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污染物的生物修复.doc

污染物的生物修复

青柠梦娜
2019-05-19 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《污染物的生物修复doc》,可适用于工程科技领域

污染物的生物修复污染物,顾名思义,即是指可引起污染的、可以直接或间接损害环境或人类健康的物质。随着我国工业化进程不断推进,经济飞速发展,与此同时,污染情况也不容乐观,无论是土壤、水还是大气中的污染问题,都刻不容缓、亟待解决。而对于如何降低、减少污染,生物处理是一项很重要的手段,许多生物,包括部分微生物、植物动物对于污染物存在某些特定的吸收、转化、迁移作用,这便是利用生物来降低污染的理论基础。本文将从收集的相关资料出发,对于资料进行整合、筛选、分析,分类探讨,以阐明观点。水污染的生物修复经过众多科学家、科研人员多年的实验研究,发现微生物在污染治理方面颇有作用,无论是对于土壤污染、水污染亦或是大气污染治理,均有不俗的表现。针对于水污染治理,有相关科研结果予以支持。微生物修复技术是世纪年代以来出现和发展的治理环境污染的微生物工程技术。它以微生物的代谢活动为基础,通过对有毒有害物质进行降解和转化,修复受破坏的生态平衡以达到治理环境的目的。微生物修复的关键是能针对处理体系中的污染物找到相应的高效降解菌株。在水污染治理中,高效菌株既可以从长期污染的水体或废水生物装置中筛选、分离、富集培养得到,也可以通过诱变、原生质体融合、基因工程等技术来构建。微生物修复作用若要有效、持续地运行,从菌种选育、剂型开发到处理工艺的选择、优化实施都非常重要。微生物修复有毒有机物污染水体:化工厂排放的废水中常能检测到包括多环芳烃、卤代烃、杂环类化合物在内的各种有毒有机物,这些物质的共同特点是毒性大、成份复杂、化学耗氧量高。尽管这类污染物属于难降解有机物,但已发现一些好氧及厌氧微生物能够通过不同代谢途径将其降解、矿化,这为微生物修复有毒有机物污染的水环境提供了可能。微生物修复重金属污染水体:国内外应用微生物技术修复重金属污染水体的实例很多,所用的生物资源也非常丰富,从细菌、放线菌到酵母菌、霉菌以及海藻类等都有涉及。所进行的研究多是从筛选耐受菌株开始,进而研究其耐受机理。能耐受高浓度重金属的微生物本身会存在一种使细胞免受重金属毒害的保护机制,而这种机制很可能就是微生物对重金属所产生的作用方式。微生物修复富营养化水体:大面积富营养化水体中氮的去除通常采用原位修复技术。利用生物强化手段,向水中投加高效的具有硝化和反硝化作用的功能菌或是投加具有综合修复功能的复合菌,如EM菌群。EM中含有光霍炜洁等:微生物技术修复水污染的研究进展生物技术通报BiotechnologyBulletin年第期合细菌、乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌、醋酸菌、双歧杆菌、放线菌大类微生物在内的属种有益微生物,复合微生物在水环境中各司其职,不仅可以分解利用水中过量的氮化合物,而且能丰富水中微生物种群的多样性,改善水体的微生态平衡,遏制有害菌的生长。利用微生物技术修复污染水体是一个极为复杂的系统工程,针对当前严重复杂的污染情况,应当积极开发微生物资源,改良原有物种、寻找发现新物种,并针对特定的微生物建立高效的反应器,优化处理工艺和运行条件,进一步扩展微生物修复的范围将微生物修复和各种物理化学方法综合利用起来,例如将物化方法应用于微生物修复的前处理中,提高污染物的可生化性,能使微生物修复技术得到更广泛的应用进一步开展菌群间的协同作用机制和菌剂使用安全方面的研究,积极开发复合菌群建立水域的微生态平衡,并联合水生植物、有益藻类共同作用于水体的生态修复,使被污染的水体达到生态的自然平衡,实现水质的健康持续改善。大型水生植物在水污染治理中可以发挥多种作用。通过自身的生长代谢可以大量吸收氮、磷等水体中的营养物质,而其中一些种类还可以富集不同类型的重金属或吸收降解某些有机污染物通过促进微生物的生长代谢,可以使水中大部分可生物降解有机物(BOD)降解通过抑制低等藻类的生长,控制富营养化的表现形式等。根据不同的生活型特点,利用大型水生植物进行污水处理和水体修复的方式也多种多样,主要包括:以漂浮植物为主的塘系统和以挺水植物为主的人工湿地系统等。大型水生植物是一个广泛分布在江河湖泊等各种水体中的高等植物类群,其生长的水塘或湿地很早就被利用来消纳污水。它们在水体中的生态功能使其在水污染防治中具有很大的应用价值。随着水污染的加剧,为了寻找高效低耗的水污染处理技术,世纪年代,水生植物开始受到人们的关注,许多这类植物的耐污及治污能力被研究发现,多种以大型水生植物为核心的污水处理和水体修复生态工程技术被开发。大量工程实践表明,这项技术具有低投资、低能耗等优点,因此近年来已成为环境领域的研究热点之一。当前,以活性污泥为主的污水处理系统,无论二级处理还是深度处理投资费用都比较高,而且由于需要大量电能,运行费用也相当高,以致于一些经济不发达的国家和地区难以承受。大型水生植物为主的污水处理系统,主要由太阳能来驱动,并且在对污水进行深度处理的同时,还可以回收资源和固定能源,加之处理过程基本不使用化学品,也不会产生有害副产物,是一种非常有潜力的“绿色”处理技术。因此,随着研究的深入和技术的不断完善,以大型水生植物为主的污水处理与水体修复技术,将会得到越来越广泛应用。土壤污染的生物修复现代农业的发展改变了自然界的原有状况,为追求高产而大量使用的化肥、农药导致土壤有机物污染日趋严重。此外,工业生产、石油开采、交通运输、畜禽养殖及居民生活等也产生了大量有机污染物,使土壤有机物污染进一步加剧,土壤有机物污染的修复日益迫切。土壤污染修复是指通过物理的、化学的和生物的方法,吸收、降解、转移和转化土壤中的污染物,使污染物浓度降低到可以接受的水平,或将有毒有害的污染物转化为无害物质的过程。包括污染土壤的物理修复技术、化学修复技术以及生物修复技术种方式。在污染土壤修复技术中,生物修复技术因其安全、无二次污染及修复成本低等优点而受到越来越多的关注。因污染物修复主体的不同,有机污染物污染土壤生物修复技术可分为植物修复技术、动物修复技术、微生物修复技术及其联合修复技术。土壤污染修复是指通过物理的、化学的和生物的方法,吸收、降解、转移和转化土壤中的污染物,使污染物浓度降低到可以接受的水平,或将有毒有害的污染物转化为无害物质的过程。同物理修复和化学修复方法相比,生物修复具有可基本保持土壤理化性质、污染物降解彻底、处理费用较低和应用广泛、不易产生二次污染、适应于大面积土壤污染的修复等特点。生物修复由于具有低耗、高效、环境安全及纯生态过程等的显著优点,成为土壤环境修复的最活跃的研究领域。污染土壤微生物修复技术是土壤污染生物修复的重要技术之一。微生物是土壤生态系统的重要生命体,它不仅可以指示污染土壤的生态系统稳定性,而且还有巨大的潜在的环境污染修复功能。微生物能以有机污染物为唯一碳源和能源或与其他有机物进行共代谢而将其降解。在此基础上,便出现了污染土壤的微生物修复理论及技术。微生物修复是指利用天然存在的或所培养的功能微生物,在人为优化的适宜条件下,促进微生物代谢功能,从而达到降低有毒污染物活性或将其降解成无毒物质而达到修复受污染环境的技术。通常一种微生物能降解多种有机污染物,如假单胞杆菌可降解DDT、艾氏剂、毒杀酚和敌敌畏等。此外,微生物可通过改变土壤的理化性质而降低有机污染物的有效性,从而间接起到修复污染土壤的目的。有机污染物被微生物降解主要依靠两种方式:()利用微生物分泌的胞外酶降解()污染物被微生物吸收到细胞内,由胞内酶降解。吸收污染物的方式主要有被动扩散、促进扩散、主动运输、基团转位及胞饮作用等。土壤污染的植物修复通常与植物根际微生物紧密相关,根际微生物群落变化与土壤污染物在根际环境中的动态,可能是对土壤污染成功进行植物修复的基本过程。根际环境由于植物根系分泌作用的存在致使其pH、Eh、微生物等组成一个有异于非根际的特殊生境,根系分泌、根际微生物间存在着复杂的相互关系。CO连续标记植物与密闭根土壤系统研究表明,植物光合产物的以上通过根释放到土壤,称为根际沉降(rhizodeposition),供相关的生物群的代谢利用,包括自由生活的微生物,及其与植物共生的根瘤菌与菌根真菌。早已证明,根系分泌物会影响土壤中微生物的数量及群落组成,群落特征也随着根系分泌物的类型而变化。根际环境中的细菌密度比非根际土壤通常大~个数量级,并表现范围更广泛的代谢活性。土壤中微生物的活性及其生物量增长受到底物的限制,特别是碳源,根际环境中碳源的输入明显增加微生物的活性。通过模拟根系分泌物组成成分进行碳源添加实验,测定微生物群落的DNA分子杂交、(GC)比例、膜脂,结果表明,微生物群落结构及活性与碳源存在明显的相关性。Compbell等研究了以根系分泌物中的有机物为唯一碳源培养土壤微生物,对种不同植被类型个取样点的土壤样品研究结果表明,根系分泌物对土壤微生物具有一定的选择性。Kozdroj等的研究结果表明,植物根系分泌物明显影响根际微生物群落结构,根系分泌物中的有机成分是引起根际新的细菌群落发展的潜在机制。以植物为基础的土壤污染生物修复通常是由于与植物根际紧密相连的微生物的作用,这种依赖于根际的变化而使土壤中微生物群落发生变化,可能是对土壤污染成功进行生物修复的基本过程。可见根系分泌、根际微生物相互关系在土壤污染生物修复中具有非常重要的地位与作用。通过对根际环境中植物与微生物的相互关系的研究,结合根际微生物的应用,提高超积累植物对重金属的积累,降低污染物对植物的毒害作用,增强植物、微生物对土壤有机污染物的降解转化,将为污染土壤的植物修复提供效果更佳的新方案。随着根际环境与土壤污染植物修复研究的深入,使得土壤污染植物修复效率更高,投入降低,消除二次污染,不破坏原有生态环境,运行操作更简单,达到长期的效果,土壤污染的植物修复的应用前景将更加广阔。生物修复技术具有广阔的应用前景,有明显的优点,但也有其局限性,只有同物理和化学处理方法结合起来形成综合处理技术,才能更好、更有效地修复土壤污染。生物修复是目前国际上公认的最安全的方法,具有如下优点:①高效性。有机污染物在自然界各种因素(如光解、水解等)作用下会降解,但速度相对缓慢,而生物修复的作用就是可以加速其降解,因而具有高效性的特点②安全性。多数情况下,生物修复是自然作用过程的强化,生成的最终产物是CO、水和脂肪酸等,不会导致二次污染或污染物的转移,能将污染物彻底去除,使土壤的破坏和污染物的暴露降低到最小程度③成本低。生物修复是所有修复技术中费用最低的,其成本约为焚烧处理的~④应用范围广。生物修复能同时修复土壤和地下水的污染,特别是在其他技术难以应用的场地,如建筑物或公路下,利用生物修复技术也能顺利进行。()生物修复的局限。有机污染物的生物修复起步较晚,目前还存在如下不足:①受污染物种类和浓度的限制。②受环境条件制约。温度、湿度、pH及营养状况也影响生物的生存,从而影响生物降解。③负作用。生物修复过程中使用的微生物可能会使地下水污染,也可能会引起植物病害,繁殖过量时会堵塞土壤的毛细孔,影响植物对土壤水分的吸收等被降解的污染物生成的代谢产物的可能毒性、迁移性及生物可利用性等可能会加强,从而造成新的污染。大气污染的生物修复生物修复技术对于大气污染的治理也有着一定的意义。利用生物修复技术来治理大气污染是近年来国际上正在加强研究和迅速发展的前沿性新课题。随着世界各地工业化、城市化和现代化的迅速发展,大气污染已成为人类无法回避的现实问题。大气中一次污染物与二次污染物的复合污染,有机污染物与无机污染物的混合污染和颗粒物、颗粒携带污染物与气态污染物的交织污染已直接或间接地威胁到了陆地生态系统和人类自身的健康与生存。大气污染的植物修复是一种以太阳能为动力,利用植物的同化或超同化功能净化污染大气的绿色植物技术。绿色植物都有滞尘作用,叶总面积大、叶面粗糙多绒毛、能分泌粘性油脂或浆汁的物种,如核桃、板栗、臭椿等可被选为滞尘树种。病原体能经空气传播,即生物性大气污染物。空气中的病原体一般都附着在尘埃或飞沫上随气流移动,绿色植物的滞尘作用可以减小其传播范围,且植物的分泌物具有杀菌作用。大气污染的植物修复过程可以是直接的,也可以是间接的,或者两者同时存在。植物对大气污染的直接修复是植物通过其地上部分的叶片气孔及茎叶表面对大气污染物的滞留、吸收与同化的过程,而间接修复则是指通过植物根系或其与根际微生物的协同作用清除干湿沉降进入土壤或水体中大气污染物的过程。目前对于大气污染植物修复的研究主要在直接修复上。植物修复技术有着较强的可行性与诸多优点,但那也存在着一定的局限性,如植物修复的本身除有耗时长的缺陷外,同时还存在其它一些限制因素,如植物修复受到污染物浓度的限制,有毒污染物有可能在植物体中转化为毒性更强的物质,所吸收的污染物有可能又重新释放到环境中造成二次污染或通过食物链的生物放大而污染等。如何解决这些问题将是植物修复能否投入实际应用的关键。微生物处理也是大气污染生物修复中的重要部分。如下文所介绍的固定化微生物技术在大气恶臭污染物处理,就是微生物修复技术的一个典型体现,固定化微生物技术是指利用将微生物接种到特定的生物反应器内的载体上,利用微生物自身代谢活动降解恶臭物质,使之降解矿化为CO和HO等最终产物,同时微生物利用污染物合成自身所需要的营养物质而进行生长和繁殖,从而达到无臭化、无害化的一种方法。与常规的方法相比,它拥有物理和化学方法所不具有的特点:工艺简单、操作方便、运行稳定、处理效果好、无二次污染等,同时固定化微生物反应器通常在常温、常压下运行,运行时所需要的能耗低也比较低,尤其对于工农业生产过程所排放的大量、低浓度、无回收价值的恶臭污染物治理,固定化微生物技术具有明显的优势,具有广阔的应用前景。常用的能够应用于大气恶臭处理的固定化微生物技术主要包括生物过滤池、生物滴滤塔和生物膜反应器等。近年来固定化微生物技术在处理大气恶臭污染物方面显示了良好的应用前景。固定化微生物技术能够将大气中含有的各种有机恶臭污染物经微生物的同化作用和异化作用转化为CO、水和生物质,从而消除恶臭污染物对环境的影响。环境污染的修复已经成为社会经济可持续发展的重要保障,目前环境污染的生物修复技术在中国还处于起步阶段。对于这一技术的研究的广度和深度还有待进一步提高。今后不仅要在生物材料的筛选以及生物修复机理等理论研究方面加强支持力度,同时对于相关的研究成果要加强实际验证和推广。相信在将来我国的污染治理进程中,生物修复技术将占据极其重要的地位。

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