第6章-生物修復(fù)-06-2014

第六章生物修復(fù)生物修復(fù)技術(shù)作用機(jī)理及其運(yùn)用生物修復(fù)是一門新興、高效、無害且投資低的技術(shù)。利用生物(微生物、植物或動(dòng)物)來吸收、轉(zhuǎn)化、降解和清除環(huán)境中的有毒有害物質(zhì)，使其濃度減少或無害化，從而實(shí)現(xiàn)被污染環(huán)境生態(tài)恢復(fù)的過程。其中生物處理中的微生物法由于處理費(fèi)用低、效果好、無二次污染且操作簡(jiǎn)單受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛的關(guān)注。廣義的生物修復(fù)通常是指利用各種生物（包括微生物，動(dòng)物和植物）的特性，吸收、降解、轉(zhuǎn)化環(huán)境中的污染物，使受污染的環(huán)境得到改善的治理技術(shù)，一般分為植物修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)和微生物修復(fù)三種類型。狹義的生物修復(fù)通常是指在自然或人工控制的條件下，利用特定的微生物降解、清除環(huán)境中污染物的技術(shù)。用于生物修復(fù)的生物微生物在環(huán)境污染治理中的作用植物在環(huán)境污染治理中的作用水環(huán)境污染控制中的生物修復(fù)技術(shù)

提綱

用于生物修復(fù)的生物土著微生物外來微生物基因工程菌采用基因工程技術(shù)，將降解性質(zhì)粒轉(zhuǎn)移到一些能在污水和受污染土壤中生存的菌體內(nèi)定向地構(gòu)建高效降解難降解污染物的工程菌。用于生物修復(fù)的其他生物這些生物包括藻類、微型動(dòng)物、植物等。難降解有機(jī)污染物和重金屬及其相應(yīng)的降解轉(zhuǎn)化微生物適宜的環(huán)境條件營(yíng)養(yǎng):微生物的生長(zhǎng)需要維持一定量的C:N:P營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及某些微量營(yíng)養(yǎng)元素。電子受體:環(huán)境中的有機(jī)污染物在微生物的作用下被氧化分解時(shí)需耗氧。有毒有害有機(jī)污染物的化學(xué)性質(zhì).污染現(xiàn)場(chǎng)和土壤的特性.

微生物在環(huán)境污染治理中的作用:微生物對(duì)有機(jī)污染物的降解與轉(zhuǎn)化微生物是自然界中的分解者，在好氧條件下，它能將有機(jī)污染物徹底氧化，分解成CO2、H2O、SO42-、PO43-、NO2-、NO3-等無機(jī)物。在厭氧條件下，能將有機(jī)物降解，轉(zhuǎn)化成小分子有機(jī)酸、CO2、H2、CH4等。因此，微生物是生物修復(fù)中污染物降解的主力軍。第一節(jié)難降解有機(jī)物微生物處理法

有機(jī)污染情況簡(jiǎn)介難降解有機(jī)物的微生物處理技術(shù)難降解有機(jī)物定義：指被微生物分解時(shí)速度很慢，分解不徹底的有機(jī)物(也包括某些有機(jī)物的代謝產(chǎn)物)，這類污染物易在生物體內(nèi)富集，也容易成為水體的潛在污染源來源：主要來自各種各樣工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程，按其化學(xué)組成可分以下幾類：多環(huán)芳烴類(PAHs)化合物、雜環(huán)類化合物、氯代芳香族化合物、有機(jī)氰化物、有機(jī)合成高分子化合物.

難降解性有機(jī)物的基本特性長(zhǎng)期殘留性生物蓄積性半揮發(fā)性高毒性一、長(zhǎng)期殘留性一旦排放到環(huán)境中，它們難于被分解，因此在水體、土壤和底泥等環(huán)境介質(zhì)中存留數(shù)年或更長(zhǎng)的時(shí)間。根據(jù)半衰期,水體＞180天，土壤＞360天。二、生物蓄積性指有機(jī)化學(xué)品以比在周圍環(huán)境中高的濃度蓄積在活組織中的特性，以標(biāo)靶組織中的濃度與環(huán)境中的濃度之比表示;根據(jù)生物富集系數(shù)＞5000三、半揮發(fā)性指化學(xué)品在空氣中揮發(fā)的能力,可以在大氣環(huán)境中遠(yuǎn)距離遷移.根據(jù)蒸氣壓,0.01～1kPa四、高毒性指化學(xué)品對(duì)人體或環(huán)境造成危害的特性.它們對(duì)人和動(dòng)物一般具有毒性作用，有的可以導(dǎo)致生物體內(nèi)分泌紊亂、生殖及免疫機(jī)能失調(diào)，有的甚至引起癌癥等嚴(yán)重疾病.有機(jī)物難降解的原因:對(duì)微生物有毒害作用功能化學(xué)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定難降解有機(jī)物的降解方法物理化學(xué)生物CompanyLogo微生物在環(huán)保中的作用

微生物修復(fù)技術(shù)微生物與化學(xué)污染物間的相互關(guān)系微生物在廢水處理中的作用

一、

微生物修復(fù)技術(shù)微生物修復(fù)是指微生物將土壤、地下水和海洋中的有毒有害物質(zhì)“就地”降解成二氧化碳和水，轉(zhuǎn)化為無毒、無害物質(zhì)的方法。實(shí)際上，大多數(shù)環(huán)境中都存在著天然微生物降解凈化有毒有害污染物質(zhì)的過程，只是自然條件下的微生物凈化速度比較慢，因此能夠被廣泛應(yīng)用到環(huán)境保護(hù)當(dāng)中。微生物修復(fù)大多都是在人為的條件下進(jìn)行的，通過提供氧氣，添加各類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，接種經(jīng)過馴化培養(yǎng)的高效菌株等強(qiáng)化修復(fù)過程，迅速去除污染物質(zhì)，這就是微生物修復(fù)的基本原理。

生物修復(fù)與化學(xué)、物理修復(fù)相比，具有下列優(yōu)點(diǎn)：

（1）修復(fù)時(shí)間較短；（2）原位修復(fù)的方式可使污染物在原地被降解清除，可使污染場(chǎng)所的干擾和破壞達(dá)到最小；（3）操作簡(jiǎn)便，對(duì)周圍環(huán)境干擾較??；（4）設(shè)施簡(jiǎn)單，降解過程迅速，費(fèi)用低，僅為物理化學(xué)修復(fù)的一半以下；（5）可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，操作者與污染物直接接觸機(jī)會(huì)減少，不會(huì)對(duì)人產(chǎn)生危害；（6）不會(huì)產(chǎn)生二次污染，永久性的消除污染物和長(zhǎng)期的隱患。因此，生物修復(fù)被認(rèn)為是最有發(fā)展前景的技術(shù)。生物修復(fù)技術(shù)也存在不足：

（1）條件苛刻，生物修復(fù)是一種科技含量較高的處理方法，其處理方法必須符合污染場(chǎng)地的特殊條件.（2）有些污染物經(jīng)微生物降解后其產(chǎn)物的毒性和移動(dòng)性均比原化合物有所增加.微生物修復(fù)技術(shù)的分類

污染地區(qū)的微生物修復(fù)技術(shù)一般分為:原位生物修復(fù)、異位生物修復(fù)、原位–異位聯(lián)合的生物修復(fù)技術(shù)。

1.1原位生物修復(fù)技術(shù)原位生物修復(fù)是指對(duì)受污染的介質(zhì)不進(jìn)行搬運(yùn)或輸送，而在原位或易殘留的部位進(jìn)行的生物修復(fù)處理。原位修復(fù)技術(shù)主要取決于被污染土壤的自身微生物的自然降解能力、人為創(chuàng)造的降解條件、促進(jìn)微生物生長(zhǎng)繁殖的條件，如提供N、P等營(yíng)養(yǎng)物、氧氣、菌株等。為了加速降解進(jìn)程有時(shí)也加入經(jīng)馴化和培養(yǎng)的微生物。

原位生物修復(fù)包括以下幾種方法:（1）投菌法（2）生物通風(fēng)法（3）地耕法（4）生物注氣法（5）生物擴(kuò)增法（6）生物沖淋法

（1）投菌法直接向受到污染的土壤或水域介入經(jīng)過人為馴化和培養(yǎng)的微生物以及商品化的適宜微生物菌劑，同時(shí)提供這些微生物生長(zhǎng)所需的營(yíng)養(yǎng)，包括大量元素(氮、磷、硫、鈣、鉀、鎂、鐵、錳等)和微量元素。（2）生物通風(fēng)法

生物通氣法（bioventing)是一種強(qiáng)迫氧化的生物降解方法。是指向土壤含水層以上的土層中通入空氣或氧氣，為好氧微生物提供最終電子受體，促進(jìn)污染物生物降解的技術(shù)。生物通氣法的具體措施是向地下水位以上的土層中打兩口以上的通氣井，用鼓風(fēng)機(jī)和抽真空機(jī)將空氣強(qiáng)行排入土壤中，然后抽出，土壤中揮發(fā)性的污染物也隨之去除。在通入空氣時(shí)，通過加入適量的氨氣為土壤中的降解菌提供氮素營(yíng)養(yǎng)，可以促進(jìn)微生物降解活力的提高。土壤的結(jié)構(gòu)和類型直接影響著生物通氣法的修復(fù)效率，不合適的土壤結(jié)構(gòu)會(huì)使氧氣和營(yíng)養(yǎng)元素在到達(dá)污染區(qū)域之前就被消耗。因此生物通氣法只適用于具有多孔結(jié)構(gòu)的土壤污染修復(fù)。生物通風(fēng)法設(shè)備費(fèi)用低，運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用也低，是一種很好的生物修復(fù)方法。（3）地耕法地耕法

(landfarming)就是:通過翻耕土壤，在土壤中混勻并且充入氧氣，提高土壤的通透性，創(chuàng)造污染物被氧化的條件，投加肥料、調(diào)節(jié)土壤濕度及酸堿度等，從而為微生物的生存提供良好環(huán)境條件，并確保生物降解在不同土壤層面上都能發(fā)生，使污染物能較好的清除的方法。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)合農(nóng)業(yè)措施，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)易行，但污染物有可能從處理地被轉(zhuǎn)移。一般在污染土層較淺、通透性較差、污染物較易被降解的情況下可以采用這種方法。（4）生物注氣法

生物注氣法（biosparging)是指將加壓后的空氣壓入地下水位以下土層中，氣流使化合物進(jìn)入水分不飽和層并進(jìn)行揮發(fā)和降解，同時(shí)水分飽和層也得到氧氣，有利于污染物降解的一種生物降解方法。這種方法提供了充足的溶解氧，擴(kuò)大了生物降解的面積，使水分飽和層和不飽和層的土著微生物均能發(fā)揮作用。生物注氣法適于處理受揮發(fā)性有機(jī)物污染的地下水及上層土壤，在常溫下空氣注入可溶解的氧質(zhì)量濃度達(dá)到8~12mg/L，是最簡(jiǎn)單、最經(jīng)濟(jì)的形式。純氧和臭氧注入可使溶解氧濃度達(dá)到40~50mg/L，但成本很高，一般較少采用。（5）生物擴(kuò)增法生物擴(kuò)增法(bioaugmentation)是指:通過改變微生物的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)（N、P）等，提高土著或外源微生物的代謝能力，進(jìn)而使有機(jī)污染物的降解效率顯著提高的一種降解方法。對(duì)于一些不易降解的有機(jī)污染物，通常需要引入具有高效分解和利用能力的特定微生物。構(gòu)建遺傳工程菌可能是處理這類有機(jī)物的一種有效手段。（6）生物沖淋法

生物沖淋法（bioflooding)是指通過注入井和注入溝將含有營(yíng)養(yǎng)物和氧的水補(bǔ)充到亞表層，促進(jìn)污染物降解的過程。生物沖淋法主要應(yīng)用于各種石油烴類污染的修復(fù)中，其具體工程主要包括兩組水井，一組是注水井，它的作用是將各類接種的微生物、水、營(yíng)養(yǎng)物和電子受體等物質(zhì)注入土壤；另一組是抽水井，通過液體流動(dòng)促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的運(yùn)輸，保證充足的氧氣。生物沖淋法處理方法簡(jiǎn)單，費(fèi)用相對(duì)較低，其不足之處是處理時(shí)間較長(zhǎng)，而且在微生物的修復(fù)過程中，污染物可能會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)散到較深層的土壤和地下水中。1.2異位生物修復(fù)技術(shù)

異位生物修復(fù):是指被污染介質(zhì)(土壤、水體)搬動(dòng)或輸送至它處進(jìn)行的生物修復(fù)過程。

相對(duì)于原位生物修復(fù)而言，更強(qiáng)調(diào)人為的控制和創(chuàng)造更適宜的生物降解環(huán)境。異位生物修復(fù)的工程措施和根本方法一般可以采用土著微生物，也可以利用外加的降解微生物，這種處理方法能更好的被控制、技術(shù)難度低，但成本較大。

異位修復(fù)技術(shù)涵蓋廣泛，應(yīng)用較多的為以下幾種方法（1）預(yù)制床法（2）堆肥法（3）堆層處理（4）厭氧反應(yīng)器（5）生物反應(yīng)器（1）預(yù)制床法是一種用于土壤修復(fù)的特制生物床反應(yīng)器，包括水及營(yíng)養(yǎng)物的噴淋系統(tǒng)、土壤底部的防滲襯層、滲濾液收集系統(tǒng)及供氣系統(tǒng)等。在不泄漏的平臺(tái)上，鋪上石子與沙子，將污染土壤以15~30cm的厚度平鋪其上，并加入適當(dāng)?shù)臓I(yíng)養(yǎng)液和水，定期通入氧氣并翻動(dòng)土壤，以保證土壤中微生物生長(zhǎng)的合適條件。處理過程中流出的滲濾液，回灌于該土層上，以便徹底清除污染物。（2）堆肥式處理在人工控制條件下，使有機(jī)廢物發(fā)生生物穩(wěn)定作用的過程。處理時(shí)直接摻入了能提高處理效果的支撐材料，如木屑、稻草、糞肥、泥炭、樹皮等易堆腐物質(zhì)，使用機(jī)械翻動(dòng)或壓氣系統(tǒng)充氧，并補(bǔ)充氮和磷以及其他無機(jī)鹽，同時(shí)調(diào)節(jié)好pH值和通氣條件，使微生物的降解活性大大提高。經(jīng)過一段時(shí)間的發(fā)酵處理，大部分污染物被降解，標(biāo)志著堆肥的完成，經(jīng)處理消除污染后的土壤可返回原地或用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。（3）堆層處理是一種復(fù)雜的生物修復(fù)技術(shù)，將受污染的土壤從污染地挖掘出來，防止污染物向地下水或更大的地域擴(kuò)散，運(yùn)輸?shù)揭粋€(gè)經(jīng)過處理的地點(diǎn)堆積在不透水的襯層上，在堆放的土壤中設(shè)置通氣管道，通入氧氣或空氣，以促進(jìn)污染物的好氧降解。（4）生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器是一種處理污染土壤的特殊反應(yīng)器。反應(yīng)器可建在污染現(xiàn)場(chǎng)或異地處理場(chǎng)地。通常為臥室鼓狀、氣提式，可分批培養(yǎng)或連續(xù)培養(yǎng)。處理時(shí)將污染土壤轉(zhuǎn)移到生物反應(yīng)器中，加入3~9倍的水充分混合使其呈泥漿狀，同時(shí)加入各類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并在氧氣存在的條件下劇烈攪拌，使微生物與底物充分接觸，完成處理過程。

（5）厭氧反應(yīng)器

大多數(shù)生物修復(fù)的方法都是在好氧的環(huán)境中進(jìn)行的，事實(shí)上在厭氧的環(huán)境中進(jìn)行的生物修復(fù)也是有很大潛力的。大量實(shí)驗(yàn)表明，厭氧處理對(duì)某些污染物如三硝基甲苯、多氯聯(lián)苯(PCB)等的降解比好氧處理效果更好?，F(xiàn)在已經(jīng)有許多如厭氧生物反應(yīng)器類的厭氧生物技術(shù)，但厭氧修復(fù)條件不太好控制，且厭氧修復(fù)過程中會(huì)產(chǎn)生一些毒性更大、更難降解的中間代謝產(chǎn)物。此外，厭氧發(fā)酵的終產(chǎn)物(H2S和CH4)也存在一些風(fēng)險(xiǎn)和毒性，因此其應(yīng)用少于好氧處理。1.3原位–異位聯(lián)合生物修復(fù)技術(shù)

原位–異位聯(lián)合的生物修復(fù)是指在實(shí)行原位生物修復(fù)時(shí)，若使用原位修復(fù)存在較大的困難，或者污染物的濃度過高，甚至可能對(duì)生物產(chǎn)生毒害作用時(shí)，可采用一些輔助手段，即將修復(fù)場(chǎng)所中的一部分污染物引出，然后將其移至到生物反應(yīng)器或其它凈化設(shè)施中進(jìn)行凈化的技術(shù)，但是整個(gè)過程必須保證原位修復(fù)的基本特性。

目前研究較為充分的主要有以下兩種：（1）沖洗-生物反應(yīng)器法：用水充分的沖洗土壤中的污染物，并將含有該污染物的廢水經(jīng)回收系統(tǒng)轉(zhuǎn)移至生物反應(yīng)器中，同時(shí)連續(xù)供給氧氣、各類營(yíng)養(yǎng)和降解菌等以清除污染物。（2）土壤通氣-堆制法：采用生物通氣法去除污染土壤中易揮發(fā)的有機(jī)污染物，然后再進(jìn)行堆肥式處理，清除難揮發(fā)的污染物。二、微生物修復(fù)技術(shù)的影響因素

1.微生物種群2.污染物特性3.氮源和磷源4.其他影響因素

1.微生物的種群污染地的微生物種群對(duì)生物修復(fù)技術(shù)起到了關(guān)鍵性的作用，在應(yīng)用高效降解菌修復(fù)污染土壤時(shí)，修復(fù)的效果要取決于微生物在不同污染生態(tài)系統(tǒng)中的存活能力，其生長(zhǎng)限制因素包括與其它微生物的竟?fàn)?、土壤的營(yíng)養(yǎng)條件等。2.污染物特性污染物的化學(xué)性質(zhì)和污染源的存在形式直接影響生物修復(fù)的效率。對(duì)于水中溶解度小或疏水性強(qiáng)的污染物，其表面活性劑可以促進(jìn)污染物和微生物的接觸機(jī)會(huì)，從而提高污染物的微生物修復(fù)效率。3.氮源和磷源適當(dāng)添加各類營(yíng)養(yǎng)物或改變污染土壤的C：N：P值對(duì)污染物的生物降解有很大的幫助。

4.其他影響因素大量研究表明，土壤濕度越大，其污染物的轉(zhuǎn)化效率越高。但也有研究表明，實(shí)際修復(fù)中，土壤濕度不宜太大，這是由于土壤濕度增加會(huì)使土壤空隙減少，進(jìn)而阻止氧氣的傳遞。增加土壤濕度可以提高生物修復(fù)的活性，加快降解速度。土壤通氣量對(duì)降解也有一定影響。通氣可為烴污染土壤中的微生物提供充足的電子受體，可保持土壤pH值穩(wěn)定，從而促進(jìn)了微生物的生物活性，強(qiáng)化了它們對(duì)污染物的氧化降解作用。

三、

微生物與化學(xué)污染物間的相互關(guān)系

3.1污染物的種類以及對(duì)環(huán)境的危害3.2環(huán)境污染物對(duì)微生物的作用3.3微生物對(duì)化學(xué)污染物的轉(zhuǎn)化和降解3.1污染物的種類以及對(duì)環(huán)境的危害按污染物的性質(zhì)可分為物理污染物、化學(xué)污染物和生物污染物；化學(xué)性污染物的種類極其繁多，目前人們使用的化學(xué)物質(zhì)有10萬多種?；瘜W(xué)污染物是造成環(huán)境污染的主要原因，由于化學(xué)性污染物毒性大、分布廣、排放量大，對(duì)人體健康和生態(tài)構(gòu)成了很大的威脅?；瘜W(xué)污染物又可分為有機(jī)污染物和無機(jī)污染物。有機(jī)污染物對(duì)環(huán)境的危害有機(jī)污染物是指進(jìn)入并污染環(huán)境的有機(jī)化合物。按其來源可分為天然有機(jī)污染物和人工合成有機(jī)污染物。天然有機(jī)污染物主要是指自然條件下或生物體代謝所產(chǎn)生的各種有害于人體健康、環(huán)境保護(hù)等方面的有機(jī)化合物，如黃曲霉素、氨基甲酸乙酯、麥角等。人工合成有機(jī)化合物占6萬種以上，指由現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的各類有機(jī)合成物，如染料、洗滌劑、塑料、農(nóng)藥、汽油添加劑、有機(jī)溶劑等。有機(jī)化合物多數(shù)能在環(huán)境中被降解成簡(jiǎn)單無機(jī)物，其降解產(chǎn)物有的對(duì)人類有害、有毒，甚至致癌。石油類污染物對(duì)環(huán)境的危害隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人類對(duì)能源的需求越來越多，各國(guó)都加快了對(duì)石油資源的開發(fā)利用，從沙漠到海洋、從無人區(qū)到人口稠密區(qū)，越來越多的油氣井出現(xiàn)在全球各地。石油是由上千種化學(xué)性質(zhì)不同的物質(zhì)組成的復(fù)雜混合物，主要包括飽和烴、芳香烴類化合物、瀝青質(zhì)、樹脂類等。石油的開采、冶煉、使用和運(yùn)輸過程中會(huì)出現(xiàn)遺漏現(xiàn)象，含油廢水的排放、灌溉、各種石油制品的揮發(fā)、不完全燃燒物飄落等引起一系列石油污染問題。石油及石油產(chǎn)品會(huì)嚴(yán)重污染環(huán)境。

（1）土壤污染在石油、天然氣的開采過程中，會(huì)產(chǎn)生大量含油廢水、有害的廢泥漿以及其他一些污染物，處理不好時(shí)就會(huì)污染周邊土壤。據(jù)一位美國(guó)環(huán)保人士估算，如果阿拉斯加陸地石油管道發(fā)生泄漏，至少會(huì)形成30英里長(zhǎng)、半英里寬的污染帶。由于石油會(huì)迅速滲透到土壤中，殺死土壤中的微生物，從而改變土壤成分，改變地表生態(tài)，遭受污染的地區(qū)可能在幾十年甚至上百年的時(shí)間內(nèi)都會(huì)寸草不生。

（2）水體污染

石油及石油產(chǎn)品對(duì)水體的污染主要有海洋、江河湖泊、地下水污染。石油的開采、儲(chǔ)運(yùn)、煉制和使用過程中，排出的廢油和含油廢水，致使水體遭受油污染。據(jù)估計(jì)，全球石油總儲(chǔ)量為3000億噸，而海底石油將近1000億噸，占總儲(chǔ)量的1/3?，F(xiàn)在全世界有將近40％的石油來自海底。目前有70多個(gè)國(guó)家正在進(jìn)行海上石油勘探，其中有23個(gè)國(guó)家正在進(jìn)行海上油氣生產(chǎn)。海底油田的開發(fā)，特別是油井井噴把大量石油噴入海洋，造成十分嚴(yán)重的海洋污染。海洋石油污染危害是多方面的，石油進(jìn)入海洋，形成大片油膜。這層油膜將海水與大氣隔開，妨礙空氣中的氧溶解到海水中去，使水中的氧減少。（3）空氣污染石油的燃燒產(chǎn)生的二氧化硫和三氧化硫會(huì)嚴(yán)重污染大氣。硫氧化物對(duì)人體的危害主要是刺激人的呼吸系統(tǒng)。吸人后誘發(fā)慢性呼吸道疾病，甚至引起肺水腫和肺心性疾病。如果大氣中同時(shí)有顆粒物質(zhì)存在，顆粒物質(zhì)吸附了高濃度的硫氧化物、可以進(jìn)入肺的深部，就會(huì)大大地加大危害程度。石油燃燒產(chǎn)生的氮氧化物和硫氧化物在高空中為雨雪沖刷，把雨轉(zhuǎn)變成酸雨；這些酸性氣體成為雨水中雜質(zhì)硫酸根、硝酸根和銨離子，會(huì)嚴(yán)重污染土壤以及水體，造成生態(tài)的失衡。污染大氣的碳?xì)浠衔镏饕怯捎趶V泛應(yīng)用石油、天然氣作為燃料而造成的。水中的污染物的危害（1）氨氮（2）石油類水污染物（3）酚類物質(zhì)（4）汞及其化合物（5）氰化物（6）化學(xué)耗氧量（COD）（7）生化需氧量(BOD)3.2環(huán)境污染物對(duì)微生物的作用

現(xiàn)代工業(yè)一方面給人們的生活帶來方便及舒適，但另一方面不可避免地影響著環(huán)境及環(huán)境中的微生物。

例如，為了追求糧食高產(chǎn)，現(xiàn)在世界各國(guó)都大量使用化肥和各類殺蟲劑、除草劑，而化肥和農(nóng)藥的大量使用就容易改變土壤理化性質(zhì)，造成土壤微生物群落的變化，嚴(yán)重的可導(dǎo)致土壤板結(jié)，使土壤肥力降低。

而農(nóng)藥通常不僅殺死有害昆蟲，對(duì)于一些有益的生物也有害處。

而且有的農(nóng)藥極難被降解，在環(huán)境中的殘留時(shí)間很長(zhǎng)，造成一代代積累，對(duì)環(huán)境造成極大的破壞。

下面簡(jiǎn)單介紹一下兩大類污染物對(duì)微生物的影響作用。

土壤微生物在土壤生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)與養(yǎng)分轉(zhuǎn)化過程中起著十分重要的作用。重金屬超過一定濃度時(shí)，會(huì)抑制土壤微生物的生長(zhǎng)、繁殖、損害呼吸作用、使細(xì)胞形態(tài)異常、甚至使細(xì)胞裂解。另外，微生物生長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)、抗生素活性、孢子萌發(fā)、孢子形成、光合作用、轉(zhuǎn)錄、翻譯、微生物與植物、微生物之間都會(huì)受到重金屬的影響。例如，Mn2+在較高濃度時(shí)嚴(yán)重抑制微生物對(duì)NH4+的同化，當(dāng)土壤中As、Cr、Cu、Pb、Ni等重金屬總量達(dá)到一定濃度時(shí)，土壤微生物生物量?jī)H為對(duì)照的32%，細(xì)菌和真菌生物量分別較對(duì)照下降29%和45%。重金屬對(duì)微生物的毒性作用重金屬對(duì)微生物的毒性受到環(huán)境中很多因素的影響：pH，在酸性條件下鉛對(duì)番茄蔫萎座鐮孢霉孢子和菌絲的毒性隨pH值的增大而增大。土壤的成分，黏土可以降低重金屬對(duì)微生物的毒性作用，這是由于黏土中的陽離子可以與重金屬起置換反應(yīng)，粘土可以從溶液中去除有毒離子。從而減少了微生物對(duì)重金屬的吸附和攝取?？扇苄杂袡C(jī)物，如酵母膏、半胱氨酸、琥珀酸等可以降低重金屬的毒性。絡(luò)合物，如天冬氨酸、檸檬酸等絡(luò)合物可以消除重金屬對(duì)微生物的致死作用。有機(jī)污染物對(duì)微生物的毒性

有機(jī)污染物對(duì)微生物的毒害作用主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面的作用：（1）造成微生物細(xì)胞的裂解，使細(xì)胞釋放出來；（2）破壞微生物細(xì)胞的能量代謝作用，使其代謝功能下降，或者喪失某種代謝能力；（3）抑制微生物細(xì)胞各種酶的活性，使其不能合成自身所需要的物質(zhì)，最終導(dǎo)致微生物死亡；（4）作為蛋白質(zhì)變性劑使微生物細(xì)胞中的蛋白質(zhì)發(fā)生變性而死亡；（5）破壞微生物細(xì)胞中金屬蛋白和金屬酶的功能，或者破壞微生物細(xì)胞的遺傳物質(zhì)，使其遺傳物質(zhì)不能更好的表達(dá)；（6）抑制微生物細(xì)胞合成功能蛋白等等。3.3微生物對(duì)化學(xué)污染物的轉(zhuǎn)化和降解化學(xué)污染物被釋放到環(huán)境中的時(shí)間是非常短暫的，微生物與之相互作用的時(shí)間也更短暫。

但是農(nóng)藥等生物外源性物質(zhì)的廣泛使用和對(duì)環(huán)境的污染，增加了微生物生存環(huán)境中的不利因素，就是增加微生物進(jìn)化的選擇壓力。這起到了促進(jìn)微生物的物種發(fā)生改變和進(jìn)化的作用，微生物只有發(fā)生了對(duì)其本身存活有利的突變（如抗藥性、轉(zhuǎn)化能力、降解活性），才能繼續(xù)存在于自然界中。微生物對(duì)生物外源性物質(zhì)的轉(zhuǎn)化主要分為下面幾種形式①脫鹵作用：主要是脫氯作用，如農(nóng)藥DDT的脫氯；②還原作用：將生物外源性物質(zhì)上的取代基，特別是硝基，進(jìn)行還原；③水合反應(yīng)：如對(duì)有機(jī)氰或氰化物的水合反應(yīng)，形成沒有毒性的含氮有機(jī)物。微生物除了可以轉(zhuǎn)化生物外源性物質(zhì)外，還可以把它們分解掉。有些生物外源性物質(zhì)可以被徹底降解，即變成水和二化碳等無毒無害的元素。外源性物質(zhì)的降解過程需要很多種微生物的協(xié)同作用才能徹底完成。有些微生物在降解生物外源性物質(zhì)時(shí)，要給微生物另外提供對(duì)它們生長(zhǎng)繁殖所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因?yàn)檫@些生物外源性物質(zhì)的降解產(chǎn)物并不能成為該微生物生長(zhǎng)繁殖所需的碳源和能源。在微生物生態(tài)學(xué)中，我們把這種情況叫做共代謝作用。此類化合物的典型代表有多氯酚（PCP）和多氯聯(lián)苯（PCB）類化合物。盡管這類污染物很難降解，但微生物學(xué)家還是找到了許多可以降解它們的微生物。如黃桿菌可以降解五氯酚，不動(dòng)桿菌可以降解PCB。微生物具有降解多氯二苯（PCBs）能力，并以2種方式降解PCBs，一種是無機(jī)化降解，即在好氧或厭氧條件下，以PCBs為能源或碳源，滿足自身生長(zhǎng)繁殖所需要的營(yíng)養(yǎng)條件；另一種是共代謝作用，即微生物生長(zhǎng)代謝過程中以另外一種基質(zhì)作為能源或碳源，同時(shí)將污染物進(jìn)行轉(zhuǎn)化。微生物對(duì)鹵代類物質(zhì)的降解微生物對(duì)人工合成多聚物的降解人工合成的多聚物種類很多，其典型代表是聚乙烯，我們?nèi)粘Ｊ褂玫乃芰系榷嘁运鼈冏鲈?。利用特定的微生物降解合成多聚物是解決此類污染，特別是土壤中已存在的污染物的有效途徑。目前研究發(fā)現(xiàn)能降解聚乙烯的生物主要是真菌、細(xì)菌、放線菌，但至今尚未發(fā)現(xiàn)只催化聚乙烯特定底物的酶，真菌主要可降解合成多聚物，如聚乙烯醇、乙烯薄膜、聚乳酸薄膜等。青霉能降解分子量很大的聚乙烯，并能使硝酸預(yù)處理氧化產(chǎn)生的—C-C—鍵斷裂；有些鏈霉菌也能產(chǎn)生胞外水解酶在3周內(nèi)降解經(jīng)氧化預(yù)處理的聚乙烯。微生物對(duì)農(nóng)藥的降解已經(jīng)報(bào)到的能降解農(nóng)藥的微生物有細(xì)菌、真菌、放線菌、藻類等，大部分都來自于土壤微生物。（1）細(xì)菌：能降解農(nóng)藥的細(xì)菌種類很多，例如假單胞菌屬、芽孢桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、黃桿菌屬、鏈球菌屬、短桿菌屬、硫桿菌屬、八疊球菌屬等等。（2）真菌：降解農(nóng)藥的真菌有曲霉屬、青霉屬、術(shù)霉屬、鐮刀菌屬、交鏈菌屬、頭孢菌屬、毛霉屬、膠霉屬、鏈孢霉屬、根霉菌屬等。（3）放線菌：放線菌作為土壤中一大類微生物，所發(fā)現(xiàn)的降解微生物較少。放線菌降解農(nóng)藥的有鏈霉菌屬、諾卡氏菌屬、放線菌屬、高溫放線菌屬等。從上表中可以看出，對(duì)土壤中農(nóng)藥有降解作用的微生物，主要以細(xì)菌和真菌為主，并且細(xì)菌多于真菌。所發(fā)現(xiàn)的能降解農(nóng)藥的放線菌的種類較少。而有的菌種能同時(shí)降解多種農(nóng)藥，典型代表為假單胞菌和芽孢桿菌等；有的不直接降解農(nóng)藥，而是通過共代謝作用實(shí)現(xiàn)降解過程。細(xì)菌中主要的降解菌為假單胞菌、黃桿菌、無色桿菌、產(chǎn)堿桿菌、芽孢桿菌等，真菌主要是霉菌，這些環(huán)境微生物對(duì)農(nóng)藥降解具有廣譜活性，可降解多種農(nóng)藥，是構(gòu)建工程菌較好的微生物種源。微生物對(duì)重金屬的生物修復(fù)重金屬微生物修復(fù)的機(jī)理包括細(xì)胞代謝、表面生物大分子吸收轉(zhuǎn)運(yùn)、生物吸附、空泡吞飲、沉淀和氧化還原反應(yīng)等。微生物對(duì)土壤中重金屬修復(fù)的影響主要體現(xiàn)在以下4個(gè)方面：①生物吸附和富集作用②溶解和沉淀作用③氧化還原作用④菌根真菌與土壤重金屬的生物有效性關(guān)系。所謂生物吸附就是指微生物可通過帶電荷的細(xì)胞表面吸附重金屬離子，或通過攝取必要的營(yíng)養(yǎng)元素主動(dòng)吸收重金屬離子，將重金屬離子富集在細(xì)胞表面或內(nèi)部。生物吸附的應(yīng)用取決于2個(gè)方面：即篩選具有專一吸附能力的生物和降低培育生物的成本。最近在改進(jìn)生物吸附方面的研究包括：提高微生物吸附特定金屬離子能力的方法；收集生物體及被吸附的金屬等。微生物對(duì)重金屬的溶解主要是指微生物通過各種代謝活動(dòng)產(chǎn)生大量的有機(jī)酸，這些酸可以將重金屬溶解。有機(jī)酸包括甲酸、乙酸、丙酸等。真菌產(chǎn)生的有機(jī)酸大多為不揮發(fā)性酸，如檸檬酸、蘋果酸、琥珀酸、延胡索酸和乳酸等。氧化還原作用則是把重金屬從毒性較高的價(jià)態(tài)轉(zhuǎn)變成為毒性較低的價(jià)態(tài)，從而解除了重金屬的毒性。土壤中的一些重金屬元素通常以兩種價(jià)態(tài)存在，以高價(jià)態(tài)存在時(shí)，溶解度通常較小，不易遷移；而以低價(jià)離子形態(tài)存在時(shí)溶解度較大，易遷移。微生物還能氧化土壤中的多種重金屬元素，微生物的氧化作用可以使這些重金屬元素的活性降低。菌根真菌對(duì)重金屬的生物有效性表現(xiàn)在菌根真菌與植物根系共生可促進(jìn)植物對(duì)養(yǎng)分的吸收和植物的生長(zhǎng)，菌根真菌通過分泌特殊的分泌物而改變植物根際環(huán)境，改變重金屬的存在狀態(tài)，降低重金屬毒性，起到促進(jìn)重金屬植物的純化作用。菌根真菌還能以其他形式如離子交換、分泌有機(jī)配體、激素等間接作用影響植物對(duì)重金屬的吸收。微生物對(duì)石油污染物的降解和轉(zhuǎn)化（1）微生物對(duì)烷烴化合物的降解石油烷烴類化合物較難被微生物降解。降解菌在對(duì)直鏈烷烴進(jìn)行降解時(shí)，可對(duì)其單末端、雙末端和次末端進(jìn)行氧化，它的基本降解過程為石油降解菌先將直鏈烷烴氧化為醇，醇再經(jīng)過脫氫酶的氧化變?yōu)槿┰俳?jīng)過脫氫酶的氧化，最終轉(zhuǎn)變?yōu)橹舅幔恢ф溚闊N則不易被微生物所降解，并且支鏈越多，降解效果越差。（2）微生物對(duì)芳烴物質(zhì)的降解研究芳香烴化合物都是苯及苯的衍生物，包括單環(huán)芳烴和多環(huán)芳烴。多環(huán)芳烴的代表物質(zhì)主要有萘、蒽、菲、芘及其衍生物（如苯并芘、苯并蒽）等常存在于石油化工廠廢水中。芳香烴類化合物一般都比較難降解，大部分芳香烴類對(duì)微生物都有抑制作用，能使菌體蛋白質(zhì)凝集，生長(zhǎng)受阻或死亡。但在一定的濃度下，芳香烴也能被一些細(xì)菌、放線菌降解。微生物對(duì)有機(jī)污染物的降解方式以有機(jī)污染物為唯一碳源和能源對(duì)其進(jìn)行代謝降解；微生物之間相互協(xié)同利用有機(jī)污染底物對(duì)其進(jìn)行降解；作為非生長(zhǎng)基質(zhì)的難降解有機(jī)物同生長(zhǎng)基質(zhì)以共代謝方式進(jìn)行降解。難降解有機(jī)物的微生物處理技術(shù)共代謝技術(shù)缺氧反硝化技術(shù)生物強(qiáng)化技術(shù)細(xì)胞固定化技術(shù)厭氧水解酸化預(yù)處理技術(shù)1.共代謝技術(shù)共代謝作用來源于共氧化概念，后由Jensen對(duì)其內(nèi)涵進(jìn)行了擴(kuò)展，提出共代謝的概念并將其擴(kuò)展到微生物氧化脫氯過程的研究。利用共代謝技術(shù)可以加快化合物的降解速度，達(dá)到處理難降解性污染物的作用效果。共代謝作用：微生物在利用碳源和能源的同時(shí)，對(duì)難降解性污染物進(jìn)行異化作用，但是在污染物降解轉(zhuǎn)化的過程中，微生物不能從中獲得維持生長(zhǎng)的碳源或能源。第一/二基質(zhì)微生物利用一種易于攝取的基質(zhì)作為碳和能量的來源，稱為第一基質(zhì)，同時(shí)共代謝基質(zhì)或者稱為第二基質(zhì)被微生物分解。第二基質(zhì)的共代謝產(chǎn)物通常不能直接作為營(yíng)養(yǎng)被轉(zhuǎn)化為細(xì)胞質(zhì)。第二基質(zhì)的共代謝是需能反應(yīng)，能量來自第一營(yíng)養(yǎng)基質(zhì)的產(chǎn)能代謝。共代謝技術(shù)－概念

關(guān)鍵酶：在微生物共代謝反應(yīng)中產(chǎn)生的既能代謝轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)基質(zhì)，又能代謝轉(zhuǎn)化目標(biāo)污染物的非專一性的酶是微生物共代謝反應(yīng)發(fā)生的關(guān)鍵，這種非專一性的酶被稱為關(guān)鍵酶.共代謝技術(shù)－主要特點(diǎn)(1)微生物首先利用易于攝取的生長(zhǎng)基質(zhì)作為一級(jí)基質(zhì)，維持自身細(xì)胞的生長(zhǎng)(2)難降解性污染物作為二級(jí)基質(zhì)被微生物降解(3)一級(jí)基質(zhì)和二級(jí)基質(zhì)之間對(duì)發(fā)揮降解作用的關(guān)鍵酶存在競(jìng)爭(zhēng)現(xiàn)象.(4)污染物共代謝的中間產(chǎn)物不能作為營(yíng)養(yǎng)被同化成細(xì)胞質(zhì)，有些會(huì)抑制關(guān)鍵酶的活性，甚至對(duì)微生物有毒害作用。(5)共代謝是需能反應(yīng)，能量主要來自生長(zhǎng)基質(zhì)的產(chǎn)能代謝，當(dāng)生長(zhǎng)基質(zhì)被完全消耗時(shí)，能量來源于細(xì)胞自身儲(chǔ)存能量物質(zhì)。關(guān)鍵酶的誘導(dǎo)好氧條件下，具有共代謝氯代化合物功能的微生物有很多種，研究中主要選用苯酚氧化菌群、甲烷營(yíng)養(yǎng)菌群、丙烯氧化菌以及硝化細(xì)菌，它們具有很強(qiáng)的代謝能力以及對(duì)污染物的逆抗性。在誘導(dǎo)此類微生物生成關(guān)鍵酶進(jìn)行催化分解污染物時(shí)，一般需要投加特異性的底物，例如苯酚、甲烷、丙烯、丙烷或者氨。由于甲烷、丙烯、丙烷是氣體，具有很低的水溶性，就苯酚而言，雖具有可降解性，但它是一種危險(xiǎn)性物質(zhì)，所以在現(xiàn)實(shí)的污水處理中，選擇誘導(dǎo)性的生長(zhǎng)基質(zhì)，

一定要綜合考慮.從共代謝過程的機(jī)理和特點(diǎn)可以看出,關(guān)鍵酶的誘導(dǎo)及其活性的維持、生長(zhǎng)基質(zhì)與目標(biāo)污染物之間的競(jìng)爭(zhēng)抑制、目標(biāo)污染物及其中間降解產(chǎn)物對(duì)微生物的毒性作用將是影響共代謝過程的關(guān)鍵性因素。影響共代謝作用效果的因素

1.一級(jí)基質(zhì)的選擇

Gupta等研究發(fā)現(xiàn)，在產(chǎn)甲烷菌作用環(huán)境下降解廢水中的三氯甲烷時(shí)，甲醇是比乙酸鹽更有效的一級(jí)基質(zhì)。2.一級(jí)基質(zhì)與二級(jí)基質(zhì)的濃度比

Speece報(bào)道，共代謝過程中一級(jí)基質(zhì)與二級(jí)基質(zhì)的濃度比對(duì)生物難降解物質(zhì)的降解率有重要影響。羅宇煊采用嗜堿性木質(zhì)素降解菌以共代謝方式降解廢水中的木質(zhì)素，發(fā)現(xiàn)一級(jí)基質(zhì)蔗糖的濃度過高時(shí)，菌株不但產(chǎn)酶能力減弱，而且由于更多地利用易于降解的蔗糖，以致削弱了對(duì)木質(zhì)素的降解效果3.營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能量微生物的生長(zhǎng)須有足夠的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。共代謝不僅需要加入一級(jí)基質(zhì)提供碳源，而且還需要足夠的氮、磷、硫等營(yíng)養(yǎng)。任大軍等利用模擬焦化廢水，研究一株白腐菌BP對(duì)吲哚分別與氨氮、喹啉、苯酚共基質(zhì)的降解，考察不同共代謝基質(zhì)物質(zhì)對(duì)白腐菌漆酶分泌和吲哚降解的影響。結(jié)果顯示，充分的氮源可提高白腐菌的活性和漆酶酶活性的峰值；共基質(zhì)苯酚和喹啉可以增加白腐菌漆酶產(chǎn)量。羅宇煊等采用不同碳源對(duì)嗜堿性木質(zhì)素降解菌降解木質(zhì)素的能力進(jìn)行了比較試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)在葡萄糖、乳糖、蔗糖、可溶淀粉等碳源中蔗糖是嗜堿性木質(zhì)素降解菌最理想的碳源。除了一級(jí)基質(zhì)的產(chǎn)能代謝為微生物生長(zhǎng)和生物難降解物質(zhì)降解提供能量外,也可以考慮外加適量能量物質(zhì)提供額外能量,以提高難降解物質(zhì)代謝的速率4.溫度

孫力平等在好氧共基質(zhì)代謝作用下，采用SBR法處理DSD酸還原段的生產(chǎn)廢水研究發(fā)現(xiàn)：溫度對(duì)系統(tǒng)除污效果的影響較顯著，10℃時(shí)污泥的活性最低，36℃時(shí)污泥的活性最高。1.共代謝技術(shù)在降解酚類中的作用2.共代謝技術(shù)在降解甲基叔丁基醚（MTBE）的作用3.共代謝技術(shù)降解DSD酸的作用共代謝在處理難降解有機(jī)物的作用共代謝在處理難降解有機(jī)物的作用1.共代謝技術(shù)在降解酚類中的作用Hendriksen等證實(shí)，常規(guī)的顆粒污泥可以使水中的五氯酚脫氯，但五氯酚的去除率僅30%～75%，當(dāng)進(jìn)水中補(bǔ)充葡萄糖后五氯酚的去除率可提高至99%。夏柳蔭討論了共基質(zhì)分別為不同濃度的葡萄糖、丙三醇、苯酚、和丁二酸時(shí)，混合固定化細(xì)菌對(duì)五氯酚(PCP)降解的影響。結(jié)果表明共代謝降解過程中共基質(zhì)對(duì)PCP的降解影響較大，葡萄糖和丁二酸對(duì)PCP的降解具有一定的促進(jìn)作用，苯酚對(duì)PCP降解的影響與它的質(zhì)量濃度有關(guān)，丙三醇對(duì)PCP的降解起到抑制作用。1.共代謝技術(shù)在降解酚類中的作用李萍等利用吸附-共代謝再生活性污泥法去除污水中五氯苯酚，研究發(fā)現(xiàn):新工藝對(duì)污水中的PCP具有較好的去除效果。李萍等以苯酚、葡萄糖作為五氯酚(PCP)的共代謝基質(zhì)，考察其在加速活性污泥馴化進(jìn)程方面的作用，結(jié)果表明：葡萄糖可以增強(qiáng)活性污泥中微生物對(duì)PCP的適應(yīng)能力，能加快馴化進(jìn)程并提高對(duì)PCP的降解速率；苯酚的毒性可與PCP的相互疊加，從而延滯了活性污泥的馴化進(jìn)程。安淼等對(duì)不同共代謝基質(zhì)存在下的2,4-二氯代酚(2,4-DCP)的生物降解進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)投加苯酚或4-氯代酚(4-MCP)能明顯促進(jìn)復(fù)合菌對(duì)2,4-DCP的降解。孫劍輝等分別用蔗糖、葡萄糖、丁酸鹽和乙醇作為馴化好的厭氧污泥的共代謝基質(zhì)，在厭氧序批式反應(yīng)器(ASBR)中對(duì)間苯二酚的降解進(jìn)行研究。結(jié)果表明：共代謝基質(zhì)SCOD濃度在500mg/L～2000mg/L時(shí)，間苯二酚的降解速率很高；其中葡萄糖和丁酸鹽的混合基質(zhì)降解速率最高。1.共代謝技術(shù)在降解酚類中的作用2.共代謝技術(shù)在降解甲基叔丁基醚（MTBE）的作用甲基叔丁基醚(MethylTert-ButylEther,MTBE)作為一種廣泛使用的無鉛汽油含氧添加劑，已成為地下水中典型持久有機(jī)污染物。方芳等以MTBE為目標(biāo)污染物、乙醇為共代謝基質(zhì)，在SBR反應(yīng)器中成功實(shí)現(xiàn)了好氧污泥的顆?；?。反應(yīng)器內(nèi)污泥完全顆?；?，MTBE進(jìn)水濃度提高至400mg·L-1左右，出水濃度可穩(wěn)定在5mg·L-1以下，去除率高達(dá)98.5%以上(其中揮發(fā)量約占25%)。3.共代謝技術(shù)降解DSD酸的作用DSD酸(4,4-二氨基二苯乙烯-2,2-二磺酸)是一種重要的染料中間體，它以對(duì)硝基甲苯為原料，經(jīng)磺化、氧化縮合和還原而合成。孫力平等在好氧共基質(zhì)代謝作用下，采用SBR法處理DSD酸還原段的生產(chǎn)廢水，考察了葡萄糖的投量、水力停留時(shí)間及溶解氧濃度等因素對(duì)廢水處理效果的影響。結(jié)果表明，投加葡萄糖可提高還原段DSD酸生產(chǎn)廢水的可生化性。在缺氧條件下，反硝化菌可以利用有機(jī)碳源作為反硝化過程的電子供體，而以硝酸鹽氮(NO3－－N)或亞硝酸鹽氮(NO2－－N)作為電子受體進(jìn)行厭氧呼吸，因此，反硝化過程可以在脫氮的同時(shí)去除有機(jī)碳。缺氧反硝化降解難降解有機(jī)物就是在缺氧條件下，為反硝化菌提供適當(dāng)比例的氮源，使反硝化菌對(duì)有機(jī)物進(jìn)行降解。難降解有機(jī)物的微生物處理技術(shù)

缺氧反硝化技術(shù)在缺氧反硝化過程中投加的N源是有機(jī)物降解的關(guān)鍵和限制因素，C/N比對(duì)缺氧反硝化的降解效果有重要意義。當(dāng)C/N比過大時(shí)，有機(jī)物的降解不完全。當(dāng)C/N比過小時(shí)，出水中會(huì)含有過量的硝酸鹽氮或亞硝酸鹽氮只有在適當(dāng)?shù)腃/N比下，才能保證有機(jī)物的完全降解以及出水中幾乎沒有硝酸鹽氮或亞硝酸鹽氮。以生物強(qiáng)化為基礎(chǔ)的生物修復(fù)理念非常簡(jiǎn)單，通過具有降解功能的微生物強(qiáng)化受污染體系，能加速生物修復(fù)，核心是投加高效降解微生物。其效果由微生物本身的降解性能和各種生態(tài)因素綜合作用決定。高競(jìng)爭(zhēng)力和適應(yīng)性強(qiáng)的高效菌株篩選是生物強(qiáng)化技術(shù)成敗的關(guān)鍵難降解有機(jī)物的微生物處理技術(shù)

生物強(qiáng)化技術(shù)根據(jù)用于生物強(qiáng)化的菌株篩選或構(gòu)建途徑不同，生物強(qiáng)化技術(shù)主要可分為以下3種:第一、含有代謝功能的可移動(dòng)基因組分的菌株強(qiáng)化第二、通過基因工程手段改造得到具有特定功能的微生物強(qiáng)化第三、利用常規(guī)的微生物學(xué)手段,通過長(zhǎng)期馴化得到具有一定降解能力的微生物菌群或從特定環(huán)境中分離純化得到某些具有特定降解性能的微生物強(qiáng)化。通過向具有競(jìng)爭(zhēng)力的土著微生物中引入可移動(dòng)代謝基因，能加速自然基因的交換和代謝途徑的構(gòu)建，可作為受污染土壤和水體生物強(qiáng)化的有效手段.運(yùn)用微生物遺傳學(xué)的手段去改造生物反應(yīng)器中的微生物特性，使之獲得高耐毒性、高降解活性以及特異或廣譜降解污染物等優(yōu)良遺傳性狀，從而創(chuàng)造出新的高效生物處理工藝.3高效微生物篩選固定化微生物技術(shù)是用化學(xué)或物理手段將游離微生物定位于限定的空間區(qū)域，并使其保持活性及反復(fù)利用的方法.該技術(shù)是對(duì)完整細(xì)胞進(jìn)行固定，避免了人為破壞生物酶的活性和生化反應(yīng)的穩(wěn)定性，單位體積水體內(nèi)微生物細(xì)胞密度高且能長(zhǎng)期保持活性，能夠有效地解決污染環(huán)境修復(fù)問題。固定化微生物細(xì)胞載體主要有無機(jī)載體、有機(jī)載體、復(fù)合載體。難降解有機(jī)物的微生物處理技術(shù)

微生物固定化技術(shù)不同的固定化載體在處理污水時(shí)的效果不同。蔣宇紅等以海藻酸鈣、瓊脂、明膠、聚乙烯醇和丙烯酰胺凝膠為固定化微生物細(xì)胞的包埋固定載體。結(jié)果表明：聚乙烯醇和海藻酸鈣具有機(jī)械強(qiáng)度較高，傳質(zhì)性能較好，生物毒性較低和固定化操作容易等優(yōu)點(diǎn)。王建龍等分別用聚乙烯醇(PVA)和多孔陶瓷作為載體固定化梭形氣芽孢桿菌，比較其在處理油墨廢水時(shí)微觀形態(tài)的變化情況。研究發(fā)現(xiàn)：用PVA作為載體時(shí)，由于細(xì)胞被包埋在PVA內(nèi)部，和底物的接觸時(shí)擴(kuò)散阻力較大，因而廢水中COD的去除效率較低。而用多孔陶瓷固定化細(xì)胞，不僅簡(jiǎn)便易行，固定牢固，而且對(duì)廢水COD的去除效果也較好。

固定化微生物的制備方法可以分為共價(jià)結(jié)合法、交聯(lián)法、吸附法和包埋法，這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)。共價(jià)結(jié)合法結(jié)合緊密，穩(wěn)定性好，但是基團(tuán)結(jié)合時(shí)反應(yīng)激烈，操作復(fù)雜、難控制。交聯(lián)法微生物反應(yīng)活性損失較大，且采用的交聯(lián)劑大都比較昂貴，因此其應(yīng)用受到一定的限制。吸附法是利用微生物所具有的可吸附到固體物質(zhì)表面或其他細(xì)胞表面的能力，將微生物吸附在附加劑的表面的方法，可分為物理吸附和離子吸附。包埋法操作簡(jiǎn)單，微生物固定過程對(duì)生物的影響較小，所制備的高分子載體具有密度低、易于流態(tài)化的優(yōu)點(diǎn)，是目前最為常用的的方法，但包埋材料會(huì)在一定程度上阻礙底物和氧的擴(kuò)散，影響微生物的生長(zhǎng)和產(chǎn)物的代謝。固定化微生物技術(shù)在處理廢水中的作用處理地表水李海波等采用改進(jìn)的聚乙烯醇、海藻酸鈉包埋法固定微球菌修復(fù)受污染地表水，結(jié)果表明：相同時(shí)間內(nèi)固定化細(xì)菌對(duì)COD的去除率明顯高于游離菌,72h的去除率可達(dá)到64.7%；固定化顆粒的適宜接種量為10%；固定化顆粒對(duì)環(huán)境的耐受能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于游離菌；固定化顆粒再生性能好，可以長(zhǎng)期反復(fù)使用。降解底泥

吳光前等在實(shí)驗(yàn)室條件下研究了固定化微生物技術(shù)對(duì)黑臭水體和底泥的凈化性能。結(jié)果表明：底泥厚度降低80%以上；底泥COD去除率達(dá)到93%；上清液COD去除率達(dá)到70%；上清液NH3-N去除率達(dá)到95%；處理后的水體生物相種類和數(shù)量顯著增長(zhǎng)。降解酚類丁成對(duì)實(shí)驗(yàn)室保存的光合細(xì)菌用不同濃度的模擬含酚廢水進(jìn)行馴化后，用海藻酸鈉-殼聚糖-活性炭微膠囊法對(duì)光合細(xì)菌進(jìn)行固定，結(jié)果表明：固定化光合細(xì)菌更具優(yōu)勢(shì).影響固定化光合細(xì)菌處理含酚廢水各因素的影響次序分別為：溫度、接種量、pH值，其最佳降解條件是溫度為30℃，接種量為20%，pH值為7.0，此時(shí)廢水中苯酚降解率為85.3%。含氮廢水的處理李曄等利用包埋法將硝化菌和反硝化菌固定后，發(fā)現(xiàn)這種混合固定法有利于廢水中氮的去除，且去除率高于純種固定法。微生物對(duì)重金屬的轉(zhuǎn)化與固定微生物雖然不能降解重金屬，但是可以降低其毒性，并可將其累積在菌體內(nèi)使之固定。①汞的去甲基化及還原例如：藍(lán)綠色假單胞菌、變形桿菌可使汞離子轉(zhuǎn)化成元素汞，經(jīng)10小時(shí)后揮發(fā)掉的汞可達(dá)75%。假單胞菌K62能使無機(jī)汞和有機(jī)汞形成元素汞。

②累積及固定重金屬在微生物累積重金屬方面，已闡明同細(xì)胞內(nèi)金屬硫蛋白(Metalothioneins)簡(jiǎn)稱MT有關(guān)，MT是一種低分子量的細(xì)胞質(zhì)蛋白，同Hg,Zn、Cd、Cu、Ag等重金屬有強(qiáng)烈的親和性，結(jié)果使重金屬富集并抑制其毒性。含重金屬離子廢水的處理曹德菊等采用明膠、瓊脂、海藻酸鈉作為載體對(duì)枯草桿菌進(jìn)行固定.結(jié)果表明海藻酸鈉作為固定化載體其傳質(zhì)性能強(qiáng)、方法簡(jiǎn)便、機(jī)械強(qiáng)度好；固定化枯草桿菌對(duì)含鎘廢水去除效果明顯高于游離枯草桿菌。郭平等研究表明鉛離子的存在能夠影響固定化細(xì)菌對(duì)鎘離子的吸附。楊芬對(duì)水中Cu2+

的吸附進(jìn)行靜態(tài)實(shí)驗(yàn)研究，并與未包埋固定的普通小球藻吸附效果進(jìn)行對(duì)照比較，試驗(yàn)結(jié)果表明：固定化藻細(xì)胞對(duì)水中Cu2+的吸附率明顯高于未固定化藻細(xì)胞，固定化藻細(xì)胞對(duì)Cu2+的吸附是一個(gè)快吸附過程，固定化藻細(xì)胞可以用0.15mol/L的HCl溶液解吸和再生,其解吸率在80%以上。厭氧水解酸化預(yù)處理過程通常要經(jīng)過水解和酸化階段。第一階段為水解階段,大分子有機(jī)物或不溶性有機(jī)物質(zhì)；經(jīng)過微生物胞外酶的水解催化作用可水解為小分子或可溶性有機(jī)物，如葡萄糖、氨基酸和甘油等；第二階段為酸化階段，在厭氧或兼性厭氧的條件下，葡萄糖通過EMP途徑生成丙酮酸，氨基酸生成乙酸、不飽和脂肪酸、丙酮酸等，甘油生成丙酮酸。水解酸化技術(shù)不必控制嚴(yán)格的好氧或厭氧條件，只要保持厭氧或兼厭氧條件，即可達(dá)到很好的效果。優(yōu)點(diǎn):它能將大分子難降解的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為小分子易降解的有機(jī)物，改善廢水的可生化性，為后續(xù)好氧生化處理創(chuàng)造條件。同時(shí)，經(jīng)水解－－酸化預(yù)處理，出水水質(zhì)穩(wěn)定，減小了原水負(fù)荷變化對(duì)后續(xù)生化處理系統(tǒng)的沖擊。難降解有機(jī)物的微生物處理技術(shù)

--厭氧水解酸化預(yù)處理技術(shù)小結(jié)在處理難降解有機(jī)物時(shí)，生物技術(shù)是污染物治理中有效和清潔的技術(shù)，通過微生物代謝實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的去除，不會(huì)造成二次污染。各種生物處理法應(yīng)相互結(jié)合使用，生物強(qiáng)化技術(shù)可用于高效降解菌的選取，微生物固定化可作為微生物活動(dòng)的場(chǎng)所，并通過共代謝作用去除難降解有機(jī)污染物。這些技術(shù)有的還停留在實(shí)驗(yàn)室階段，因此應(yīng)該繼續(xù)致力于難降解有機(jī)物的生物技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)對(duì)難降解有機(jī)物的有效處理。植物修復(fù)(phytoremediation):利用植物及其根際圈微生物體系的吸收、揮發(fā)和轉(zhuǎn)化、降解等作用來清除污染環(huán)境中的污染物質(zhì)。第二節(jié)污染土壤的植物修復(fù)------基本概念和修復(fù)機(jī)理植物修復(fù)發(fā)展歷程無意識(shí)地利用植物處理排泄物20世紀(jì)初，有意識(shí)地利用植物生態(tài)系統(tǒng)處理廢棄物和污水無害化1970s后，發(fā)展污水的土地處理系統(tǒng)，成為城市生活廢水的處理技術(shù)；廢棄礦山的復(fù)墾，污泥的處理和農(nóng)業(yè)應(yīng)用，植物耐性機(jī)理的研究1980s,Chaney提出利用超積累植物清除土壤重金屬污染，形成植物修復(fù)概念。植物對(duì)污染物的修復(fù)機(jī)理-有機(jī)物的吸收積累和代謝植物在環(huán)境污染治理中的作用植物修復(fù)的概念利用綠色植物清除環(huán)境中的污染物，使其去除降低或消失稱作植物修復(fù)(phytore-mediation)(Raskin等.1994)。植物修復(fù)的主要對(duì)象是有毒重金屬和有機(jī)污染物。

研究表明，許多細(xì)菌、真菌、藻類和植物都有從周圍環(huán)境富集重金屬的能力，然而至今仍沒有一種經(jīng)濟(jì)有效的方法從土壤中回收富集了重金屬的微生物。相比較而言，回收富集了重金屬的植物則較容易。尤其是那些將重金屬吸收到地上部的植物的回收更加簡(jiǎn)便易行。植物固定(Phytostabilization)根系降解(Rhizodegradation)植物促進(jìn)(Phytoaccumulation)植物降解(Phytodegradation)植物揮發(fā)(Phytovolatilization)揮發(fā)轉(zhuǎn)移(Evapotranspiration)一、植物修復(fù)的類型

植物固定(Phytostabilization)

利用植物將有毒有害污染物如重金屬聚集在根系地帶,降低其活動(dòng)性,阻止其向深層土壤或地下水中擴(kuò)散,但并不為植物利用,即根系對(duì)污染物起固定作用。根系降解(Rhizodegradation)

植物中超過20%的營(yíng)養(yǎng)成分如糖分、氨基酸、有機(jī)酸等都聚集在根部,因此會(huì)生長(zhǎng)很多微生物,尤其在根表面向外1-3mm的地方,這些微生物是沒有種植過植物的土壤的3-4倍。一些微生物可以同植物相結(jié)合促進(jìn)重金屬的降解,也可以礦化某些有機(jī)污染物如PAHs、PCBs。植物促進(jìn)(Phytoaccumulation)

也稱之為植物提取(phytoextraction),植物根系將土壤中重金屬或有機(jī)污染物從污染的土壤中轉(zhuǎn)移到植物的地上部分。一般指那些能累積超過葉子干重1.0%的Mn，或者0.1%的Co、Cu、Pb、Ni、Zn，或者0.01%的Cd的植物。目前世界上有500多種這樣的植物。植物降解(Phytodegradation)

植物的根、莖、葉吸收或降解污染物,主要是有機(jī)污染物如PAHs、TPHs、PCBs,無機(jī)污染物如氮氧化物、硫氧化物。判斷這些污染物能否進(jìn)入植物體內(nèi)的指標(biāo)是該物質(zhì)在辛醇—水中的分配系數(shù)(logKOW)。logKOW在1-3.5之間的物質(zhì)可以被植物吸收降解。植物揮發(fā)(Phytovolatilization)

某些易揮發(fā)污染物被植物吸收后從植物表面組織空隙中揮發(fā)。如桉樹降解三氯乙烯(TCE)、甲基叔丁基醚(MTBE)，印度芥菜降解硒化合物；煙草揮發(fā)甲基汞。從植物莖葉揮發(fā)出的物質(zhì)可能被空氣中的活性羥基分解。如有毒的Hg2+經(jīng)植物揮發(fā)后變成了低毒的Hg，高毒的硒變成了低毒的硒化物氣體等。揮發(fā)轉(zhuǎn)移(Evapotranspiration)

植物通過葉表孔隙揮發(fā)水分的形式轉(zhuǎn)移在水系中的污染物。如白楊、桉樹、河香柏等樹木具有很深的根系,每天可以蒸騰大量的水,將水中某些污染物轉(zhuǎn)移至植物體內(nèi)。

植物修復(fù)在空氣污染中的應(yīng)用植物在水環(huán)境污染中的應(yīng)用植物在土壤污染中的應(yīng)用二、植物修復(fù)在環(huán)境污染中的應(yīng)用

植物修復(fù)在空氣污染中的應(yīng)用氮氧化物NxOy是污染空氣的一類主要化合物，NO2同O3在光照的條件下容易形成光化學(xué)煙霧，N2O是一種能引起溫室效應(yīng)的氣體，它可以輻射傳熱,破壞同溫層的O3。某些植物將氮氧化物轉(zhuǎn)化為氨基酸或以其為氮源加以利用,利用這些植物去除空氣中的氮氧化物無疑是環(huán)保節(jié)能的好方法。

HiromichiMorikawa等人詳細(xì)研究了NO2被217種高等植物、50種野生草本植物、60種人工培育的草本植物和107種木本植物吸收和還原為N2的情況，結(jié)果表明辛荑對(duì)NO2吸收最高，達(dá)12.7mg/g(干重)；菊科、桃金娘科、茄科和楊柳科有較高的還原N2的能力。植物在水環(huán)境污染中的應(yīng)用水環(huán)境中的污染大致可分為三類:

（1）無機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素如氮、磷等；（2）有機(jī)污染物如農(nóng)藥、殺蟲劑、多環(huán)芳烴PAHs、炸藥等；（3）重金屬的污染。

（1）無機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素如氮、磷等去除利用水生植物去除由氮、磷等無機(jī)營(yíng)養(yǎng)元素引起的水體富營(yíng)養(yǎng)化問題已有大量研究。種植蓮藕、水稻既可以去除氮、磷,又有很好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值；被制成浮床的大椿草、水芹、水榮草、多花黑麥草等對(duì)去除水體中的氮、磷和抑制藻類滋生均有明顯的作用。這些植物發(fā)達(dá)的根系及與根系共生或混生的微生物往往共同對(duì)水環(huán)境起著凈化作用。（2）有機(jī)污染物如農(nóng)藥、殺蟲劑、多環(huán)芳烴PAHs、炸藥等去除利用某些植物降解、礦化污染物為毒性弱的小分子、具有無機(jī)物的特性,修復(fù)受污染的水體。

水葫蘆可以去除水體中的有機(jī)磷農(nóng)藥、染料、酚、多環(huán)芳烴、甲基對(duì)硫磷等有機(jī)污染物；浮萍、伊樂藻對(duì)殺蟲劑DDT降解有明顯的作用,金魚藻、伊樂藻或浮萍可以顯著降低地表水中異丙甲草胺濃度;長(zhǎng)春花可用于修復(fù)受炸藥TNT污染的地表水;龍葵能有效地降解PCBs。。

植物種苗對(duì)水中重金屬的去除作用比植物根的去除作用更強(qiáng)，利用植物種苗去除水中重金屬被稱為種苗過濾，是修復(fù)含重金屬廢水發(fā)展的新方向。渠榮遴等人研究了玉米、豌豆、蓖麻和向日葵等作物種苗對(duì)水體中Zn、Pb、Cu的去除作用，結(jié)果表明:蓖麻對(duì)Zn的積累最高，達(dá)30.0mg/g；向日葵對(duì)Pb的積累最高,達(dá)91.6mg/g；向日葵對(duì)Cu的積累最高,達(dá)24.3mg/g，其莖、葉中也有一定量的銅積累。（3）重金屬去除:植物通過根系吸收、濃縮和沉淀水體中有毒有害重金屬是非常具有吸引力的一種含重金屬廢水的處理方法,是目前研究的熱點(diǎn)問題。用于修復(fù)水體污染物的植物大多是沉水和水面漂浮植物,其中如綠藻對(duì)Cd、Hg、Cu、Pb的去除率可達(dá)80%-90%;黑麥草對(duì)黃金廢水不僅有很強(qiáng)的凈化能力,而且也具有很高的富集功能,其根部的含金量最高可達(dá)784g/t(干重)。植物在土壤污染中的應(yīng)用土壤中的污染物主要為：（1）有機(jī)物如有機(jī)農(nóng)藥、石油類(TPH)、酚類、氯溴代有機(jī)化合物等；（2）重金屬等。（1）植物修復(fù)有機(jī)污染物植物修復(fù)有機(jī)污染物的方式主要以植物固定、植物降解為主。

紫花苜蓿,黑麥草,小藍(lán)莖草已成功地用于土壤中PAHs的修復(fù),在6個(gè)月內(nèi)可以將PAHs總量降低57%；銀合歡可以吸收和代謝二溴甲烷、三氯乙烯；轉(zhuǎn)基因胡蘿卜根須中聚集的苯酚濃度可達(dá)1000mmol/L，氯酚50mmol/L，在120h內(nèi)可降解90%以上的苯酚類化合物,研究表明根須中的過氧化酶可以促進(jìn)這些物質(zhì)的代謝;在黑麥與大豆輪作的地塊上TPH消失量顯著高于無植被的地塊；植物還能降解殺蟲劑和除草劑，?？浦参锛八N薇科植物的根系分泌物能促進(jìn)PCB降解菌的生長(zhǎng)。柳樹、鵝掌揪、落羽松、撣木及棟屬植物都能有效地降解除草劑滅草松。（2）植物修復(fù)土壤中重金屬污染植物修復(fù)主要是選用超富集植物通過根系吸收固定這些重金屬,并轉(zhuǎn)移到地面部分,可采用收割的方式去除土壤中重金屬。寶山堇菜是一種Cd超富集植物,它不僅可以超量吸收Cd，而且可以從地下向地上部位有效輸送。蜈蚣草不僅有較強(qiáng)的耐受和富集Sn的能力,同時(shí)也具有較強(qiáng)的耐Pb、Zn的能力,具有生長(zhǎng)速度快和生物量大的特點(diǎn),通過改善植物生長(zhǎng)條件等措施可以大幅度提高其富集能力,是有潛力的Zn、Cd污染土壤的修復(fù)植物?？偨Y(jié)——優(yōu)點(diǎn)與傳統(tǒng)的修復(fù)技術(shù)相比,植物修復(fù)是一種容易接受、成本低、技術(shù)要求低的修復(fù)方法,它可應(yīng)用于空氣、地表水、地下水、土壤中污染物的修復(fù)。植物修復(fù)技術(shù)可清除的污染物包括無機(jī)污染物如氮、磷、重金屬等;有機(jī)污染物如農(nóng)藥、炸藥、有機(jī)氯化物、殺蟲劑、除草劑等。總結(jié)——缺點(diǎn)要求植株具有高的生物量；對(duì)污染物的耐受性要高;受植物根系分布的限制;受氣候、土質(zhì)等的影響;清除污染物所需的時(shí)間長(zhǎng);轉(zhuǎn)基因技術(shù)的應(yīng)用可能會(huì)造成潛在的環(huán)境污染等等。但隨著各方面研究和實(shí)踐的深入,它必將得到廣泛推廣與應(yīng)用,并為環(huán)境保護(hù)和治理工作帶來新的前景與希望。氧化塘、人工濕地等水污染預(yù)處理技術(shù)

生物氧化塘是一種利用生物天然凈化能力凈化污水的處理系統(tǒng)，可輔以人工曝氣、投加污染物和底泥高效降解菌劑、放養(yǎng)適生水生生物等強(qiáng)化措施，污水經(jīng)過氧化塘處理，可形成多級(jí)食物鏈組成的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng)，這對(duì)城市水環(huán)境的生物修復(fù)極為有利。

人工濕地利用基質(zhì)微生物，水生植物，動(dòng)物符合生態(tài)系統(tǒng)的物理、化學(xué)吸收、動(dòng)物消費(fèi)和微生物分解來實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的高效凈化。水污染控制中的生物修復(fù)技術(shù)河道和湖泊人工增氧技術(shù)

通過一定的增氧設(shè)備，增加水體中溶解氧，能加速河湖水體和底泥微生物對(duì)污染物的分解，為水體中各種水生生物呼吸提供氧氣，促進(jìn)系統(tǒng)生物多樣性。生物強(qiáng)化技術(shù)

實(shí)際上是外源微生物投放技術(shù)。在我國(guó)城市水環(huán)境治理中，應(yīng)用的微生物制劑主要包括美國(guó)的Clear—Flo、CBS、日本EM、我國(guó)的光合細(xì)菌(PSB)、硝化細(xì)菌等，并取得了一定的治理效果。生物促生技術(shù)

生物促生技術(shù)是通過對(duì)自然界中污染物降解者（土著微生物）的促生作用，為之創(chuàng)造一個(gè)能順利完成自然降解功能的環(huán)境，強(qiáng)化污染環(huán)境的自凈能力，加速對(duì)有機(jī)污染物的分解。

生態(tài)混凝土技術(shù)

所謂生態(tài)混凝土是一類混凝土介質(zhì)，具有特殊的結(jié)構(gòu)與表面特性，其上可附著生長(zhǎng)適生生物，過濾凈化入流的污染物。它能減輕環(huán)境負(fù)荷，與生態(tài)環(huán)境相協(xié)調(diào)。

底泥生物氧化技術(shù)

通過把藥物注射到河道底泥表面，對(duì)河道黑臭泥進(jìn)行生物氧化，可有效降低底泥有機(jī)物含量和耗氧速率，提高底泥對(duì)上覆水體的生物降解能力，促進(jìn)底泥微量營(yíng)養(yǎng)釋放和藻類生長(zhǎng)。生物操縱技術(shù)

生物操縱就是利用調(diào)整生物群落結(jié)構(gòu)的方法控制水質(zhì)。其主要原理是調(diào)整魚群結(jié)構(gòu)，保護(hù)和發(fā)展濾食性的浮游動(dòng)物，從而控制藻類的過量生長(zhǎng)。其核心是利用浮游動(dòng)物濾食浮游藻類，增加水體透明度。水生植被恢復(fù)技術(shù)

水生植被主要是指大型挺水植物，沉水植物、浮葉植物、漂浮植物等。水生植被恢復(fù)是城市水環(huán)境生物修復(fù)十分重要的環(huán)節(jié)，同時(shí)也是城市水質(zhì)污染重要的指標(biāo)生物。水生生態(tài)恢復(fù)技術(shù)

水生生態(tài)恢復(fù)是提高城市水環(huán)境自凈能力，維護(hù)生物修復(fù)治理成果的必要措施，是生物修復(fù)的最高形式。通過生態(tài)恢復(fù)，使黑臭或富營(yíng)養(yǎng)化水體向潔凈好氧生態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化，提高水環(huán)境生物多樣性和自凈能力。1、重水體生物修復(fù)而忽視底泥生物修復(fù)目前我國(guó)城市水環(huán)境生物修復(fù)存在的問題

2、重外源微生物投放而忽視土著微生物激活3、重單一措施而忽視綜合處理4、重污染源控制而忽視水環(huán)境生態(tài)恢復(fù)植物對(duì)有機(jī)污染物的吸收途徑對(duì)氣態(tài)污染物的粘附和吸收對(duì)水溶態(tài)污染物的吸收水溶態(tài)污染物主要通過根吸收葉片也能吸收水溶態(tài)物質(zhì)氣態(tài)污染物植物粘附污染物的數(shù)量,主要決定于植物表面積的大小和粗糙程度,某些植物還可分泌油脂、黏液,如去杉、油松等;氣孔是葉片吸收污染物的主要部位,但高濃度污染物可對(duì)葉片造成損害,如二氧化硫可導(dǎo)致植物氣孔張開和關(guān)閉的機(jī)能癱瘓,臭氧可損害葉片的柵欄組織.水溶態(tài)的污染物到達(dá)根表面，主要有兩條途徑：一條是質(zhì)體流途徑(massflow)，即污染物隨蒸騰拉力，在植物吸收水分時(shí)與水一起到達(dá)植物根部；另一條是擴(kuò)散途徑(diffusion)，即通過擴(kuò)散到達(dá)根表面。葉片對(duì)農(nóng)藥通過氣孔吸收與角質(zhì)層吸收。附著性能是影響藥效的重要因素。表面活性劑能顯著降低表面張力，改善藥液在葉面的附著性,從而提高吸收。如:

劉支前等發(fā)現(xiàn)不加任何表面活性劑時(shí)，草甘膦藥液不能直接經(jīng)蠶豆葉面氣孔吸收；添加0.5％的有機(jī)硅表面活性劑后，氣孔吸收率可達(dá)85.4％。自然來源：工業(yè)礦床和巖石風(fēng)化而成的地表土壤．重金屬來源人為來源生產(chǎn)活動(dòng)農(nóng)藥肥料交通運(yùn)輸廢棄物廢水廢氣植物對(duì)重金屬吸收積累土壤中重金屬本身所存在的形態(tài)可分為：水溶態(tài)、有機(jī)質(zhì)結(jié)合態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、Fe-Mn氧化物結(jié)合態(tài)以及包含于礦物晶格中的殘?jiān)鼞B(tài)。從植物的可利用性可分為可吸收態(tài)、交換態(tài)、難吸收態(tài)。重金屬的游離離子及螯合離子易被植物所吸收，殘?jiān)鼞B(tài)的難被植物吸收，介于兩者之間的則為交換態(tài)。物理化學(xué)法重金屬污染土壤恢復(fù)方法生物修復(fù)法微生物修復(fù)植物修復(fù)小結(jié)-植物修復(fù)的優(yōu)點(diǎn)適用污染因子廣泛，不僅適合重金屬，同時(shí)可治理有機(jī)物污染。從生態(tài)學(xué)角度看，有利于污染地生態(tài)恢復(fù)，美化環(huán)境。以太陽能為動(dòng)力，成本低，適合大面積修復(fù)推廣。修復(fù)費(fèi)用約為5～40美元／噸，而填埋的費(fèi)用為100～500美元／噸。尤其適于低濃度條件。不會(huì)引起二次污染，特別是不會(huì)對(duì)地下水構(gòu)成污染。修復(fù)模式植物提取(phytoextraction)植物揮發(fā)(phytovolatilization)植物穩(wěn)定(phytostabilization)植物降解(phytodegradation)第二節(jié)污染土壤修復(fù)模式植物提取:利用植物根系吸收重金屬元素，并經(jīng)過植物體內(nèi)一系列復(fù)雜的生理生化過程，將重金屬元素從根部轉(zhuǎn)運(yùn)至植物地上部分，再進(jìn)行收割處理。根據(jù)實(shí)施的策略不同，植物提取技術(shù)可分為連續(xù)植物提取和誘導(dǎo)植物提取。植物提取第一種情況（連續(xù)植物提取）：植物在整個(gè)生命周期中都能吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、積累和忍耐高含量的重金屬．第二種情況：某些植物只能在一段時(shí)期內(nèi)吸收重金屬，或整個(gè)生命期中都吸收但吸收量很低．第二種情況下，人們輔以絡(luò)合劑等理化措施誘導(dǎo)植物積累更多金屬元素，這就是誘導(dǎo)植物提取。誘導(dǎo)植物提取舉例：在芥菜營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛期施用ＥＤＴＡ絡(luò)合劑可顯著提高土壤中植物有效態(tài)Cu，使土壤水浸提態(tài)Cu和交換態(tài)Cu顯著上升，從而芥菜中Cu的含量明顯增加植物提取技術(shù)與其他修復(fù)模式的區(qū)別之處在于重金屬地上部分含量的不同。因而植物提取技術(shù)要求植物能從根部吸收重金屬離子，還能有較高的地上部分轉(zhuǎn)運(yùn)能力。金屬離子首先進(jìn)入根部細(xì)胞，通過共質(zhì)體的運(yùn)輸穿越根內(nèi)皮層中的凱氏帶，進(jìn)入中柱送達(dá)木質(zhì)部，再與木質(zhì)部中大量存在的有機(jī)酸和氨基酸結(jié)合運(yùn)往地上部分．印度芥菜在高濃度可溶性Pb營(yíng)養(yǎng)液中培養(yǎng)一段時(shí)間后,莖中Pb含量達(dá)到1.5％；印度芥菜還能吸收積累Cr、Cu、Zn、Cd

、Ni等重金屬．植物提取/例子?xùn)|南景天(SedumalfrediiH)——由楊肖娥等發(fā)現(xiàn)的第一種Zn超富集植物。

地上部的Zn含量達(dá)5000ppm.

富集系數(shù)達(dá)1.9以上。為植物修復(fù)的核心部分，最早的概念于1977年Brooks提出，現(xiàn)在接近成熟．重金屬超積累植物蜈蚣草（PterisvittataLinn.）——第一種在我國(guó)發(fā)現(xiàn)的As超富集植物，由陳同斌等發(fā)現(xiàn)．超積累植物地上部分的重金屬含量是同等生境條件下其他普通植物含量的100倍以上；在污染地生長(zhǎng)旺盛，生物量大，能正常完成生活史；富集系數(shù)(BCF)和轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(TF)都大于l。一般而言，植物體內(nèi)重金屬臨界含量為Zn:l0000mg／kg,Cd:l00mg／kg,Au:lmg／kg,Pb、Cu、Ni、Co均為1000mg／kg.超積累植物特征過渡類型有一些植物雖然達(dá)不到上述各項(xiàng)指標(biāo)，但比起一般的植物能忍耐一定程度的重金屬，文獻(xiàn)資料上多稱為富集植物．長(zhǎng)期生長(zhǎng)于污染土壤中的植物對(duì)環(huán)境脅迫往往形成了三類適應(yīng)模式，各自特點(diǎn)為:抵御：與根際周圍的各類真、細(xì)菌組成菌根，形成防御體系共同抵制外界污染物質(zhì)的侵害。忍耐：無法構(gòu)建防御體系，但可形成一定的忍耐特性，體內(nèi)重金屬含量高于普通植物，即使脫離重金屬污染土壤仍能自然成活，稱為富集植物。利用：因?yàn)樽陨砩淼男枰?，土壤中污染物質(zhì)含量要達(dá)到一定數(shù)值才能成活，稱為超積累植物。

如比蘇草在Cu含量小于100μg／kg的土壤中不能正常生長(zhǎng)。根據(jù)其這一特性，某種重金屬的超積累植物往往還能成為金屬礦藏的指示植物。植物對(duì)污染環(huán)境的適應(yīng)模式首先，大部分植物植株矮小，生長(zhǎng)緩慢，且不易機(jī)械化作業(yè)；其次，多為野生型植物，對(duì)生物氣候條件的要求也比較嚴(yán)格，區(qū)域性分布較強(qiáng)，引種受到嚴(yán)重限制；再次，專一性強(qiáng)，只作用于一種或兩種特定的重金屬元素，對(duì)土壤中其他含量較高的重金屬表現(xiàn)出中毒癥狀；最后，植物器官往往會(huì)腐爛、落葉，最終重金屬重返土壤。超積累植物的局限性植物吸收重金屬本質(zhì)上是否為植物在特定環(huán)境下的特定生理生化反應(yīng)．植物耐重金屬毒害的機(jī)制包括：細(xì)胞區(qū)域化作用；主動(dòng)外排；螯合作用．目前誘導(dǎo)植物生成配位體是其研究熱點(diǎn)．另外還可通過基因手段，促進(jìn)植物基因改良，提高積累量．植物積累重金屬的分子生物學(xué)研究尋找更多超積累植物，尤其能同時(shí)富集不同重金屬元素的植物的尋找，加強(qiáng)對(duì)現(xiàn)有野生超積累植物的人工引種、馴化研究；分子水平上的植物耐金屬性研究，從基因水平上探明植物對(duì)重金屬耐性的根源所在；各種重金屬元素在不同植物體內(nèi)的儲(chǔ)存及分布特征研究；超積累植物根際環(huán)境對(duì)重金屬吸收作用的影響．超積累植物研究展望含義：植物將揮發(fā)性污染物吸收到體內(nèi)后再將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)，釋放到大氣中。

植物揮發(fā)和土壤根際微生物的活動(dòng)密切相關(guān)．缺點(diǎn)：揮發(fā)性重金屬經(jīng)植物體進(jìn)人大氣最終沉入土壤或水體，會(huì)產(chǎn)生二次污染．揮發(fā)舉例：植物從土壤吸收汞再向大氣揮發(fā)；硒以二甲基硒和二甲基二硒揮發(fā)。植物揮發(fā)含義：利用植物吸收和沉淀來固定土壤中的大量有毒重金