生物修復(fù)技術(shù)治理水污染的研究進(jìn)展_第1頁
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文檔簡介

1、.:.;生物修復(fù)技術(shù)治理水污染的研討進(jìn)展摘要:從微生物修復(fù)、植物修復(fù)和動(dòng)物修復(fù)3個(gè)方面系統(tǒng)引見了生物修復(fù)技術(shù)的作用原理,論述了生物修復(fù)技術(shù)用于治理 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮磷、有機(jī)物和重金屬污染的研討現(xiàn)狀,并總結(jié)了目前存在的問題,指出了生物修復(fù)技術(shù)的開展趨勢。關(guān)鍵詞:生物修復(fù) 水污染 富營養(yǎng)化 有機(jī)污染物 重金屬據(jù)報(bào)道,我國目前有50%的河道和80%以上的湖泊遭到污染,許多湖泊已達(dá)不到地表水類水質(zhì)規(guī)范,受污染水體的綜合治理和修復(fù)已刻不容緩1。生物修復(fù)技術(shù)是在20世紀(jì)90年代得到迅速開展的一項(xiàng)污染治理工程技術(shù),利用生物的生命代謝活動(dòng)來減少污染

2、環(huán)境中的有毒有害物的濃度或使其無害化,從而使污染了的環(huán)境可以部分或完全地恢復(fù)到原初形狀的過程。它利用生物對環(huán)境污染物的吸收、代謝及降解等功能,對環(huán)境中污染物的降解起催化作用,加速去除環(huán)境中的污染物。與傳統(tǒng)的物理化學(xué)修復(fù)技術(shù)相比,生物修復(fù)技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):費(fèi)用省,僅為現(xiàn)有環(huán)境工程技術(shù)的幾分之一;環(huán)境影響小,不會構(gòu)成二次污染或?qū)е挛廴疚锏霓D(zhuǎn)移;可最大限制地降低污染物濃度。生物修復(fù)的種類很多,根據(jù)被修復(fù)的污染環(huán)境,可分為土壤生物修復(fù)、地下水生物修復(fù)、堆積物生物修復(fù)和海洋生物修復(fù)等;根據(jù)生物修復(fù)所利用的生物種類,可分為動(dòng)物修復(fù)、植物修復(fù)和微生物修復(fù);根據(jù)人工干涉的情況,可分為自然生物修復(fù)和人工生物修復(fù)

3、,人工生物修復(fù)又可分為原位生物修復(fù)(in situ bioremediation)、易位生物修復(fù)(ex situ bioremediation)和反響器生物修復(fù)(reactor bioremediation)。1 生物修復(fù)的作用機(jī)制1.1 微生物修復(fù)微生物修復(fù)技術(shù)是在人為優(yōu)化的條件下,用自然環(huán)境中的土著微生物或人為投加外源微生物的代謝活動(dòng)分解代謝和合成代謝,對環(huán)境中的污染物進(jìn)展轉(zhuǎn)化、降解與去除的方法。微生物在生物修復(fù)中起著主導(dǎo)作用。早期的生物修復(fù)主要是利用微生物降解和轉(zhuǎn)化環(huán)境中的有機(jī)污染物??梢杂糜谏镄迯?fù)的微生物有很多,包括細(xì)菌、真菌及原生動(dòng)物等。 HYPERLINK iwatertech/

4、papers/31961.htm 廢水中的有毒物質(zhì)的成份非常復(fù)雜,包括各種酚類、氰化物、重金屬、有機(jī)磷、有機(jī)汞、有機(jī)酸、醛醇及蛋白質(zhì)等等。生物處置去除污水中的有機(jī)物質(zhì),是利用微生物的新陳代謝過程。微生物群體依托細(xì)胞壁將污水中的有機(jī)物質(zhì)吸收消化,同時(shí)產(chǎn)生一定的代謝物質(zhì),再作為其它微生物的養(yǎng)料,進(jìn)展吸收消化,周而復(fù)始,直至污水中的有機(jī)物質(zhì)全部分解。微生物對有機(jī)污染物的降解和轉(zhuǎn)化主要包括好氧和厭氧兩個(gè)過程,完全的好氧過程可使其轉(zhuǎn)化為CO2、H2O、SO42、PO43、NO2、NO3等無機(jī)物,厭氧過程的主要產(chǎn)物為小分子有機(jī)酸和其他產(chǎn)物CO2、CH4和H2等。微生物雖然不可以將重金屬經(jīng)過降解而去除,但卻

5、可以經(jīng)過對重金屬的轉(zhuǎn)化和固定過程降低其毒性,還可以將重金屬積累在菌體內(nèi)2。湖泊污染的生物修復(fù),主要是在湖泊中參與營養(yǎng)鹽,用曝氣機(jī)攪拌混合。底泥中的有機(jī)污染物可作為碳源被微生物利用,使污染的淺水湖泊得以生物修復(fù)。海洋油污染的生物修復(fù),主要依托低溫微生物對石油烴的降解作用來實(shí)現(xiàn)。海洋本已存在大量能降解石油的微生物,原油的走漏能刺激該類微生物的大量增殖,從而加速石油的分解,最終到達(dá)去除石油污染的目的3。降解石油的微生物廣泛分布于海洋、淡水、陸地、寒帶、溫帶、熱帶等不同環(huán)境中,可以分解石油烴類的微生物包括細(xì)菌、放線菌、霉菌、酵母以及藻類等共100余屬、200多種,而環(huán)境條件對微生物存在數(shù)量有限制造用。

6、由于自然界石油的降解是一系列微生物共同作用的結(jié)果,沒有一種微生物能降解石油中所包含的一切碳?xì)浠衔?,有些微生物本身并不能分解碳?xì)浠衔铮湓谑腿コ邪l(fā)揚(yáng)著重要作用4。1.2 植物修復(fù)植物修復(fù)技術(shù)是以植物忍受和超量積累某種或某些化學(xué)元素的實(shí)際為根底,直接利用有生命的綠色植物及與其共存微生物體系去除或降低環(huán)境污染物的一項(xiàng)新興技術(shù)。植物,特別是水生植物,對污染水體都有一定的凈化才干,因此,在污染水體中種植對污染物吸收才干強(qiáng)且耐性好的植物,運(yùn)用植物對污染物的吸附、吸收、富集和降解(植物根系-根際微生物的結(jié)協(xié)作用)等,將水體中污染物去除或固定,從而實(shí)現(xiàn)水體修復(fù)的目的。植物對污染物可經(jīng)過根系吸收,也可

7、以直接經(jīng)莖、葉等器官的體表吸收,吸收到體內(nèi)的有機(jī)物,如酚、氰等可以直接降解,重金屬、有機(jī)氯農(nóng)藥,如DDT、六六六等難降解物質(zhì),可儲存在植物體內(nèi),甚至到達(dá)很高的濃度時(shí),植物仍不會受害。植物可直接吸收污染物質(zhì),經(jīng)過轉(zhuǎn)化和保送,以非植物性毒素的方式進(jìn)展積累。另一方面,植物經(jīng)過向水體中分泌營養(yǎng)物質(zhì)(單糖、氨基酸、脂肪族化合物、芳香烴等)和酶以及傳送O2到根部來刺激根系周圍微生物生長,并改動(dòng)水體的生化活性,從而加速水體的生物修復(fù)作用。近年來研討闡明植物根系的分泌物不但可為微生物提供營養(yǎng)物,同時(shí)可誘導(dǎo)微生物降解某些難降解的有毒物質(zhì)如多氯聯(lián)苯。水生植物可向堆積物、根圍、莖葉圍釋放營養(yǎng)物質(zhì)和O2,使堆積物中的

8、微生物經(jīng)過好氧的方式礦化污染物,提高微生物活性及對污染物的礦化才干4。藻類和微型動(dòng)物在水體的生物修復(fù)中也發(fā)揚(yáng)著重要作用,經(jīng)過藻類光協(xié)作用釋放氧,可使嚴(yán)重污染后缺氧的水體恢復(fù)至好氧形狀,這為微生物降解污染物提供了必要的電子受體,使好氧性菌對污染物的降解能順利地進(jìn)展。另外,水生植物根系部分還會棲生一些小型動(dòng)物,它們經(jīng)過吞噬過多的藻類和一些病原微生物,間接地對水體起到凈化作用5。1.3 動(dòng)物修復(fù)在污染水體治理修復(fù)中,合理規(guī)劃、科學(xué)開展水上養(yǎng)殖,可在 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮磷污染較重的水域適當(dāng)添加食草和浮游植物魚種的投放,以控制和耗費(fèi)過度繁衍的藻

9、類、提高水質(zhì)。魚類是動(dòng)物修復(fù)的重要參與者,鰱魚主要以浮游植物為食,鳙魚主要以浮游動(dòng)物為食。水蚤以藻類和有機(jī)腐屑為食,能有效除去藻類,同時(shí)它又可作為魚類等水生動(dòng)物的餌料被耗費(fèi)。螺、蚌等底棲動(dòng)物也可攝食碎屑、藻類,蝦和魚類可攝食藻類、碎屑、浮游動(dòng)植物等,它們都可以明顯限制浮游植物的生物量,同時(shí)降低水體中的COD、TP、DO和pH。在湖泊及欣賞性水體中,參與顏色艷麗的鯉魚、金魚等,既可提高欣賞價(jià)值,又可吞噬水草、藻類及其他小動(dòng)物,堅(jiān)持水體的生態(tài)平衡。動(dòng)物在水體污染處置中主要起輔助作用,但它在處置污染物質(zhì)的同時(shí)添加了經(jīng)濟(jì)效益及欣賞效益,是傳統(tǒng)生物修復(fù)的必要補(bǔ)充6。2 生物修復(fù)技術(shù)的研討現(xiàn)狀2.1 脫

10、HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮除磷普通來說,當(dāng)天然水體中總磷濃度大于0.02 mg/L、無機(jī) HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮濃度大于0.3 mg/L時(shí),就可以為水體處于富營養(yǎng)化形狀。富營養(yǎng)化水體中的 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷促使水中的藻類急劇生長,大量藻類的生長耗費(fèi)了水中的氧,使魚類、浮游生物因缺氧而死亡,從而它們腐爛的尸體使水質(zhì)遭到污染。因此,去除水體中大量的 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、

11、磷,是治理富營養(yǎng)化污水的根本。然而, HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷元素是植物生長必需的營養(yǎng)物質(zhì),因此治理 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷污染的最好方法是植物修復(fù)。徐永健等7根據(jù)江蘺對環(huán)境水體中的不同營養(yǎng)類型及濃度有著靈敏的生理生化反響差別的特點(diǎn),論述了江蘺可作為準(zhǔn)確丈量環(huán)境中生物可獲得營養(yǎng)鹽濃度變化的指示生物的可行性。李睿華等8討論了美人蕉、香根草和荊三棱3種水生植物帶改善河水水質(zhì)的作用,發(fā)現(xiàn)有植物帶對污染物降解的效果好于無植物帶,其中荊三棱帶效果最好,它在整個(gè)運(yùn)轉(zhuǎn)期間對COD、NH4-N

12、和TP的去除效果分別為44.1%、78.7%和71.4%。人工濕地污水凈化系一致個(gè)很重要的功能就是去除污水中的 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮磷。濕地植物能經(jīng)過吸收、吸附和富集等作用去除污水中的污染物,包括對 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷的吸收利用。趙麗娜等9比較了幾種春季濕地植物的污水處置效果,總結(jié)出菖蒲和香蒲的處置才干較好,其對TN、TP和COD的去除率分別到達(dá)了72.46%、90.36%、65.05%和69.82%、91.32%、77.15%;蘆葦?shù)奶幹眯Ч源斡谳牌押拖闫眩銽N、TP

13、和COD的去除率分別為58.84%、74.60%和57.19%。CHRIS10研討了流入污水的水質(zhì)對濕地去除 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷的影響,停留時(shí)間從 2 d 添加到 7 d,結(jié)果發(fā)如今沒有種植植物的濕地中 TN 的和 TP 的去除率分別從一樣的 12%添加到 41%和 36%,而在種植了棒燈芯草時(shí)分別從 48%和 37%添加到 75%和 74%,但當(dāng)流入污水中 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮磷含量添加時(shí),種植了植物的濕地去除效果有一定程度的提高,沒有種植植物的卻下降。此外植物的不同生長

14、階段對人工濕地系統(tǒng)污水處置效果都有影響,植物生長過程中,各人工濕地系統(tǒng)污水處置才干總體上繼續(xù)加強(qiáng),各水質(zhì)目的 pH、DO、TN、NH3-N、NO3-N、TP 和 COD等均呈下降趨勢,其中 TP 和 COD呈逐漸下降,pH、DO、TN、NH3-N、NO3-N那么呈現(xiàn)鋸齒形動(dòng)搖,但總體上仍是下降過程11。鄧仕槐12指出污水處置后,濕地植物各器官中的 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮磷含量及分布有變化,蘆葦葉對 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷的積累量最大,姜花根對 HYPERLINK iwaterte

15、ch/papers/31961.htm 氮的積累量最大,而對磷積累不明顯。李建娜等13調(diào)查了7種濕地植物對 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷的吸收才干。結(jié)果闡明,穩(wěn)定生長4個(gè)月后,平均總生物量在1 2153 500 g/m2,植物 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷平均質(zhì)量濃度分別為13.7623.11、1.443.80 mg/g。香蒲具有最高 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮積累量達(dá)48.18 g/m2,梭魚草具有最高磷積累量為7.23 g/m2,姜

16、草對 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷的積累量最低分別為21.40、1.68 g/m2。植物地上部 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷積累量與地下部的 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷積累量差別較大,除姜草外,植物地上部、地下部的 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷積累量比均大于3,黃花美人蕉地上部、地下部的 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷積累量比分

17、別達(dá)11.75、12.10 g/m2。經(jīng)過植物收割去除 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 氮、磷量約占濕地總?cè)コ康?%6%。2.2 降解有機(jī)污染物20世紀(jì)以來,大量的人工合成化合物被排放入水體,由于其本身構(gòu)造的復(fù)雜性和生物陌生性,傳統(tǒng)的生物處置技術(shù)在處置這類污染物時(shí)遇到了一定的困難。生物強(qiáng)化技術(shù)經(jīng)過在污水中參與優(yōu)勢高效菌種來添加和改善處置系統(tǒng)的才干,是一種利用生物治理 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 廢水的高效技術(shù),在 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 廢水治理中的

18、運(yùn)用范圍在逐漸擴(kuò)展。解宏端等14采用生物強(qiáng)化技術(shù),向活性污泥處置系統(tǒng)中投加高效菌劑,調(diào)查了其對焦化 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 廢水的處置效果和最正確控制參數(shù)。結(jié)果闡明,在延續(xù)進(jìn)水的條件下,控制活性污泥的SV30為30%、高效菌液的投加量為0.3%菌液與焦化 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 廢水的體積分?jǐn)?shù)、水力停留時(shí)間為15 h,系統(tǒng)對揮發(fā)酚的去除率為99. 94%,出水揮發(fā)酚0.5 mg/L,到達(dá)(GB 1345692)的一級規(guī)范要求;對COD的去除率為85.60%,與未投菌的對照組相比(COD去除率

19、為60. 87% ),也有較大程度的提高。在活性污泥中投加X4 菌對含油脂 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 廢水進(jìn)展強(qiáng)化處置,可以提高油脂的去除率。未馴化的活性污泥對油脂的降解作用非常緩慢,在24 h內(nèi)只降解9%的油脂。馴化后的活性污泥對油脂具有較好的去除才干,在24 h內(nèi)對油脂的降解率為78%。在馴化后的活性污泥中投菌量為43%時(shí),24 h 油脂的去除率到達(dá)97%15。宋秀娟等16采用生物強(qiáng)化技術(shù),即利用從 HYPERLINK iwatertech/papers/31961.htm 廢水中分別、挑選出的降解丙烯腈與總氰的特效菌株,使化纖 HYPER

20、LINK iwatertech/papers/31961.htm 廢水加營養(yǎng)鹽的培育基中丙烯腈降解率達(dá)98.7%,總氰降解率達(dá)84%。2.3 去除重金屬污染1重金屬污染水體的微生物修復(fù)環(huán)境中微生物并不能降解金屬污染物,只能改動(dòng)金屬污染物的種類。生物法去除環(huán)境中的重金屬主要是利用微生物改動(dòng)金屬原子、金屬離子的形狀,使其沉淀,以到達(dá)去除有毒重金屬的目的;或者利用微生物改動(dòng)金屬離子的價(jià)態(tài),使金屬溶于液體中,從而易于從土壤中濾除。此外,還發(fā)現(xiàn)海藻、酵母菌等對金屬具有較強(qiáng)的生物吸附才干。張玉玲等17利用從活性污泥中分別、純化、挑選得到的霉菌,可以有效地吸附水體中Cr()、Cd()離子。王亞雄等18對產(chǎn)堿

21、假單胞菌和藤黃微球菌對Cu2+、Pb2+的吸附特性研討闡明,兩者對Cu2+、Pb2+的吸附速度很快,3 min內(nèi)細(xì)菌對金屬離子的吸附量到達(dá)總吸附量的75%,然后吸附速度逐漸降低。PRAKASHAM等19報(bào)道了根霉對Cr6+吸附。泥炭20、冬青屬的櫟屑21等經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明都可做生物吸附劑。2重金屬污染水體的植物修復(fù)重金屬污染水體的植物修復(fù)是經(jīng)過植物根系移去、揮發(fā)或穩(wěn)定水體環(huán)境中的重金屬污染物,降低污染物中的重金屬毒性,以到達(dá)去除污染、修復(fù)或治理水體為目的的一種技術(shù)。研討闡明:經(jīng)過植物的吸收、揮發(fā)、根濾、降解、穩(wěn)定等作用,以到達(dá)凈化環(huán)境的目的,而植物修復(fù)是一種去除環(huán)境污染的綠色技術(shù),它具有本錢低、不破

22、壞生態(tài)環(huán)境、不引起二次污染等優(yōu)點(diǎn)22。黃永杰等23比較了8種水生植物對重金屬富集才干,其中以水鱉根、莖葉的Cu、Pb、Cd、Zn含量最高。彭克儉24以為龍須眼子菜能有效地從溶液中去除鎘和鉛。向日葵、豌豆、蓖麻等植物幼苗也能有效地運(yùn)用到環(huán)境水體中重金屬鋅、鉛、鎘、銅污染的植物修復(fù)25-28。林淦等29利用水花生處置水體中重金屬Pb2+時(shí)發(fā)現(xiàn),重金屬Pb2+為5 mg/L,pH為7.08.0(pH為7.5最正確),處置溫度為2530 (溫度25 最正確)時(shí);在處置時(shí)間為7 d以后,水花生凈化Pb2+可以到達(dá)低于國家規(guī)范所允許排放的最高質(zhì)量濃度0.2 mg/L。DANIELA等30研討了蘆葦不同部位

23、對重金屬的吸收吸附量,結(jié)果闡明全部被檢測金屬(Cr、Cd、Cu、Fe、Mn、Ni、Pb和Zn)吸附量都是根部大于葉部,而且差別高度顯著。3重金屬污染水體的動(dòng)物修復(fù)水體底棲動(dòng)物中的貝類、甲殼類、環(huán)節(jié)動(dòng)物等對重金屬具有一定富集作用。王曉麗等31運(yùn)用半靜態(tài)雙箱模型室內(nèi)模擬了牡蠣對4種重金屬(As、Hg、Cd、Pb)的生物富集實(shí)驗(yàn),證明了牡蠣是比較理想的重金屬Hg、Cd、Pb污染的指示生物。據(jù)報(bào)道三角帆蚌、河蚌對重金屬(Pb2+、Cu2+、Cr2+等)具有明顯自然凈化才干。但此法處置周期長,費(fèi)用高,因此目前水生動(dòng)物主要用作環(huán)境重金屬污染的指示生物,用于污染治理的不多32。3 問題與建議生物修復(fù)技術(shù)因其

24、投入少,費(fèi)用低廉,無二次污染等優(yōu)點(diǎn)而備受矚目,其研討成果在環(huán)境維護(hù)領(lǐng)域中運(yùn)用也越來越廣泛。生物修復(fù)技術(shù)雖然比一些常規(guī)技術(shù)優(yōu)越,但依然存在許多問題尚待處理:有毒物質(zhì)(如重金屬)對生物降解有抑制造用;某些污染物不能被生物降解,微生物也不能夠降解一切的污染物;有些污染物在降解的過程中會轉(zhuǎn)化成有毒的代謝產(chǎn)物;生物的活性遭到溫度、酸堿度等環(huán)境要素的制約;植物修復(fù)過程比較緩慢,且具有明顯的季節(jié)性;植物體內(nèi)累積污染物后假設(shè)不能將其降解該如何資源化利用或妥善處置。結(jié)合當(dāng)前國際該領(lǐng)域的開展趨勢,建議著重開展以下研討任務(wù):挑選、分別、培育高效生物物種,主要包括污染物高效降解微生物、重金屬耐性與超富集植物及污染物降

25、解動(dòng)物;深化生物修復(fù)機(jī)制的研討,要從生態(tài)學(xué)、生理學(xué)、生物化學(xué)及分子生物學(xué)等不同角度與層次研討生物修復(fù)的機(jī)制;基因工程的研討運(yùn)用,使生物修復(fù)技術(shù)的研討和運(yùn)用進(jìn)入分子程度,提高學(xué)科的開展程度和開展空間;加強(qiáng)生物修復(fù)技術(shù)同其它修復(fù)技術(shù)相結(jié)合的綜合技術(shù)的研討。參考文獻(xiàn)1 萬金保,侯得印.利用生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)治理城市污染河道J.江西科學(xué), 2006, 24(1):77-79.2 郝桂玉,黃民生,徐亞同.生物修復(fù)原理J.凈水技術(shù),2004, 13 (2):39-42.3 楊秀敏,胡桂娟,楊秀紅,等.生物修復(fù)技術(shù)的運(yùn)用及開展J.中國礦業(yè), 2007, 16(12):58-60.4 張逸飛,鐘文輝,王國祥.

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