污染土壤的微生物修复研究进展
固定化微生物技术修复PAHs污染土壤的研究进展
固定化微生物技术修复PAHs污染土壤的研究进展一、本文概述随着工业化和城市化进程的加快,多环芳烃(PAHs)污染问题日益严重,对生态环境和人类健康构成严重威胁。
固定化微生物技术作为一种新兴的土壤修复技术,以其高效、环保、可持续的特点,逐渐成为PAHs污染土壤修复领域的研究热点。
本文旨在综述固定化微生物技术在修复PAHs污染土壤方面的研究进展,包括固定化微生物技术的原理、固定化材料的选择与制备、修复效果的影响因素以及实际应用案例等。
通过对相关文献的梳理和评价,以期为固定化微生物技术在PAHs污染土壤修复领域的进一步应用提供理论支持和实践指导。
二、固定化微生物技术概述固定化微生物技术,作为一种新兴的土壤修复技术,近年来在环境科学领域受到了广泛的关注。
该技术通过将游离的微生物细胞或酶固定在特定的载体上,形成固定化微生物,使其能够保持一定的生物活性,并在特定的环境条件下进行高效、稳定的生物催化或生物降解。
固定化微生物技术不仅提高了微生物的抵抗力和稳定性,还有效地解决了游离微生物难以在复杂环境中存活和发挥作用的问题。
固定化微生物技术的核心在于选择合适的固定化方法和载体。
常见的固定化方法包括吸附法、包埋法、交联法和共价结合法等。
载体材料则多种多样,如硅胶、海藻酸钠、活性炭、聚氨酯泡沫等。
这些材料的选择直接影响了固定化微生物的活性、稳定性和对污染物的降解效率。
在PAHs(多环芳烃)污染土壤的修复中,固定化微生物技术展现出了巨大的潜力。
PAHs是一类持久性有机污染物,对生态环境和人类健康构成严重威胁。
通过固定化微生物技术,可以有效地将能够降解PAHs的微生物固定在土壤中,提高其在污染环境中的存活率和降解效率。
这些固定化微生物能够利用PAHs作为碳源和能源,通过生物降解过程将PAHs转化为无害或低毒的物质,从而实现对污染土壤的原位修复。
固定化微生物技术还具有操作简便、成本低廉、环境友好等优点。
与传统的物理和化学修复方法相比,固定化微生物技术不需要引入外部能源和化学试剂,减少了二次污染的风险。
微生物在土壤污染修复中的应用研究
微生物在土壤污染修复中的应用研究土壤污染是目前全球所关注的一个重要环境问题,严重影响人类的健康和生态系统的稳定。
针对土壤污染修复的方法中,微生物修复技术因其高效、经济、环境友好等特点,成为了研究的热点。
本文将探讨微生物在土壤污染修复中的应用研究,并着重讨论其机制及存在的问题。
一、微生物修复技术的背景微生物修复技术利用微生物代谢能力和活动特性来恢复受污染土壤的功能。
与传统土壤修复技术相比,微生物修复技术具有更好的效果和可持续性。
在微生物修复过程中,微生物通过降解有机物、吸附重金属离子、还原酸性土壤等方式来修复受污染土壤。
二、微生物修复技术的应用领域微生物修复技术广泛应用于土壤重金属污染、有机污染和农药残留等领域。
在土壤重金属污染修复中,一些细菌和真菌能够将重金属离子还原成不易溶解的形态,从而减少其对环境的危害。
在有机污染修复中,微生物可以降解有机物,如石油烃类和农药等。
此外,微生物修复技术还可以应用于农业土壤改良和植物生长促进等领域。
三、微生物修复技术的机制微生物修复技术的机制复杂多样。
例如,菌根真菌通过与植物根系共生,提供对抗污染物的生物防御机制,增加土壤的保育能力。
此外,一些细菌和真菌能够分泌酶类,降解污染物为无害的物质。
微生物修复技术可以通过多种机制协同作用,有效减轻土壤污染导致的环境问题。
四、微生物修复技术的研究进展随着对土壤污染修复技术需求的增长,微生物修复技术得到了广泛的研究和应用。
研究者们通过筛选出具有高降解水平和耐受性的微生物菌株,并对其在土壤修复中的效果进行了评估。
此外,一些基因工程技术也被应用于微生物修复技术的研究中。
然而,目前微生物修复技术还存在一些问题,例如修复效果不稳定、修复周期较长和成本较高等。
五、微生物修复技术的前景尽管微生物修复技术仍然面临一些挑战和问题,但其在土壤污染修复中的应用前景依然广阔。
微生物修复技术具有独特的优势,如能适应多种环境、能够修复多种污染物等。
随着对环境保护需求的增长和新技术的发展,相信微生物修复技术将得到进一步的优化和改进。
微生物对土壤中的有机污染物的修复研究
微生物对土壤中的有机污染物的修复研究随着工业化和城市化的不断推进,土壤污染问题日益严重,其中有机污染物是主要的污染来源之一。
有机污染物的积累对土壤质量和生态环境造成了严重威胁,因此,寻找高效、经济且环境友好的修复方法成为当务之急。
微生物修复作为一种生物修复技术,在修复有机污染土壤中展示出巨大的潜力。
微生物具有较高的代谢能力和适应性,能够通过降解有机污染物将其转化为无害或低毒的物质,从而达到修复土壤的目的。
在微生物修复过程中,选择合适的微生物菌株是至关重要的。
一方面,微生物菌株应当具有对目标污染物具有高效降解能力的特性。
另一方面,菌株应当具有较高的适应性和生存能力,能够在复杂的土壤环境中生长繁殖。
当前研究表明,厌氧菌和好氧菌的联合应用能够提高修复效果。
厌氧菌可以在低氧环境中降解难降解的有机污染物,而好氧菌则更适合在氧气充足的环境中降解有机污染物。
除了微生物菌株的选择外,修复过程中的环境因素也是需要关注的。
土壤温度、土壤酸碱度、湿度以及氧气供应都会对微生物菌株的生长和代谢产生影响。
因此,在微生物修复过程中,需要对这些环境因素进行监测和调节,以确保微生物活动的最佳状态。
此外,多种修复技术的组合也是提高修复效果的重要手段。
例如,生物堆肥技术可以通过微生物分解有机污染物,同时还能促进土壤的肥力提高。
而植物修复技术则可以通过植物的吸收、转运和分解能力来修复土壤中的有机污染物。
通过综合运用这些修复技术,能够发挥各自的优势,以达到更好的修复效果。
此外,在微生物修复工程中需要对修复效果进行评估。
通常采用野外监测、室内模拟实验和分子生物学技术来评估修复效果和微生物的活性。
这些评估手段可以帮助研究人员监测修复过程中的微生物生长情况,监测有机污染物的降解程度,为修复工程提供科学依据。
综上所述,微生物修复是一种高效、经济且环境友好的有机污染物修复方法。
在微生物修复过程中,正确选择菌株、关注环境因素、采用多种修复技术的组合,并对修复效果进行评估,将能够取得卓越的修复效果,有助于解决土壤有机污染问题,保护生态环境的健康。
土壤污染防治与修复技术研究
土壤污染防治与修复技术研究随着工业化和城市化进程的加速,土壤污染问题日益突出,对人类健康和生态环境造成了严重威胁。
为了保护土壤资源、保障人民群众的身体健康以及促进可持续发展,土壤污染防治与修复技术的研究变得尤为重要。
本文将从土壤污染的现状入手,介绍相关防治与修复技术的研究进展与应用前景。
一、土壤污染的现状目前,土壤污染种类繁多,主要分为重金属污染、有机污染、农药污染等。
这些污染物在土壤中积累,不仅影响作物生长和品质,还会通过食物链进入人体,对健康造成潜在威胁。
据统计,全球范围内,超过3亿公顷的农田受到不同程度的污染,土壤污染已成为全球性的环境问题。
二、土壤污染防治技术研究进展1.污染源控制技术污染源控制是土壤污染防治的首要任务。
通过加强废水处理、工业排放控制以及农药农化品的安全使用等措施,减少有害物质对土壤的直接输入,达到预防土壤污染的目的。
2.生物修复技术生物修复技术利用微生物、植物和动物等生物体的代谢活动,将污染物转化为无害物质或稳定在土壤中,以达到修复土壤环境的目的。
比如利用微生物菌剂对土壤进行生物修复,可以降解有机污染物,减少土壤中的重金属含量。
3.物理修复技术物理修复技术主要依靠土壤中的物理性质变化来修复污染土壤,如电动修复技术、热解技术等。
这些技术可以有效地改变土壤中污染物的迁移和转化规律,提高土壤的环境质量。
4.化学修复技术化学修复技术是指利用化学方法对土壤中的有害物质进行去除或转化。
常见的化学修复技术包括土壤酸碱调整、氧化还原修复和吸附剂修复等。
这些技术在修复重金属污染和农药残留等方面具有较高的效果。
三、修复技术的应用前景与挑战土壤污染防治与修复技术的研究取得了一定的进展,但仍存在一系列挑战。
首先,修复技术的可行性和适用性有待进一步验证。
不同地区的土壤污染类型和程度各异,需要根据具体情况选择适宜的修复方法。
其次,修复技术的经济性和可持续性需要加强研究。
目前一些高效修复技术的成本较高,还需要进一步优化和降低成本。
微生物菌剂用于农田土壤改良的研究进展
微生物菌剂用于农田土壤改良的研究进展摘要:微生物菌剂可以调控土壤微生态平衡和改善农产品品质,也是提升农田土壤肥力和改良土壤理化性质的重要方式。
本文总结了微生物菌剂在农田土壤改良中发挥的作用,指出了微生物菌剂应用中存在的主要问题,提出了将来进一步研究的方向,为保障农产品安全和微生物菌剂高效利用提供参考。
关键词:微生物菌剂;土壤改良;农产品安全;高效利用近年来,微生物菌剂在农业生产中的应用逐渐成为国内外的研究热点。
微生物菌剂可以改良农田土壤质量,提高肥料的利用率,改善农产品品质和提高农产品产量,对有机绿色农业的发展具有重要意义[1]。
微生物菌剂包含各种有益的功能微生物,是具有特定功能的有机肥料。
现阶段,微生物菌剂较多应用于经济作物种植中,在粮食作物种植中的应用相对较少。
科学施用微生物菌剂可以使农作物高产,提高土壤肥力,还能够保护生态环境,促进农业绿色可持续发展。
1微生物菌剂在农田土壤改良中的作用1.1提升土壤肥力微生物菌剂施入农田土壤中后,可以增加土壤有机质的含量,有机质经过矿化和腐殖化后形成了腐殖酸,能够增加土壤的团粒结构数量,有助于土壤节水保肥,提升水土保持能力和土壤肥力[2]。
微生物菌剂能够改良农田土壤的理化性质,提高农田土壤中阳离子交换量和土壤孔隙度,施用微生物菌剂还能够降低土壤容重。
微生物菌剂添加到土壤中后,其中含有的有益功能性微生物,可以有效活化钾、磷等养分元素,从而进一步增加了土壤的肥力[3]。
微生物菌剂可以提高细菌对碳源的利用率,显著增加农田土壤中真菌、细菌和放线菌等菌群的数量,改善土壤微生物生存的营养物质条件,提高微生物的多样性。
微生物菌剂还能够增加土壤根际微生物的丰度,改善微生物的群落结构,提升土壤酶活性和微生物的多样性。
施用微生物菌剂可以增强土壤中微生物利用碳源的能力,保持土壤微生物的较高活性,微生物菌剂还可以促进土壤中脲酶、过氧化氢酶和蔗糖酶等多种酶类的活性[4]。
1.2缓解连作障碍,促进植物生长农田土壤连作障碍会导致土传病害的发生,影响农作物的产量和品质。
土壤污染治理技术研究与应用案例
土壤污染治理技术研究与应用案例土壤污染是当前全球面临的重要环境问题之一,对人类健康和生态系统稳定造成了严重威胁。
为了解决土壤污染问题,科学家们不断探索和研究各种治理技术,并在实际应用中取得了一定的成果。
本文将介绍一些土壤污染治理技术的研究进展和应用案例。
一、生物修复技术生物修复技术是利用微生物、植物和动物等生物体的代谢活动来修复污染土壤的一种方法。
其中,微生物修复是一种常见的技术手段。
通过添加特定的微生物菌种,可以分解、转化或吸附土壤中的有害物质,从而降低土壤污染程度。
例如,国内某研究团队在某工业废弃场进行了微生物修复试验。
他们通过添加一种特殊的细菌,成功降解了土壤中的有机污染物,使土壤恢复了一定的生态功能。
二、物理修复技术物理修复技术主要是利用物理手段对土壤进行处理,以达到去除或减少污染物的目的。
常见的物理修复技术包括热解、超声波和电动力场等。
热解技术是通过加热土壤,使污染物蒸发或分解,从而达到治理的效果。
超声波技术则是利用超声波的震荡作用,使污染物颗粒分散,增加其与土壤颗粒的接触面积,加速污染物的迁移和分解。
电动力场技术则是利用电场的作用力,推动污染物的运移和迁移,达到去除的效果。
这些物理修复技术在实际应用中取得了一定的成效,为土壤污染治理提供了新的思路和方法。
三、化学修复技术化学修复技术是利用化学物质对土壤中的污染物进行处理的一种方法。
常见的化学修复技术包括化学氧化、还原和沉淀等。
化学氧化技术通过添加氧化剂,使污染物发生氧化反应,从而降解或转化为无害物质。
化学还原技术则是通过添加还原剂,使污染物发生还原反应,降低其毒性和迁移性。
化学沉淀技术则是通过添加沉淀剂,使污染物与沉淀剂发生反应,形成沉淀物,从而去除污染物。
这些化学修复技术在实际应用中被广泛使用,取得了一定的治理效果。
四、综合修复技术综合修复技术是将多种修复技术相结合,形成一套完整的治理方案,以提高治理效果。
例如,某地区的土壤受到重金属污染,研究人员采用了生物修复、物理修复和化学修复相结合的方法进行治理。
土壤污染修复技术研究进展
土壤污染修复技术研究进展土壤是地球上一个至关重要的自然资源,它为植物提供营养物质,储存水分,维持生物多样性,并且在水循环和碳循环中具有关键作用。
然而,随着人类活动的快速发展,土壤遭受到了严重的污染。
土壤污染对生态系统的健康和人类健康造成了严重的威胁。
因此,研究和开发土壤污染修复技术成为人们的迫切需求。
土壤污染修复技术是通过一系列方法和工程措施来清除或减少土壤中污染物的浓度和毒性,从而恢复土壤的健康和生产力。
现代土壤污染修复技术可以分为物理方法、化学方法和生物方法三大类。
物理方法是通过物理处理来清除土壤中的污染物。
常用的物理方法包括渗透抽提、原位热处理和原位气体提取。
渗透抽提是通过水或其他溶剂将污染物从土壤中抽出。
原位热处理利用热能将污染物挥发或破坏。
原位气体提取则是利用气体将污染物抽取并气化。
物理方法能够快速清除土壤中的污染物,但对土壤结构和生物活性有一定的影响。
化学方法通过添加化学物质来清除土壤中的污染物。
化学方法通常包括氧化还原、酸化碱化和配位沉淀等处理。
氧化还原反应是通过加入氧化剂或还原剂来改变污染物的化学性质,从而实现清除的目的。
酸化碱化则是通过改变土壤的pH值来改变污染物的溶解度,促进其去除。
配位沉淀利用添加配位剂使得污染物生成稳定的沉淀,并将其从土壤中分离出来。
化学方法特别适用于重金属和有机污染物的修复,但需要谨慎使用,以免引入新的环境问题。
生物方法是利用土壤中的微生物和植物来清除污染物。
生物方法包括生物降解、生物吸附和植物修复等。
生物降解是通过土壤中的微生物将污染物转化为无害物质。
生物吸附则是利用微生物表面的活性物质吸附污染物。
植物修复则是通过植物的吸收、转运和降解作用来清除土壤中的污染物。
生物方法具有环境友好、成本低廉等优点,但由于受到环境因素的限制,修复效果不稳定。
除了这三大类方法之外,还有一些新兴的土壤污染修复技术获得了广泛的关注和研究。
其中包括电化学修复技术、超声波修复技术和纳米材料修复技术等。
石油污染土壤微生物修复研究进展
环境保护与循环经济石油污染土壤微生物修复研究进展付保荣I 刘述凤I 鄢雨朦I 张润洁I 郭宏伟**2收稿日期:2020-11-08;修订日期:2021-03-15。
作者简介:付保荣,女,1965年生,教授,主要从事环境生物学、污染生态及流域生态环境安全等方面的研究工作。
*通讯作者:郭宏伟,女,1976年生,高级工程师,主要从事土壤、地下水污染防治和生态保护的监督管理,土壤、地下水污染防治科研课题研究,建设用地土壤污染状况调查,污染地块管理及修复工作,E-mail : ****************。
基金项目:国家重点研发计划项目(2018YFC1801205 )。
(1.辽宁大学环境学院,辽宁沈阳110000; 2.鞍山市生态环境事务服务中心,辽宁鞍山114000)摘 要:土壤中石油类物质达到一定浓度不但会对土壤的原有生态系统造成破坏,而且会对人体机能带来一定影响。
采用微生物修复石油污染土壤是一种安全高效的治理技术,主要包括生物强化技术、生物刺激技术、生物通风技术、固定化微生物技 术以及植物-微生物联合修复技术。
微生物修复技术优点在于投资小、见效快、能耗低、无二次污染产生,属于环境友好型治理技术。
微生物修复技术在实际应用中存在一些不足,如风险的不确定性。
重点对国内外微生物修复技术的研究成果以及研究进展进行梳理,并对未来发展进行了展望O关键词:石油类污染;污染土壤;高效降解菌;微生物修复Abstract : Reaching a certain concentration of petroleum substances in the soil will not only damage the original e-cological system of the soil, but also have a certain impact on human functions. The use of microorganisms to re mediate petroleum - c ontaminated soil is a safe and efficient treatment technology , which mainly includes : bio-enhancement technology , bio -stimulation technology , bio -ventilation technology , immobilized microorganism technology , and pl a nt-microbe joint remediation technology. The microbial remediation technology has the advan tages of low investment , quick results , low energy consumption , and no secondary pollution. It is an environmen tally friendly treatment technology. However , microbial remediation technology has some shortcomings in practical applications , such as the uncertainty of risk. This article focuses on the research results and research progress of microbial remediation technology at home and abroad , and prospects for future development.Key words : petroleum pollution ; contaminated soil; efficient degrading bacteria; microbial repair中图分类号:X53 文献标识码:A 文章编号:1674-1021(2021)03-0054-071引言石油在勘探、开采、运输、提炼、存储、使用等过程中会因为管理不当或发生突发事故等导致石油污 染,对环境造成既长远又严重的危害。
固定化微生物技术修复PAHs污染土壤的研究进展
固定化微生物技术修复PAHs污染土 壤的研究进展
基本内容
固定化微生物技术修复多环芳烃(PAHs)污染土壤的研究进展
多环芳烃(PAHs)是一种具有致癌性和基因毒性的有机污染物,在环境中广 泛存在并严重危害人类健康。土壤是PAHs的重要污染源之一,因此,修复PAHs污 染土壤具有重要意义。近年来,固定化微生物技术作为一种新型的污染修复技术, 在PAHs污染土壤修复方面展示了良好的应用前景。本次演示将介绍固定化微生物 技术修复PAHs污染土壤的研究进展。
在过去的几十年里,微生物修复技术得到了广泛。尤其是近年来,随着基因 组学、生物信息学和生物工程学的快速发展,微生物修复技术取得了显著进展。 其中,基因工程、生物传感器、植物修复和微生物联合应用等方面是研究的前沿 和热点。然而,这些技术在应用过程中仍存在一定的问题和局限性。例如,基因 工程菌的稳定性、生物传感器的灵敏度、植物修复的效率以及微生物联合应用的 效果等都需要进一步优化和提升。
研究现状
微生物修复技术按作用方式可分为接种微生物、促进微生物和生物反应器三 大类。接种微生物是通过向污染土壤中添加具有分解污染物能力的微生物,促进 其生长繁殖,从而实现污染物降解。促进微生物则是通过向土壤中添加营养物质, 改善土壤环境,促进土著微生物对污染物的降解。
生物反应器是将污染土壤置于生物反应器中,通过微生物的作用实现污染物 降解,同时对降解产物进行回收和利用。这些方法在重金属、有机物和复合污染 土壤修复方面均取得了显著成果。
污染土壤生物修复技术的研究内容和进展
污染土壤生物修复技术的研究内容和进展污染土壤生物修复技术指的是利用生物学原理和方法修复受到污染的土壤,通过生物活动改变有机污染物和无机污染物的化学形态和生物毒性,从而实现土壤的恢复和修复。
这种修复技术相对于传统的物理和化学修复技术来说,具有效果持久、成本低、对环境影响小等优势。
污染土壤生物修复技术的研究内容主要包括以下几个方面:1. 土壤微生物群落研究:研究土壤中的微生物种类、数量和分布情况,了解不同污染物对土壤微生物群落的影响,寻找潜在的微生物修复剂。
2. 微生物代谢途径研究:研究土壤中微生物菌株对污染物的降解途径和代谢产物,探究微生物在修复过程中的作用机制。
3. 生物修复剂的筛选和改良:通过对不同土壤样品中的微生物进行分离和鉴定,筛选出具有高效降解能力的微生物菌株,并通过基因工程技术或者改良培养条件来提高修复剂的降解效率。
4. 降解途径的生物改良:通过导入外源基因或者改变土壤环境因素,改变微生物代谢途径和降解途径,提高对目标污染物的降解效率。
5. 人工修复技术的研究:通过植物种植、土壤堆肥等人工方式修复受污染的土壤,研究植物对污染物的吸收和富集作用,以及与土壤微生物相互作用对修复效果的影响。
进展方面,污染土壤生物修复技术在过去几十年取得了显著的进展。
以下是几个重要的研究成果:1. 微生物菌株的筛选与改造:研究者通过筛选分离出了一系列具有高效降解能力的微生物菌株,如石油降解菌、重金属还原菌等。
并通过基因工程技术和重组DNA技术改造菌株,使其在降解过程中能够产生更多有效的降解酶,提高降解效率。
2. 核酸测序技术的应用:随着核酸测序技术的进步,研究者能够快速地获取土壤微生物群落的信息,对土壤微生物多样性和功能基因进行深入研究。
这种技术的应用,为修复剂的筛选和改良提供了更加准确和高效的手段。
3. 植物修复技术的研究:研究者发现一些植物对于一些有机污染物和重金属具有较强的吸收和富集能力,如铁芥、拟南芥等。
设施重金属污染土壤微生物修复技术研究进展
设施重金属污染土壤微生物修复技术研究进展近几十年来,由于人类工业、城市化以及农业活动的发展,土壤中含有大量的重金属污染物,严重威胁着生态环境和人类的健康。
微生物修复技术是一种对土壤进行修复的有效方法,该技术具有高效、环保和低成本等优点。
本文将着重探讨微生物修复技术在设施重金属污染土壤中的研究进展。
一、微生物修复技术的概述微生物修复技术指利用细菌、真菌、放线菌等微生物对土壤中的有机污染物以及重金属污染物进行处置,使其转化为无害的物质或尽量降低危害性。
其中,微生物在其中具有重要作用,可以分解、转化和稳定土壤中的污染物。
微生物修复技术相较于其它技术,如化学修复和物理修复等,则具有高效、环保和低成本等优点。
二、设施重金属污染土壤的特点设施重金属污染土壤多见于工业区、城市化之地以及农田地。
这些土壤中所含的重金属元素,主要来源于废水排放、汽车尾气排放、化工厂以及电子厂等工业生产活动。
其特点主要表现在:1、土壤中重金属元素的含量高且分布不均匀,如高温、高压、高酸碱等极端环境的建设会导致土壤中重金属元素的增加;2、土壤中微生物数量减少,微生物生长条件恶劣,自身毒性较大,甚至能够抑制剩余微生物的生长繁殖;3、土壤和水体之间的物质交换差异大,容易导致重金属元素的渗透和迁移。
1. 菌肥修复法菌肥修复法是一种将微生物与有机废物混合,使其在土壤中迅速生长、繁殖,然后在充分分解有机废物的同时,将土壤中的重金属元素转化为无害的物质,同时提高土壤肥力和改善土质结构。
这种方法能够迅速、高效地修复重金属污染土壤,而且具有低成本和易于操作等优点。
目前,自动控制和质量监测技术的进步,已经能够实现这种技术的自动化生产。
2. 细菌种类丰富化技术细菌种类丰富化技术是将抗重金属的细菌导入重金属污染土壤,使其能够在含重金属元素的土壤中生长,减少重金属元素的危害性。
一些细菌能够摄取土壤中的重金属元素,然后将其转化为磷酸钙、钙钞或锰氧化物等物质,从而减少土壤中有害的重金属元素的含量。
多环芳烃污染土壤的微生物修复
微生物修复多环芳烃污染土壤的研究进展摘要:多环芳烃是一类具有致癌、致畸、致突变性质的持久性有机污染物,主要来源于煤、石油等燃料的不完全燃烧,易吸附于固体颗粒表面和有机腐殖质,化学结构稳定,能长期存在于自然环境,给人类健康和生态环境带来很大的危害。
微生物对多环芳烃的降解是去除土壤中多环芳烃的主要途径,其降解机理为:土壤微生物在代谢活动过程中能够产生酶来实现对土壤中多环芳烃的降解,细菌主要通过产生双加氧酶来催化多环芳烃的加氧反应,而真菌可以通过分泌木质素降解酶系或单加氧酶来氧化多环芳烃,两种途径均是首先通过降低多环芳烃的稳定性,使之容易被进一步降解。
文章简要介绍了降解多环芳烃的微生物,对多环芳烃的微生物降解机制进行了综述,讨论了影响微生物修复过程的因素,列举了常见的微生物修复技术,展望了今后的研究趋势。
关键词:多环芳烃;土壤污染;微生物降解;降解机理;微生物修复1引言多环芳烃( Polycyclic aromatic hydrocarbons,PAHs) 是指由2 个或2 个以上的苯环按一定顺序排列组成的碳氢化合物,具有强烈致癌、致畸和致突变特性。
土壤中的PAHs以4 ~6 环的PAHs 为主[1]。
化石燃料的燃烧是PAHs 的主要来源。
由于人类对化石产品的不断开发利用,PAHs 持续向环境中排放,高温过程形成的PAHs 大都排放到大气中,随着大气环流、大洋环流等循环而不断扩散,空气、土壤及水体甚至南极、高山冰川等都受到PAHs 的污染。
PAHs 和其他固体颗粒物等结合在一起,通过干、湿沉降转入湖泊、海洋,最终主要在沉积物、有机物质和生物体中累积,对人类健康和整个生态系统构成威胁[2]。
我国是一个PAHs 污染特别严重的国家,也是PAHs 排放量大的国家。
据估算,中国PAHs 的年排放总量超过25 000 t,城市平均排放密度为158 kg·km-2,局部乡村地区排放密度高达479 kg·km-2[3]。
微生物生物技术在土壤污染修复中的应用研究
微生物生物技术在土壤污染修复中的应用研究随着人类工业和农业的发展,土壤污染问题日益突出。
土壤污染不仅严重影响农作物的生长和人类健康,还对生态系统造成了巨大威胁。
为了解决这一问题,科学家们积极探索新的土壤修复技术。
其中微生物生物技术被广泛应用于土壤污染修复中,其独特的优势和高效的修复效果受到了广泛关注。
本文将探讨微生物生物技术在土壤污染修复中的应用研究,总结其目前取得的进展和挑战。
一、微生物生物技术的基本原理及优势微生物生物技术是利用微生物的生物学特性和代谢能力来改变或修复环境的技术手段。
在土壤污染修复中,微生物可通过多种途径来降解或转化污染物,包括生物降解、生物转化、生物固化、生物吸附等。
相较于传统的物理和化学修复方法,微生物生物技术具有以下优势:1. 高效性:微生物具有高特异性和高效率的功能,能够选择性地降解或转化特定的污染物,从而提高修复效果。
2. 环境友好型:微生物修复过程不需要使用大量的化学药剂,不会产生进一步的环境污染,符合可持续发展的要求。
3. 经济性:相比于传统的修复方法,微生物生物技术可以通过利用自然界已存在的微生物资源,降低修复成本。
4. 局部修复:微生物生物技术具有定向修复的特点,可以针对性地进行局部修复,减少对周边环境的干扰。
二、微生物生物技术在土壤污染修复中的应用案例1. 生物降解:通过利用土壤中存在的细菌、真菌等微生物的降解能力,对有机污染物进行分解和降解。
例如,使用特定菌株对石油类污染物进行降解,使其转化为无毒或低毒的物质。
2. 生物转化:通过微生物的代谢过程将污染物转化为无毒或低毒的化合物。
例如,利用硫酸还原菌将重金属污染物转化为不溶性的硫化物,减少其毒性和迁移性。
3. 生物固化:利用微生物产生的胞外多糖等物质来固化重金属等污染物,减少其迁移和生物有效性。
例如,利用细菌产生的胞外多糖来吸附和固定铅离子。
4. 生物吸附:利用微生物表面的吸附剂(如菌丝、胞外多糖)对污染物进行吸附。
污染土壤的微生物修复原理与技术进展_滕应
土 壤(Soils), 2007, 39 (4): 497~502污染土壤的微生物修复原理与技术进展①滕 应1,2, 骆永明1,2*, 李振高1,2( 1 中国科学院南京土壤研究所土壤与环境生物修复研究中心,南京 210008;2 土壤与农业可持续发展国家重点实验室(中国科学院南京土壤研究所) 南京 210008 )摘要:微生物修复是土壤环境生物修复技术的重要组成部分,是最具发展和应用前景的生物学环保新技术。
本文以土壤中重金属及典型有机污染物为对象,从土壤微生物与污染物质的相互作用入手,较为系统地综合评述国内外污染土壤的微生物修复原理与技术,并结合当前土壤污染的新特点,提出了需进一步认识和解决微生物修复过程中出现的新现象和新问题,以不断丰富和拓展土壤环境微生物修复范畴与内涵。
关键词:污染土壤;微生物;修复原理;修复技术中图分类号: S154.36土壤污染已经成为全球性的重要环境问题之一[1]。
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。
土壤微生物是土壤生态系统的重要生命体,它不仅可以指示污染土壤的生态系统稳定性,而且还具有巨大的潜在环境修复功能。
由此,污染土壤的微生物修复理论及修复技术便应运而生。
微生物修复是指利用天然存在的或所培养的功能微生物群,在适宜环境条件下,促进或强化微生物代谢功能,从而达到降低有毒污染物活性或降解成无毒物质的生物修复技术,它已成为污染土壤生物修复技术的重要组成部分和生力军。
至此,本文以土壤中污染物(重金属及典型有机污染物) 为对象,从土壤微生物与污染物质的相互作用入手,较为系统地综合评述污染土壤的微生物修复原理与技术。
1 重金属污染土壤的微生物修复原理土壤微生物种类繁多、数量庞大,是土壤的活性有机胶体,比表面大、带电荷和代谢活动旺盛,在重金属污染物的土壤生物地球化学循环过程中起到了积极作用。
微生物修复土壤污染的研究及应用前景
微生物修复土壤污染的研究及应用前景近年来,随着经济的快速发展和城市化进程加速,土地污染问题逐渐凸显。
而微生物修复技术作为一种环保新技术,正在受到越来越多的关注和研究。
本文将从微生物修复技术的概念、应用前景、研究进展三个方面进行探讨。
一、微生物修复技术的概念微生物修复技术,简称“微生物治理”,是指利用微生物在土壤中进行代谢过程,将土壤中的有害物质分解成对生态环境无害的物质,达到减轻或消除土壤污染的目的。
与传统的土壤修复技术相比,微生物修复技术具有许多独特的优势。
首先,它对环境的损害非常小,不会对土壤原有的质量和结构造成影响;其次,微生物在土壤中生长繁殖速度快,数量可以快速增加,能够形成一种自我修复的生态系统;此外,微生物修复技术的修复效果稳定,并具有较长的持续修复时间。
目前,微生物治理已经成功应用于矿区金属污染、石油污染、农药残留等各类土壤污染的修复中。
二、微生物修复技术的应用前景随着工业化进程的加速和人类经济活动的不断扩大,土壤污染已经成为一个全球性的环境问题。
而微生物修复技术作为一种环保新技术,其应用前景非常广阔。
首先,在城市化的进程中,微生物修复技术有望成为解决城市污染问题的重要手段。
越来越多的城市出现了垃圾填埋场、污水处理厂等生活垃圾、工业废水等废弃物,这些都会对当地环境造成严重污染。
而微生物修复技术可以通过将这些废弃物中的有害物质分解成无害物质,将城市的废弃物转化为环保资源。
其次,在农业生产中,微生物修复技术有望成为解决农药、化肥残留问题的重要手段。
政府一直以来在鼓励农业生产过程中减少农药、化肥的使用,而微生物修复技术可以对这些有害的残留物进行分解,保障农产品的质量安全。
三、微生物修复技术的研究进展目前,微生物修复技术的研究越来越深入,涉及的范围也越来越广泛。
在微生物修复技术中,微生物的筛选和培养是至关重要的一环。
在微生物筛选和培养方面,研究人员近年来开发出了许多新的方法,比如注重微生物生态环境的筛选方法、基于分子生物学的筛选方法、利用纳米材料的培养方法等。
石油污染土壤微生物修复的研究进展
石油污染土壤微生物修复的研究进展摘要:石油污染土壤微生物修复技术具有速度快、消耗少、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显著优点,具有广阔的应用前景。文章较全面地介绍了环境中降解石油的微生物、石油污染土壤的微生物修复技术以及影响石油污染土壤微生物修复的因素,并对该领域研究前景进行了展望。关键词:石油污染;土壤;微生物修复Advance on Biological Remediation of Petroleum Contaminated Soils Abstract: Biological remediation of petroleum contaminated soils was characterized by being fast in process, low in consumption and cost, high in efficiency, moderate in reaction condition, and free of secondary pollution. The microorganisms used in petroleum degradation, the biological remediation technologies to petroleum contaminated soil and the factors influencing biological remediation efficiency were reviewed. The biological remediation research and the development in the future were prospected.Key words: petroleum contamination; soil; biological remediation石油是不可再生资源,也是人类宝贵的能源和重要的化工原料,目前国际油品市场原油价格的持续上涨,将直接影响着我国经济的可持续发展[1]。但同时,我国每年还有大量的原油及其加工品流入环境,这不但浪费了宝贵的资源,而且对生态环境造成了污染[2]。石油物质进入土壤后,会引起土壤理化特性发生变化,能够改变土壤有机质的组成和结构,对作物生长发育也有不利的影响[3]。同时石油通过生长于该土壤中的植物及其产品,以食物链方式直接影响到人类的身体健康[4,5]。在最初的石油污染治理工艺中,物理和化学方式处理是最主要的技术,且已研究得比较成熟。自20世纪70年代以来,随着生物修复技术的发展,微生物处理技术在石油污染治理方面逐渐成为核心技术[6]。为了全面了解石油污染土壤微生物修复研究现状,从而指导现阶段的研究工作。笔者针对近几年国内外的应用微生物修复技术治理石油污染土壤的最新研究成果与应用状况进行了初步归纳,并对未来的发展进行了展望。1环境中降解石油的微生物动物、植物、微生物都具有降解污染物的能力,但微生物在污染物降解中的作用最大;这是由于微生物具有种类多、分布广、个体小、繁殖快、比表面积大、容易变异的特点所决定的。微生物的降解酶体系具有氧化还原、脱羧、脱氨、水解、脱水等各种化学作用能力,所以对能量的利用比高等生物体更加有效;微生物高速度的繁殖特性和遗传变异性使它的酶体系能够以最快的速度适应外界环境的变化,从而显示出其在环境治理上的高效性和多样性。到目前为止,降解石油中各种烃类的微生物共发现了约100余属、200多种,它们分别属于细菌、放线菌、霉菌、酵母以及藻类,其中细菌和真菌类是土壤中石油生物降解的主要参与者。土壤中常见的石油降解细菌群数多少由高到低分别为假单孢菌属(Pseudomonas)、节核细菌属(Arthrobacter)、产碱杆菌属(Alcaligenes)、棒状杆菌属(Corynebacterium)、黄杆菌属(Flavobacterium)、无色杆菌属(Achromobacter)、微球菌属(Micrococcus)、诺卡氏菌属(Nocardia)和分支杆菌属(Mycobacterium);常见的石油降解真菌种群数多少由高到低分别为木霉属(Trichoderma)、青霉属(Penicillium)、曲霉属(Aspergillus)、被孢霉属(Mortierella)[7]。2石油污染土壤的微生物修复技术自20世纪70年代以来,随着生物修复技术的发展,微生物处理技术在石油污染治理方面逐渐成为核心技术。目前国外采用的微生物修复技术主要有二种类型,即原位修复技术(In-situ bioremediation)、异位修复技术(On-situ bioremediation)2.1原位微生物修复技术原位微生物修复技术是指污染土壤不经搅动、而直接向污染区投放营养物质或供氧、促进土壤中靠石油作为碳源的微生物生长繁殖、或接种经驯化培养的高效微生物如特异工程菌等措施提高其降解力、利用其代谢作用达到消耗石油烃的目的而进行的处理过程[8],原位微生物修复技术主要包括投菌法、生物培养法及生物通风处理法等。2.1.1投菌法(Bioangmentation)采用直接向被石油污染的土壤中接入外源的污染降解菌,同时提供这些微生物生长所需要的营养物质,包括氮、磷、硫、钾、钙、镁、铁、锰等,其中氮和磷是土壤微生物修复治理系统中最主要的营养元素,微生物生长所需要的碳、氮、磷质量比大约为120∶10∶1[9,10]。2.1.2生物培养法(Bioculture)一种直接利用土壤中的土著微生物实现生物修复的处理技术,通过定期向污染土壤中投放营养物质和氧或H2O2作为电子受体,以满足环境中已经存在的降解菌生长繁殖需要,进而提高土著微生物的活性,将污染物降解成二氧化碳和水[11]。2.1.3生物通风处理法(Bioventing)在受污染地区,氧气浓度降低,二氧化碳浓度升高,抑制了污染物的进一步生物降解。为了提高土壤中污染物的降解效果,需要排出土壤中的二氧化碳,并补充氧气,生物通风系统就是为了改变土壤中的气体成分而设计的。生物通风法常用于由地下油罐泄漏造成的轻度污染土壤的生物修复,这一方法已在美国用于空军基地处理航空机油污染的土壤治理中[12]。2.2异位微生物修复技术异位微生物修复技术又称为地上处理技术,要求把石油污染的土壤挖出,集中起来进行生物降解。一方面,可以在土壤受污染之初限制污染物的扩散和迁移,减少污染范围;另一方面,可以通过设计与安装各种过程控制器或生物反应器,来产生有利于生物降解的条件。主要方法有土耕法、生物堆制法、土壤堆肥法、生物泥浆法和预制床法[13]。2.2.1土耕法(Land farming)将被污染的土壤挖出来放置于处理垫上,以防止污染物转移,并进行定期耕作,以保持良好的通风条件。土耕法需要监测土壤水分和补充无机营养物(氮、磷、钾),耕作机械定期使废物与营养物、细菌和空气充分接触,使上部处理带保持好氧状态。土耕法是一项有效的节省成本的方法,处理费用较低,处理时间从60~180 d不等,夏季的处理效率很高,而秋、冬两季因为土壤温度下降处理效率降低[14]。2.2.2生物堆制法(Biopile)它是土耕法的一种改进形式。生物堆制通常包括一个打了孔的暗渠,以用来收集沥出物和回收生物堆中的空气。一个真空泵和暗渠连接在一起,给生物堆充气,以促进微生物的生长。李培军等利用生物堆制法对不同类型石油污染土壤进行了修复处理,经过近60 d的运行,石油总烃去除率达到了38.37%~56.74%,该技术处理时间在120 d不等,处理费用相对也较低[15]。2.2.3土壤堆肥法(Composting)是一种和土耕法相似的生物修复方法,但是它加入了土壤调理剂,以提供微生物进行生长和进行石油生物降解的能量。这个方法对去除含高浓度不稳定固体的有机复合物是最有效的。加入的物质或调理剂通常是粪肥、营养物质、微生物和稻草等,目的是为了提高土壤的渗透性、增加氧的传输、改善土壤质量以及为快速建立一个大的微生物种群提供能源。与土耕法或生物堆制法相比,土壤堆肥法可以降低承载石油污染土壤的修复时间,处理时间一般是30~120 d,处理费用比土耕法略高一点[16]。2.2.4生物泥浆法(Bioslurry treatment)其主要特点是以水为处理介质,将受污染的土壤挖出后分散于水中,送入接种微生物的反应器内处理,其工艺类似于污水的处理方法,达到处理目标后,将土壤排出,经脱水再运回原地,处理的出水可循环使用,也可视水质情况直接排放或送污水处理厂[17]。2.2.5预制床法(Prepared bed)在不泄漏的平台上,铺上石子和沙子,将受污染的土壤以15~30 cm的厚度平铺其上,加入营养物和水,必要时也可以加一些表面活性剂,定期翻动土壤以补充氧气,满足土壤中微生物生长的需要;处理过程中流出的渗滤液,回灌于该层土壤上,以便彻底清除污染物。但该方法存在着污染土壤集中运输、操作复杂且成本较高等问题,不适于污染土壤面积较大的工矿环境下的去污处理[18]。虽然石油污染土壤的微生物处理方法各有不同,但它们仅仅是工艺技术上的差异,其原理都是通过微生物降解而达到修复的目的。3影响石油污染土壤微生物修复的因素影响石油污染土壤微生物修复的因素有很多,主要有石油本身的理化性质、微生物的种类和菌群、表面活性剂及环境等因素。3.1石油的理化性质石油烃生物降解的程度取决于它的化学组成、官能团的性质及数量、分子量大小等因素。通常来说,饱和烃最容易被降解,其次是低分子量的芳香族烃类化合物,高分子量的芳香族烃类化合物、树脂和沥青等则极难被降解。不同烃类化合物的降解率高低顺序是正烷烃、分枝烷烃、低分子量芳香烃、多环芳烃。官能团也影响有机物的生物可利用性,分子量大小对生物降解的影响也很大,高分子化合物的生物可降解性是较低的[19]。石油烃的浓度对生物降解活性也有一定的影响。当浓度相对低时,所有的组分都能被降解;但浓度提高后,降解率便相应降低[20]。3.2微生物种类和菌群对降解的影响微生物在生物修复过程中既是石油降解的执行者,又是其中的核心动力,因此土壤中微生物的种类及构成是影响石油降解的重要因素。有研究表明,混合培养菌的石油降解效果明显高于单株培养菌。Hamme等[21]研究了Pseudomonas sp. strain JA5-B45和Rhodococcus sp. strain F9-D79混合培养以及添加表面活性剂时对石油降解效果的影响,结果表明混合培养能够显著提高对石油的降解效果;魏呐等[22]通过筛选驯化的耐盐复合高效微生物菌群,对大港油田石油开采产生的废水进行了有机物降解处理;何诩等[23]通过施加微生物菌剂对污水灌区石油烃污染土壤进行了处理,修复后的土壤中石油烃污染物的降解率达到了54.23%。3.3表面活性剂对石油生物降解的影响在石油烃的生物降解过程中,烃类的可溶性直接影响着其生物降解的速率。当浓度非常低时,烃类是可溶的,但是大多数溢出的石油远远超过其可溶限度。解决这个问题的方法之一就是加入化学合成表面活性剂,通过降低界面张力,可提高石油烃在水相中的溶解度[24]。生物表面活性剂以其可生物降解、无毒害、结构多样性和对环境具有温和性等优点而成为研究的热点,不同微生物往往产生不同结构的表面活性剂,主要有糖脂、多糖-蛋白络合物、磷脂、脂肪酸和中性脂肪酸等。许多研究表明,生物表面活性剂在石油烃降解过程中也有很好的促进作用[25]。3.4环境因素对石油生物降解的影响微生物对石油不同组分的降解能力是不同的,同时微生物对石油烃的降解受到环境因素的影响,这种影响对石油烃的降解往往具有决定性的作用[26]。石油烃在一种环境中能长期存在,而在另一种环境中,相同的烃化合物在几天甚至几小时内就可被完全降解。3.4.1土壤pH与大多数微生物相同,能降解石油类物质的土壤微生物繁殖的适宜pH为6~8,最优为7.0~7.5左右。由于土壤微生物在降解过程中产生的酸性物质往往在土壤中有积累效应,会导致pH进一步降低,所以在偏酸性污染土壤的生物治理过程中,为了提高微生物代谢活性和降解石油类物质的速率,可以在土壤中添加一些农用酸碱缓冲剂,以调整土层的pH。最适pH既与降解菌有关,也与降解条件密切相关[12]。3.4.2温度温度通过影响石油的物理性质和化学组成,进而影响其微生物的烃类代谢速率。在低温环境下,石油黏度增加,短链有毒烷烃的挥发作用减弱,而水溶性增加,对微生物的毒性也随之增大,这将间接的影响烃类物质的生物降解。温度低时,酶活力降低,进而导致降解速率也降低;较高的温度可使烃代谢速率升至最大,一般为30~40 ℃,高于40 ℃时,烃的毒性增大,使抑制烃类的微生物降解。3.4.3供氧环境中的氧气对微生物而言是一个极其重要的限制因子。微生物对石油的生化降解过程随烃类的不同而异,但其好氧微生物降解的起始反应却是相似的,在降解的过程中需要大量的电子受体,主要是溶解氧和NO3-,由于石油在水表面形成油膜,氧的传递非常缓慢,在许多石油污染区,供氧不足成为石油降解的制约因素,据计算,每分解1 g石油需O2 3~4 g[27]。3.4.4营养成分微生物的生长离不开碳、氮、磷、硫、镁等无机元素,而环境中的营养物质是有限的,石油中的烃类是微生物可以利用的大量碳底物,但它只能提供比较容易得到的有机碳,而不能提供氮、磷等无机养料,因此是限制微生物活性的重要因素。为了使污染物达到完全的降解,要适当地添加营养物。氮源和磷源是常见的烃类生物降解限制因素,适量地添加可以促进烃类生物降解。3.4.5盐浓度一般细菌只能在低盐浓度环境中繁殖,低浓度的盐类(NaCl、KCl、MgSO4等)对微生物的生长是有益的。当浓度过高时,会抑制或杀死微生物,同时溶液中NaCl浓度对细胞膜上的Na+、K+泵有很大的影响,而Na+、K+泵维持的细胞内外离子梯度具有重要的生理学意义,它不仅维持细胞的膜电位,也调节细胞的体积和驱动某些细胞中的糖与氨基酸的运输,从而影响细胞的生长[24]。4石油污染土壤微生物修复技术展望中国是经济飞速增长的国家之一,随着国家产业开发的实施,石油工业的发展将会提速,而这会使石油污染日趋严重。微生物降解石油作为一种高效率、低成本、无污染的生物治理技术,非常适合中国的国情,也是增加可利用耕地面积的有效途径。展望未来,在石油污染土壤的治理过程中,注意微生物修复方法与传统方法的有机结合,同时着重做好高效微生物菌株的筛选、构建以及环境条件的优化,把物理、化学处理技术与生物修复技术相结合,将是石油污染土壤微生物修复技术的发展方向,石油污染土壤微生物修复技术的深一步研究与应用,必将对中国石油工业的发展与环境保护的实施产生深远的影响。参考文献:[1] 李宝明. 石油降解细菌的分离与筛选研究[D]. 沈阳:沈阳农业大学,2004.[2] 李慧. 石油烃污染对稻田土壤微生物生态系统的影响.[D]. 沈阳:中国科学院沈阳应用生态研究所,2005.[3] 吴维中, 刘钧枯, 谢重阁, 等. 沈抚污水灌区矿物油污染综合治理研究[A]. 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污染土壤的微生物修复机理及研究进展_曹启民
第12卷第1期华南热带农业大学学报2006年3月Vol.12No.1JOURNALOFSOUTHCHINAUNIVERSITYOFTROPICALAGRICULTUREMar.2006目前由于有机物和重金属引起的土壤污染问题相当严重。
在我国现有的约1×108hm2耕地中,约近1/5受到不同程度的污染,每年造成粮食减产达2.5×109kg,农业总损失每年达1×1011元以上[1]。
同时,土壤污染引起作物中污染物含量超标,并通过食物链富集到人体和动物中,危害人畜健康,引发人类癌症和其它疾病等。
另外,土壤受到污染后,含污染物质浓度较高的污染表土容易在风力和水力作用下分别进入到大气和水体中,导致大气污染、地表水和地下水污染以及生态系统退化等其它次生生态环境问题[2]。
1微生物修复的概念随着人们生活水平的提高,生态和环境保护日趋受到重视,国家每年都投入大量人力物力进行污染土壤的修复[3]。
对土壤污染物的去除以修复被污染的土地,成为土壤环境研究领域里一个非常重要的课题。
与物理修复、化学修复相比在污染土壤修复中,生物修复所具有的安全性、非破坏性和经济性的优点,使其成为最具有前途的修复技术。
生物修复(Bioremediation)是指利用生物的生命代谢活动减少土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[4]。
广义的生物修复包括植物修复、动物修复和微生物修复。
本文所说的生物修复实际上是一个狭义的概念,它主要是指利用微生物的作用对进入土壤环境中的难降解物质如大分子有机污染物、重金属等进行治理。
通常把这种狭义的微生物修复技术称为土壤的生物修复。
生物修复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[5]。
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[6]。
污染土壤微生物修复技术的研究进展
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植物根际微生物对土壤环境修复与改良的作用研究
植物根际微生物对土壤环境修复与改良的作用研究土壤是人类生存发展的重要基础资源之一,而植物根际微生物是土壤生态系统中的重要调节因子,对土壤环境的修复与改良具有不可忽视的作用。
本文就探讨植物根际微生物对土壤环境的修复与改良的作用及其研究进展。
一、植物根际微生物的概念及其分类植物根际微生物是指生活在植物根际的微生物群落,主要包括细菌、真菌、放线菌、放线塘等。
这些微生物可以为植物提供养分、抗生素和生长物质,同时也能够分解有机物质,并对土壤 pH 值、有机质、水分等因素产生影响。
这些微生物根据其生化反应类别可以分为硝化菌、固氮菌、磷解菌、铵化菌、硫化菌等,这些微生物在土壤环境中起到了不同程度的调节作用,有些微生物可以促进植物生长、提高产量,有些微生物则可以降解有害物质、修复污染土壤。
二、植物根际微生物对土壤环境的修复和改良作用1、提高土壤肥力植物根际微生物通过代谢和分解有机质可以促进土壤肥力的提高,这些微生物可以把有机物质分解成矿物质,从而为植物提供营养元素。
此外,植物根际微生物还能分解生物质、部分中性糖、纤维素和酵母等有机质,提高了土壤肥力,为植物的生长提供了条件。
2、转化营养物质植物根际微生物可以利用一些废弃物和有机残渣,将其转化为植物可吸收的养分。
这些微生物对错极有机物和难以消化的有机物(如木材、带酸残留物、垃圾等),具有分解、矿化的能力,转化为植物可利用的腐植酸、氨基酸、矿物元素等营养物质。
3、保持土壤水分植物根际微生物能够通过保持土壤微生物群落的平衡,增加土壤的保水性。
这是因为酸固化细菌可以分泌聚酰胺和黏聚素,这能够帮助土壤固结,在土壤中形成粘稠物质,提高土壤的抗风蚀特性和保水能力。
4、降低土壤 pH 值一些植物根际微生物可以产生酸性代谢产物,从而降低土壤 pH 值。
如一些硫酸还原菌,它们通过将重金属离子反应为硫化物,使重金属不易溶于土壤相,存在于土壤中的重金属较少地被植物吸收。
三、植物根际微生物对土壤环境的修复与改良研究进展随着环境问题的加重,关于植物根际微生物对土壤环境修复与改良的研究也日渐受到广泛的关注。
生物修复石油污染土壤的研究进展
生物修复石油污染土壤的研究进展石油是目前世界上最重要的化石燃料之一,它的广泛使用给人们的生活带来了极大的便利,但同时也带来了严重的环境问题。
石油的开采、运输和使用过程中,不可避免地会对土壤和水体造成污染,而石油污染土壤的修复一直以来都是环境领域的一大难题。
石油在土壤中的存在会导致植被死亡、土壤结构破坏、微生物活性下降,严重影响土壤的生态功能。
对石油污染土壤进行修复,是维护生态平衡和人类健康的重要举措。
随着生物技术的不断发展,生物修复技术已成为石油污染土壤修复的主要手段之一。
本文将对生物修复石油污染土壤的研究进展进行综述,以期为相关领域的科研人员和工程技术人员提供参考。
一、生物修复技术的原理及分类生物修复是指利用微生物、植物或其代谢产物对受污染土壤进行修复的技术手段。
其原理是通过生物体吸收、降解或转化污染物,最终将其转化为无害的产物,从而实现土壤的净化和修复。
根据修复过程中生物体的不同作用方式,生物修复技术可以分为生物富集技术、生物降解技术和植物修复技术。
生物富集技术是通过引入特定的微生物或酶类来促进土壤中的污染物浓缩,从而实现有机物的富集和分离。
这种技术通常用于重金属等难降解有机物的修复,将目标污染物从土壤中转移至生物体内,再采用其他方法进行处理。
生物降解技术是利用微生物对有机污染物进行降解或转化,将有机物降解为不具有毒性或具有较弱毒性的物质,从而减轻土壤的污染程度。
这种技术对石油类化合物污染的土壤修复效果显著,成为当前生物修复技术中应用最为广泛的手段之一。
二、主要石油污染土壤的修复生物1. 石油降解细菌石油降解细菌是目前研究最为深入的一类微生物。
这些微生物具有较强的石油降解能力,能够分解石油中的烃类物质,将其转化为二氧化碳和水。
常见的石油降解细菌包括假单胞菌属、绿脓球菌属、放线菌属等。
这些微生物通过分泌代谢产物、生长并降解污染物,可以有效减轻土壤的石油污染程度。
2. 植物植物修复技术是一种绿色、环保的修复手段,被广泛应用于石油污染土壤的修复。
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污染土壤的微生物修复研究进展
土壤污染严重影响了土壤的生产力,是急需解决的环境问题。
本文全面地介绍了土壤修复的微生物筛选与降解研究,以及污染土壤的微生物修复技术及其应用,提出了今后微生物修复研究的工作重点,强调了污染物降解基因的发掘和微生物复合修复技术开发的重要性。
标签:土壤污染微生物筛选微生物修复
1简介
我国土壤污染总体形势不容乐观,局部地区污染严重,目前至少有1300-1600万hm2耕地受到农药污染,约占全国耕地的10%以上,每年因重金属污染的粮食就达到1200万t,造成的直接经济损失超过200亿元人民币[1]。
与大气、水体相比,污染物更难在土壤中迁移、扩散和稀释,所以土壤污染的治理尤为重要,土壤的环境修复技术也应运而生。
80年代以前,土壤的环境修复主要侧重于研究物理、化学修复理论与技术,80年代后微生物修复受到高度重视。
微生物修复主要利用土壤中的土著微生物或向污染环境补充经驯化的高效微生物,在优化的环境条件下,加速分解污染物,修复被污染的土壤。
微生物不仅种类繁多,数量极大,分布广泛,而且具有繁殖迅速,个体微小,比表面积大,对环境适应能力强等特点,因而在土壤的环境修复上具有巨大的发展潜力。
2土壤修复的微生物筛选与降解研究
我国土壤污染类型中,重金属污染和有机物污染所占比重较大。
自然界中存在能够对重金属或有机物进行降解的菌种和微生物,这些微生物大多存在于被相应污染物污染的土壤表层。
因此,人们一般以污染土壤为对象,从中筛选相应的降解菌。
为了获得高效镉吸附微生物,刘标等[2]从重金属污染土壤中分离筛选出4株耐镉能力较强的细菌菌株2-1、2-2、4-1、7-1,其中菌株4-1的镉吸附效果最好,并研究分析了其他常见重金属离子对菌株4-1生长的影响,结果显示培养液中加入Zn2+、Cu2+对菌株生长无明显影响,但加入100mg/L Pb2+会抑制其生长。
李明顺等[3]研究了微生物对锑的代谢机制,一方面微生物能够利用体内的蛋白如ArsB转运蛋白将锑外排,另一方面微生物能够对锑进行氧化,将毒性较强的Sb(Ⅲ)转化为毒性相对较弱的Sb(Ⅴ)。
为了得到高效的石油降解菌,汪杰等[4]以柴油为培养基的唯一碳源,从山东胜利油田、新疆克拉玛依油田和陕西长庆油田3处的石油污染土壤中富集纯化得到3株高效的石油烃降解菌,用这3株菌进行污染土壤的修复试验,污染土壤中石油烃降解半衰期为30d左右,为自然情况下的1/4左右。
姜肸等[5]以南海
10个采样点采集到的样品为研究材料,以石油降解率为筛选依据,筛选了6株对石油烃有降解能力的细菌,降解特性分析表明,所筛选6株菌的烷烃降解率均在40%以上,多环芳烃降解率均在70%以上。
3污染土壤的微生物修复技术
土壤微生物修复技术是在适宜条件下利用土著微生物或外源微生物的代谢活动,对土壤中污染物进行转化、降解与去除的方法。
从修复场地来分,土壤微生物修复技术主要分为两类,即原位微生物修复和异位微生物修复。
3.1原位修复技术
原位微生物修复不需将污染土壤搬离现场,直接向污染土壤投放N,P等营养物质和供氧,促进土壤中土著微生物或特异功能微生物的代谢活性,降解污染物。
原位微生物修复技术主要有:生物通风法、生物强化法、土地耕作法等。
3.1.1生物通风法
生物通风法又称土壤曝气法,是基于改变生物降解环境条件(如通气状况等)而设计的,是一种强迫氧化的生物降解力法。
在通入空气时,可以加入一定量的氧气和营养液,改善土壤中降解菌的营养条件,提高土著微生物的降解活性,从而达到污染物降解的目的。
丁克强等[6]研究了通气对石油污染土壤生物修复的影响,结果表明通气可为石油烃污染土壤中的微生物提供充足的电子受体,可保持土壤pH的稳定,从而促进了微生物的生物活性,强化了对石油污染物的氧化降解作用。
由于生物通风法需要打井,在选用此法时需要对污染场地进行考察。
杨乐巍等[7]通过测定现场土壤的空气有效渗透率,气-液相对渗透曲线,土壤平均含水量等参数来评价污染的土壤是否适合用生物通气法来进行修复。
张峰等[8]针对目前生物通风技术在国内外的研究进展,提出在现场应用研究以及描述生物通风过程的数学模型方面需要进一步的研究。
3.1.2生物强化法
生物强化法是基于改变生物降解中微生物的活性和强度而设计的,可分为土著菌培养法和投菌法。
生物强化法通常用来修复被油类污染的土壤,Grazyna A. Plaza等[9]发现加入从被石油污染的土壤中筛选出的菌种可以增加多环芳烃污染物的去除率。
现有研究表明改善微生物作用环境,如温度、营养元素、pH值、盐度等也可以加快污染物质的去除。
刘海华等[9]针对柴油污染土壤的生物修复问题,对具有降解柴油能力的微生物菌种进行了采集及驯化,并分别就底物浓度、温度及初始pH值对驯化后微生物菌种的柴油降解能力进行了相关实验研究,得到了微生物生长的最佳条件是温度为30℃、底物浓度为0.0015-0.003 μg/ml及pH 值等于7。
近年来,表面活性剂也越来越多地应用于被石油污染的土壤修复[10]。
3.1.3土地耕作法
土地耕作法也称农耕法,是以就地污染土壤作为接种物的好氧生物过程。
土地耕作法相比其他处理方法,如填埋、焚烧、洗脱等,有对土壤结构体破坏较小、实用有效等特点,应用范围较广。
一般情况下,土地耕作修复法只能适用于30cm 的耕层土壤,而对于30cm以下的土壤则用特殊的设备。
3.2异位修复技术
异位微生物修复是把污染土壤挖出,进行集中生物降解的方法,主要包括预制床法、堆制法及泥浆生物反应器法。
由于异位微生物修复的工程量十分巨大,其严重影响了修复技术的应用。
目前,国内预制床法和泥浆生物反应器法大多处于实验室研究阶段。
堆制法是利用传统的堆肥方法,将污染土壤与有机废弃物质(如木屑、秸稈、树叶等)、粪便等混合起来,使用机械或压气系统充氧,同时加入石灰以调节pH值,经过一段时间依靠堆肥过程中微生物作用来降解土壤中有机污染物。
国内外学者均在积极研究堆制修复的原理、工艺、条件、影响因素、降解效果等,并己将此工艺应用到污染土壤的修复。
黄丹莲等[11]采用接种白腐菌堆制法对模拟Pb污染土壤进行了生物修复,发现接种白腐菌堆制法能有效地修复Pb污染土壤,降低Pb的生物有效性,减小Pb对土壤微生物的抑制,改善土壤中微生物效应。
污染土壤经接种白腐菌堆制法修复后,土壤中Pb主要以残留态和铁锰氧化物结合态存在。
孙东平等[12]采用高效石油降解菌复合堆制法来处理2种油污土壤样品,结果表明这种堆制方式对油污土壤的修复作用十分明显,扣除其他因素的影响,生物修复的去除率分别为42.9%和44.3%。
4污染土壤的微生物修復展望
目前人们在微生物的筛选及降解条件优化、修复工艺研发等方面已经取得了一定的研究进展,但是还需进一步认识和解决在修复过程中出现的新现象和新问题,如污染物的土壤修复过程与生态/健康风险等。
今后我们需在以下几个方面展开深入研究:首先应建立与污染土壤修复相关标准,保证修复技术的公众认可与推广实施。
其次我们仍要继续筛选和驯化新的降解菌株,重点研究微生物降解机理,解析微生物降解污染物的基因结构、功能与调控机制,重组构建污染物降解关键酶和功能优化的基因工程菌等;进一步加强微生物修复的复合化或组合式修复技术研发。
最后我们要逐步将实验室范围的微生物修复应用到实际中。
参考文献
[1]史海娃,宋卫国,赵志辉.我国农业土壤污染现状及其成因[J].上海农业学报,2008,24(2):122-126.
[2]刘标,尹红梅,陈薇等.高效镉吸附菌株的筛选及生物学特性[J].江苏农科学,2014,42(3):316-318.
[3]李明顺,李洁,王革娇.微生物对锑的代谢机制研究进展[J].华中农业大学学报,2013,32(5):15-19.
[4]汪杰,郑维爽,礼晓等.高效石油降解菌的筛选鉴定及修复能力研究
[J].2010,30(6):1228-1234
[5]姜肸,高伟,李倩等.南海高效石油降解菌的筛选及降解特性研究[J].2012,32(7):1572-1578
[6]丁克强,孙铁珩.通气对石油污染土壤生物修复的影响[J].土壤,2001,33(4):185-188.
[7]杨乐巍,李鑫刚,黄国强.生物通风体系中的土壤研究及微生物分析[J].环境化学,2007,26(4):479-482.
[8]张峰,薛晓虎.石油污染土壤的生物通风修复[J].能源环境保护,2008,22(3):1-4.
[9]刘海华,吴奇.适用于柴油降解的微生物菌种降解能力研究[J].环境生物学,2008,33(5):53-56.
[10]邱罡,谢凝子,吴双桃.表面活性剂在污染土壤修复中的应用[J].河北化工,2008,31(5):66-68.
[11]黄丹莲,曾光明,蒋晓云.接种白腐菌堆制法修复Pb污染土壤的研究[J].高技术通讯,2007,17(3):307-313.
[12]孙东平,胡凌燕,周伶俐.高效石油降解微生物堆制法处理油污土壤[J].环境污染及其防治,2007,30(6):86-88.。