4第四章 污染环境的生物修复原理
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。
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
• 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
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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
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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
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【创意版】.ppt
A
E1
E2 C
B
E1
E2 D
.精品课件.
12
微生物对污染物降解与转化的途径
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
.精品课件.
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＋ H2O
＋ H2O
纤维素
纤维二糖
葡萄糖
纤维素酶
纤维素酶
需氧微生物
胞内酶
CO2、H2O
厌氧微生物 胞内酶 丁酸、CO2、H2等
图3－4 纤维素分解途径示意图
淀粉
微生物 淀粉酶
葡萄糖
需氧微生物
胞内酶
CO2、H2O
厌氧微生物 CO2、H2、有机酸等
复杂有机物
简单有机物
胞外酶
需氧微生物
胞内酶
CO2、H2O
厌氧微生物 胞内酶
CO2、H2O、H2、 CH4、H2S及有机 酸、醇、酮、醛等 未完全氧化产物
图3－2 微生物分解有机物的作用示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
➢ 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。
.精品课件.
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二. 生物修复种主要生物种类及修复原理
1.环境污染的微生物修复
通过微生物的降解和转化，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
污染环境的生物修复ppt课件
图3－4 纤维素分解途径示意图
淀粉
微生物 淀粉酶
葡萄糖
需氧微生物
胞内酶
CO2、H2O
厌氧微生物 CO2、H2、有机酸等
胞内酶
图3－5淀粉分解途径示意图
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• 烃类 • 石油类 • 人工合成有机物
– 农药 – 合成洗涤剂 – 增塑剂 – 多氯联苯
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危险性化合物
• 危险性化合物（Hazardous Chemicals）的概念
– 微生物具有降解自然界产生的有机化合物的代谢机制， 从而促使地球有机碳平衡，而在自然界具有新颖结构 的合成化合物（异型生物质，又称非生物性物质， xenobiotics）往往对微生物的降解表现出抗逆性，其原 因可能是这些化合物进入自然界的时间比较短，微生 物界还未进化出降解此类难降解化合物的代谢机制。
32
33
活性污泥和生物膜的特点
• 具有很强的吸附能力 • 具有很强的分解、氧化有机物的能力
–图
• 具有较强的食物链
– 食物链越长，作为能量消耗的比例就越大，在系统中 存在的生物量就比较少，所剩余的污泥量就相应较少， 可减轻生物处理后污泥处理的负担。
• 具有良好的沉降性能
– 处理水易与污泥分离，最终达到废水净化的目的。 34
生物降解、难生物降解和不可生物降解。 • 评价生物可降解性的方法：
– 测定生物氧化率 – 测呼吸线 – 测定相对耗氧速度曲线 – 测BOD5与COD Cr之比 – 测COD30 – 培养法
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耗氧量（mg/g） 耗氧量（mg/g）
耗氧量（mg/g）
a 生化呼吸线
b c t
内呼吸线 时间（h）
生化呼吸线 内呼吸线 时间（h）
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环境污染的生物修复
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
4 污染大气环境修复技术
第四章污染大气的环境修复技术第四章污染大气的环境修复技术包括：植物修复；微生物修复；天然无机材料吸附修复第一节大气污染的植物修复以太阳能为动力，利用绿色植物及其相关的生物区对环境污染物质进行分解、去除、屏障或脱毒，已达到大气污染的修复。
包括：植物吸附与吸收、植物降解、植物转化、植物同化与超同化修复。
一、植物吸附与吸收修复植物对大气污染物有吸尘和滞尘两种作用。
可有效地吸附空气中的（如：浮尘雾滴等）悬浮物、病原体、颗粒物中的重金属及气态有毒气体污染物。
吸尘作用包括：吸附与吸收主要发生在地上部分的叶片表面及叶片的气孔。
吸尘效率取决于植物表面的结构（如：叶片形态、面积、粗糙程度、角度）和表面的分泌物。
滞尘作用: 指植物的树干，枝叶能减小风速，使尘埃沉降下来。
第一节污染大气的植物修复据研究，阔叶林的滞尘能力为10.11t/hm 2，针叶林因生长周期长滞尘能力为33.2t/hm 2。
根据我国南京植物所在水泥粉尘源附近的调查与测定，各种树木叶片单位面积上的滞尘量如表9-1所示。
根据北京地区测定，绿化树木地带对飘尘的减尘率为21％～39％，而南京测得的结果为37％～60％。
一、植物吸附与吸收修复防尘树种应选择：树叶的总面积大、叶面粗糙多绒毛，能分泌油脂或汁浆的树种，如：核桃、毛白杨、构树、板栗，臭椿、侧柏、华山松、刺楸、朴树、重阳木、刺槐、悬针木、女贞、泡桐等。
病原体能经空气传播，由于空气中的病原体一般都附着在尘埃或飞沫上随气流移动，绿色植物的滞尘作用可以减小其传播范围，且植物的分泌物具有杀菌作用。
如：桉树、松树、柏树、樟树等能分泌柠檬油，其他常见的植物分泌物如松脂、肉桂油、丁香粉等(称为杀菌素)均能够直接杀死细菌、真菌等微生物。
研究显示，面积为1.0x104m 2的桧柏林，一昼夜能分泌30～60kg 的“杀菌素”，它们可杀死肺结核、伤寒、痢疾等病菌。
据调查，林内空气中含菌量仅为300～400个/m 3，是林内附近空气的1.0％，而林内附近空气的含菌量约为城区百货商店空气的十万分之一。
污染环境的生物修复(大学课件)
1
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
2
4.1 生物修复概述
4.1.1 4.1.2
生物修复概念 生物修复的产生与发展
4.1.3 4.1.4
生物修复的特性 生物修复的类型
4.1.5 生物修复原则及可处理性实验
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国外有较长的研究史，国
动物修复 内的研究还处于摸索阶段。
土壤动物如蚯蚓、线虫、跳虫、蜈蚣、蜘 蛛等，能吸收或富集土壤中的残留农药， 并通过代谢把农药分解为低毒或无毒产物。
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按照自然界自身规律强
生态修复 化自然界的自净能力。
利用培养的生物或微生物的生命活动，对 环境中污染物进行降解。
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按修复受体分类
• 特点
– 修复效果好但成本高昂，适合于小范围、 高污染的环境。
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原位-异位联合生物修复
• 概念
– 将原位生物修复和异位修复相结合。
化学淋洗修复 异位生物修复
• 方法
– 水洗-生物反应器法 – 土壤通气-堆肥法
•
特点
土壤蒸气浸提 生物强化修复
原位工程生物修复
– 能扬长避短，应用前景好。
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4.1.5 生物修复原则及可处理性实验
• 利用生物修复处理其费用大约为4000 日元/m3 ； • 采用淋洗或加热等处理成本高约5~10万日元/m3 。
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环境影响小
最终产物是二氧化碳、水和脂肪酸等，不 会造成二次污染
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最大限度降低污染物的浓度
• 生物修复技术可以将污染物的残留浓度 降到最低
– BTX（苯-甲苯-二甲苯）污染的土壤经生物 修复处理后，总浓度降为0.05~0.10 mg/L， 甚至低于检测限。
污染环境的生物修复
污染环境的生物修复环境污染的生物修复途径包括两个方面: 一是应用生物处理或生物循环过程,通过精心设计与合理应用阻断或减少污染源向环境的直接排放；二是利用具有特殊生理生化功能的植物或特异微生物来修复污染场所(土壤或水体)，降解效率可以通过改变土壤理化条件(包括温度、湿度、pH、供氧量及营养添加等)来完成，也可接种特殊驯化与构件的工程微生物提高降解速率。
1 生物修复生物修复是指人为控制条件下利用生物的生命代谢活动，使污染环境中有毒有害物减量化或使其完全无害化, 实现环境净化、生态效应恢复的新兴生物技术。
包括微生物修复和植物修复。
对无机(主要是重金属)污染的生物修复主要是通过植物修复,而对有机污染的生物修复则主要靠微生物的降解、吸收与转化等途径。
生物修复的主要优点有:(1) 处理费用低，如污染土壤生化治理费用约为焚烧处理的1/2～1/3；(2) 处理效率高，经过生化处理,污染物残留量可达到很低水平；(3) 对环境影响小, 无二次污染, 生化治理最终产物为CO2、水和脂肪酸,对人类无害；(4)可以就地处理,避免了技术过程的二次污染,节约了处理费用；(5)不破坏生物生长所需要的土壤环境；(6)便于应用。
生物修复技术虽然已经取得了长足的发展,但受生物特性的限制, 生物修复技术还存在着许多的局限性:（1）微生物不能降解污染环境中的所有污染物。
污染物的难生物降解性、不溶性以及污染物土壤腐殖质或泥土结合在一起，常使生物修复难以进行。
营养物的添加配比菌对碳、氢及各种微量元素的需求。
氮、磷元素的缺乏是影响细菌生长繁殖的主要原因。
（2）生物修复要求对地点状况的工程前考察往往费时、费钱。
（3）一些低渗透性土壤往往不宜采用生物修复技术。
（4）特定的微生物只降解特定的化合物类型,化合物形态一旦变化就难以被原有的微生物酶系降解。
（5）微生物活性受温度和其他环境条件的影响。
（6）有些情况下,生物修复不能将污染物全部去除,因为当污染物浓度太低不足以维持一定数量的降解菌时,残余的污染物就会留在土壤中。
生物修复原理
生物修复原理
生物修复原理是一种自然界中的生物现象，它指的是生物体自身通过一系列的生理和化学反应，修复和恢复自身受到的损伤。
这种修复过程涉及多个生命层面，包括细胞、组织和器官。
生物修复原理的关键在于生物体内的各种细胞和分子对损伤的感知和响应机制。
当生物体受到损伤时，伤口周围的细胞会释放一些信号物质，以引起其他细胞的注意，并触发一系列促进修复的生化反应。
在细胞层面，损伤部位周围的细胞会开始进行细胞增殖和迁移，以填补损伤区域。
这些细胞通过分裂产生新的细胞，并向损伤部位移动，最终形成新的组织。
同时，细胞还会释放一些生长因子和细胞外基质，在修复过程中提供支持和指导。
在组织层面，生物体会通过增强血液供应和新生血管的形成来促进修复。
血液中的氧气和营养物质可以为修复过程提供能量和原料。
新生血管的形成则为细胞提供了更多的氧气和营养物质，加速了修复过程。
在器官层面，损伤后的器官可能会通过细胞再生和再布局来恢复功能。
一些损伤器官和组织可以通过细胞分化和增殖来修复，这使得它们能够恢复其正常的功能。
其他情况下，器官可能会通过改变组织结构和功能来适应损伤后的变化，从而保持其正常的功能。
总的来说，生物修复原理涉及细胞增殖、迁移、分化和组织形
成等一系列复杂的生物学过程。
这些过程的协调运作使得生物体能够对损伤做出有效的反应，实现修复和恢复。
了解生物修复原理不仅可以为人类医学提供启示，还可以为开发更高效的生物修复方法提供指导。
环境修复原理与技术污染环境的植物修复原理课件
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
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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。
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。
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）。
自然界引起氨氧化的微生物最主要是一群化能自养型细菌，它 们从氧化HNO2及HNO3中取得能量，以 CO2为碳源进行生活。 引起亚硝化作用的主要是亚硝化单胞菌属（ Nitrosomonas ）， 引起硝化作用的主要是硝化杆菌属（ Nitrobacter ）。它们都是 革兰氏染色阴性、不生芽孢的、球状或短杆状细菌。
第四章 污染环境的生 物修复原理
• • • •
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。
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
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。
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
2 尿酶
O=C
+ 2H2O NH2
(NH4)2CO3
2NH3 + CO2 + H2O
2. 几丁质 某些微生物如贝内克氏菌属中的一些种，产生几丁 质酶使几丁质水解，生成氨基葡萄糖和乙酸。氨基葡萄糖再经 脱氨基酶作用，生成葡萄糖和氨。 C15H26N2O10 + 4H2O
几丁质
几丁质酶
2C6H11O5NH2 +3CH3COOH
（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
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
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。
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：
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。
• 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
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。
（二）核酸的分解
各种生物细胞中均含有大量的核酸，它们是核苷酸的缩聚物。
腺嘌呤
次黄尿环
许多微生物都能分解核酸。细菌中有芽孢杆菌、梭菌属、分枝 杆菌属、节杆菌属等，真菌中有曲霉、青霉、镰胞霉等，放线 菌中的链霉菌属都能分解核酸。
（三）其它含氮有机物的分解
1. 尿素 分解尿素的微生物有：芽孢八叠球菌、巴斯德氏芽孢 杆菌等。 NH
3.微生物修复与物质循环
• • • • （一）碳循环 （二）氮循环 （三）氢与氧的循环 （四）硫循环
（一） 碳循环
一、纤维素的转化 二、半纤维素的转化
三、果胶质的转化
四、淀粉的转化 五、脂肪的转化 六、木质素的转化 七、烃类物质的转化
一、纤维素的转化
纤维素是葡萄糖的高分子聚合物，分子式：(C6H10O5)1400~10000 纤维素在微生物酶的作用下，分解为葡萄糖。这类微生物主 要有细菌、放线菌和真菌等。
四、反硝化作用
硝酸在通气不良情况下借微生物作用而还原的过程，称为反硝 化（Denitrification）。由于还原的程度不同，可生成不同的还 原态产物，如亚硝酸、次亚硝酸、一氧化氮、以至分子态氮等。 引起反硝化作用的微生物，统称为反硝化微生物。它们在环境 中种类很多，数量亦大，包括细菌、真菌和放线菌中的多种微 生物，能将硝酸还原为亚硝酸。 在反硝化作用中微生物是将 NO3中的氧作为呼吸作用的受氢体， 因而使NO3还原。 C6H12O6 + 4NO3 = 6H2O + 6CO2 + 2N2 + 能量
• • • • •
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。
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。