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上海大学2012～2013学年冬季学期研究生课程考试文献阅读报告课程名称：《污染环境生态修复》课程编号：XXX题目：《污染环境生态修复》利用微生物进行有机污染环境的生态修复研究生姓名： XXX 学号： XXX论文评语：成绩：任课教师： XXX XXX评阅日期：利用微生物进行有机污染环境的生态修复学号姓名2013年XX月XX号摘要：微生物修复是环境生物技术的重要部分，近年来在基础和应用研究上取得了较大进展，展示了在实际修复有机污染环境中应用的可能性。
微生物修复是一种高效率、低成本、无污染的生物治理技术，可用于有机污染土壤、水体的生态修复。
关键词：微生物有机污染环境土壤PAHsEcological remediation of organic pollution of the environment bymicroorganismAbstract: Bioremediation is an important part of environmental biological technology and it has achieved great progress in basic research and applied research in recent years, showing the possibility of practical application in remediation of organic pollution environment . Bioremediation is the biological treatment technology of high efficiency, low cost and no pollution, thus can be used for ecological restoration of organic polluted soil and water .Keywords: microbe organic polluted environment soil PAHs1. 引言微生物包括细菌、病毒、真菌以及一些小型的原生动物、显微藻类等在内的一大类生物群体，它个体微小，却与人类生活关系密切，广泛涉及健康、食品、医药、工农业、环保等诸多领域。
环境污染的治理和修复随着人们生活水平的提高以及现代化进程的不断加快，环境污染成为了一个非常严重的问题。
不仅我们的生活质量受到了影响，还会对我们的健康产生负面影响。
如何治理和修复环境污染，成为了一个非常重要的课题。
一、环境污染对人类产生的影响环境污染的影响非常广泛，可以从以下几个方面来看：1.空气污染：大量工业废气和机动车尾气的排放，使得空气质量急剧恶化，对人们的健康产生了非常严重的影响，特别是对老年人和儿童。
2.水污染：随着城市发展和工农业生产的增长，大量污水被排放到江河湖海中，导致水质恶化，这对水生生物和人类的健康都产生影响。
3.土壤污染：农业化学药剂对土壤的污染越来越严重，长期积累容易导致水土流失和居民健康问题。
4.噪音污染：人们日常生活中，机动车、工厂、商场等产生的噪声也会对人体产生不同程度的负面影响。
二、环境污染治理的方式环境污染治理是指运用现代科技手段，把污染物尽可能地减排到最低，并保证环境质量在规定标准之内。
下面介绍几种常见的环境污染治理方式：1.法律手段：政府可以通过制定法律和政策的方式，规定企业和个人的环境保护责任和义务，要求企业进行环保投入，在制约企业和个人违法行为上，提高违法成本和从严惩治力度。
2.技术手段：运用现代技术手段，采用高效的废气和废水处理器材进行治理，使得排放物质减少到最小。
3.经济手段：政府可以通过引入市场机制，设立环境污染税或开展碳交易等方式，使得企业和个人在经济上承担一定的污染治理成本，达到治理环境污染的目的。
三、环境污染修复的方式环境修复的目的是为了恢复污染环境的自然状态，以确保环境的生态安全和可持续发展。
下面介绍几种常见的环境污染修复方式：1.生物修复：生物修复是利用微生物和其他生物来降解有机物、重金属等种污染物，达到清洁环境的目的。
如土壤修复依靠微生物群落来净化土壤。
2.物理修复：物理修复是通过物理手段来清除环境污染物。
比如说吸附剂可以用来吸附和去除水中的溶解性杂质。
微生物生态与环境修复微生物是地球上最早出现的生物之一，通过不断适应环境，微生物在地球上的各个角落广泛分布。
微生物在环境修复中发挥着重要的作用，可以通过各种途径恢复或改善受到污染或破坏的环境。
本文将讨论微生物生态与环境修复，并介绍微生物在环境修复中的应用。
一、微生物生态微生物生态是研究微生物与环境之间相互关系的学科。
微生物通过在不同环境中繁殖和生存来适应各种生态条件。
微生物生态可以包括土壤微生物生态、水体微生物生态、陆地微生物生态等。
不同环境中的微生物组成和特性会有所不同，这对环境修复和生物多样性保护具有重要意义。
二、微生物在环境修复中的应用1. 污水处理：微生物可以降解有机废物和污染物，在污水处理中起到重要作用。
通过利用微生物降解废物中的有机物质，可以有效减少污染物的排放，净化水质。
2. 土壤修复：土壤受到化学物质、重金属等污染时，微生物可以通过不同的途径进行修复。
例如，某些细菌可以将重金属离子还原为不活跃的形式，从而减少其对环境的危害。
微生物也可以分解有机污染物，恢复土壤的自然功能。
3. 油污修复：海洋和陆地上的石油泄漏事故给生态环境带来严重影响。
微生物降解石油中的碳氢化合物是一种高效的修复方法。
微生物可以利用石油中的碳源进行代谢，并将其转化为无害的物质。
4. 废物处理：微生物还可以分解废物，减少对环境的污染。
例如，厨余垃圾经过微生物降解可以转化为有机肥料，再利用于农田。
三、微生物在环境修复中的挑战与前景尽管微生物在环境修复中具有巨大潜力，但也面临一些挑战。
首先，不同污染物对微生物的适应能力存在差异，寻找适合修复特定环境的微生物菌种是一项具有挑战性的任务。
此外，环境中的其他因素，如温度、pH值等，也会影响微生物的生长和修复效果。
在未来的研究中，我们需要更好地了解微生物与环境之间的相互作用，并寻找解决环境污染问题的创新方法。
尽管面临挑战，微生物在环境修复中仍有巨大的前景。
随着科技的不断发展，我们可以利用基因工程和生物技术手段改造微生物的功能，使其更有效地进行环境修复。
第十讲有机污染环境微生物修复一、有机污染物1.有机污染物包括：（1）易生物降解有机污染物：碳水化合物、脂肪、蛋白质等（2）难生物降解有机化合物：芳烃类、卤代（氯代、溴代）化合物、硝基取代化合物（3）持久性有机污染物（POPs ）2.生物放大：是指在食物链中不同层次的生物可以逐级浓缩有机污染物的作用，而使得在级别越高的生物中其浓度越高。
也就是通常所说的生物富集作用。
这样的有机污染物必须满足以下两个条件：(1) 难以生物降解，(2) 亲脂性。
二、微生物对有机污染物的降解和转化作用1碳水化合物的分解：（1）无氧条件下：产生的还原力以丙酮酸等为受体，有机物发酵产生小分子有机酸和有机醇。
（2）有氧条件下：产生的还原力进入电子传递呼吸链，以分子氧为受体，有机物被彻底氧化为CO2和HO22.脂肪的分解在脂肪酶的作用下，脂肪水解成甘油和脂肪酸。
甘油经磷酸化和脱氢反应，转变成磷酸二羟丙酮，纳入糖代谢途径。
脂肪酸与ATP和CoA在脂酰CoA合成酶的作用下，生成脂酰CoA。
脂酰CoA在线粒体内膜上肉毒碱：脂酰CoA转移酶系统的帮助下进入线粒体衬质，经β-氧化降解成乙酰CoA，在进入三羧酸循环彻底氧化。
β-氧化过程包括脱氢、水合、再脱氢和硫解四个步骤，每次β-氧化循环生成FADH2、NADH、乙酰CoA和比原先少两个碳原子的脂酰CoA。
此外，某些组织细胞中还存在α-氧化生成α羟脂肪酸或CO2和少一个碳原子的脂肪酸；经ω-氧化生成相应的二羧酸。
3.蛋白质的分解（1）. 蛋白质代谢以氨基酸为核心，细胞内外液中所有游离氨基酸称为游离氨基酸库，其含量不足氨基酸总量的1%，却可反映机体氮代谢的概况。
食物中的蛋白都要降解为氨基酸才能被机体利用，体内蛋白也要先分解为氨基酸才能继续氧化分解或转化。
（2）. 游离氨基酸可合成自身蛋白，可氧化分解放出能量，可转化为糖类或脂类，也可合成其他生物活性物质。
合成蛋白是主要用途，约占75%，而蛋白质提供的能量约占人体所需总能量的10－15%。
第十章污染环境的微生物净化与修复第一节有机污染物的微生物降解与转化自然界中化学物质的降解方式有：光降解化学降解生物降解：指微生物对有机物的破坏与矿化作用，包括生物的降解能力、有机物降解的难易程度以及有机物的降解途径等生物转化：指各种有机物通过生物的吸收和代谢而改变形成或转变成另一种物质的过程。
一、微生物降解有机污染物的潜力微生物个体微小，比表面积大，代谢速率快微生物种类繁多，分布广泛，代谢类型多样微生物降解酶微生物繁殖快，易变异，适应性强微生物体内的调控系统——质粒二、工程菌的构建质粒分子育种o降解性质粒：编码某些有机化合物代谢途径的质粒。
通过接合、转化或转导，降解性质粒可由一个菌株转移至另一个菌株。
美国生物学家查克拉巴蒂用连续融合法构建了“多质粒超级菌株”解芳烃、解多环芳烃、解萜烃、解脂肪烃o质粒分子育种（PAMB）：是美国Chakrabarty等人提出的一种培育新功能菌株的方法。
在施加选择性压力的条件下，将多种微生物置于恒化器中长期混合培养，通过微生物之间质粒的自然传递，使某些菌株获得外来降解性质粒而具有新的代谢功能。
基因工程育种o基因工程：指把外源DNA通过具有复制能力的载体分子（如质粒、噬菌体、病毒等）形成重组DNA分子，导入到不具有这种重组分子的受体细胞内，进行稳定的复制和表达，使受体产生新的生物性状的操作过程。
o基因工程操作步骤：▪基因分离▪基因提取▪酶促合成▪化学合成▪DNA体外重组▪载体传递▪复制与表达▪筛选与繁殖三、有机污染物的可生物降解性可生物降解性可生物降解性：在微生物作用下大分子有机物转变成小分子化合物的可能性，包括降解转化历程、终产物的稳定性、矿化程度、毒性等。
研究可生物降解性的意义：1. 可预测环境行为2. 指导工作3. 源控制：清洁生产；废物回收利用；改进工艺，杜绝污染；为产品设计提供依据等根据微生物的降解能力，有机污染物的分类：1. 可生物降解性物质2. 难生物降解性物质3. 不可生物降解性物质∙可生物降解性的评定∙基质可生物氧化率用活性污泥作为测定用的微生物，单一的被测的有机物作为底物，在瓦氏呼吸仪上检测其耗氧量，与该底物完全氧化的理论需氧量相比，即求得被测化合物的生物氧化率。
不同有机物的生物氧化率∙基质生化呼吸线内源呼吸线：当活性污泥微生物处于内源呼吸时，利用的基质是微生物自身的细胞物质，其呼吸速率是恒定的，耗氧量与时间的变化呈直线关系，称为内源呼吸线。
生化呼吸线：也称基质耗氧线，是指微生物分解基质的耗氧量随时间的变化曲线。
把各种有机物的生化呼吸线与内源呼吸线加以比较，可出现如下三种情况：o（1）生化呼吸线位于内源呼吸线之上。
说明该有机物或废水可被微生物氧化分解。
两条呼吸线之间的距离越大，说明该有机物或废水的生物降解性越好。
o（2）生化呼吸线与内源呼吸线之间几乎重合，表明该有机物不能被活性污泥微生物氧化分解，但对微生物的生命活动无抑制作用。
o（3）生化呼吸线位于内源呼吸线之下，说明该有机物对微生物产生了抑制作用，生化呼吸线越接近横座标，则抑制作用就越大。
测BOD5与CODcr之比BOD：是废水中可生物降解的那部分有机物在微生物作用下，氧化分解所需的氧量。
BOD5：五日生化需氧量，它相当于比较容易被异养微生物分解利用的有机物量。
COD：是有机物在化学氧化剂作用下，氧化分解所需的氧量。
当采用重铬酸钾作氧化剂时，除一部分长链脂肪族化合物、芳香族化合物和吡啶等含氮杂环化合物不能氧化外，大部分有机物（约80－100％）能被氧化。
所以CODcr常被近似地当作废水中全部有机物。
根据BOD5/CODcr比值的大小，可推测废水的可生物降解性。
一般认为：BOD5/CODcr ＞0.4，生化性较好，降解速率较快＞0.30，可生化，降解速率一般0.2＜0.30，较难生化，降解速率较慢＜0.20，不宜生化，降解速率很慢测定相对耗氧速率曲线耗氧速率：单位生物量在单位时间内的耗氧量。
生物量可用活性污泥的重量、浓度或含氮量来表示。
如果测定时生物量不变，改变底物浓度，便可测得某种有机物在不同浓度下的耗氧速率，把它们与内呼吸耗氧速率去比，就可得出相应浓度下的相对耗氧速率，据此可作出相对耗氧速率曲线。
以有机物或废水浓度为横座标，以相对耗氧速率为纵坐标，所作的不同物质（或废水）的相对耗氧速率曲线可能有如下几种情况：oa.表明基质无毒，但不能被活性污泥微生物所利用；o b.基质无毒无害，可被活性污泥微生物降解，在一定范围内相对耗氧速率随基质浓度增加而增加；o c.表明基质有毒，但在低浓度时可生物降解，并随基质浓度的增加，相对耗氧速率可逐渐增加，超过一定浓度后相对耗氧速率降到100%时，便到了活性污泥微生物忍受的限界浓度，这时，对外源底物的生物降解已完全被抑制。
o d.表明基质有毒，不能被微生物利用。
∙动态模型法：采用生物处理模型∙厌氧生物降解：产甲烷活性的测定∙可生物降解性与化学结构的关系有机污染物生物降解的难易程度不仅与生物特性不关，同时也与有机污染物的特性有关。
污染物的化学结构对生物降解性的影响作用规律如下：o对于烃类化合物，一般链烃比环烃易降解，直链烃比支链烃易降解，不饱和烃比饱和烃易降解。
o当有机化合物主要分子链上的碳被其他元素取代时，对生物降解的阻抗性加强，其中以氧的影响最为显著（醚很难被生物降解），其次为硫和氮。
o每个碳原子上至少保持一个氢碳键的有机物，其支链对生物降解的阻抗较弱。
相反，当碳原子上的氢全部被烷基或芳基取代时，就会产生很强的阻抗作用。
o相对分子质量的大小是影响有机物生物降解的重要因素。
对聚合和复合而成的高分子化合物，由于微生物及其酶系统不能触及化合物铁内部，袭击其敏感的化学键，可生物降解性降低。
o官能团的性质、多少以及有机物的同分异构作用，对可生物降解性影响很大。
当苯环上的氢被羟基或胺基取代而形成酸和苯胺时，可生物降解性提高。
卤代作用则降低苯的可生物降解性。
伯、仲醇易被微生物降解，而叔醇却对生物降解有很强的阻抗作用。
o有机化合物与其他成分混合，可改变生物降解的性能。
很多不饱和有机物，可发生聚合作用而降低生物降解性能。
两种或两种以上的化合物形成的复合物，也可降低生物降解性能。
具有被取代基团的有机化合物，其异构体的多样性可影响生物降解能力。
一般情况下，有机物的支链愈多，愈难降解。
取代基的数量不同，其降解性也不同。
降解速度（QSBR）＝a lg空间参数＋b lg基团的理化结构参数第二节污染环境的自净作用污染水体的自净o水体污染：由于人类活动排放的污染物进入河流、湖泊、海洋或地下水等水体，水和水体底泥的物理、化学性质或生物群落组成发生变化从而降低了水体的使用价值的现象。
▪病原体污染▪需氧物质污染▪植物营养物质污染▪石油污染▪有毒化学物质污染o水体自净水体自净作用（water self-purification）：水体受到污染后，在物理、化学和生物的作用下，逐步消除污染物达到自然净化的过程。
▪有机污染物的浓度逐渐由高变低。
▪生物相发生一系列演变。
首先，异养型细菌迅速氧化分解有机污染物而大量增殖，直至达到峰值；然后，原生动物出现，它们以细菌为食而旺盛生长，数量渐达高峰；最后，由于有机物被矿化，稀放的营养物质促进了藻类的生长，使藻类得以生长并出现高峰。
▪随着需氧微生物对有机物氧化分解，溶解氧被大量消耗，很快降到低谷；随后，由于有机污染物的彻底矿化，耗氧能力减弱；另外，由于藻类光合放氧和空气氧的扩散补充，溶解氧渐渐恢复到原来的水平。
在这自净过程中有物理、化学和生物学的作用：▪物理作用－河流自身的稀释作用和有机颗粒的下沉作用，▪化学作用－氧化还原反应、酸碱中和等，▪生物作用－生物有机体对无机物和有机化合物的同化和异化作用。
其中，最主要最活跃的生物是细菌。
捕食细菌的原生动物及其他微型动物也起很大作用。
水体自净过程的标志：▪氧垂曲线：水体中存在的生物群如果把天然水体的自净原理应用到水污染治理的实际中去，即通过人工强化的方法就可形成废水生物处理的工艺过程。
∙污染土壤的自净o土壤污染o植物残毒o土壤自净第三节污染环境的生物修复∙生物修复概述生物修复：指人为利用微生物和其他生物的代谢活动，现场将污染环境（如土壤、地下水和海洋）中的污染物（如有毒有机污染物）现场降解成CO2和水或转化成无害物质，使环境恢复到受污染前的状态的过程。
o生物修复的优点▪费用省▪副作用少▪残留浓度低▪独特的应用场合▪生物修复技术可以同时处理受污染的土壤和地下水o生物修复的局限性▪必须存在具有代谢活性的微生物▪这些微生物必须有一定的降解速率，并能使污染物浓度降低到环保标准▪这些微生物必须没有毒性产物▪污染场地必须不含降解菌的抑制剂，否则需预处理▪污染场地必须有足够的营养物质、氧气和其他电子受体，适宜的温度和温度▪处理费用必须低于其他技术o生物修复存在的主要问题▪微生物不能降解进入环境的所有污染物▪微生物会阻塞生物修复所需的构筑物▪微生物活性受当地温度和其他条件的影响生物修复的技术要点o营养物质：N、Po电子受体：溶解氧、硝酸盐、硫酸盐、高价铁、有机物分解的中单产物。
o共代谢基质o有机污染物的理化特性：化学品的类型、化学品的性质、化学反应、环境介质吸附参数、降解性等提高生物修复效果的综合对策障碍因子对策实例1.微生物无降解性种群降解菌数量低外源接种补充N,P原地富集固定化降解菌的生物强化(PU微胶丸)采用白腐菌增强油污染土壤PHA降解，Brokkord(1992)微胶丸包埋Flavobacterium降解PCP，Crawford(1992)2.污染物低生物利用率非微生物生长基质降解酶合成受抑制改变污染物物性投加共基质用污染物类似物诱导加亲油剂增加油-细胞接触面(Atlas1992)用苯甲酸作为降解PCBs菌株Acinetobacter的共基质代谢PCBs(Adrient 1992)加联苯诱导强化土壤PCBs降解(Brauner 1985)3.环境因子极端物理条件(缺乏电子供体) 改变条件使之适宜微生物生长和代谢投加产氧剂，建立丙(撑)二酸降解所需的好氧环境(Hoover，1995)。
投加磷酸盐缓冲液和淀粉，建立TNT降解所需的厌氧环境 (Funk，1995)。
投加短链脂肪酸，强化2,4-D还原脱氯降解速率 (Gibson，1990)∙∙生物修复工艺o原位生物修复工艺：向污染点直接提供接种物、氧气、营养物，从而使污染物降解的生物修复方法。
主要包括P/T法、渗滤法、生物通气法和空气扩散法等。
o非原位固相生物修复工艺：将受污染的土壤和沉积物移离原地，在异地进行处理的生物修复方法。
主要有土地耕作法、堆肥法和生物堆层法。
o非原位液相生物修复工艺：主要包括生物反应器法、土壤泥浆反应器法和稳定塘处理法。
