第五章 污染土壤的生物修复
第五章4-3污染土壤修复技术
L/O/G/O 土壤环境学
5.4 微生物修复技术
污染土壤的微生物修复技术是指利用天然存在的或特别培 养的微生物在可调控的环境条件下将土壤中有毒污染物转 化为无毒物质的处理技术。 微生物修复技术起源于有机污染物的治理，近年来也向无 机污染物的治理扩展。
5.4.1微生物修复机理
各种不同的有机污染物能否被降解取决于微生物能 否产生相应的酶系，酶的合成直接受基因控制。 有机物降解酶系的编码多在质粒上，携带某种特殊 有机物基因的质粒称为降解质粒，而降解质粒的出 现是适应难降解物质的一种反映。
微生物对有机物污染物的降解分为细胞内和细胞外两 种方式。 1979年，Yonezawa等研究认为微生物对有机化合物的 降解作用是由其细胞内酶引起的，微生物降解的整个 过程可以分为3个步骤： 首先是化合物在微生物细胞膜表面的吸附，这是一个 动态平衡； 其次是吸附在细胞表面的化合物进入细胞膜内，在生 物量一定时，化合物对细胞膜的穿透率决定了化合物 穿透细胞膜的量； 最后是化合物进入微生物细胞膜内与降解酶结合发生 酶促反应，这是一个快速的过程。
添加适当的表面活性剂或分散剂可以促进吸附的 有机污染物的解离，从而促进降解速度。 降解微生物可以是原来就存在于土壤的微生物， 也可以是接种的微生物。 要严格控制条件以利于泥浆中有机污染物的降解。 处理后的泥浆被脱水，脱出的水要进一步处理以 除去其中的污染物，然后可以被循环使用。
泥浆相处理过程的主要步骤
2．微生物修复的主要技术介绍 1)泥浆相生物反应器 溶解在水相中的有机污染物容易被微生物利用，而 吸附在固体颗粒表面的有机污染物不容易被利用， 因此将污染土壤制成浆状更有利于污染物的微生 物降解。 泥浆相处理在泥浆反应器中进行，泥浆反应器可以 是专用的泥浆反应器，也可以是一般的经过防渗 处理的池塘。 挖出的土壤加水制成泥浆，然后与降解微生物和营 养物质在反应器中混合。
第五章 土壤污染修复技术
1 工程措施
1.1 客土、换土、去表土、翻土 客土、换土、去表土、 换土法就是把污染土壤取走，换入新的干净的土 换土法就是把污染土壤取走， 就是把污染土壤取走 壤。该方法对小面积严重污染且污染物具放射性或 易扩散难分解的土壤是必需的， 易扩散难分解的土壤是必需的，以防止扩大污染范 围，危害人畜健康。对换出的土壤应妥善处理，以 危害人畜健康。对换出的土壤应妥善处理， 防止二次污染。 防止二次污染。
1 工程属及部分有机污染 物，该类方法特别适用于其他方法难以处理的透水性差的粘土类土壤。 该类方法特别适用于其他方法难以处理的透水性差的粘土类土壤。 美国路易斯安那州立大学研制出的方法是： 美国路易斯安那州立大学研制出的方法是：在水饱和的土壤中插 些电极(最好用石墨电极 入—些电极 最好用石墨电极，电极间距和深度根据需要而定 ，通过 些电极 最好用石墨电极，电极间距和深度根据需要而定)， 低强度宜流电(1—5mA)。通电后，阴极附近产生的H+便向土壤毛孔 。通电后，阴极附近产生的 低强度宜流电 移动，并把污染物释放到毛管溶液中。水溶液以电渗透的方式移到阳 移动，并把污染物释放到毛管溶液中。 极附近，并被吸到土壤表层，再清除。 极附近，并被吸到土壤表层，再清除。
1 工程措施
小结 工程措施治理效果最为彻底，稳定，是一种治本措施， 工程措施治理效果最为彻底，稳定，是一种治本措施， 适用于大多数污染物和土壤条件。但投资大，易引起土壤 适用于大多数污染物和土壤条件。但投资大， 肥力减弱，适于小面积的重度污染区。 肥力减弱，适于小面积的重度污染区。 近年来，把其它工业领域，特别是污水、 近年来，把其它工业领域，特别是污水、大气污染治 理技术引入土壤污染治理过程中， 理技术引入土壤污染治理过程中，为土壤污染治理研究开 辟了新途径，如磁分离技术、阴阳离子膜代换法等。 辟了新途径，如磁分离技术、阴阳离子膜代换法等。虽然 多还处于试验探索阶段，但积极吸收、转化新技术、 多还处于试验探索阶段，但积极吸收、转化新技术、新材 料，在保证治理效果的基础上，降低治理成本，提高工程 在保证治理效果的基础上，降低治理成本， 实用性，有着重要的实际意义。 实用性，有着重要的实际意义。
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。
土壤污染的微生物修复
引言概述：土壤污染是当前全球面临的一项重大环境问题，由于人类活动以及工业化进程的加速推进，土壤中的污染物质不断增加，对生态系统和人类健康产生了严重影响。
传统的土壤修复方法主要依赖于物理化学处理，以去除或稀释污染物质。
这些方法存在成本高、效率低等问题。
近年来，发展起来的一种新兴技术——土壤微生物修复技术，开始受到广泛关注。
本文将重点探讨土壤污染的微生物修复技术，探讨其原理、应用和前景。
正文内容：1.微生物修复技术的基本原理1.1微生物降解机制1.2微生物促进污染物转化的作用1.3微生物修复技术的优势2.微生物修复技术的应用范围2.1石油污染土壤的修复2.1.1原位微生物增殖技术2.1.2微生物代谢产物的应用2.2有机污染物修复2.2.1微生物吸附技术2.2.2微生物降解技术2.3重金属污染土壤的修复2.3.1微生物吸附技术2.3.2微生物沉淀技术3.微生物修复技术的关键因素3.1适宜的微生物菌株选择3.2适宜的环境条件3.3适宜的修复流程和操作方式4.微生物修复技术的挑战与进展4.1微生物菌株选择与改良4.2修复效率与速度的提升4.3创新修复技术的研究5.微生物修复技术的前景与应用前景5.1可持续发展与环境友好5.2经济效益与社会效益5.3与其他修复技术的结合应用总结：土壤污染的微生物修复技术作为一种新兴的治理方法，具有许多优势和应用前景。
通过降解和转化污染物质，微生物修复技术可以有效地恢复土壤的生态系统功能，并减轻对人类健康产生的影响。
微生物修复技术仍面临一些挑战，例如微生物菌株选择与改良、修复效率与速度提升等。
未来，通过不断的研究和创新，微生物修复技术有望在土壤污染治理领域发挥更大的作用，为实现可持续发展和环境友好目标做出贡献。
污染土壤的生物修复技术
污染土壤的生物修复技术第一章：污染土壤对环境和人类的危害土壤污染是指土壤中存在有害化学物质或化学物质的浓度超过环境质量标准，导致土壤质量下降，对生态环境和人类健康产生不良影响。
土壤污染主要来源于农业、工业、生活废弃物等多个方面。
土壤污染不仅会破坏土地自然生态系统，还会影响周围自然环境和人类健康。
当有害物质进入土壤中，它们很容易被传递到食物链的顶端，对人体产生影响，严重的污染将会导致土地的使用受限、人类健康受损和地球生态失衡。
因此，保护土壤是保护大自然，保护人类健康的必要手段。
在土壤污染的防治工作中，生物修复技术作为一种重要的方法，日益受到人们的关注和重视。
第二章：生物修复技术的定义生物修复技术 (bioremediation) 是指通过利用生物物种对土壤污染物的吸收、代谢、转化或分解，达到降低或除去土壤污染物的目的，达到对土壤进行生态修复，恢复土壤自然状态的技术方法。
生物修复技术主要有两种方式：一种是使用天然物种，另一种是使用转基因生物。
天然物种即天然微生物、植物和动物，而转基因生物是通过基因工程手段改造而来的生物物种。
第三章：生物修复技术优缺点分析1. 优点(1) 对环境的破坏性小：生物修复技术不会像土壤热解、化学污染源治理和还原法治理等技术那样，对土壤和周边生态环境造成破坏。
(2) 高效：生物修复技术具有修复时间段短、修复效果显著的特点。
(3)成本低：与传统的土壤污染修复方式相比，生物修复技术的费用要低很多。
2. 缺点(1) 修复速度慢：修复土壤需要时间较长，可能需要几年才能完成。
(2) 适用性有限：不适用于所有种类的污染，有些污染物可能无法通过生物修复技术去除。
(3) 影响不稳定：受气候、土壤和生态环境的影响较大，影响其稳定性和微生物的分解功能。
第四章：生物修复技术的应用1. 微生物修复技术微生物修复技术是利用各种微生物菌种，对各种污染物进行生物降解，可以达到去除污染物的目的。
微生物修复技术可以分为自然微生物修复技术和人工增强微生物修复技术两种方法。
第五章 污染土壤的物理修复原理与技术
第五章 污染土壤的物理修复技术
概念 利用污染物与土壤之间各种物理特性的差异，达到将 污染物从土壤从去除、分离的目的。 物理修复技术
物理分离 蒸汽浸提 固定/稳定化 玻璃化 低温冰冻 热力学方法 电动力学方法
1 物理分离修复技术
基本原理 依据污染物和土壤颗粒的特性，借助物理手段将污染
物从土壤分离开来的技术。
土壤气相抽提示意图
气相抽提修复技术处理过程示意图
土壤气相抽提(SVE)利用真空泵产生负压驱使空气流过污 染的土壤孔隙而解吸并夹带有机组分流向抽取井，最终于 地上进行处理。为增加压力梯度和空气流速，很多情况下 在污染土壤中也安装若干空气注射井。
2.2 影响因素
对SVE的影响（分析）
土壤的渗透性 蒸气压与环境温度 地下水深度及土壤湿度 土壤结构和分层 气相抽提流量和Darcy流速
污染土壤修复技术与方法概述
污染土壤修复技术
指通过物理、化学、生物、和生态工程 的方法和原理， 并采用人工调控措施，使土壤污染物浓度降低，或无害化 和稳定化的措施
土壤修复的分类与技术体系
按修复场地
1 原位修复 2 异位修复
按技术类别
1 物理修复 2 化学修复 3 生物修复 4 生态工程修复 5 联合修复
污染土壤多相抽提修复技术示意图
两相抽提技术（two-phase extraction,TPE） 利用蒸汽浸提或者生物通风技术向不饱和土壤中输送气
流，以修复挥发性有机物和油类污染物污染土壤的过程。
典型的两相抽提系统示意图
两重抽提技术(dual-phase extraction,DPE) 两重抽提技术既可以在高真空下，也可以在低真空下
、有机药剂（如EDTA等）
污染土壤的生物修复PPT课件
• 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。
土壤污染的微生物修复ppt课件
02
03
生物农药降解
利用特定微生物降解残留 农药，降低农药对土壤生 态系统的毒性。
2024/1/25
有机肥料分解
通过微生物作用，将有机 肥料分解为植物可利用的 养分，提高土壤肥力。
重金属钝化
利用某些微生物对重金属 的吸附、沉淀或氧化还原 作用，降低重金属的生物 有效性。
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工业场地土壤污染治理
石油烃降解
土壤污染的微生物修复ppt 课件
2024/1/25
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contents
目录
2024/1/25
• 引言 • 土壤污染类型及来源 • 微生物修复技术原理与方法 • 微生物修复技术应用实例 • 微生物修复技术优缺点分析 • 未来发展趋势与挑战
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2024/1/25
01
引言
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土壤污染现状及危害
2024/1/25
针对石油污染土壤，利用 能够降解石油烃的微生物 ，降低土壤中石油烃含量 。
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有机氯溶剂降解
通过微生物降解有机氯溶 剂，减少其对土壤和地下 水的污染。
重金属生物沥滤
利用微生物代谢产生的有 机酸溶解土壤中的重金属 ，降低其毒性。
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城市土壤污染治理
城市绿地土壤改良
通过添加有益微生物和有机物质，改 善城市绿地土壤结构，提高土壤肥力 。
土壤污染现状
全国土壤污染状况严重，工矿业 、农业等人为活动以及自然背景 值高是造成土壤污染或超标的主 要原因。
危害
土壤污染导致严重的直接经济损 失和农作物的减产；土壤污染还 通过食物链危害人类健康。
4
微生物修复技术概述
定义
微生物修复技术是指利用土壤中的某 些微生物对污染物的吸收、代谢、降 解等功能，将土壤中的污染物转化为 无害物质或低毒性物质的技术。
污染土壤的微生物修复
污染土壤的微生物修复技术土壤污染已经成为全球性的重要环境问题之一。
近20年来，随着社会经济的高速发展和高强度的人类活动，我国土壤的污染面积在不断扩大，土壤质量持续恶化加剧，危害更加严重，已经影响到全面建设小康社会和实现可持续发展的战略目标，未来15年将面临着更为严峻的挑战。
在这一形势下，发展污染土壤的治理与修复技术在我国显得尤为必要而紧迫，尤其是生物修复技术。
1 土壤的微生物修复技术概述微生物修复是指利用微生物的生命代谢活动减少壤环境中有毒有害物的浓度或使其完全无害化，从而使污染了的土壤环境能够部分地或完全地恢复到原初状态的过程。
是较为理想的一种治理污染的途径，具有处理费用低、对环境影响小、效率高等优点。
首次记录实际使用生物修复是在1972年，于美国宾夕法尼亚州的Ambler清除管线泄露的汽油。
1989年，美国阿拉斯加海域受到大面积石油污染以后才首次大规模应用生物修复技术。
根据来源不同可以把起作用的微生物分为3类：土著微生物、外来微生物和基因工程菌(GEM)。
目前在实际的生物修复工程中应用的大多是土著微生物，土著微生物无论在数量上还是在降解潜力上都是巨大的。
当土著微生物由于种种原因不能用来作为修复污染土壤菌种时，就需要在污染的土壤中接种一些高效的外来微生物。
近年来，由于生物工程技术的飞速发展，科学家利用基因工程把不同的降解基因移植到同一菌株中，创造出了具有多种降解功能的超级微生物。
2 农药污染土壤的微生物修复2.1 农药污染土壤的生物修复背景化学农药作为保障农业丰收的重要手段，在农业生产中发挥着非常重要的作用。
然而，由于人们长期的不科学用药，剧毒、高残留、难降解农药的大量使用，我们面临着不断增加的土壤农药污染的环境问题。
2001年联合国环境规划署（UNEP）通过的《关于持久性有机污染物的斯德哥尔摩公约》列出了12种优先控制持久性有机污染物（POPs），其中农药占了9种（艾氏剂、六氯代苯、氯丹、灭蚁灵、狄氏剂、毒杀芬、DDT、异狄氏剂、七氯）；另外，20种被列为潜在持久性有机污染物中农药也占据了大部分。
污染土壤修复技术研究与应用
污染土壤修复技术研究与应用第一章：引言土壤是地球上重要的自然资源之一，对农业生产、环境保护和人类社会发展都起着重要的作用。
然而，随着城市化和工业化进程的快速发展，土壤污染问题日益突出，对人类健康和生态系统造成了巨大威胁。
为了保护土壤资源并实现可持续发展，污染土壤修复技术得到了广泛关注与研究。
第二章：污染土壤的类型与成因污染土壤主要分为有机污染土壤和无机污染土壤两大类。
有机污染土壤主要是由于工业废弃物、农药、石油及其衍生产品等有机物的排放导致的，而无机污染土壤则主要是由于重金属、放射性物质等无机元素的积累所致。
这些污染主要源自工业排放、农田施肥和垃圾堆放等多种原因，严重威胁到土壤质量和农产品安全。
第三章：污染土壤修复技术分类与原理污染土壤修复技术主要包括物理修复、化学修复和生物修复三类。
物理修复技术主要包括土壤挖掘、覆土和侵蚀等手段，通过改变土壤的物理性质来降低污染物的浓度。
化学修复技术主要是利用吸附剂、氧化剂和还原剂等化学物质与污染物发生反应，降低其毒性和迁移性。
生物修复技术则是利用植物、微生物等生物体降解、吸收或转化污染物，修复土壤的生态系统功能。
第四章：常用污染土壤修复技术目前，常用的污染土壤修复技术包括植物修复、微生物修复和化学修复等。
植物修复是利用植物吸收并转移土壤中的污染物，通过植物的生理机制降低土壤中污染物的浓度。
微生物修复是利用微生物降解、吸附或还原污染物，从而恢复土壤的生态功能。
化学修复则是通过添加化学物质改变土壤环境，降低污染物的毒性和迁移性。
第五章：污染土壤修复技术的应用案例污染土壤修复技术在实际应用中取得了一定的成果。
以植物修复为例，利用某些耐污染植物如杂草等植物种植于污染土壤中，有效地减少土壤中重金属的含量。
在微生物修复方面，通过添加特定细菌和土壤增殖剂，成功将某些有机污染物降解为无毒或低毒的物质。
化学修复技术中，添加改性石灰石或其他吸附剂可有效吸附土壤中的石油类物质。
第六章：污染土壤修复技术面临的挑战与展望虽然污染土壤修复技术取得了一些进展，但仍面临着一些挑战。
环境修复工程第5章 污染土壤的植物修复工程
2020年4月8日5时54分
环境修复工程
第11页
第5章 污染土壤的植物修复工程
5.2 植物对污染物的修复原理
植物修复作用原理如图 5-2所示，主要是通过植物 自身的光合（ Photosynthesis）、呼吸（ Respiration）、蒸腾 (Transpiration)和分泌 (Secretor分解、挥发、 固定等过程使污染物达到 净化和脱毒的修复效果。
2020年4月8日5时54分
环境修复工程
第9页
第5章 污染土壤的植物修复工程
鉴于植物修复的一些特性，其又存在以下两方面的问题：
（1）具有不确定性和多学科交叉性
修复植物的正常生长需要光、温、水、气、热等适宜的环境因素，同时也会受到病、虫、 草害的影响，这就决定植物修复的影响因素很多，具有极大的不确定性；植物以及微生物的生 命活动十分复杂，要使植物修复达到比较理想的效果，就要运用植物学、微生物学、植物生理 学、植物病理学、植物毒理学、作物栽培学与耕作学、作物育种学、植物保护学、基因工程和
一方面，通过耐性植物根系分泌物质来积累和沉淀根际圈附近的污染物质，使之失去生 物有效性，以减少其毒害作用。另一方面，利用耐性植物在污染土壤上的生长来减少污染土 壤的风蚀和水蚀，防止污染物质向下迁移或向四周扩散污染地下水和周围环境。能起到上述 两种作用或两种作用之一的植物通常称为固化植物，这一类植物尽管对污染物质吸收积累量 并不是很高，但它们可以在污染物质含量很高的土壤上正常生长。这方面的研究也是偏重于 重金属污染土壤的固定/稳定化修复，如废弃矿山的复垦工程，铅、锌尾矿库的植被重建等。
2020年4月8日5时54分
环境修复工程
第13页
第5章 污染土壤的植物修复工程
2.植物排泄(Plant excretion)
污染土壤的修复方法
污染土壤的修复方法
污染土壤的修复方法可以根据污染源的不同，采取不同的措施。
以下列举了几种常见的修复方法：
1. 生物修复：利用微生物、植物等生物资源来修复土壤污染。
比如利用植物的吸收特性来吸收污染物质，或者利用微生物分解有机污染物质。
2. 物理修复：采用物理手段将污染物质从土壤中分离出来，可以通过筛分、气固分离、重力分离等方法来实现。
3. 化学修复：采用化学方法来处理污染土壤。
比如利用化学溶剂对污染物质进行萃取、溶解、中和等处理。
4. 热修复：利用高温热解的方法来处理污染土壤，通过高温将有机污染物质分解成无害物质。
5. 修复保护：对于不容易修复的土壤污染问题，可以采取修复保护的措施，即对受污染的土壤进行隔离、覆盖或封存，避免污染物进一步扩散。
需要注意的是，不同的污染土壤修复方法适用于不同类型的污染物质和土壤条件，修复过程需要科学合理的规划与研究，需要根据实际情况选择合适的修复方法。
土壤污染的微生物修复
02
缺点
修复周期长，需要一定的时间才能见效。
03
微生物修复技术的优缺点分析
对某些难降解的有机物效果不佳。
可能受到环境条件的影响，如温度、湿度等。
03
土壤污染的微生物修 复技术应用
石油污染土壤的微生物修复技术应用
生物降解
利用微生物将石油烃类物质分解为水和二氧化碳 等无害物质。
生物吸附
微生物通过吸附作用将石油污染物从土壤中去除 。
有机物污染土壤的微生物修复技术应用
生物降解
利用微生物将有机污染物 分解为水和二氧化碳等无 害物质。
生物转化
微生物将有机污染物转化 为无害或低毒性的物质。
生物强化
通过添加外源微生物或促 进土著微生物的生长来提 高有机污染物的降解效率 。
04
微生物修复技术的实 践案例分析
国内外典型案例介绍
国内案例
案例启示
01
针对不同污染类型和土壤条件， 制定科学合理的微生物修复技术 方案。
02
选择适宜的微生物种类和数量， 提高微生物的降解效率和适应性
。
加强修复过程中的监测和调整， 及时发现和解决潜在问题。
03
结合其他修复技术，如物理、化 学和植物修复技术，提高土壤污
染修复的综合效果。
04
05
微生物修复技术的未 来发展趋势与挑战
提高微生物对污染物的降解效率是当 前的技术挑战之一。
微生物修复过程中可能产生二次污染 ，如何确保修复过程的安全性是一个 重要问题。
微生物种群调控
如何有效调控微生物种群，使其在修 复过程中发挥最佳作用，是另一个技 术挑战。
政策法规对微生物修复技术的影响分析
政策支持
政府对环保产业的支持将推动微生物修复技术的发展，为该领域 的研究和应用提供政策保障。
污染土壤的修复技术简介分解ppt课件
预处理
解吸
固相后处理
气体后处理
适用的污染物：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；
不适用于：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。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
典型的土壤清洗系统包括如下几个步骤：
用水将土壤分散 并制成浆状
高压水龙头 冲洗土壤
用过筛或沉降的方法将 不同粒径的颗粒分离
利用过滤或絮凝的方法 使土壤颗粒脱水
利用不同的性质差异 进一步将污染物浓缩
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
一、有机物污染土壤的微生物修复
用微生物方法修复有机污染土壤必须具备两个条件： 一、在土壤中存在能够降解或转化污染物的微生物
二、有机化合物大部分具有可生物降解性
土著微生物
微生物的来源
外源微生物 基因工程菌
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
生物通气系统通常用于那些蒸汽挥发速度低于蒸汽提 取系统要求的污染物。
最适合于：中等分子质量的石油污染物，如柴油和喷 气燃料。分子质量小的如汽油，分子质量更大的如润滑油 都不适用。
例子：美国犹他州的一个空军基地曾采用生物通气法 处理被喷气燃料污染的5000 m3，处理历时2年，处理后土 壤石油烃的含量降低到6 mg/kg，总费用约60万美元。
病原体侵入机体，消弱机体防御机能 ，破坏 机体内 环境的 相对稳 定性， 且在一 定部位 生长繁 殖，引 起不同 程度的 病理生 理过程
污染土壤的生物修复
场地通常是不适用的。
研究进展
以上几种方式中植物提取修复是目前应用最多、 最有发展前景的技术；而植物挥发修复技术仅仅限 于挥发性物质，将这些污染物转移到大气中有没有 环境风险还不确定，因此应谨慎采用；植物稳定修 复仅仅是暂时固定污染物，当土壤环境发生变化时 污染物可能将重新被激活而恢复毒性，因此没有彻 底解决土壤污染问题。
➢ 投菌法：核心是引入新的具有某些特殊功能的微生物，一 般在现有微生物不能降解污染物或降解能力低的情况下考 虑此法
➢ 生物培养法：定期地向污染环境中已经存在的降解菌的需 要．
➢ 研究表明，通过提高受污染土壤中土著微生物的活力比采 用外援微生物的方法更有效
原位生物修复的基本条件
✓碳源及能源 ✓能高效降解污染物的微生物种群 ✓提供微生物代谢所需的无机营养物 ✓环境介质中合适可利用的水量 ✓适宜的温度 ✓适宜的pH值
生物修复技术的分类
异位生物修复 (Ex-situ bioremediation) 原位生物修复 (In situ bioremediation)
异位生物修复
➢ 异位生物修复是指将被污染介质(土壤、水体)搬 动或输送到它处进行的生物修复处理，但这里的 搬动和输送是低限底的、而且更强调人为控制和 创造更加优化的降解环境
厌氧处理法
厌氧处理法是针对有些污染物如三硝基甲苯多 氯联苯好氧处理不理想、用厌氧处理效果好一 些，但由于厌氧处理条件难于控制，其应用比
好氧处理使用更少。
原位生物修复
➢ 原位修复原位生物修复主要集中在亚表层土壤的生态条 件优化，尤其是通过调节加入无机营养或可能限制其反 应速率的氧气的供给，以促进土著微生物或外加的特异 微生物对污染物质进行最大程度的生物降解，是最常见 的生物修复形式。
10第五章 污染土壤生物修复
去毒作用—去氨基作用
某些有机化合物的生物活性位点是氨基，去氨基作用则能 使其失去生物活性。
去毒作用—醚键断裂作用
苯氧羧酸类除草剂含有醚键，醚键断裂能消除其植物毒性。
去毒作用—腈转化为酰胺
苯氧羧酸类除草剂含有醚键，醚键断裂能消除其植物毒性。
去毒作用—轭合作用
有毒物质和生物体内的一些代谢产物和小分子物质发生合 成反应，使以有毒物质毒性降低的现象为轭合作用。
污染物以何种方式通过细胞膜，主要取决于污染物本身 的化学结构、理化性质及各种组织细胞膜的结构特征。
微生物的生物化学降解转化作用
彻底分解为CO2＋H2O
激活作用
有毒物质
结构变化
毒性增加 毒性不变 毒性降低
去毒作用
去毒作用：微生物使污染物的分子结构发生变化，从而降低或去除其对 敏感物种的有害性。敏感物种包括动物、植物、微生物和人。
原位生物修复的基本条件
✓ 碳源及能源 ✓ 能高效降解污染物的微生物种群 ✓ 提供微生物代谢所需的无机营养物 ✓ 环境介质中合适可利用的水量 ✓ 适宜的温度 ✓ 适宜的pH值
生物修复可能利用到的微生物
真细菌
细菌
蓝细菌 古菌
酵母
微
生 物
真菌
霉菌
大型真菌
菌根
藻类
微生物对污染物的简单代谢的生理过程
向基质接近 对固体基质的吸附
✓两种基本相似化合物在生物转运过程中需要同一转运系统， 可出现竞争，并可出现竞争性抑制。
✓主动转运的最主要特点是在转运过程中化合物可逆浓度梯 度而转运，即可由浓度低的部位向浓度高的部位转运，并 因此需要消耗一定的能量。
易化扩散：指某些不易溶于脂质的亲水化合物，透过生物 膜从高浓度向低浓度移动的过程，也称之为促进扩散。
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生物毒性谱的变化：对一类生物有毒的化合物，在分子结 构改变以后会对完全不同的另一类生物有害，这就是毒性谱 发生了改变。它不是严格意义上的激活，而是对另一类生物 为激活。
有机物变化
1、氧化作用
（1）醇：如乙醇—乙酸，可由醋化醋杆菌 （Acetobacter aceti）进行此反应；丙二醇到乳酸可有 氧化节杆菌（Arthrobacter oxydans）进行 （2）醛：乙醛—乙酸，可由铜绿假单胞菌
第五章 污染土壤的生物（微生物）修复
生物修复是通过利用营养和其他化学品来
激活微生物，使它们能够快速分解和破坏污染
物。作用的原理是通过土著微生物或外源微生 物提供最佳的营养条件及必需的化学物质，保 持其代谢活动的良好状态。
生物修复技术的分类
异位生物修复 (Ex-situ bioremediation)
9、 氨化反应
CO—CH-NH2 丙酮酸在一些酵母菌作用下发生氨化反应，生成丙氨酸
10、 乙酰化反应 -NH2—NH-CO-CH3 克 氏 梭 菌 （ Clostridium
kluyveri）
共代谢途径
一般是指原本不能被代谢的物质在外界提供碳源和能源的情
况下被代谢的现象。其中外界提供的碳源称为一级基质，用
等方式的选择作用
去毒作用—羟基化作用
苯环或脂肪链上发生羟基化，使OH取代H而使毒物失去毒性。
RH→ROH
去毒作用—脱卤作用
通过脱卤素酶的作用，卤原子被其他的元素或基团取代，降低
污染物的毒性
氢代脱卤
还原脱卤
羟代脱卤
氢卤同时
氧化脱卤 脱氢脱卤
代表性脱卤去毒作用
去毒作用—去烃基作用
有的农药含有和S、N、O等原子相连的烃基，
（Pseudomonas aeruginoas）
（ 3 ） 甲 基 ： 甲 苯 — 安 息 香 酸 ， 由 Pseudomonas
aeruginoas进行
（4）氨：NH3—NO2-
（5）亚硝酸：NO2-—NO3（6）硫：氧化硫硫杆菌（Thiobacillus thiooxidans） （7）铁：氧化亚铁硫杆菌（Thiobacillus ferrooxidans）
易化扩散：指某些不易溶于脂质的亲水化合物，透过生物 膜从高浓度向低浓度移动的过程，也称之为促进扩散。
其特点为：
顺浓度梯度进行，即从高浓度处向低浓度处，不需要途径转运。
污染物透过细胞膜的方式
3. 胞饮作用：由于生物膜具有可塑性和流动性，因此，对 颗粒状物质和液粒，细胞可通过细胞膜的变形移动和收缩， 把它们包围起来最后摄入细胞内。这就是胞饮作用和蚕噬 作用。
微生物激活作用
激活作用 彻底分解为CO2＋H2O 毒性增加
有毒物质
结构变化
毒性不变 毒性降低
去毒作用
致癌物
迅速矿化
致畸物
活化 无毒化合物 致突变物 急性毒物 毒植物素 抗菌素 持久性 缓慢矿化
激活作用及其特点
激活作用可以发生在微生物活跃的土壤、水和其他
任何环境。产生的产物可能是短暂的，是矿化过程
动物产生金属硫蛋白与重金属结合 植物产生植物络合素合重金属结合
一些微生物体内葡萄糖和芘结合
生物体内的有毒物质的解毒和排泄的过程是一个非 常复杂的过程，是多种酶和多种反应机制共同作用 的结果，往往是在不同的酶和不同的反应过程共同 作用下，生物体将有毒物质排泄初体外或使其变为 无毒的形式在体内进一步利用。
适宜的温度
适宜的pH值
生物修复可能利用到的微生物
真细菌 蓝细菌 古菌
细菌
微 生 物
酵母
真菌
霉菌 大型真菌 菌根
藻类
微生物对污染物的简单代谢的生理过程
向基质接近 对固体基质的吸附 分泌胞外酶 污染物质的吸收 胞内代谢
污染物透过细胞膜的方式
1.被动转运：主要包括简单扩散和滤过两种方式。 简单扩散：任何溶解的化学物质若浓集于溶液的某一部 分，它必将逐渐扩展，直到其分子均匀分布在整个溶液中， 此过程称为扩散。简单扩散中化学物不与生物膜起反应， 也不需要细胞提供能量。 扩散的速度与生物膜的厚度、扩散的范围、生物膜两侧该 物质分子的浓度差别，扩散常数以及该物质在脂质中的溶 解度等有关。 滤过是化学物质通过生物膜上的亲水性孔道的转运过程
于微生物细胞增长并为微生物细胞活动提供能量。被共代谢 的物质称为二级基质，不用于微生物细胞增长，也不能为微 生物细胞活动提供能量。 也就是说，有些不能作为唯一碳源与能源被微生物降解的有 机物。当提供给其它有机物作为碳源或能源时，这一有机物 就有可能因共代谢而被降解。
包括：
风道式堆肥处理(Windrow composting)：堆肥料置于称 为风道的平行排列的长通道上，靠机械翻动来控制温 度．
好气静态堆肥处理(Aerated static piles composting)：
堆肥料被置于有鼓风机和管道的好气系统上，通过管道
供氧和控制湿度。
机械堆肥处理(Mechanical composting)：堆肥在密封的 容器中进行，过程易于得到控制，间歇或连续运行。
2、还原作用
（1）乙烯基：延胡索酸—琥珀酸，大肠杆菌
（Escherichiacoli）
（2）醇：乳酸—丙酸 propionicum） （ 3 ）硝酸根：NO3-—NH3 许多土壤微生物可进行 （ 4 ） 硫 酸 ： H2SO4—H2S 脱 硫 弧 菌 （ Desulfovibrio 丙 酸 梭 菌 （ Clostridium
污染物透过细胞膜的方式
2.特殊转运，可分为主动转运和易化扩散。
特殊运转的特点是被运转的污染物必须与生物膜组成成
分发生可逆性结合，并形成复合物。参加形成复合物的生
物膜组成成份可认为一种载体，载体将被运转的化合物从
膜一侧移向另一侧，然后将被运转的化合物释放，完成化 合物透过生物膜的过程。载体本身又将回到膜的另一侧， 继续其载体作用。
RNO2 →RNH2
去毒作用—去氨基作用
某些有机化合物的生物活性位点是氨基，去氨基作用则能 使其失去生物活性。
去毒作用—醚键断裂作用
苯氧羧酸类除草剂含有醚键，醚键断裂能消除其植物毒性。
去毒作用—腈转化为酰胺
苯氧羧酸类除草剂含有醚键，醚键断裂能消除其植物毒性。
去毒作用—轭合作用
有毒物质和生物体内的一些代谢产物和小分子物质发生合 成反应，使以有毒物质毒性降低的现象为轭合作用。
去毒作用的产物
去毒作用的产物去向：
直接分泌到细胞外。
经过几步代谢，以有 机废物的形式排除。
经过代谢，以CO2的
形式释放。
去毒作用—水解作用
在微生物的作用下，酯键和酰胺键水解，使有机物的毒性减小。
羧酸酯酶水解的通式
酰胺酯酶水解的通式
酰胺类除草剂由美国孟山都公司开发：
防治禾本科杂草的效果好
以土壤处理为主 持效期长 植物体内分解快 利用吸收和传导差异、体内降解差异 除草剂敌稗的水解
原位生物修复 (In situ bioremediation)
异位生物修复
异位生物修复是指将被污染介质(土壤、水体) 搬动或输送到它处进行的生物修复处理，但这 里的搬动和输送是低限底的、而且更强调人为 控制和创造更加优化的降解环境 此方法有更多的人为调控和优化处理
堆肥法(Composting)
的中间产物，也可能持续时间很长，甚至引起环境 问题 激活作用的结果是生物合成致癌物、致畸物、致突 变物、神经毒物、毒植物素、抗菌素等
激活反应—脱卤作用
三氯乙烯（TCE）在微生物的作用下能脱卤生成氯乙烯， 氯乙烯是强致癌物质；TCE在甲烷营养的培养物中不进行脱
卤反应，不形成氯乙烯，而是形成氯乙醛，氯乙醛既是强致
就地耕作法(In Situ Landfarming)
该方法是指在被污染的土壤范围内,
通过有规律地把污染土壤和肥料、木
屑、锯末、牛粪、剁碎的稻草或向日 葵壳等进行机械的混合,从而使土壤 中的污染物有效降解。由于该方法是 在被污染地进行的就地处理,而无需 将污染土壤挖出,这样大大降低了处 理费用,即使在城区人口、建筑密集
desulfuricans）
3、脱羧作用
-CH2-COOH—-CH3 ， 琥 珀 酸 — 丙 酸 戊 糖 丙 酸 杆 菌
（Propionibacterium pentosaceum）
4、脱氨基作用
-CH-NH2—-CH2+NH3，丙氨酸—丙酸 腐败芽孢
杆菌（Bacillus putrificus）
癌物质，又有急性毒性，如果和乙醇等饮料一起摄入会立即 失去知觉。
Cl3C＝CHO ←Cl2C＝CHCl →ClHC＝CH2
激活反应—形成亚硝胺
亚硝胺是很强的致癌、致畸和致突变物，亚硝胺的形成是 仲胺的N－亚硝化作用，形成高毒性的N－亚硝基化合物。
激活反应—环氧化作用
微生物能使一些带双键的化合物形成环氧化物，使其
污染物以何种方式通过细胞膜，主要取决于污染物本身
的化学结构、理化性质及各种组织细胞膜的结构特征。
微生物的生物化学降解转化作用
激活作用 彻底分解为CO2＋H2O
毒性增加
有毒物质
结构变化
毒性不变 毒性降低
去毒作用
去毒作用：微生物使污染物的分子结构发生变化，从而降低或去除其对 敏感物种的有害性。敏感物种包括动物、植物、微生物和人。
5、 水解作用
酯类的水解
6、酯化作用
R-COOH+R‘-COOH—R-COOR‘+H2O 乳酸—乳酸酯，异常汉逊酵母（Hansenula anomola）
7、脱水作用
-CH2-CHOH—-CH=CH-+H2O 甘油—丙烯醛，芽孢杆菌（Bacillus）
8、 缩合作用