生物修复技术的前景与展望

• 陈碧娥等从湄洲湾海域分离得到的H1 菌株(假单胞菌 陈碧娥等从湄洲湾海域分离得到的 菌株 假单胞菌 Pseu-domonas sp.) 在缺乏营养盐的情况下 其耐油 在缺乏营养盐的情况下, 性及对原油的降解率均比有营养盐时高, 性及对原油的降解率均比有营养盐时高 对芳烃比对 烷烃的降解作用强, 烷烃的降解作用强 尤其是对多环芳烃菲的降解特别 有效。 有效。丁明宇等从青岛近岸海水中也分离筛选出多株 具有降解石油能力的细菌和真菌, 其中部分测试菌在 具有降解石油能力的细菌和真菌 没有添加营养盐的新鲜海水中仍表现出较好的降解能 力。这些贫营养型微生物由于不受海洋环境中低浓度 营养盐的限制, 营养盐的限制 在海洋石油污染环境的生物修复中有 巨大的应用前景。 巨大的应用前景。
1.2
植物修复技术
• 植物修复就是利用植物根系 或茎叶) 吸收、富集、降 植物修复就是利用植物根系(或茎叶 吸收、富集、 就是利用植物根系 或茎叶 解或固定受污染土壤、 解或固定受污染土壤、水体和大气中重金属离子或其 它污染物, 以实现消除或降低污染现场的污染强度, 它污染物 以实现消除或降低污染现场的污染强度 达 到修复环境的目的。 到修复环境的目的。植物修复主要是通过以下几种方 式来实现的:(1)植物提取 植物提取;(2)植物挥发 植物挥发;(3)根系过滤 根系过滤;(4) 式来实现的 植物提取 植物挥发 根系过滤 植物钝化。主要包括：富营养化水体. 重金属污染和 植物钝化。主要包括：富营养化水体 重金属污染和 有机污染的植物修复 。
1.1 微生物修复
• 微生物修复主要是利用天然存在的或特别培养的微生 微生物修复主要是利用天然存在的或特别培养的微生 物在可调控环境条件下将有毒污染物转化为无毒物质 的处理技术。 的处理技术。利用微生物修复技术既可治理受石油和 其它有机物污染的环境, 又可治理受重金属和氮、 其它有机物污染的环境 又可治理受重金属和氮、磷 等营养盐污染的环境; 等营养盐污染的环境 既可使用土著微生物进行自然 生物修复, 又可通过补充营养盐、电子受体及添加人 生物修复 又可通过补充营பைடு நூலகம்盐、 工培养菌或基因工程菌进行人工生物修复; 工培养菌或基因工程菌进行人工生物修复 既可进行 原位修复, 也可进行异位修复。 原位修复 也可进行异位修复。主要包括有机污染和 无机污染的微生物修复。 无机污染的微生物修复。
• 滨海沼泽湿地位于海陆交互作用的重要地带, 由于受 滨海沼泽湿地位于海陆交互作用的重要地带 到来自陆地和河流淡水径流作用, 到来自陆地和河流淡水径流作用 同时还受到海流和 潮流的影响, 具有水动力作用强烈、 潮流的影响 具有水动力作用强烈、泥沙输移和冲淤 变化频繁、 、 变化频繁、Eh、pH 和盐度等物理化学条件复杂多变 等特点, 等特点 使这一地区的微生物种群与植物类型比较单 一。这对生物修复技术在滨海湿地的应用带来一定困 难。
生物修复技术的前景与 展望
• 生物修复技术作为一门新兴的环境生物技术 与传统 作为一门新兴的环境生物技术,
的物理、化学修复技术相比 具有处理费用低、 的物理、化学修复技术相比, 具有处理费用低、净化 效果好、不造成二次污染等优点, 因而受到世界各国 效果好、不造成二次污染等优点 的关注, 并在治理污染土壤、 的关注 并在治理污染土壤、地表水及地下水等方面 发挥越来越重要的作用。 发挥越来越重要的作用。在回顾近年来生物修复技术 发展趋势的基础上, 针对滨海湿地的特殊环境, 发展趋势的基础上 针对滨海湿地的特殊环境 探索在 该区域利用生物修复技术治理受污染滨海湿地的可行 性。
2.1 滨海湿地现状 • 我国有 8×104 km 的海岸线 海岸滩涂和河口沼泽 我国有1. × 的海岸线, 面积广阔, 潮间带和潮下带贝类众多, 面积广阔 潮间带和潮下带贝类众多 同时也是洄游性 鱼类、虾类与蟹类的重要产卵场、育幼场和索饵场。 鱼类、虾类与蟹类的重要产卵场、育幼场和索饵场。 世纪50 年代以来, 自20 世纪 年代以来 沿海地区社会经济得到长足的 发展, 特别是近20 沿海城市工矿企业迅速发展, 发展 特别是近 a 来, 沿海城市工矿企业迅速发展 人口分布密集, 人口分布密集 每年有大量的工业废水和生活污水未 经达标处理直接排放入海, 经达标处理直接排放入海 工业固体废气物和生活垃 圾大量堆积在岸滩或任意弃置入海, 圾大量堆积在岸滩或任意弃置入海 内陆地区污染物 经河流携带入海, 加上船舶、 经河流携带入海 加上船舶、平台排放的污染物直接 入海, 造成近海海域和滨海湿地的油污染、 入海 造成近海海域和滨海湿地的油污染、氮、磷等 营养盐和有机物污染以及重金属污染。 营养盐和有机物污染以及重金属污染。由于受多年来 城市工业废水和生活污水沿岸直排以及城市汽车尾气 和工业粉尘干湿沉降的影响, 和工业粉尘干湿沉降的影响 上海滨岸潮滩表层沉积 物中Cu, Zn, Cr, Pb 等重金属的污染程度已相当严重。 等重金属的污染程度已相当严重。 物中 滨海湿地生态环境问题日益突出。 滨海湿地生态环境问题日益突出。
随着工农业生产的发展及人口的增多, 人类生存环境 随着工农业生产的发展及人口的增多 Insert title text here 面临的压力也越来越大, 大量的工矿业废水、 面临的压力也越来越大 大量的工矿业废水、生活污水 及农业污水排入江河湖海, 造成土壤、 及农业污水排入江河湖海 造成土壤、地表水及地下水 受重金属、有机毒物、油类及氮、 受重金属、有机毒物、油类及氮、磷营养盐等的严重污 特别是位于海陆交互作用的滨海湿地与河口沼泽区, 染。特别是位于海陆交互作用的滨海湿地与河口沼泽区 虽然对污水有一定的自净能力, 虽然对污水有一定的自净能力 但是大量污水的长期排 放还是在不同程度上对该地区生态环境带来负面影响。 放还是在不同程度上对该地区生态环境带来负面影响。 如大量的氮、磷营养盐入海后, 造成近海海域富营养化 如大量的氮、磷营养盐入海后 严重, 赤潮频繁发生, 给养殖业和渔业带来巨大的损失。 严重 赤潮频繁发生 给养殖业和渔业带来巨大的损失。 2001 年我国近海海域发生的赤潮较往年增多 影响范围 年我国近海海域发生的赤潮较往年增多, 扩大, 造成的经济损失达10 亿元。 扩大 造成的经济损失达 亿元。一些人工合成的有毒 有机污染物和重金属, 有机污染物和重金属 因为难以降解而长期残留在环境 并可能通过食物链最终影响到人类自身。 中, 并可能通过食物链最终影响到人类自身。1953 年发 生在日本九州的水俣病事件, 生在日本九州的水俣病事件 就是因为含汞工业废水入 海后转化为甲基汞并通过食物链传递蓄积, 海后转化为甲基汞并通过食物链传递蓄积 当地渔民在 食用含甲基汞的鱼后, 出现口齿不清、面部痴呆等症状, 食用含甲基汞的鱼后 出现口齿不清、面部痴呆等症状 最终导致精神失常甚至死亡。面对不断恶化的环境状况, 最终导致精神失常甚至死亡。面对不断恶化的环境状况 人们一方面努力控制污染源, 使之达标排放, 人们一方面努力控制污染源 使之达标排放 另一方面积 极探索有效的清除环境中污染物的方法。 极探索有效的清除环境中污染物的方法。
• 我国研究人员在海洋污染环境的生物修复研究中作了 大量工作。郑天凌等研究表明, 河口、 大量工作。郑天凌等研究表明 河口、海洋环境中存 在着对甲胺磷降解能力较强的微生物, 在着对甲胺磷降解能力较强的微生物 它们可以甲胺 磷作为唯一的碳源和能源促进其生长、繁殖, 磷作为唯一的碳源和能源促进其生长、繁殖 又净化 被污染的环境。庄铁城等通过连续3a 被污染的环境。庄铁城等通过连续 的试验结果表明 : 红树林土壤微生物对农药甲胺磷有较强的降解能力, 红树林土壤微生物对农药甲胺磷有较强的降解能力 其降解率是同潮带无红树林土壤微生物的2～ 其降解率是同潮带无红树林土壤微生物的 ～ 3 倍, 并 从中筛选得1 株高效降解菌, 其降解率可达70% 以上 从中筛选得 株高效降解菌 其降解率可达 (12 d 后)。红树林土壤中还存在着对柴油烃类的有效 。 降解菌, 柴油在红树林土壤中7 后大部分被降解(微 降解菌 柴油在红树林土壤中 d 后大部分被降解 微 生物降解50%), 14d 后80% 被降解(65%) ,一个月后 生物降解 被降解 一个月后 90% 被降解 微生物 被降解(微生物 微生物70% 以上 。 以上)。
• 清除环境污染物的传统方法有物理修复法和化学修复 清除环境污染物的传统方法有物理修复法和 物理修复法 但是这些方法存在着处理费用高, 操作复杂,而且有 法, 但是这些方法存在着处理费用高 操作复杂 而且有 二次污染的可能性等缺点。 二次污染的可能性等缺点。生物修复技术是近年来新 兴的一门环境生物技术, 具有工程简单, 兴的一门环境生物技术 具有工程简单 处理费用相对 较低、清洁水平较高等优点。 较低、清洁水平较高等优点。欧洲和北美的许多发达 国家早在20 世纪80 年代中期就开展了生物修复技术 国家早在 世纪 的初步研究工作, 并完成了一些实用的处理工程。 的初步研究工作 并完成了一些实用的处理工程。目 前生物修复技术在清除或减少土壤、地表水、地下水、 前生物修复技术在清除或减少土壤、地表水、地下水、 废水、污泥、 废水、污泥、工业废弃物及气体中的化学物质方面的 应用已获得成功。 应用已获得成功。将生物修复技术应用于受污染滨海 湿地的治理, 对于保护滨海湿地生态环境、发展沿海 湿地的治理 对于保护滨海湿地生态环境、 经济具有重要意义。 经济具有重要意义。
2. 生物修复技术在滨海湿地中的应用
• 湿地有“景观之肾”的美誉, 尤其滨海湿地在净化污 湿地有“景观之肾”的美誉 保护海岸线和控制侵蚀、 水、保护海岸线和控制侵蚀、保护生物多样性中发挥 重要作用。陆健健将滨海湿地定义为: 海平面以下6 重要作用。陆健健将滨海湿地定义为 海平面以下 m 至大潮高潮位之上与外流江河流域相连的微咸水和淡 浅水湖泊、沼泽以及相应的河段间的区域, 分潮上带 浅水湖泊、沼泽以及相应的河段间的区域 淡水湿地、潮间带滩涂湿地、潮下带近海湿地、 淡水湿地、潮间带滩涂湿地、潮下带近海湿地、河口 沙洲离岛湿地4 个子系统。 沙洲离岛湿地 个子系统。由于滨海湿地的特殊地理 位置和作用, 世界各国在开发利用海洋资源的同时, 位置和作用 世界各国在开发利用海洋资源的同时 对 受污染滨海湿地的保护研究工作也日益重视。 受污染滨海湿地的保护研究工作也日益重视。
2.2 滨海湿地的生物修复研究进展
• 生物修复的大规模应用首先是从治理海洋溢油开始的。 生物修复的大规模应用首先是从治理海洋溢油开始的。 对海洋溢油的生物修复研究工作先后经历了“ 对海洋溢油的生物修复研究工作先后经历了“探索 之前)、 繁荣期” 期”(1989之前 、“繁荣期”(1989—1991) 和“成熟 之前 之后) 个阶段。 期”(1992 之后 3 个阶段。海洋环境中广泛分布着降 解石油烃类的微生物, 解石油烃类的微生物 但是石油的理化性质和海水中 氮、磷营养盐缺乏等因素限制了土著微生物的活性, 磷营养盐缺乏等因素限制了土著微生物的活性 只有通过人为添加肥料、 只有通过人为添加肥料、表面活性剂及接种高效石油 降解微生物等手段促进微生物对石油的降解。 降解微生物等手段促进微生物对石油的降解。
1. 生物修复研究进展
• 生物修复(bioremediation) 技术是利用微生物、植物 生物修复 技术是利用微生物、 及其他生物, 及其他生物 将环境中的危险性污染物降解为二氧化 碳和水或转化为其他无害物质的工程技术系统。 碳和水或转化为其他无害物质的工程技术系统。生物 修复的概念最初应来源于微生物对污染环境的治理, 修复的概念最初应来源于微生物对污染环境的治理 至今许多文献仍沿用bioremediation 一词 专指微生 一词, 至今许多文献仍沿用 物修复。随着近年来环境生物技术的发展, 植物修复 物修复。随着近年来环境生物技术的发展 (phytoremediatio) 技术在污染环境治理中的作用逐 渐受到重视, 有关这方面的研究也越来越多。 渐受到重视 有关这方面的研究也越来越多。生物修 复主要包括2方面的内容 方面的内容: 复主要包括 方面的内容 利用具有特殊生理生化功能 的植物或特异性微生物修复受污染的土壤或水体;合理 的植物或特异性微生物修复受污染的土壤或水体 合理 设计和应用生物处理或生物循环过程, 阻断或减少污 设计和应用生物处理或生物循环过程 染源向环境的直接排放