低溫微生物環(huán)境修復(fù)技術(shù)

1、中國環(huán)境現(xiàn)狀已經(jīng)敲響了警鐘中國環(huán)境現(xiàn)狀已經(jīng)敲響了警鐘優(yōu)點優(yōu)點成本低、效果好、對環(huán)境負面影響小、無二次污染等優(yōu)點缺點缺點修復(fù)周期長、對高濃度污染物的直接處理存在局限性分類分類 低溫微生物按其生長溫度可分為2類:一類為嗜冷菌嗜冷菌,一類為耐冷菌耐冷菌。嗜冷菌的最適生長溫度16 ,耐冷菌則最適溫度在20-35。 分布分布 生物圈約80%以上的部分為常年低于5的永久低溫地區(qū);極地常年氣溫極低;南極大陸周邊及環(huán)繞的海洋圈氣溫也只有-10-5;高緯度的北方地區(qū)占到全球陸地面積的1 /4,且氣候寒冷;占地表71%的海洋約90%的部分溫度低于5 ;地球表面的大約7%被海冰覆蓋,因此,低溫微生物幾乎遍及世界每個

2、角落。低低 溫溫 微微 生生 物物 海洋石油污染的低溫微生海洋石油污染的低溫微生物物治治理理1 陸上大面積水體污染的低溫陸上大面積水體污染的低溫微生物治理微生物治理2 重金屬污染的低溫微生物重金屬污染的低溫微生物治理治理34 高山和近極地污染土壤的高山和近極地污染土壤的低溫微生物治理低溫微生物治理1.海洋石油污染海洋石油污染的低溫微生物的低溫微生物治治理理海洋石油污染海洋石油污染1.1 污染狀況污染狀況 隨著石油開采、運輸和海隨著石油開采、運輸和海上各類船舶活動的日益頻繁上各類船舶活動的日益頻繁,每年都有大量每年都有大量的石油進入海洋。據(jù)統(tǒng)計的石油進入海洋。據(jù)統(tǒng)計,單單在墨西哥灣單單在墨西哥灣

3、,每年泄漏的石油就已達每年泄漏的石油就已達12萬桶萬桶。污染物的。污染物的大量排放超過了海洋的自凈能力大量排放超過了海洋的自凈能力,導(dǎo)致海洋導(dǎo)致海洋污染日益嚴重污染日益嚴重,當(dāng)前不僅已經(jīng)對海洋及近岸當(dāng)前不僅已經(jīng)對海洋及近岸環(huán)境造成嚴重的危害環(huán)境造成嚴重的危害,還危及到了大量海洋還危及到了大量海洋生物。生物。1.2 應(yīng)用背景應(yīng)用背景 20世紀世紀80年代美國利用生物年代美國利用生物修復(fù)技術(shù)已經(jīng)成功地消除了修復(fù)技術(shù)已經(jīng)成功地消除了 Exxon Valdez溢溢油造成的大面積污染油造成的大面積污染, 開創(chuàng)了生物修復(fù)治理海開創(chuàng)了生物修復(fù)治理海洋污染的先河。如今洋污染的先河。如今,在北極、亞北極、高山在

4、北極、亞北極、高山和南極的海洋、陸地等低溫生態(tài)系統(tǒng)中利用低和南極的海洋、陸地等低溫生態(tài)系統(tǒng)中利用低溫微生物所從事的低溫條件下油類的生物降解溫微生物所從事的低溫條件下油類的生物降解研究均有報道。經(jīng)過研究均有報道。經(jīng)過30多年的不懈努力和研多年的不懈努力和研究究,利用低溫微生物對石油污染海洋區(qū)域開展利用低溫微生物對石油污染海洋區(qū)域開展生物修復(fù)的應(yīng)用已開始在一些方面進入實用化生物修復(fù)的應(yīng)用已開始在一些方面進入實用化階段。階段。1.3 修復(fù)原理修復(fù)原理 海洋油污染的生物修復(fù)主要海洋油污染的生物修復(fù)主要依依靠低溫微生物對石油烴的降解作用來實現(xiàn)靠低溫微生物對石油烴的降解作用來實現(xiàn)。海。海洋本已存在大量能降

5、解石油的微生物洋本已存在大量能降解石油的微生物,原油的泄原油的泄漏能刺激該類微生物的大量增殖，從而加速石漏能刺激該類微生物的大量增殖，從而加速石油的分解油的分解,最終達到清除石油污染的目的。最終達到清除石油污染的目的。研究表明研究表明 在未受污染的海洋生態(tài)系統(tǒng)中在未受污染的海洋生態(tài)系統(tǒng)中,石油石油烴降解菌占全部異養(yǎng)菌的比例不到烴降解菌占全部異養(yǎng)菌的比例不到1%,經(jīng)石油經(jīng)石油接觸刺激后接觸刺激后,比例可上升到比例可上升到10% 。2. 陸上大面積水體污染陸上大面積水體污染 的低溫微生物治理的低溫微生物治理2.1 應(yīng)用背景應(yīng)用背景 20世紀世紀70年代年代, Raymond等嘗試研究用微生物降解等

6、嘗試研究用微生物降解技術(shù)現(xiàn)場修復(fù)地下水有機污染技術(shù)現(xiàn)場修復(fù)地下水有機污染,取得了取得了成功。隨著地下水污染的日益嚴重成功。隨著地下水污染的日益嚴重,生生物修復(fù)技術(shù)以其投資低、效益好、應(yīng)物修復(fù)技術(shù)以其投資低、效益好、應(yīng)用簡便等特點用簡便等特點,逐漸應(yīng)用于地下水有機逐漸應(yīng)用于地下水有機污染的治理污染的治理, 近年來低溫生物修復(fù)技近年來低溫生物修復(fù)技術(shù)已被認為是對湖泊、地下水等大面術(shù)已被認為是對湖泊、地下水等大面積水體污染最有生命力的修復(fù)技術(shù)。積水體污染最有生命力的修復(fù)技術(shù)。 2.2 實驗研究實驗研究 Margesin等研究了等研究了10 下車庫下車庫洗車廢水洗車廢水(含有陰離子表面活性劑和燃料油含

7、有陰離子表面活性劑和燃料油)中中的生物去污。加入無機營養(yǎng)物后的生物去污。加入無機營養(yǎng)物后,土著微生物土著微生物可有效地降解這可有效地降解這2種污染物。反應(yīng)種污染物。反應(yīng)7 d后后,污染污染物剩余量為物剩余量為19.3%的陰離子表面活性劑和的陰離子表面活性劑和14.1%的燃料油的燃料油; 反應(yīng)反應(yīng)35 d后后,表面活性劑含量表面活性劑含量降低到初始濃度的降低到初始濃度的5.3%;同時發(fā)現(xiàn)耐冷接種物同時發(fā)現(xiàn)耐冷接種物的生物放大作用可利于降解柴油和陰離子表面的生物放大作用可利于降解柴油和陰離子表面活性劑活性劑( SDS) 。2.3 事實證明事實證明 利用微生物分解有毒有害有利用微生物分解有毒有害有機

8、污染物是修復(fù)治理大面積區(qū)域污染的一種機污染物是修復(fù)治理大面積區(qū)域污染的一種有效方法有效方法,其方法簡單、費用低廉、同時不產(chǎn)其方法簡單、費用低廉、同時不產(chǎn)生二次污染生二次污染,是一項具有廣闊發(fā)展前景的高新是一項具有廣闊發(fā)展前景的高新技術(shù)。技術(shù)。利用水中微生物的新利用水中微生物的新陳代謝處理廢水陳代謝處理廢水3. 重金屬污染的重金屬污染的 低溫微生物治理低溫微生物治理“鉛超標(biāo)啦鉛超標(biāo)啦”鎘污染鎘污染3.13.1什么是重金屬？什么是重金屬？傳統(tǒng)概念傳統(tǒng)概念 密度在密度在5 g/ cm3 以上的金屬統(tǒng)稱為重以上的金屬統(tǒng)稱為重金屬金屬,如金、銀、銅、鉛、鋅、鎳、鈷、鎘、鉻和汞如金、銀、銅、鉛、鋅、鎳、鈷

9、、鎘、鉻和汞等等45種。種。環(huán)境污染方面環(huán)境污染方面 主要是指汞、鎘、鉛、鉻以及類主要是指汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等生物毒性顯著的重金屬金屬砷等生物毒性顯著的重金屬,也指具有一定毒也指具有一定毒性的一般重金屬如鋅、銅、鈷、鎳、錫等。性的一般重金屬如鋅、銅、鈷、鎳、錫等。 重金屬離子對土壤和水體的重金屬離子對土壤和水體的污染污染, ,由于其難降解性和毒性由于其難降解性和毒性, ,被定為被定為第一類污染物第一類污染物。震驚世。震驚世界的日本界的日本“水俁病水俁病”和和“骨疼骨疼病病”就是分別由含汞廢水和含就是分別由含汞廢水和含鎘廢水污染環(huán)境所造成的。鎘廢水污染環(huán)境所造成的。日本日本“水俁病水俁病

10、”3.3 修復(fù)原理修復(fù)原理 重金屬污染的低溫微生物修復(fù)是利用低溫微生物的生物活性對重金屬的親合吸附或轉(zhuǎn)化為低毒產(chǎn)物,從而降低重金屬的污染程度。3.4 應(yīng)用前景應(yīng)用前景 在重金屬污染土壤和水在重金屬污染土壤和水體等低溫環(huán)境中篩選、馴化對重金屬體等低溫環(huán)境中篩選、馴化對重金屬具有富集和解毒能力的高活性耐冷菌具有富集和解毒能力的高活性耐冷菌,并結(jié)合固定化等工藝并結(jié)合固定化等工藝,可有效地解決廣可有效地解決廣大寒冷地域中的重金屬污染問題大寒冷地域中的重金屬污染問題,同時同時不會給環(huán)境造成二次污染不會給環(huán)境造成二次污染,符合我國制符合我國制定的持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略。定的持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展戰(zhàn)略。4.高山和近極地高山

11、和近極地污染土壤的低溫微生物治理污染土壤的低溫微生物治理4.1 應(yīng)用原理應(yīng)用原理 寒冷環(huán)寒冷環(huán)境下石油的生物修復(fù)境下石油的生物修復(fù)主要是利用低溫土著主要是利用低溫土著微生物對污染物的降微生物對污染物的降解能力。解能力。高山土壤污染高山土壤污染4.2 寒冷條件下生物修復(fù)的可行性實驗 Mohn等研究了北極凍原石油烴污染土壤等研究了北極凍原石油烴污染土壤,現(xiàn)場現(xiàn)場接種混合培養(yǎng)的嗜冷微生物進行生物修復(fù)處理。一接種混合培養(yǎng)的嗜冷微生物進行生物修復(fù)處理。一年后年后,土壤中石油烴濃度降到了初始濃度的土壤中石油烴濃度降到了初始濃度的1 /20。MikaelEriksson等對石油烴污染的極地和高山凍原等對石油

12、烴污染的極地和高山凍原土壤進行小規(guī)模的生物降解實驗。土壤進行小規(guī)模的生物降解實驗。結(jié)果結(jié)果:寒冷條件下烴污染土壤的生物修復(fù)是可行的寒冷條件下烴污染土壤的生物修復(fù)是可行的。4.3多環(huán)芳烴（多環(huán)芳烴（ PAHs ）的生物修復(fù)）的生物修復(fù)4.3.1 美國環(huán)保局在美國環(huán)保局在20世紀世紀80年代初把年代初把PAHs定為環(huán)境中的主要污染物定為環(huán)境中的主要污染物,我國也把我國也把其列入環(huán)境污染的黑名單。目前治理其列入環(huán)境污染的黑名單。目前治理PAHs的方法主要有焚燒、填埋及生物修復(fù)。與的方法主要有焚燒、填埋及生物修復(fù)。與焚燒、填埋等技術(shù)相比焚燒、填埋等技術(shù)相比,生物修復(fù)具有生物修復(fù)具有二次二次污染少、安全、無毒、價廉污染少、安全、無毒、價廉等優(yōu)點等優(yōu)點,是環(huán)境是環(huán)境中中PAHs最徹底的處理方法。最徹底的處理方法。4.3.2 Mikael Eriksson等研究了等研究了北極土壤中北極土壤中PAHs的低溫厭氧生物的低溫厭氧生物降解降解,發(fā)現(xiàn)耐寒發(fā)現(xiàn)耐寒