生物修复
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③ 特定的微生物只降解特定类型的化学物质，结构稍有变化的化合物 就可能不会被同一微生物酶破坏。
④ 微生物活性受温度和其他环境条件影响。 ⑤ 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
太低不足以维持降解细菌一定数量时，残余的污染物就会留在土壤中。
苏州河综合治理工程已把河道曝气复氧作为一项重要修复手段。
2.3 共代谢基质
初级能源物质
一株洋葱假单胞菌（Pseudomonas sp.）以甲苯作为生长基质 时，可以对三氯乙烯共代谢降解
微生物的共代谢对一些难降解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。
有些研究者发现，某些分解代谢酚或甲苯的细菌也具有共代谢降解三 氯乙烯、1,1-二氯乙烯、顺-1,2-二氯乙烯的能力。
植物）将土壤、地表及地下水或海洋中的污染物去除或降解的工 程技术。
(欧美发达国家从上世纪80年代中期开始研究治理大面积污染发展而来)
优点：
•环境影响小，不会造成二次污染或导致污染物转移 •最大限度地降低污染物浓度 •应用范围有独特优势，如受污染的地下水 •可同时处理污染的土壤和地下水 •费用低
一、环境污染物的微生物修复 二、环境污染物的植物修复 三、生物修复的方法 四、生物修复应用实例 五、生物修复技术的局限性
2.1.3 放射性核素的植物修复
植物可从污染土壤中吸收并积累大量的放射性核素
Nifontova 等在核电站的附近地区找到多种能大量吸收137Cs（铯 ）和90Sr
（锶 ）的植物。 Entry 等则发现桉树苗一个月可去除土壤中31.0% 137Cs和11.3% 90Sr。 Whicker 等发现水生大型植物 Hydrocotyle spp.比其它15种水生植物积累 137Cs和90Sr的能力强。
2.2 植物修复在水体污染中的应用
应用：富营养化水体的生物修复
高等水生生物的直接吸收 根区微生物的好氧厌氧代谢 物理吸附 物理过滤
三、生物修复的方法
原位（in situ）生物修复
受污染的介质(土壤，水体)不经搬动或输送，而在污染地区直接采用 生物修复技术进行处理。
异位(ex situ)或离位（off situ）生物修复
是一大类在厌氧光照下进行不产氧光合作用的原核生物的总称。
目前广泛应用的PSB菌剂多为红螺菌科光合细菌的复合菌群，它们 在厌氧光照及好氧黑暗条件下都能以小分子有机物为基质进行代谢 和生长，因此对有机物有很强的降解转化能力，同时对硫、氮素的 转化也起了很大的作用。
常见的有PSB菌液、浓缩液、粉剂及复合菌剂出售，可应用于水产 养殖水体及有机物污染河道的治理。
例：处理2-氯苯酚污染的土壤时， 只添加营养物，7周内2-氯苯酚浓度从245mg/L降为105mg/L; 而同时添加营养物和接种恶臭假单胞菌后，4周内2-氯苯酚的浓 度即有明显降低，7周后仅为2mg/L。
向污染环境接种一些降解污染物的高效菌 受到土著微生物的竞争 大量接种形成优势
光合细菌(Photosynthetic Bacteria，PSB)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ响因素
2.1 营养条件
微生物生长需要维持一定量C:N:P比例及某些微量营养元素 （如微量元素和维生素等），而污染物只是其中一种或几种。
用石蜡处理尿素和辛基磷酸盐制成“亲油的”肥料，其最佳的C:N:P
的比值为100:10:1
——阿拉斯加海岸油轮泄漏事故处理
美国 Probiotic Solutions公司开发的水质净化及土壤修复促生液，含有微生 物所需的微量元素、维生素、有机酸等成分，可促使污染物降解的土著微 生物快速增长，同时还具有缓冲pH的作用，可使污染环境快速地得到恢复.
一、环境污染的微生物修复
1.微生物的类型
土著微生物(Native microorganisms) 外来微生物(Foreign microorganisms) 基因工程菌(Gene engineering microorganism)
土著微生物(Native microorganisms)
自然界经常存在着各种各样的微生物，在遭受有毒有害的有 机物污染后，自然地存在着一个驯化选择过程，一些特异的 微生物在污染物的诱导下产生分解污染物的酶系，进而将污 染物降解转化。
2.5 污染现场和土壤特性
土壤空隙大小、连续度、气水比例影响污染 物的迁移；
土壤特性影响污染物在气水两相的相对活性； 无机颗粒能吸附有机污染物，提供一个反应
表面； 有机固体能吸附阻留在土壤中的有机污染物； 其它，如温度、地理、地质、气象和水文等
均对生物修复过程产生影响
二、环境污染的植物修复
基因工程菌(Gene engineering microorganism)
采用遗传工程手段将污染物降解基因定向的转入 微生物中或增加细胞内降解基因的拷贝数，使之 获得广谱且高效的降解能力。
但目前许多国家如美国、日本对工程菌的实际应用 有严格的立法控制。在美国工程菌的使用受到“有 毒物质控制法”（TSCA）的管制。因此，尽管已有 许多关于工程菌的实验室研究，但现场应用报道仍 然有限。
2.1 植物修复在土壤污染中的应用 2.1.1 重金属污染的植物修复 2.1.2 有机物污染的植物修复 2.1.3 放射性核素的植物修复
2.2 植物修复在水体污染中的应用 （见下一章）
2.1 植物修复在土壤污染中的应用
2.1.1 重金属污染的植物修复
金属不同于有机物，它不能被生物所降解，只 有通过生物的吸收得以从环境中去除。植物具有 生物量大且易于后处理的优势，因此利用植物对 金属污染位点进行修复是解决环境中重金属污染 问题的一个很有前景的选择。
2.2 电子受体
溶解氧、有机物分解的中间产物、无机酸根（如硝酸根和硫酸根）
措施：人工曝气、翻土、向土壤中添加产氧剂（如双氧水、固体过氧化物）
上海市环科院在新泾港支流周家浜的曝气复氧试验和北京市亚运会期间在 清河的曝气复氧实践，均已证明可促使有机物降解的好氧土著微生物的生长 繁殖，并进而使污染水体得以净化。
2.4 污染物的理化性质
主要包括淋失与吸附、溶解性、挥发、生物降解、化学反应等 方面的理化性质.
例如:
（1）化学品的类型（即属于酸性或碱性或极性中性或非极性中性的有机物、无机 物）。 （2）化学品的性质，如分子量，熔点，结构和水溶性等。 （3）化学反应性，如氧化、还原、水解、沉淀和聚合等。 （4）降解性，包括半衰期、一级速度常数和相对可生物降解性等。
将受污染的介质（土壤或水体）从污染现场运到某一指点地点 进行集中生物处理。污染之初可限制污染物扩散和转移，但成 本高。
原位生物修复
常见的方法有：
投加活菌法 培养法 生物通气法 生物翻耕法 植物修复法
微生物、水 营养盐，空气
土壤生物原位修复示意图——油类污染
土壤通风系统示意图 ——有机物污染
黄杆菌属、棒状杆 菌属、产碱杆菌属
分解尼龙寡 聚物的质粒
降解基因能有效地降解污染物 将甲苯降解基因从Pseudomonas putida中转移 给受体菌，使之在0 °C 能降解甲苯
pOAD 大肠杆菌
2.影响因素
2.1 营养条件 2.2 电子受体 2.3 共代谢物质 2.4 污染现场和土壤特性 2.5 有毒有害有机污染物的物理化学性质
生物通风法为美国空军处理受喷气 机燃料污染土壤的一种基本方法.
喜旱莲子草
菱
水鳖
水葫芦
轮叶黑藻 金鱼藻 金鱼藻
进水
喜 旱
水风
莲菱
眼
子
鳖莲
草
4m 5m 6m 6m
风 出水
菱
眼
莲
15m 4m
结果：藻类生长受到明显抑制，水体透明度提高2 倍，N，P去除率分别为50％和90％（夏季）
地表水的生物修复示意图
四、生物修复应用实例
案例1：海洋石油污染的生物修复
1989年,发生油轮泄漏事故，4.2104 m3原油泄漏在阿拉斯加海岸， 长1千多km。
措施：在受污染海滩添加两种亲油的微生物营养成分. 结果：异养菌、石油降解菌增加1-2个数量级，石油污染物降解 速度提高了2－3倍，净化过程加快了两个月。
案例2：
80年代初纽约长岛汽油站发生汽油泄漏，约有106t汽油进入附 近土壤和地下水中，后回收了未被土壤吸附的汽油约82t，但仍有 相当多的汽油残留在土壤中。1985年4月开始在该地进行生物修 复处理，采用双氧水作为供氧体，在21个月中有效地去除了土壤 中吸附的汽油，估计通过生物作用去除的汽油约为17.6t，占总去 除量的72％。经过生物修复处理后，土壤中的汽油含量已低于检 测限。
案例3：
1984年美国密苏里州西部发生地下石油运输管道泄漏事件，密苏里自 然资源部责令在该地实施土壤修复计划。
该计划采用了一个生物修复系统，这个系统由抽水井、油水分离器、 曝气塔、营养物添加装置、双氧水添加装置、注水井等组成，经过32 个月的运行，获得了良好的处理效果。
该地的苯、甲苯和二甲苯总浓度从20mg/L-30mg/L降低到 0.05mg/L-0.10mg/L，整个运行期间汽油去除速度为每月1.2t-1.4t， 生物技术去除的汽油约占总去除量（38t）的88％。
微生物：形体小，吸收量小，不易后处理
2.1.1 重金属污染的植物修复
植物对重金属污染修复有3种方式：
植物固定 植物挥发 植物吸收
a）在污染物浓度较低时也有较高的积累速率
b）能在体内积累高浓度的污染物
c）能同时积累几种金属
d）生长快，生物量大
e）具有抗虫抗病能力
超量积累植物
芥子草（Brassica juncea）——铅； 藓类、地衣、藻类——汞； 芝麻——汞 ；
降解污染物的潜力最大
？ 外来微生物在环境中难以保持较高的代谢活性 工程菌的应用受到严格的限制 化学物品的降解是分步进行的 需要多种酶和多种微生物的参与
外来微生物(Foreign microorganisms)
在天然受污染的环境中，当合适的土著微生物生长过慢， 代谢活性不高，或者由于污染物毒性过高造成微生物数量反 而下降时，可人为投加一些适宜该污染物降解的与土著微生 物有很好相容性的高效菌。
五、生物修复技术的局限性
① 微生物不能降解所有进入环境的污染物，污染物的难生物降解性、 不溶性以及与土壤腐殖质或泥土结合在一起常常使生物修复不能进行。
② 生物修复需要对污染地区的状况和存在的污染物进行详细而昂贵的 现场考察，如在一些低渗透性的土壤中可能不宜使用生物修复技术， 因为这类土壤或在这类土壤中的注水井会由于菌生长过多而阻塞。
本PPT部分内容由英环公司斯克诚博士提供
随着工农业生产的发展，工业生产中排放的废水、固体废 弃物、农田中施用的农药、石油开采中的井喷及运输中的 泄漏等对水体、土壤环境的污染日趋严重，从而引起人们 的关注。
生物修复
第八章
生物修复
•生物修复（Bioremediation）: 利用生物（主要是微生物和
④ 微生物活性受温度和其他环境条件影响。 ⑤ 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
太低不足以维持降解细菌一定数量时，残余的污染物就会留在土壤中。
苏州河综合治理工程已把河道曝气复氧作为一项重要修复手段。
2.3 共代谢基质
初级能源物质
一株洋葱假单胞菌（Pseudomonas sp.）以甲苯作为生长基质 时，可以对三氯乙烯共代谢降解
微生物的共代谢对一些难降解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。
有些研究者发现，某些分解代谢酚或甲苯的细菌也具有共代谢降解三 氯乙烯、1,1-二氯乙烯、顺-1,2-二氯乙烯的能力。
植物）将土壤、地表及地下水或海洋中的污染物去除或降解的工 程技术。
(欧美发达国家从上世纪80年代中期开始研究治理大面积污染发展而来)
优点：
•环境影响小，不会造成二次污染或导致污染物转移 •最大限度地降低污染物浓度 •应用范围有独特优势，如受污染的地下水 •可同时处理污染的土壤和地下水 •费用低
一、环境污染物的微生物修复 二、环境污染物的植物修复 三、生物修复的方法 四、生物修复应用实例 五、生物修复技术的局限性
2.1.3 放射性核素的植物修复
植物可从污染土壤中吸收并积累大量的放射性核素
Nifontova 等在核电站的附近地区找到多种能大量吸收137Cs（铯 ）和90Sr
（锶 ）的植物。 Entry 等则发现桉树苗一个月可去除土壤中31.0% 137Cs和11.3% 90Sr。 Whicker 等发现水生大型植物 Hydrocotyle spp.比其它15种水生植物积累 137Cs和90Sr的能力强。
2.2 植物修复在水体污染中的应用
应用：富营养化水体的生物修复
高等水生生物的直接吸收 根区微生物的好氧厌氧代谢 物理吸附 物理过滤
三、生物修复的方法
原位（in situ）生物修复
受污染的介质(土壤，水体)不经搬动或输送，而在污染地区直接采用 生物修复技术进行处理。
异位(ex situ)或离位（off situ）生物修复
是一大类在厌氧光照下进行不产氧光合作用的原核生物的总称。
目前广泛应用的PSB菌剂多为红螺菌科光合细菌的复合菌群，它们 在厌氧光照及好氧黑暗条件下都能以小分子有机物为基质进行代谢 和生长，因此对有机物有很强的降解转化能力，同时对硫、氮素的 转化也起了很大的作用。
常见的有PSB菌液、浓缩液、粉剂及复合菌剂出售，可应用于水产 养殖水体及有机物污染河道的治理。
例：处理2-氯苯酚污染的土壤时， 只添加营养物，7周内2-氯苯酚浓度从245mg/L降为105mg/L; 而同时添加营养物和接种恶臭假单胞菌后，4周内2-氯苯酚的浓 度即有明显降低，7周后仅为2mg/L。
向污染环境接种一些降解污染物的高效菌 受到土著微生物的竞争 大量接种形成优势
光合细菌(Photosynthetic Bacteria，PSB)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ响因素
2.1 营养条件
微生物生长需要维持一定量C:N:P比例及某些微量营养元素 （如微量元素和维生素等），而污染物只是其中一种或几种。
用石蜡处理尿素和辛基磷酸盐制成“亲油的”肥料，其最佳的C:N:P
的比值为100:10:1
——阿拉斯加海岸油轮泄漏事故处理
美国 Probiotic Solutions公司开发的水质净化及土壤修复促生液，含有微生 物所需的微量元素、维生素、有机酸等成分，可促使污染物降解的土著微 生物快速增长，同时还具有缓冲pH的作用，可使污染环境快速地得到恢复.
一、环境污染的微生物修复
1.微生物的类型
土著微生物(Native microorganisms) 外来微生物(Foreign microorganisms) 基因工程菌(Gene engineering microorganism)
土著微生物(Native microorganisms)
自然界经常存在着各种各样的微生物，在遭受有毒有害的有 机物污染后，自然地存在着一个驯化选择过程，一些特异的 微生物在污染物的诱导下产生分解污染物的酶系，进而将污 染物降解转化。
2.5 污染现场和土壤特性
土壤空隙大小、连续度、气水比例影响污染 物的迁移；
土壤特性影响污染物在气水两相的相对活性； 无机颗粒能吸附有机污染物，提供一个反应
表面； 有机固体能吸附阻留在土壤中的有机污染物； 其它，如温度、地理、地质、气象和水文等
均对生物修复过程产生影响
二、环境污染的植物修复
基因工程菌(Gene engineering microorganism)
采用遗传工程手段将污染物降解基因定向的转入 微生物中或增加细胞内降解基因的拷贝数，使之 获得广谱且高效的降解能力。
但目前许多国家如美国、日本对工程菌的实际应用 有严格的立法控制。在美国工程菌的使用受到“有 毒物质控制法”（TSCA）的管制。因此，尽管已有 许多关于工程菌的实验室研究，但现场应用报道仍 然有限。
2.1 植物修复在土壤污染中的应用 2.1.1 重金属污染的植物修复 2.1.2 有机物污染的植物修复 2.1.3 放射性核素的植物修复
2.2 植物修复在水体污染中的应用 （见下一章）
2.1 植物修复在土壤污染中的应用
2.1.1 重金属污染的植物修复
金属不同于有机物，它不能被生物所降解，只 有通过生物的吸收得以从环境中去除。植物具有 生物量大且易于后处理的优势，因此利用植物对 金属污染位点进行修复是解决环境中重金属污染 问题的一个很有前景的选择。
2.2 电子受体
溶解氧、有机物分解的中间产物、无机酸根（如硝酸根和硫酸根）
措施：人工曝气、翻土、向土壤中添加产氧剂（如双氧水、固体过氧化物）
上海市环科院在新泾港支流周家浜的曝气复氧试验和北京市亚运会期间在 清河的曝气复氧实践，均已证明可促使有机物降解的好氧土著微生物的生长 繁殖，并进而使污染水体得以净化。
2.4 污染物的理化性质
主要包括淋失与吸附、溶解性、挥发、生物降解、化学反应等 方面的理化性质.
例如:
（1）化学品的类型（即属于酸性或碱性或极性中性或非极性中性的有机物、无机 物）。 （2）化学品的性质，如分子量，熔点，结构和水溶性等。 （3）化学反应性，如氧化、还原、水解、沉淀和聚合等。 （4）降解性，包括半衰期、一级速度常数和相对可生物降解性等。
将受污染的介质（土壤或水体）从污染现场运到某一指点地点 进行集中生物处理。污染之初可限制污染物扩散和转移，但成 本高。
原位生物修复
常见的方法有：
投加活菌法 培养法 生物通气法 生物翻耕法 植物修复法
微生物、水 营养盐，空气
土壤生物原位修复示意图——油类污染
土壤通风系统示意图 ——有机物污染
黄杆菌属、棒状杆 菌属、产碱杆菌属
分解尼龙寡 聚物的质粒
降解基因能有效地降解污染物 将甲苯降解基因从Pseudomonas putida中转移 给受体菌，使之在0 °C 能降解甲苯
pOAD 大肠杆菌
2.影响因素
2.1 营养条件 2.2 电子受体 2.3 共代谢物质 2.4 污染现场和土壤特性 2.5 有毒有害有机污染物的物理化学性质
生物通风法为美国空军处理受喷气 机燃料污染土壤的一种基本方法.
喜旱莲子草
菱
水鳖
水葫芦
轮叶黑藻 金鱼藻 金鱼藻
进水
喜 旱
水风
莲菱
眼
子
鳖莲
草
4m 5m 6m 6m
风 出水
菱
眼
莲
15m 4m
结果：藻类生长受到明显抑制，水体透明度提高2 倍，N，P去除率分别为50％和90％（夏季）
地表水的生物修复示意图
四、生物修复应用实例
案例1：海洋石油污染的生物修复
1989年,发生油轮泄漏事故，4.2104 m3原油泄漏在阿拉斯加海岸， 长1千多km。
措施：在受污染海滩添加两种亲油的微生物营养成分. 结果：异养菌、石油降解菌增加1-2个数量级，石油污染物降解 速度提高了2－3倍，净化过程加快了两个月。
案例2：
80年代初纽约长岛汽油站发生汽油泄漏，约有106t汽油进入附 近土壤和地下水中，后回收了未被土壤吸附的汽油约82t，但仍有 相当多的汽油残留在土壤中。1985年4月开始在该地进行生物修 复处理，采用双氧水作为供氧体，在21个月中有效地去除了土壤 中吸附的汽油，估计通过生物作用去除的汽油约为17.6t，占总去 除量的72％。经过生物修复处理后，土壤中的汽油含量已低于检 测限。
案例3：
1984年美国密苏里州西部发生地下石油运输管道泄漏事件，密苏里自 然资源部责令在该地实施土壤修复计划。
该计划采用了一个生物修复系统，这个系统由抽水井、油水分离器、 曝气塔、营养物添加装置、双氧水添加装置、注水井等组成，经过32 个月的运行，获得了良好的处理效果。
该地的苯、甲苯和二甲苯总浓度从20mg/L-30mg/L降低到 0.05mg/L-0.10mg/L，整个运行期间汽油去除速度为每月1.2t-1.4t， 生物技术去除的汽油约占总去除量（38t）的88％。
微生物：形体小，吸收量小，不易后处理
2.1.1 重金属污染的植物修复
植物对重金属污染修复有3种方式：
植物固定 植物挥发 植物吸收
a）在污染物浓度较低时也有较高的积累速率
b）能在体内积累高浓度的污染物
c）能同时积累几种金属
d）生长快，生物量大
e）具有抗虫抗病能力
超量积累植物
芥子草（Brassica juncea）——铅； 藓类、地衣、藻类——汞； 芝麻——汞 ；
降解污染物的潜力最大
？ 外来微生物在环境中难以保持较高的代谢活性 工程菌的应用受到严格的限制 化学物品的降解是分步进行的 需要多种酶和多种微生物的参与
外来微生物(Foreign microorganisms)
在天然受污染的环境中，当合适的土著微生物生长过慢， 代谢活性不高，或者由于污染物毒性过高造成微生物数量反 而下降时，可人为投加一些适宜该污染物降解的与土著微生 物有很好相容性的高效菌。
五、生物修复技术的局限性
① 微生物不能降解所有进入环境的污染物，污染物的难生物降解性、 不溶性以及与土壤腐殖质或泥土结合在一起常常使生物修复不能进行。
② 生物修复需要对污染地区的状况和存在的污染物进行详细而昂贵的 现场考察，如在一些低渗透性的土壤中可能不宜使用生物修复技术， 因为这类土壤或在这类土壤中的注水井会由于菌生长过多而阻塞。
本PPT部分内容由英环公司斯克诚博士提供
随着工农业生产的发展，工业生产中排放的废水、固体废 弃物、农田中施用的农药、石油开采中的井喷及运输中的 泄漏等对水体、土壤环境的污染日趋严重，从而引起人们 的关注。
生物修复
第八章
生物修复
•生物修复（Bioremediation）: 利用生物（主要是微生物和