/11/12
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4.3 环境修复微生物生态学原理
微生物群落结构
土壤环境入其微生物 水环境及其微生物：淡水；海洋 大气环境及其微生物：
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4.3 环境修复微生物生态学原理
微生物群落间的相互关系
中性共栖（neutralism） 偏利共栖 (commensalism) 协同共栖（gynergism） 共生（mutualism） 竞争（competition） 偏害共栖（amensaism） 捕食（predation） 寄生（parasitism）
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污染环境的生物修复原理 Bioremediation principle of contaminated environmental
2016/11/12
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4.1 生物修复概述
生物修复的概念
bioremedlation：利用生物，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 境中的污染物的一个受控或自发进行的过程。 广义：生物修复是指利用细菌、真菌、水生藻类、 也可以表述为：生物修复是利用土著的、引入的 陆生植物等的代谢活性降解有机污染物，减轻其 微生物及其代谢过程，或其产物进行的消除或富 毒性，改变重金属的活性或在土壤中的结合态， 集有毒物的生物学过程。生物修复的目的是去除 通过改变污染物的化学或物理特性而影响他们在 环境中的污染物，使其浓度降至环境标准规定的 环境中的迁移、转化或降解速率。 安全浓度之下。
起源于有机污染物的治理； 1972年美国清除宾夕法尼亚州的Ambler管线泄漏
的汽油是史料所记载的首次应用生物修复技术； 1989年，美国阿拉斯加海域受到大面积石油污 染，生物修复技术首次大规模应用。 密歇根空军基地柴油污染，弗吉尼亚Fuffolk工厂 自1991年起开始实施超级基金项目
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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第4页，共30页。
〔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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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
环境修复原理与技术污染环境的植物修复原理课件
生态效益评估
评估植物修复对土壤、水体和生物多 样性的影响，确保修复活动对生态环 境产生积极影响。
经济效益评估
分析植物修复的成本效益，探索降低 修复成本、提高经济效益的途径和方 法。
THANKS
感谢观看
REPORTING
案例
如印度芥菜和向日葵等植物对有机污 染物的降解效果显著，可用于有机污 染土壤的修复。
放射性核素污染的植物修复技术
放射性核素
指具有放射性的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ素，如铀、钚、铯 等。
植物修复原理
利用某些植物对放射性核素的吸收和 固定能力，将放射性核素从土壤中去 除或降低其浓度。
技术方法
包括植物提取、植物稳定和植物挥发 等。
工业区土壤污染的植物修复案例
总结词
工业区土壤污染的植物修复案例主要针对的是由工业 生产活动产生的污染物导致的土壤污染问题。
详细描述
工业区土壤污染通常包括重金属、石油、有机溶剂等污 染物。植物修复技术通过种植对特定污染物具有较强吸 收和富集能力的植物，如向日葵、芦苇等，将这些植物 种植在污染土壤中，利用其根系吸收和积累污染物，并 通过收获植物或利用其分解作用将污染物从土壤中去除 。例如，在某石油泄漏污染场地，种植了大量芦苇，通 过芦苇的吸收和分解作用，成功地降低了土壤中的石油 污染物含量。
未来展望
未来，环境修复将更加注重综合治理和预防措施的结合，推动环境修复与生态建设、资源循环利用的有 机结合，为建设美丽中国和地球家园作出更大的贡献。
PART 02
植物修复原理
REPORTING
植物修复定义
植物修复是指利用植物及其根际微生 物体系，对土壤和地下水中的污染物 进行吸收、降解和去除的过程。
矿山土壤污染的植物修复案例
评估植物修复对土壤、水体和生物多 样性的影响，确保修复活动对生态环 境产生积极影响。
经济效益评估
分析植物修复的成本效益，探索降低 修复成本、提高经济效益的途径和方 法。
THANKS
感谢观看
REPORTING
案例
如印度芥菜和向日葵等植物对有机污 染物的降解效果显著，可用于有机污 染土壤的修复。
放射性核素污染的植物修复技术
放射性核素
指具有放射性的ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ素，如铀、钚、铯 等。
植物修复原理
利用某些植物对放射性核素的吸收和 固定能力，将放射性核素从土壤中去 除或降低其浓度。
技术方法
包括植物提取、植物稳定和植物挥发 等。
工业区土壤污染的植物修复案例
总结词
工业区土壤污染的植物修复案例主要针对的是由工业 生产活动产生的污染物导致的土壤污染问题。
详细描述
工业区土壤污染通常包括重金属、石油、有机溶剂等污 染物。植物修复技术通过种植对特定污染物具有较强吸 收和富集能力的植物，如向日葵、芦苇等，将这些植物 种植在污染土壤中，利用其根系吸收和积累污染物，并 通过收获植物或利用其分解作用将污染物从土壤中去除 。例如，在某石油泄漏污染场地，种植了大量芦苇，通 过芦苇的吸收和分解作用，成功地降低了土壤中的石油 污染物含量。
未来展望
未来，环境修复将更加注重综合治理和预防措施的结合，推动环境修复与生态建设、资源循环利用的有 机结合，为建设美丽中国和地球家园作出更大的贡献。
PART 02
植物修复原理
REPORTING
植物修复定义
植物修复是指利用植物及其根际微生 物体系，对土壤和地下水中的污染物 进行吸收、降解和去除的过程。
矿山土壤污染的植物修复案例
最新污染环境的生物修复
– 烃类：链烃的易降解性大于环烃，直链烃大于支链烃，不饱 和烃大于饱和烃，支链烷基越多，越不易被降解
– 当主链上的C被S、N、O取代时，对生物氧化的阻抗上升 – 当C原子上的H被烷基或芳基取代时，会生成生物氧化的阻
抗物。
– 官能团的性质和数量 – 分子量大小
• 环境因素
– 温度 – 酸碱度 – 营养 –氧 – 底物浓度
• 共代谢（Co－Metabolism）
– 微生物在利用生长基质A时（从中获得能量、碳源或其 他任何营养），同时非生长基质B（不能从中获得能量 或营养）也伴随着发生氧化或其它反应。
– 在纯培养下，共代谢只是一种截止式转化，但在混合 培养和自然环境条件下，转化可为其它微生物进行的 共代谢或其他生物对某种物质的降解铺平道路，使其 代谢产物可继续降解，故污染物在有合适的底物和环 境条件下可通过共代谢作用而降解。
– 质粒（Plasmid）：染色体外遗传物质，是在原核微生物中 除染色体外，还存在的一种较小的携带少量遗传基因的环 状DNA分子。
– 质粒可用来培育优良菌种，或用作基因工程中基因转移的 载体。
– 例如：多功能超级细菌的构建
最新污染环境的生物修复
A B
A B
C
AB C
注： 质粒
细胞的染色体
图3－1 多质粒超最级新菌污染的环构境建的示生物意修简复图
微生物对常见污染物的降解与转化
• 生物大分子的降解
– 糖类：以纤维素和淀粉的分解为例，见图5－4，5－5 – 脂肪 – 蛋白质
脂肪＋H2O 脂肪酶 甘油＋高级脂肪酸
蛋白质 蛋白酶 肽 肽酶 氨基酸
最新污染环境的生物修复
＋ H2O
＋ H2O
纤维素
纤维二糖
污染土壤的生物修复PPT课件
• 动物修复技术主要包括蚯蚓养殖和线虫控制两种方式。蚯蚓养殖是指利用蚯蚓 来改善土壤结构、提高土壤肥力，从而达到净化土壤的目的；线虫控制是指利 用一些寄生线虫来控制土壤中的病原微生物，从而减少其对土壤的危害。
• 动物修复技术的优点包括改善土壤结构、提高土壤肥力等。但动物修复技术的 缺点是处理周期较长，且对某些重金属污染土壤的处理效果不佳。
技术成熟度
某些生物修复技术仍处于 研究阶段，技术成熟度有 待提高。
影响因素多
生物修复效果受到多种因 素的影响，如污染物特性、 土壤条件、气候条件等。
03 生物修复技术应用
微生物修复技术
微生物修复技术是指利用微生物的生命代谢活动 来减少土壤环境中有毒有害物质的浓度，从而使 土壤环境得到净化和修复的过程。
政府应加大对生物修复技术的政策支 持和资金投入，促进技术的研发和应 用。
建立评价体系
建立生物修复技术的评价体系，制定 相关标准和方法，规范技术的实际应 用。
国际合作与交流
加强国际合作与交流，引进国外先进 技术和管理经验，提高我国生物修复 技术的整体水平。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
微生物修复技术的优点包括处理效果好、适用范 围广、对环境影响小等。但微生物修复技术的缺 点是处理周期较长，且对某些重金属污染土壤的 处理效果不佳。
微生物修复技术主要包括原位修复和异位修复两 种方式。原位修复是在污染场地就地处理，而异 位修复是将污染土壤转运至集中处理场地进行修 复。
微生物修复技术适用于有机物污染、重金属污染 和农药污染等多种类型的土壤修复。其中，有机 物污染土壤的微生物修复技术应用最为广泛。
利用土壤动物（如蚯蚓）对污染物 的抗性和净化能力，实现污染土壤 的治理和生态修复。
• 动物修复技术的优点包括改善土壤结构、提高土壤肥力等。但动物修复技术的 缺点是处理周期较长，且对某些重金属污染土壤的处理效果不佳。
技术成熟度
某些生物修复技术仍处于 研究阶段，技术成熟度有 待提高。
影响因素多
生物修复效果受到多种因 素的影响，如污染物特性、 土壤条件、气候条件等。
03 生物修复技术应用
微生物修复技术
微生物修复技术是指利用微生物的生命代谢活动 来减少土壤环境中有毒有害物质的浓度，从而使 土壤环境得到净化和修复的过程。
政府应加大对生物修复技术的政策支 持和资金投入，促进技术的研发和应 用。
建立评价体系
建立生物修复技术的评价体系，制定 相关标准和方法，规范技术的实际应 用。
国际合作与交流
加强国际合作与交流，引进国外先进 技术和管理经验，提高我国生物修复 技术的整体水平。
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微生物修复技术的优点包括处理效果好、适用范 围广、对环境影响小等。但微生物修复技术的缺 点是处理周期较长，且对某些重金属污染土壤的 处理效果不佳。
微生物修复技术主要包括原位修复和异位修复两 种方式。原位修复是在污染场地就地处理，而异 位修复是将污染土壤转运至集中处理场地进行修 复。
微生物修复技术适用于有机物污染、重金属污染 和农药污染等多种类型的土壤修复。其中，有机 物污染土壤的微生物修复技术应用最为广泛。
利用土壤动物（如蚯蚓）对污染物 的抗性和净化能力，实现污染土壤 的治理和生态修复。
10 污染环境的生物修复
•
全世界每年有10亿吨原油经海上运输， 其中约有320万吨因泄漏污染海洋；同时油库、 输油管泄漏造成土壤污染事件也时有发生。 20世纪80年代以来生物修复技术开始应用于 石油污染治理。 • 主要通过添加一种含N、P且不被海水冲 走的肥料，从而能够促进石油降解微生物的 生长繁殖，加快石油降解速度。 • 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。原油污染可以基本得 到清除，治理时间可由原先估计的10～20年 缩短为2～3年。
土壤异位生物修复是将受污染土壤挖掘起 来，将之运输到一个经各种工程准备的制备 床进行生物修复(下图)，防止污染物向地下水 或更广大地域扩散，处理后的土壤再运回原 地的一种生物修复技术。
土壤异位生物修复主要方式
堆肥：
将污染物质与一些自身容易分解的有机物混合 堆放，并加入氮、磷及其他无机营养物质。
挖掘堆置处理
（1）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。
不吸收或少吸收重金 属
适应重金 属胁迫的 植物
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
可在金属污染土壤中生 产符合环境标准的农产 品
通过栽种植物积累金 属，收获后进行植物 提取
（2）植物在土壤修复中的应用
（3）植物在富营养化水体的水质净化中的应用
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。
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质可对三氯乙烯共代谢降解。
• （4）污染现场和土壤特性 • （5）有毒有害有机污染物物理化学性质：
淋失与吸附、挥发、生物降解、化学反应。
– 微生物营养盐
在营养缺乏的环境中，为了使污染物达到完全降解，适当添加营 养物比接种特殊的微生物更为重要，例如氮、磷营养盐。
– 电子受体： 土壤中污染物氧化分解的最终电子受体的种类和浓度也极 大地影响这污染物生物降解的速度和进程。微生物氧化还原 反应的最终电子受体主要包括溶解氧、有机物分解的中间产 物和无机酸根（如硝酸根和硫酸根）。
甘油的转化
六、木质素的转化
木质素是植物木质化组织的重要成分，稻草秆、麦秆和木 材是造纸的原料，木材也是人造纤维的原料。所以造纸和 人造纤维废水均含有大量木质素。 分解木质素的微生物主要是担子菌纲中的干朽菌、多孔菌、 伞菌等的一些种，有厚毛霉和松全菌。假单胞菌的个别种 也能分解木质素。 木质素被微生物分解的速率缓慢，在好氧条件下分解木质 素比在厌氧条件下快，真菌分解木质素比细菌快。
4. 生物修复的类型
按修复主体分 • （1）微生物修复 • （2）植物修复 • （3）动物修复 • （4）生态修复 按修复受体分 • 土壤生物修复、河流水生物修复、湖泊水库生物修复、海 洋生物修复、地下水生物修复、大气生物修复、矿区生物 修复、垃圾场生物修复等 按修复场所分 • （1）原位生物修复（原位工程生物修复和原位自然生物 修复） • （2）异位生物修复 • （3）原位-异位联合生物修复
5.生物修复的原则及可处理性实验
生物修复的原则 • （1）适合的生物（先决条件） • （2）适合的场所 • （3）适合的环境条件 • （4）适合的技术费用 生物修复的可处理性试验 • 可处理性试验的目的：环境中的污染物一般是混 合性化学物质；污染现场各有特点，在某一现场 起作用的生物修复技术在另一现场并不一定有效。
可处理性试验分为三个不同的规模：实验室小试、中试和现 场试验 可处理性试验的结果应为实际工程的实施回答以下几个问题 • （1）污染物进一步扩散的可能性以及防治措施 • （2）提高生物活性的手段 • （3）评价生物修复效果所需要的检测手段 • 进行可处理性试验是要监测污染物的降解过程和最终产物 的毒性，监测方法有化学分析和生物监测。采用生物监测 手段能够了解污染物的降解和解毒过程中产物毒性的变化， 目前常用Ames试验检测遗传毒性，用发光菌毒性试验检 测急性毒性
• • • • •
可处理性试验方法 （1）土壤灭菌试验 （2）土壤柱试验 （3）摇瓶试验 （4）反应器试验
6 生物修复工程技术
生物修复工程技术可行性研究
（－）数据调查
– 污染物性质，受污染前后生物性质、分布，污染现场条件，有关管理法规，确 立净化目标。
（二）技术查询 （三）选择技术路线
– 对各种修复技术以及它们可能组合进行全面客观评价，列出可行方案， 并确定最佳技术。
四、淀粉的转化
淀粉的种类包括：直链淀粉和支链淀粉。 淀粉广泛地存在于植物种子（稻、麦、玉米）之中。凡是以 上述物质作为原料的工业废水等均含有淀粉。
五、脂肪的转化
脂肪是甘油和高级脂肪酸所形成的脂，不溶于水，可溶于有 机溶剂。毛纺、油脂厂废水，制革废水含有大量油脂。脂肪 被微生物分解的反应式如下：
环境生物修复技术主要由三方面的内容组成： • （1）利用土著微生物代谢能力的技术 • （2）活化土著微生物分解能力的方法 • （3）添加具有高分解难降解化合物能力的 特定微生物的方法
2. 生物修复的产生发展
• 生物修复起源于有机污染物的治理，利用好氧或厌氧微生 物处理污水已有100多年的历史，但是利用生物修复技术 处理现场有机污染物才有30多年的历史。1972年美国清 除宾夕法尼亚州的Ambler管线泄漏的汽油是史料所记载 的首次应用生物修复技术 • 20世纪80年代以后基础研究的成功被应用于大范围的污 染环境治理，并取得了相当的成功，从而发展成为一种新 的生物治理技术。 • 1989年，美国阿拉斯加海域受到大面积石油污染，生物 修复技术首次大规模应用，取得了很好的效果。阿拉斯加 溢油生物修复成为生物修复史上的里程碑，至此，生物修 复技术成为一种可被人们接受的油泄漏治理方法。 • 我国关于生物修复的研究起步较晚，目前尚处于小试与中 试阶段，还需进一步发展。
七、烃类物质的转化
炼油厂、煤气厂、焦化厂、化肥厂的废水均含有芳香 烃。酚和苯的分解菌有假单胞菌，铜绿色假单胞菌及 苯杆菌等。 苯的代谢如下：
（二） 氮循环
一、微生物转化氮素物质的一般途径
二、氨化作用
三、硝化作用
四、反硝化作用
五、固氮作用
六、其它含氮物质的转化
一、微生物转化氮素物质的一般途径
氮素是核酸及蛋白质的主要成分，是构成生物体的必须元素。 自然界蕴藏着丰富的氮素物质，其主要形态有三种：1. 分子 态氮，存在于空气中，数量最大，占空气容量近79%，每亩 土地上空估计有5000吨；2. 生物体中的蛋白质、核酸和其它 有机氮化物；3. 铵盐及硝酸盐等无机态氮化物。前两种形态 的氮虽然数量很大，但不能被植物直接吸收利用。后一种形 态的氮，是植物所能吸收的氮，但为数很少，远不能满足地 面植物对氮素营养的需求。
上述三种形态的氮素物质，在自然界中因生物的作用，不断 地相互转化，进行着氮素循环。
氮素循环图例1、2
二、氨化作用
有机氮化物在微生物的分解作用中释放出氨的过程， 称为氨化作用(ammonification)。这里着重介绍： （一）蛋白质的分解
（二）核酸的分解 （三）其它含氮有机物的分解
（一）蛋白质的分解
二、半纤维素的转化
半纤维素存在于植物细胞壁中。半纤维素的组成中含聚戊糖、 聚己糖及聚糖醛酸。造纸废水和人造纤维废水含半纤维素。 分解纤维素的微生物大多能分解半纤维素。 半纤维素的分解过程如下：
三、果胶质的转化
果胶质存在于植物细胞壁和细胞间质中，造纸、制 麻废水多含有果胶质。天然的果胶质不溶于水，称 原果胶。 果胶质水解生成的果胶酸、聚戊糖、半乳糖醛酸、 甲醇等在好氧条件下分别为二氧化碳和水，在厌氧 条件下进行丁酸发酵，产物有丁酸、乙酸、醇类、 二氧化碳和氢气。 好氧分解果胶质的微生物有：枯草芽孢杆菌、多粘 芽孢杆菌、浸软芽孢杆菌等。
1. 氧化脱氨基作用：产生酮酸和氨
2. 水解脱氨基作用：产生含氧酸和氨
3. 还原脱氨基作用：产生饱和酸和氨
氨基酸脱氨基后的残余基团是一个有机酸，将作 为微生物生活的碳源物质，在呼吸作用中或被氧 化分解成CO2。或被发酵生成低分子有机酸、醇 或碳氢化合物。 绝大多数异养型微生物，包括细菌、真菌、放线 菌，都有不同的蛋白质分解能力。在自然界中， 它们分布很多。作用强的有：荧光假单胞菌、灵 杆菌和变形杆菌等兼性细菌，巨大芽孢杆菌、覃 状芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、肠膜芽孢杆菌、蜡 状芽孢杆菌等需氧性细菌，腐败芽孢杆菌等厌氧 菌。真菌中有木霉、曲霉、毛霉中的一些种，康 氏木霉和黑曲霉的氨化能力最强。
3. 生物修复的特点
优点 • （1）可以现场进行，节省了很多治理费用 • （2）环境影响小 • （3）最大限度的降低污染物浓度 • （4）可用于其他处理技术难以应用的场地 • （5）可以同时处理受污染的土壤和地下水 缺点 （1）耗时长 （2）运行条件苛刻 （3）并非所有进入环境的污染物都能被生物利用 （4）特定的生物只能吸收、利用、降解、转化特定类型的化学物质， 状态稍有变化的化合物就可能不会被同一种生物酶破坏
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 微生物的共代谢基质对一些顽固污染物的降解起着重要作 用，因此，共代谢基质对生物修复有重要影响。 – 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。 – 有毒有机污染物的物理化学性质 如有机污染物的化学结构、毒性、生物可利用性。
第四章 污染环境的生 物修复原理
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4.1 生物修复概述 4.2 环境微生物修复机理 4.3 环境修复微生物生态学原理 4.4 影响生物修复的污染物特性
4.1生物修复概述
1. 生物修复(Bioremediation)的概念
广义的生物修复通常是指利用各种生物（包括微生 物，动物和植物）的特性，吸收、降解、转化环境 中的污染物，使受污染的环境得到改善的治理技术， 一般分为植物修复、动物修复和微生物修复三种类 型。 狭义的生物修复通常是指在自然或人工控制的条件 下，利用特定的微生物降解、清除环境中污染物的 技术。
• 基因工程菌
采用基因工程技术，将降解性质粒转移到一 些能在污水和受污染土壤中生存的菌体内定向 地构建高效降解难降解污染物的工程菌。
表4-1 难降解有机污染物和重金属 及其相应的降解转化微生物
2、微生物修复的影响因素：
• （1）微生物营养盐 • （2）电子受体：溶解氧—鼓气或添产氧剂H2O2、有 机 物分解中间产物和无机酸根（如硝酸根、硫酸根） 。 • （3）共代谢基质 ：洋葱假单胞菌以甲苯作生长基
氨基葡萄糖 乙酸
C6H11O5NH2 + H2O
脱氨基酶
C6H12O6 + NH3
三、硝化作用
氨经过微生物作用氧化成亚硝酸，再进一步氧化成硝酸的过 程，称为硝化作用（Nitrification）。 （一）亚硝化作用 2NH3 + 3O2 2HNO2 + 2H2O + 能量 （二）硝化作用 2HNO2 + O2 2HNO3 + 能量
（四）可处理性试验
– 假如生物修复技术可行，要设计小试和中试，不能忽视规模因素。
（五）实际工程设计
– 小试和中试可行后，可进行具体设计，包括生物种类筛选、处理设备、营养物 和氧源等。
• 修复效果评价
4.2 环境微生物修复机理
1、用于生物修复的微生物
• （4）污染现场和土壤特性 • （5）有毒有害有机污染物物理化学性质：
淋失与吸附、挥发、生物降解、化学反应。
– 微生物营养盐
在营养缺乏的环境中，为了使污染物达到完全降解，适当添加营 养物比接种特殊的微生物更为重要，例如氮、磷营养盐。
– 电子受体： 土壤中污染物氧化分解的最终电子受体的种类和浓度也极 大地影响这污染物生物降解的速度和进程。微生物氧化还原 反应的最终电子受体主要包括溶解氧、有机物分解的中间产 物和无机酸根（如硝酸根和硫酸根）。
甘油的转化
六、木质素的转化
木质素是植物木质化组织的重要成分，稻草秆、麦秆和木 材是造纸的原料，木材也是人造纤维的原料。所以造纸和 人造纤维废水均含有大量木质素。 分解木质素的微生物主要是担子菌纲中的干朽菌、多孔菌、 伞菌等的一些种，有厚毛霉和松全菌。假单胞菌的个别种 也能分解木质素。 木质素被微生物分解的速率缓慢，在好氧条件下分解木质 素比在厌氧条件下快，真菌分解木质素比细菌快。
4. 生物修复的类型
按修复主体分 • （1）微生物修复 • （2）植物修复 • （3）动物修复 • （4）生态修复 按修复受体分 • 土壤生物修复、河流水生物修复、湖泊水库生物修复、海 洋生物修复、地下水生物修复、大气生物修复、矿区生物 修复、垃圾场生物修复等 按修复场所分 • （1）原位生物修复（原位工程生物修复和原位自然生物 修复） • （2）异位生物修复 • （3）原位-异位联合生物修复
5.生物修复的原则及可处理性实验
生物修复的原则 • （1）适合的生物（先决条件） • （2）适合的场所 • （3）适合的环境条件 • （4）适合的技术费用 生物修复的可处理性试验 • 可处理性试验的目的：环境中的污染物一般是混 合性化学物质；污染现场各有特点，在某一现场 起作用的生物修复技术在另一现场并不一定有效。
可处理性试验分为三个不同的规模：实验室小试、中试和现 场试验 可处理性试验的结果应为实际工程的实施回答以下几个问题 • （1）污染物进一步扩散的可能性以及防治措施 • （2）提高生物活性的手段 • （3）评价生物修复效果所需要的检测手段 • 进行可处理性试验是要监测污染物的降解过程和最终产物 的毒性，监测方法有化学分析和生物监测。采用生物监测 手段能够了解污染物的降解和解毒过程中产物毒性的变化， 目前常用Ames试验检测遗传毒性，用发光菌毒性试验检 测急性毒性
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可处理性试验方法 （1）土壤灭菌试验 （2）土壤柱试验 （3）摇瓶试验 （4）反应器试验
6 生物修复工程技术
生物修复工程技术可行性研究
（－）数据调查
– 污染物性质，受污染前后生物性质、分布，污染现场条件，有关管理法规，确 立净化目标。
（二）技术查询 （三）选择技术路线
– 对各种修复技术以及它们可能组合进行全面客观评价，列出可行方案， 并确定最佳技术。
四、淀粉的转化
淀粉的种类包括：直链淀粉和支链淀粉。 淀粉广泛地存在于植物种子（稻、麦、玉米）之中。凡是以 上述物质作为原料的工业废水等均含有淀粉。
五、脂肪的转化
脂肪是甘油和高级脂肪酸所形成的脂，不溶于水，可溶于有 机溶剂。毛纺、油脂厂废水，制革废水含有大量油脂。脂肪 被微生物分解的反应式如下：
环境生物修复技术主要由三方面的内容组成： • （1）利用土著微生物代谢能力的技术 • （2）活化土著微生物分解能力的方法 • （3）添加具有高分解难降解化合物能力的 特定微生物的方法
2. 生物修复的产生发展
• 生物修复起源于有机污染物的治理，利用好氧或厌氧微生 物处理污水已有100多年的历史，但是利用生物修复技术 处理现场有机污染物才有30多年的历史。1972年美国清 除宾夕法尼亚州的Ambler管线泄漏的汽油是史料所记载 的首次应用生物修复技术 • 20世纪80年代以后基础研究的成功被应用于大范围的污 染环境治理，并取得了相当的成功，从而发展成为一种新 的生物治理技术。 • 1989年，美国阿拉斯加海域受到大面积石油污染，生物 修复技术首次大规模应用，取得了很好的效果。阿拉斯加 溢油生物修复成为生物修复史上的里程碑，至此，生物修 复技术成为一种可被人们接受的油泄漏治理方法。 • 我国关于生物修复的研究起步较晚，目前尚处于小试与中 试阶段，还需进一步发展。
七、烃类物质的转化
炼油厂、煤气厂、焦化厂、化肥厂的废水均含有芳香 烃。酚和苯的分解菌有假单胞菌，铜绿色假单胞菌及 苯杆菌等。 苯的代谢如下：
（二） 氮循环
一、微生物转化氮素物质的一般途径
二、氨化作用
三、硝化作用
四、反硝化作用
五、固氮作用
六、其它含氮物质的转化
一、微生物转化氮素物质的一般途径
氮素是核酸及蛋白质的主要成分，是构成生物体的必须元素。 自然界蕴藏着丰富的氮素物质，其主要形态有三种：1. 分子 态氮，存在于空气中，数量最大，占空气容量近79%，每亩 土地上空估计有5000吨；2. 生物体中的蛋白质、核酸和其它 有机氮化物；3. 铵盐及硝酸盐等无机态氮化物。前两种形态 的氮虽然数量很大，但不能被植物直接吸收利用。后一种形 态的氮，是植物所能吸收的氮，但为数很少，远不能满足地 面植物对氮素营养的需求。
上述三种形态的氮素物质，在自然界中因生物的作用，不断 地相互转化，进行着氮素循环。
氮素循环图例1、2
二、氨化作用
有机氮化物在微生物的分解作用中释放出氨的过程， 称为氨化作用(ammonification)。这里着重介绍： （一）蛋白质的分解
（二）核酸的分解 （三）其它含氮有机物的分解
（一）蛋白质的分解
二、半纤维素的转化
半纤维素存在于植物细胞壁中。半纤维素的组成中含聚戊糖、 聚己糖及聚糖醛酸。造纸废水和人造纤维废水含半纤维素。 分解纤维素的微生物大多能分解半纤维素。 半纤维素的分解过程如下：
三、果胶质的转化
果胶质存在于植物细胞壁和细胞间质中，造纸、制 麻废水多含有果胶质。天然的果胶质不溶于水，称 原果胶。 果胶质水解生成的果胶酸、聚戊糖、半乳糖醛酸、 甲醇等在好氧条件下分别为二氧化碳和水，在厌氧 条件下进行丁酸发酵，产物有丁酸、乙酸、醇类、 二氧化碳和氢气。 好氧分解果胶质的微生物有：枯草芽孢杆菌、多粘 芽孢杆菌、浸软芽孢杆菌等。
1. 氧化脱氨基作用：产生酮酸和氨
2. 水解脱氨基作用：产生含氧酸和氨
3. 还原脱氨基作用：产生饱和酸和氨
氨基酸脱氨基后的残余基团是一个有机酸，将作 为微生物生活的碳源物质，在呼吸作用中或被氧 化分解成CO2。或被发酵生成低分子有机酸、醇 或碳氢化合物。 绝大多数异养型微生物，包括细菌、真菌、放线 菌，都有不同的蛋白质分解能力。在自然界中， 它们分布很多。作用强的有：荧光假单胞菌、灵 杆菌和变形杆菌等兼性细菌，巨大芽孢杆菌、覃 状芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌、肠膜芽孢杆菌、蜡 状芽孢杆菌等需氧性细菌，腐败芽孢杆菌等厌氧 菌。真菌中有木霉、曲霉、毛霉中的一些种，康 氏木霉和黑曲霉的氨化能力最强。
3. 生物修复的特点
优点 • （1）可以现场进行，节省了很多治理费用 • （2）环境影响小 • （3）最大限度的降低污染物浓度 • （4）可用于其他处理技术难以应用的场地 • （5）可以同时处理受污染的土壤和地下水 缺点 （1）耗时长 （2）运行条件苛刻 （3）并非所有进入环境的污染物都能被生物利用 （4）特定的生物只能吸收、利用、降解、转化特定类型的化学物质， 状态稍有变化的化合物就可能不会被同一种生物酶破坏
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 微生物的共代谢基质对一些顽固污染物的降解起着重要作 用，因此，共代谢基质对生物修复有重要影响。 – 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。 – 有毒有机污染物的物理化学性质 如有机污染物的化学结构、毒性、生物可利用性。
第四章 污染环境的生 物修复原理
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4.1 生物修复概述 4.2 环境微生物修复机理 4.3 环境修复微生物生态学原理 4.4 影响生物修复的污染物特性
4.1生物修复概述
1. 生物修复(Bioremediation)的概念
广义的生物修复通常是指利用各种生物（包括微生 物，动物和植物）的特性，吸收、降解、转化环境 中的污染物，使受污染的环境得到改善的治理技术， 一般分为植物修复、动物修复和微生物修复三种类 型。 狭义的生物修复通常是指在自然或人工控制的条件 下，利用特定的微生物降解、清除环境中污染物的 技术。
• 基因工程菌
采用基因工程技术，将降解性质粒转移到一 些能在污水和受污染土壤中生存的菌体内定向 地构建高效降解难降解污染物的工程菌。
表4-1 难降解有机污染物和重金属 及其相应的降解转化微生物
2、微生物修复的影响因素：
• （1）微生物营养盐 • （2）电子受体：溶解氧—鼓气或添产氧剂H2O2、有 机 物分解中间产物和无机酸根（如硝酸根、硫酸根） 。 • （3）共代谢基质 ：洋葱假单胞菌以甲苯作生长基
氨基葡萄糖 乙酸
C6H11O5NH2 + H2O
脱氨基酶
C6H12O6 + NH3
三、硝化作用
氨经过微生物作用氧化成亚硝酸，再进一步氧化成硝酸的过 程，称为硝化作用（Nitrification）。 （一）亚硝化作用 2NH3 + 3O2 2HNO2 + 2H2O + 能量 （二）硝化作用 2HNO2 + O2 2HNO3 + 能量
（四）可处理性试验
– 假如生物修复技术可行，要设计小试和中试，不能忽视规模因素。
（五）实际工程设计
– 小试和中试可行后，可进行具体设计，包括生物种类筛选、处理设备、营养物 和氧源等。
• 修复效果评价
4.2 环境微生物修复机理
1、用于生物修复的微生物