微生物對(duì)污染的修復(fù)污染修復(fù)工程課件

1、 一.前言 二.微生物修復(fù)的原理和特點(diǎn) 三.微生物修復(fù)技術(shù)的研究和應(yīng)用 四.微生物技術(shù)的應(yīng)用前景和不足 土壤、水體以及空氣中有毒有害化學(xué)物質(zhì)的污染加重是現(xiàn)階段眾多國(guó)家面臨的主要環(huán)境問(wèn)題。 微生物種類繁多 ，代謝類型多樣，每一種微生物都有獨(dú)特的酶系與功能。因此，它們是自然界進(jìn)行自凈作用的主力軍，也是我們對(duì)污染物進(jìn)行生物處理的“有力武器”，是環(huán)境治理的主要工具。大連街頭出現(xiàn)微生物無(wú)臭味公廁二.微生物修復(fù)的原理和特點(diǎn)1.微生物對(duì)污染物的作用2.微生物修復(fù)的定義3.可以用作生物修復(fù)的微生物4.影響微生物修復(fù)的因素5.微生物修復(fù)的方法有毒物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化徹底分解為CO2H2O毒性增加毒性不變毒性降低激活作用

2、去毒作用微生物的降解作用降解微生物細(xì)菌真菌藻類，20幾個(gè)種類微生物真細(xì)菌藍(lán)細(xì)菌古菌酵母霉菌大型真菌細(xì)菌，29個(gè)種類菌根 2.環(huán)境污染的微生物修復(fù) 利用微生物將環(huán)境中的污染物降解或轉(zhuǎn)化為無(wú)害的小分子化合物或二氧化碳和水的過(guò)程。3.微生物修復(fù)的生物類型土著微生物：環(huán)境中固有的微生物外來(lái)微生物：需大量接種的高效菌基因工程菌（GEM） 基因工程菌是將不同細(xì)菌的降解基因進(jìn)行重組,將分屬于不同細(xì)菌個(gè)體中的污染物代謝途徑組合起來(lái)以構(gòu)建具有特殊降解功能的超級(jí)降解菌,可以有效地提高微生物的降解能力,從而提高生物修復(fù)效果?？瓜x(chóng)棉人工合成胰島素注射液 4.影響微生物修復(fù)的因素 前提條件 影響因素一是必須存在具代謝活

3、性的微生物,這些微生物在降解或轉(zhuǎn)化化合物時(shí)必須達(dá)到一定的速率,且不會(huì)產(chǎn)生有毒物質(zhì)二是目標(biāo)化合物必須能夠被微生物利用,污染場(chǎng)地不含對(duì)降解菌種有抑制作用的物質(zhì),否則需先行稀釋或?qū)⒃撘种苿o(wú)害化;三是污染場(chǎng)地或生物反應(yīng)器的環(huán)境條件必須有利于微生物生長(zhǎng)或保持活性;四是技術(shù)費(fèi)用必須盡可能低 微生物修復(fù)的影響因素營(yíng)養(yǎng)鹽：需添加氮、磷營(yíng)養(yǎng)元素電子受體：可通過(guò)對(duì)土壤鼓氣或添加產(chǎn)氧劑的方式來(lái)提供DO作為有機(jī)物降解的電子受體；此外，硝酸根、硫酸根、鐵離子也可作為有機(jī)物降解的電子受體。共代謝基質(zhì)污染現(xiàn)場(chǎng)和土壤特性：土壤特性影響污染物和微生物的相對(duì)活性，最終影響生物修復(fù)的速度和程度。有毒有機(jī)污染物的物理化學(xué)性質(zhì) 5.

4、微生物修復(fù)的方法污染環(huán)境生物修復(fù)可用原位 ( in situ ) 和異位（ ex situ ） 兩種不同方式進(jìn)行。原位方式即是在污染環(huán)境原地進(jìn)行技術(shù)性生物治理，不需將污染的土壤或水體轉(zhuǎn)移。而異位方式是將污染土壤或水體轉(zhuǎn)移至指定地點(diǎn)進(jìn)行集中處理。廢水處理系統(tǒng)營(yíng)養(yǎng)鹽 空氣污染區(qū)抽水井地下水位注水井觀測(cè)井圖 生物修復(fù)原位處理方式示意圖 生物修復(fù)的基本方法：一是進(jìn)行生物擴(kuò)增，即接種具有降解和富集功能的微生物；二是進(jìn)行生物性刺激，即施加生物活性物質(zhì)，刺激和促進(jìn)土著微生物的生長(zhǎng)和增殖，發(fā)揮其分解作用。 三.微生物修復(fù)技術(shù)的研究和應(yīng)用污染土壤的微生物修復(fù)污染水體的微生物修復(fù)污染大氣的微生物修復(fù)固體廢棄物的微

5、生物修復(fù)土壤在自然地理環(huán)境中起著重要作用（1）為陸生植物：營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、立地條件（2）為河水、海水：鹽份等物質(zhì)（3）形成沉積物、沉積礦床；（4）與大氣圈進(jìn)行熱量和物質(zhì)交換。 農(nóng)用化肥對(duì)土壤的影響生活垃圾對(duì)土壤的影響污水灌溉對(duì)土壤的影響大氣酸沉降的影響土壤有毒有機(jī)物污染土壤的石油污染農(nóng)藥對(duì)土壤的污染土壤重金屬污染農(nóng)藥污染土壤的微生物修復(fù) 土壤是各種污染物質(zhì)的歸屬地，有專家把受污染的土壤稱為“化學(xué)定時(shí)炸彈”。很多城市近郊生產(chǎn)的農(nóng)產(chǎn)品重金屬含量已經(jīng)嚴(yán)重超標(biāo)。 降解農(nóng)藥的微生物類別 另外還有藻類等 細(xì)菌: (1)假單胞菌 , (2)芽孢桿菌屬 ,(3)黃桿菌屬 ,(4)產(chǎn)堿菌屬 另外，對(duì)農(nóng)藥具有降解作用的

6、細(xì)菌還有節(jié)細(xì)胞屬、固氮極毛桿菌屬、短桿菌屬、枝動(dòng)桿菌屬、鏈球菌屬、極瘤細(xì)菌屬、八疊球菌屬、硫桿菌屬等等。真菌包括曲霉屬 、青霉屬 、根霉屬 、木霉屬 、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 等等。放線菌降解農(nóng)藥的有諾卡氏菌屬、鏈霉菌屬、放線菌屬、小單胞菌屬、高溫放線菌屬等。降解農(nóng)藥微生物的分離和篩選 為獲取降解農(nóng)藥的微生物菌株，可從現(xiàn)已收藏的菌種中篩選，亦可以從土壤、水體或污染環(huán)境中直接分離篩選或經(jīng)富集培養(yǎng)獲得。農(nóng)藥降解菌的富集培養(yǎng)方法主要有：液體培養(yǎng)法、土壤環(huán)流法、連續(xù)流動(dòng)培養(yǎng)法。 通常是從長(zhǎng)期被某種藥劑污染的土壤和污水中取樣經(jīng)富集培養(yǎng)，再經(jīng)固體培養(yǎng)分離

7、純化得到所需菌株。微生物降解農(nóng)藥的途徑 酶促作用 (1)微生物以農(nóng)藥或其分子中某部分作為能源和碳源。部分微生物能以某種農(nóng)藥為唯一碳源和能源。 (2)微生物通過(guò)共代謝作用使農(nóng)藥降解。 (3)去毒代謝作用。 非酶促作用 (1)脫鹵作用(2)脫烴作用(3)胺及酯的水解(4)還原作用。(5)環(huán)裂解。(6)氧化作用。(7)縮合或共軛形成。 大多數(shù)農(nóng)藥的微生物降解途徑已經(jīng)明了,微生物降解作用實(shí)質(zhì)是酶促作用.微生物降解農(nóng)藥的實(shí)用化探索和今后的研究方向降解基因的克隆與表達(dá)農(nóng)藥降解酶制劑和固相酶反應(yīng)器的研制采用生物降解與其它降解機(jī)制相結(jié)合的降解系統(tǒng)真菌對(duì)農(nóng)藥的降解實(shí)驗(yàn)室研究與大田應(yīng)用相結(jié)合水資源污染日益嚴(yán)重20

8、00年3月上旬，數(shù)千條死魚(yú)漂在巴西里約熱內(nèi)盧的一個(gè)湖面上。一只因超負(fù)荷而破裂的污水管中流淌出來(lái)的污水是殺死魚(yú)兒的元兇。2002年11月16日，“威望”號(hào)油輪泄漏的燃油漂浮在西班牙西北方的海面，西班牙加利西亞地區(qū)在世界上享有盛名的度假海灘遭受著威脅。載有7.7萬(wàn)噸燃油的“威望”號(hào)油輪發(fā)生的泄漏事故成為當(dāng)年最重大的環(huán)境災(zāi)難。微生物在海洋石油污染中 的生物修復(fù)作用1.降解石油的微生物種類及分布2.石油降解菌的作用3.微生物降解石油的方式4.石油降解菌的獲得1.降解石油的微生物種類及分布據(jù)目前的研究,能降解石油的微生物有70個(gè)屬,其中28個(gè)屬細(xì)菌,30個(gè)屬絲狀真菌,12個(gè)屬酵母,共200多種微生物。細(xì)

9、 菌 假單胞菌、棒桿菌屬、微球菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬放線菌 諾卡氏菌酵母菌 假絲酵母霉 菌 青霉屬、曲霉屬藻 類 藍(lán)藻和綠藻石油降解菌通常生長(zhǎng)在油水界面上,而不是油液中。 烴氧化細(xì)菌大量聚集在油-水界面上2.石油降解菌的作用作為油污染的生物指示通過(guò)自身代謝作用降解石油合成生物表面活性劑,加速石油的降解基因工程菌3.微生物降解石油的方式 石油烴化合物可分為4類:飽和烴、芳香族烴類化合物、樹(shù)脂及瀝青質(zhì)。 短鏈的飽和烴在溢油發(fā)生初期通過(guò)揮發(fā)等作用進(jìn)入大氣 飽和正烷烴 分支烷烴 低分子量芳香烴,多環(huán)芳烴 樹(shù)脂和瀝青質(zhì) 直鏈烷烴的降解方式主要有3種:末端氧化、亞末端化和氧化。芳香烴在好氧條件下先被轉(zhuǎn)化為兒茶酚

10、或衍生物,然后再進(jìn)一步被降解。高分子量多環(huán)芳烴降解菌報(bào)道很少,許多四環(huán)或多環(huán)高分子量多環(huán)芳烴的降解是以共謝(Cometabolism)的方式進(jìn)行的。 樹(shù)脂和瀝青質(zhì)極難被降解,但是有報(bào)道稱,有著 雜構(gòu)造的樹(shù)脂和瀝青質(zhì)也能受到某種程度的分解 。 4.石油降解菌的獲得油污染環(huán)境適應(yīng)性菌株高效降解菌株篩選馴化富集培養(yǎng)石油降解菌 環(huán)境 固體廢棄物的微生物修復(fù) 處理固體廢物的方法很多，有填坑、綜合利用、焚燒、化學(xué)固定、堆肥、制取沼汽等物理、化學(xué)和生物方法。其中固體廢物的生物處理，主要是利用微生物分解有機(jī)污染物的能力，制作有機(jī)肥料和沼氣、化害為利。同時(shí)，在堆肥制作過(guò)程中，產(chǎn)生7080高溫，還可殺滅許多病原菌

11、、蟲(chóng)卵及雜草種子。 通常根據(jù)處理過(guò)程中的通氣情況，可分為需氧性堆肥法和厭氧發(fā)酵法兩大類。四.微生物技術(shù)的應(yīng)用前景和不足 我國(guó)生物修復(fù)的研究與應(yīng)用也已受到越來(lái)越多的關(guān)注。但生物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展仍然面臨許多問(wèn)題,其中有技術(shù)層面的問(wèn)題,也有非技術(shù)層面的問(wèn)題。 首先不是所有的污染物都適合于生物修復(fù),有些化學(xué)品不易或根本不能被生物降解其次微生物對(duì)污染物的降解速度取決于微生物對(duì)污染物的吸收、代謝和轉(zhuǎn)移速度。生物修復(fù)今后的研究重點(diǎn)一是擴(kuò)展對(duì)在降解毒害化合物中具有普遍意義的微生物互惠共生群體結(jié)構(gòu)的了解;二是確定好氧、厭氧微生物降解毒害化合物的生物化學(xué)機(jī)制,加強(qiáng)對(duì)其代謝途徑及遺傳學(xué)的研究;三是開(kāi)展生物修復(fù)新技術(shù)的小試/中試研究,并建立專用基地供實(shí)地試驗(yàn);四是開(kāi)發(fā)有關(guān)生物傳感器及生物過(guò)程模型,以評(píng)估實(shí)地試驗(yàn)效果。參考文獻(xiàn)1.楊小紅，李俊，葛誠(chéng)，沈德龍.微生物降解農(nóng)藥的研究新進(jìn)展，20032孫瑋,夏文香.微生物在海洋石油污染中的生物修復(fù)作用.能源與環(huán)境.3李順鵬,蔣建東.農(nóng)藥污染土壤的微生