生物修复技术作用机理及其运用43页PPT

人工湿地系统污水处理中的微生物
• 人工湿地技术是20世纪70年代发展起来一项新型 污水生态处理技术。所谓人工湿地,就是人工建造 的、可控制的和工程化的湿地系统。人工湿地是 一种经济适用的污水处理方法,其具有污泥减量化、 处理高效性、运行和维护成本低廉、无化学污染 和能源损耗、无臭气等优点,同时还可以作为城市 景观。人工湿地对污染物的净化主要是通过植物、 填料和微生物之间的物理、化学、生物作用得以 实现,而微生物群体是维持湿地生态系统和实现生 态净化功能的重要组成
赤潮防治中的微生物
• 在赤潮藻的生消过程中,除了与环境中温度、 盐度、光照、水深、营养物供应等物理化 学因素有密切关系外,还与大量不同种类的 微生物共生,它们各自的代谢物可以对彼此 产生有利或有害的影响,细菌代谢物可以有 效地阻碍甚至终止藻类的繁殖。
石油化工污染治理中的微生物
• 早在20世纪70年代,美国率先开始利用细菌 来消除石油污染的研究,随后各国相继开展。
环境污染生物修复技术
L/O/G/O
生物修复的概念
• 广义的生物修复，指一切以利用生物 为主体的环境污染的治理技术。
• 狭义的生物修复，是指通过微生物的 作用清除土壤和水体中的污染物，或 是使污染物无害化的过程。
生物修复技术的特点
• 优点：投资费用省，对环境影响小，能有 效降低污染物浓度，适用于在其他技术难 以应用的场地，而且能同时处理受污染的 土壤和地下水。
• 植物修复过程中可以具体分为5种： 1.植物转化 2.根滤作用 3.植物辅助生物修复 4.植物萃取 5.植物固定
植物转化
• 原理：植物转化也称植物降解(Phytodegradation)， 指通过植物体内的新陈代谢作用将吸收的污染物 进行分解，或者通过植物分泌出的化合物（比如 酶）的作用对植物外部的污染物进行分解。植物 转化技术使用于疏水性适中的污染物，如BTEX， TCE，TNT等军用排废.对于疏水性非常强的污染 物，由于其会紧密结合在根系表面和土壤中，从 而无法发生运移.对于这类污染物，更适合采用之 后提到的植物固定和植物辅助生物修复技术来治 理。

精选
8
3、植物修复的特点
– 今年来的研究表明 ，植物修复是一个更经 济、更适于现场操作的去除环境污染物的技 术。植物具有庞大的叶冠和根系，在维持生 态环境的平衡中起着重要作用。植物修复适 用于大面积、低浓度的污染位点，不仅可以 环境的有机污染物，还可以去除重金属和放 射性元素。
精选
9
⑴、植物对环境中重金属的去除
• 植物对有机污染物的直接吸收作用 • 植物释放分泌物和酶 • 强化根区的矿化作用
精选
16
⑷、富营养化水体修复
• 富营养化水体 –水华和赤潮 –防治水体富营养化的对策： • 控制外源性营养物质的输入； • 减少内源性营养物质的负荷。
精选
17
– 防治水体富营养化的措施：
• 工程性措施：挖走底泥、水底深层曝气等；
精选
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营养盐 空气
抽 水 井
地下水位
废水处理系统 污染区
注 水观 井测
井
生物修复原位处理方式示意图
精选
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四、地下水生物修复工程技术
• 原位处理
– 特点：与土壤原位处理基本相同。
• 物理拦阻
– 指使用暂时的物理屏障以减缓并阻滞污 染物在地下水中的进一步迁移。
精选
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• 地上处理
–又称抽取－处理技术，将受污染的 地下水从地下水层中抽取出来，在 地面上用一种或多种工艺处理之后， 再将水注入地层。
工程前期投入高
费用低
可与其它技术结合使用
需增加微生物监测项目
精选
4
4、生物修复与生物处理的异同
相同之处：都是利用微生物的降解作 用，也都是利用微生物的同化作用扩大 繁殖，并通过工程措施保持生物处理过 程有很高的效率，在处理特殊废物时都 需要驯化和筛选高效微生物。

➢ 生物修复经常以原位方式进行，这样可使对污染位点的干扰或破坏 达到最小，可在难以移动的地方（如建筑物下、公路下）进行，在 生物修复时场地可以照常使用；
➢ 生物修复使有机物分解为二氧化碳和水，可以永久性地消除污染物 和长期的隐患，无二次污染，不会使污染转移；
➢ 生物修复可与其他处理技术结合使用，处理复合污染；
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据报道
中国重金属污染耕地总计：2000万公顷 中国有机物污染农田总计：6000万公顷
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全国土壤污染状况调查
《国民经济和社会发展第十一个五年计划纲要》决定从 2006年起“开展全国土壤污染现状调查，综合治理土壤污染”。
2006年7月18日，国家环保总局组织召开全国土壤污染状况 调查视频会议，全国土壤污染状况调查7月18日在北京启动。
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8
生物修复
植物修复
植物萃取、植物稳定、根 基修复、植物转化、根际 过滤、植物挥发等
利用植物去治理水体、土壤和底泥 等介质中的污染的技术
微生物修复
利用微生物将环境中的污染物 降解或转化为其他无害物质的过程
动物修复
通过土壤动物群的直接或间接作用 而修复土壤污染的过程
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9
生物修复的基本定义
91.1 200
38.8 250
0.14 0．3
引自：王亮等，温州市城郊污灌对土壤和蔬菜品质的影响
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蔬菜重金属含量(mg/kg)
0.9
0.8
0.7
铅
0.6
镉
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0 莴苣 小青菜 大白菜 甘蓝
葫芦
0.2 0.05

生物修复技术
02
利用微生物、水生植物等生物体对水
如利用活性污泥法处理工业废水，利用水生植物净化水体等。
空气污染的生物修复
空气污染的来源
包括工业废气、汽车尾气、燃煤烟气等。
生物修复技术
利用微生物、植物等生物体对空气中的污染物进行吸收、降解和转 化。
实际应用案例
生物反应器修复原理
生物反应器
利用生物反应器中的微生物、植物、动物等生物体对有害物质进 行降解、转化和富集等处理过程。
生物膜反应器
利用生物膜上的微生物对有害物质进行降解和转化。
悬浮生长反应器
利用悬浮在液体中的微生物对有害物质进行降解和转化。
03
生物修复技术的实际应用
Chapter
土壤污染的生物修复
1 2 3
土壤污染的来源
包括工业废弃物、农药化肥残留、重金属等。
生物修复技术
利用微生物、植物等生物体对土壤中的污染物进 行降解、转化和固定，降低或消除污染物的毒性 。
实际应用案例
如利用微生物降解有机污染物，利用植物吸收重 金属等。
水体污染的生物修复
水体污染的来源
01
包括工业废水、生活污水、农业废水等。
适用范围
土壤、水体、空气等环境介质中的污染物治理。
生物修复技术的应用领域
01
02
03
土壤污染治理
修复被重金属、农药等污 染的土壤，促进土壤生态 恢复。
水体污染治理
净化被有机物、重金属等 污染的水体，提高水质。
空气污染治理
降低空气中的有害气体和 颗粒物含量，改善空气质 量。
生物修复技术的发展历程
起源
20世纪80年代，随着环境 保护意识的提高，生物修 复技术开始受到关注。

4.1 生物因素
常见的降解有机污染物的微生物有细菌、真菌 和放线菌,当环境被污染时由于微生物受驯化, 降解该种污染物的微生物数量会逐渐增多。如 在自然状态下可降解烃类的微生物只占微生物 总数的1%，但在石油污染的环境中这一比例 可上升至10%。
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第四部分
影响微生物修复污染环境的几 个关键因素
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第四部分
影响微生物修复污染环境的几 个关键因素
PART FOUR
4.5 共代谢物
微生物可通过共代谢加速降解一些难降解有机 物。比如用邻二氯苯作为初级营养共代谢物, 可增强菌株对较高氯代二恶英的降解能力。微 生物共代谢降解环境中的难降解有机污染物， 实际上是关键酶产生的效应，关键酶是共代谢 作用发生的关键，关键酶的诱导和活性直接影 响了难降解有机污染物的去除效果。
1.生物修复的概念及引用
生物修复是利用生物(包括植物、微生物和原生动物) 的代谢功能，吸收、转化、或降解环境污染物，实现 环境净化、生态恢复。
生物修复技术目前已被用于清除受污染农田、地下 水、河流、湖泊和海洋等环境中的污染物；
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第二部分
2.污染现状
PART TWO 2.1海洋污染
2.1.1 石油污染 随着全球石油需求的日益增长，在运输过
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第五部分
5.微生物修复成功的案例
PART TWO
5.3 赤潮灾害生物修复中微生物的应 用
为了抑制赤潮现象频繁发生，各国投入了大量的资金和 人力进行科学实验。研究中发现，某种寄生在藻类上的 细菌，它们专性地寄生在这些藻类的活细菌中，可逐渐 使藻类丝状体裂解致死；某些假单胞菌"杆菌"蛭弧菌可 分泌有毒物质释放到环境中，抑制某藻类如甲藻和硅藻 的生殖；细菌亦可直接进入藻细胞内而使藻细胞溶解。 另有研究还表明从水体中的铜绿微囊藻中分离出一种类 似蛭弧菌的细菌，这种细菌能够进入铜绿微囊藻的细胞 并使宿主细胞溶解。

微生物修复技术
原理
利用微生物的生命活动，将污染 物转化为无害或低毒性的物质，
从而达到修复环境的目的。
厌氧生物修复
利用厌氧微生物将有机物转化 为甲烷和二氧化碳。
好氧生物修复
通过好氧微生物的代谢作用， 将有机物氧化分解为二氧化碳 和水。
生物强化技术
通过添加具有特定功能的微生 物，提高污染物的降解效率。
微生物-动物联合修复
利用微生物的降解作用和动物的生理 功能，共同促进污染物的转化和去除。
植物-动物联合修复
结合植物的吸收转化能力和动物的生 理功能，协同去除污染物。
03 生物修复技术的实践案例
土壤污染的生物修复案例
案例一
某农药厂附近的土壤污染，采用植物 修复技术，种植对农药有较强吸收能 力的植物，通过植物的吸收和转化去 除土壤中的农药残留。
植物修复技术
原理
利用植物的吸收、转化和降解能力，将污染 物从环境中去除或降低其浓度。
植物提取
利用植物吸收污染物的能力，将其从土壤或 地下水中提取出来。
植物稳定化
通过植物的生长和代谢，降低污染物的移动 性和生物可利用性。
植物挥发
利用植物将有机污染物转化为气体并释放到 大气中。
动物修复技术
原理
利用动物的生理功能和行为习性，促进污染 物的分解和转化。
大气治理等。
A
B
C
D
国际合作加强
面对全球性的环境问题，各国将加强在生 物修复技术领域的合作，共同应对挑战。
政策支持
随着环保政策的加强，政府将加大对生物 修复技术的支持力度，推动技术的研发和 应用。
生物修复技术的未来研究方向
新型生物种群的开发
寻找和开发能够高效降解污染物的新型生物种群，提高修复效率。

图3－4 纤维素分解途径示意图
淀粉
微生物 淀粉酶
葡萄糖
需氧微生物
胞内酶
CO2、H2O
厌氧微生物 CO2、H2、有机酸等
胞内酶
图3－5淀粉分解途径示意图
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• 烃类 • 石油类 • 人工合成有机物
– 农药 – 合成洗涤剂 – 增塑剂 – 多氯联苯
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危险性化合物
• 危险性化合物（Hazardous Chemicals）的概念
– 微生物具有降解自然界产生的有机化合物的代谢机制， 从而促使地球有机碳平衡，而在自然界具有新颖结构 的合成化合物（异型生物质，又称非生物性物质， xenobiotics）往往对微生物的降解表现出抗逆性，其原 因可能是这些化合物进入自然界的时间比较短，微生 物界还未进化出降解此类难降解化合物的代谢机制。
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33
活性污泥和生物膜的特点
• 具有很强的吸附能力 • 具有很强的分解、氧化有机物的能力
–图
• 具有较强的食物链
– 食物链越长，作为能量消耗的比例就越大，在系统中 存在的生物量就比较少，所剩余的污泥量就相应较少， 可减轻生物处理后污泥处理的负担。
• 具有良好的沉降性能
– 处理水易与污泥分离，最终达到废水净化的目的。 34
生物降解、难生物降解和不可生物降解。 • 评价生物可降解性的方法：
– 测定生物氧化率 – 测呼吸线 – 测定相对耗氧速度曲线 – 测BOD5与COD Cr之比 – 测COD30 – 培养法
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耗氧量（mg/g） 耗氧量（mg/g）
耗氧量（mg/g）
a 生化呼吸线
b c t
内呼吸线 时间（h）
生化呼吸线 内呼吸线 时间（h）
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生物修复技术的应用
海洋污染的生物修复
对海洋石油污染的生物修复通常 有两种方法。
第一种方法是通过增加营养盐以促使土著 微生物的生长；
第二种方法是通过生物反应器培养，增加 有益微生物的数量，然后再将这些微生物 分类群接种到污染地进行生长、繁殖。
生物修复技术的应用
重金属污染物的生物修复
1、生物吸附法 这是一种利用廉价的失活生物细
（3）一种微生物共代谢目标化合物，形成的 中间产物不能被其彻底分解，第二种微生 物分解中间产物；
（4）一种微生物分解目标化合物形成有毒中 间产物，使分解速率下降，第二种微生物 以有毒中间产物为碳源将其分解。
影响生物修复的环境因素
6、捕食作用
环境中细菌或真菌浓度较高时，常存 在一些捕食或寄生类微生物。有些寄生微 生物可能引起细菌或真菌分解。这种捕食、 寄生及分解作用可能影响细菌或真菌对污 染物的生物修复过程。这种影响常是破坏 性的，但也有有利的情况。
生物修复的主要方法
原位生物修复的主要技术手段是添加：① 营养物质；②溶解氧；③微生物或酶；④表 面活性剂；⑤补充碳源及能源。根据被处理 对象的性质、污染物种类、环境条件等的区 别，营养物质的添加方式也不同。
生物修复的主要方法
异位生物修复涉及各种类型的生物反应器的利用。 与原位生物处理一样，根据处理对象、处理工艺 的要求，处理过程中常需要添加各种辅助有机物 分解的物质。生物反应器的加工制造及控制系统 的设置等虽然增加了异位生物修复的费用，但对 一些难以处理的污染物，异位生物修复是不可代 替的选择。此外，生物反应器的条件可以严格控 制，生物修复的除污效率较高。
适合的微生物
是指具有生理和代谢能力并能降 解污染物的细菌和真菌。如果在反应器内 处理高浓度有毒污染物，修复位点处有降 解微生物存在。在多数情况下，则要加入 外源微生物。

• 动物修复技术主要包括蚯蚓养殖和线虫控制两种方式。蚯蚓养殖是指利用蚯蚓 来改善土壤结构、提高土壤肥力，从而达到净化土壤的目的；线虫控制是指利 用一些寄生线虫来控制土壤中的病原微生物，从而减少其对土壤的危害。
• 动物修复技术的优点包括改善土壤结构、提高土壤肥力等。但动物修复技术的 缺点是处理周期较长，且对某些重金属污染土壤的处理效果不佳。
技术成熟度
某些生物修复技术仍处于 研究阶段，技术成熟度有 待提高。
影响因素多
生物修复效果受到多种因 素的影响，如污染物特性、 土壤条件、气候条件等。
03 生物修复技术应用
微生物修复技术
微生物修复技术是指利用微生物的生命代谢活动 来减少土壤环境中有毒有害物质的浓度，从而使 土壤环境得到净化和修复的过程。
政府应加大对生物修复技术的政策支 持和资金投入，促进技术的研发和应 用。
建立评价体系
建立生物修复技术的评价体系，制定 相关标准和方法，规范技术的实际应 用。
国际合作与交流
加强国际合作与交流，引进国外先进 技术和管理经验，提高我国生物修复 技术的整体水平。
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微生物修复技术的优点包括处理效果好、适用范 围广、对环境影响小等。但微生物修复技术的缺 点是处理周期较长，且对某些重金属污染土壤的 处理效果不佳。
微生物修复技术主要包括原位修复和异位修复两 种方式。原位修复是在污染场地就地处理，而异 位修复是将污染土壤转运至集中处理场地进行修 复。
微生物修复技术适用于有机物污染、重金属污染 和农药污染等多种类型的土壤修复。其中，有机 物污染土壤的微生物修复技术应用最为广泛。
利用土壤动物（如蚯蚓）对污染物 的抗性和净化能力，实现污染土壤 的治理和生态修复。

• 高等水生植物净化水体的特点
– 以大型植物为主体，植物和根区微生物 共生，产生协同效应，经过植物直接吸 收、微生物转化、物理吸附和沉降作用 除去氮、磷和悬浮颗粒，同时对重金属 元素也有去除效果。
第二节 生物修复工程技术
一、生物修复的可行性研究
– 数据调查 – 技术查询 – 选择技术路线 – 可处理性试验
• 反应器处理
–特点：此法类似于污水生物处理， 受污染的土壤挖出与水混合后在接 种了微生物的反应器内进行处理， 处理速度较快，但工程复杂，费用 较高。
营养盐 空气
抽 水 井
地下水位
废水处理系统 污染区
注 水观 井测
井
四、地下水生物修复工程技术
• 原位处理
– 特点：与土壤原位处理基本相同。
• 物理拦阻
⑴、植物对环境中重金属的去除
• 环境中金属污染的去除
– 已有方案：场外修复，先将土壤挖掘、转移， 再去除金属离子；
– 微生物修复：生物量小，从而吸收量小，同 时生物体过小难以进行后处理；
– 植物修复特点：生物量大，从而吸收量大，
不吸收或少吸收重金属
适应重金属 胁迫的植物
将吸收的金属钝化在植 物的地下部分
• 植物挥发
–指植物将污染物吸收到体内后又将 其转化为气态物质，释放到大气中。
–该法只适用于挥发性污染物。
• 植物吸收
– 指利用能耐受并可过量积累金属的植物 吸收环境中的金属离子，将它们输送并 贮存在植物体的地上部分。
– 需要选择能耐受并可过量积累金属的植 物种类。
⑶、去除有机污染物的机理
• 植物对有机污染物的直接吸收作用 • 植物释放分泌物和酶 • 强化根区的矿化作用
二、生物修复原理

农田土壤重金属污染及其生物修复技术
重金属污染生物修复技术，是利用生物作用，削减、净化土壤 中重金属或降低重金属毒性。这种技术主要通过两种途径来达到 对土壤中重金属的净化作用：①通过生物作用改变重金属在土壤 中的化学形态，使重金属固定或解毒，降低其在土壤环境中的移 动性和生物可利用性；②通过生物吸收、代谢达到对重金属的削 减、净化与固定作用。
❖ 土壤物化因素
土壤有机质含量、粘粒含量、阳离子交换量(CEC)和 pH，土壤温度及其影响土壤温度的气候变化，磷肥和钙 肥的可利用性等也影响生物修复过程．研究证明，生物 修复的最适pH是5.5-8.5，最适温度范围为15-45℃．其 他有关因素的生物修复最适范围，有待进一步研究.
微生物修复技术
❖ 概念
微生物修复技术是在人为强化的条件下，用自然环境中的土著微生物 或人为投加外源微生物的代谢活动，对环境中的污染物进行转化、降解 与去除的方法。
❖ 微生物修复技术主要分为两类
➢ 原位微生物修复(on–situ bioremediation)：指不需将土挖走，主要是向 污染区投放氮、磷等营养物质和供氧，促进土壤中土著微生物的代谢活 性．为了提高处理效果，也可以接种经驯化培养的高效微生物茵株，利 用其代谢作用降解污染物．原位微生物修复技术又包括：生物通风法 (bioventing)、生物搅拌法(biosparing)和泵处理法(pumpandTreat) ． ➢ 异位微生物修复(ex–situ bioremediation)：是要求把污染的土挖出，集 中进行生物降解．包括：预制床法(Prepared bed)、土壤耕作法(1and farming)，土地填埋法(1and filling)和生物泥浆反应器法(bio– slurry)。
浓烟滚滚的工厂

END
生物修复技术作用机理及其运用
•6、黄金时代ຫໍສະໝຸດ 在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
16、业余生活要有意义，不要越轨。——华盛顿 17、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。——罗素·贝克 18、最大的挑战和突破在于用人，而用人最大的突破在于信任人。——马云 19、自己活着，就是为了使别人过得更美好。——雷锋 20、要掌握书，莫被书掌握；要为生而读，莫为读而生。——布尔沃