污染环境的生物修复ppt课件
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• 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。
• 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。
➢ 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。
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Leabharlann Baidu法
2. 生物修复的产生发展
优点 • （1）可以现场进行，节省了很多治理费用 • （2）环境影响小 • （3）最大限度的降低污染物浓度 • （4）可用于其他处理技术难以应用的场地 • （5）可以同时处理受污染的土壤和地下水 缺点
（1）耗时长 （2）运行条件苛刻 （3）并非所有进入环境的污染物都能被生物利用 （4）特定的生物只能吸收、利用、降解、转化特定类型的化学物质， 状态稍有变化的化合物就可能不会被同一种生物酶破坏
• （一）碳循环 • （二）氮循环 • （三）氢与氧的循环 • （四）硫循环
• 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。
– 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。
3.微生物修复与物质循环
– 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）。
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。
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
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作生长基
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。
• 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
5.生物修复的原则及可处理性实验
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。
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
• 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。
3. 生物修复的特点
（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
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。
• 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。
➢ 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。
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Leabharlann Baidu法
2. 生物修复的产生发展
优点 • （1）可以现场进行，节省了很多治理费用 • （2）环境影响小 • （3）最大限度的降低污染物浓度 • （4）可用于其他处理技术难以应用的场地 • （5）可以同时处理受污染的土壤和地下水 缺点
（1）耗时长 （2）运行条件苛刻 （3）并非所有进入环境的污染物都能被生物利用 （4）特定的生物只能吸收、利用、降解、转化特定类型的化学物质， 状态稍有变化的化合物就可能不会被同一种生物酶破坏
• （一）碳循环 • （二）氮循环 • （三）氢与氧的循环 • （四）硫循环
• 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。
– 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。
3.微生物修复与物质循环
– 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）。
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。
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
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作生长基
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。
• 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
5.生物修复的原则及可处理性实验
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。
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
• 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。
3. 生物修复的特点
（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