環(huán)境污染與微生物

1、環(huán)境污染與微生物第1頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，星期五1 化學(xué)品的數(shù)量2 環(huán)境污染的來源3 生物修復(fù) 第2頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，星期五 化學(xué)品種類繁多，至今全世界已知的化學(xué)品超過1000萬種。據(jù)UNEP1990年的報告（IRPTC）每天在使用的合成化學(xué)品有70000種，包括許多藥品和農(nóng)藥；每年大約有5001000種新化學(xué)品進入市場，其中79%在商業(yè)流通中缺乏有關(guān)毒性影響的資料。每年約有34噸有毒有害廢物進入環(huán)境。 第3頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，星期五元 素環(huán)境釋放量/（kt/a）元 素環(huán)境釋放量/（kt/a）大氣水土壤大

2、氣水土壤AsCdCrCuHgInMnMo18.87.630353.80.02383.3419.41421124.62621182228969548.3167088NiPbSbSeSnTlVZn563323.53.86.45.1861321131381841122263257962641121372 幾種典型重元素的全球釋放量第4頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，星期五 我國是發(fā)展中國家，與發(fā)達國家相比，化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)雖有一定差距，生產(chǎn)的化學(xué)品也有約4萬多種。近年來化工產(chǎn)品值占全國總產(chǎn)值的8%9%,化工產(chǎn)品值為2800億元（1999年統(tǒng)計）。第5頁，共35頁，2022年，5月20日

3、，3點11分，星期五種 類產(chǎn)量/萬噸種 類產(chǎn)量/萬噸種 類產(chǎn)量/萬噸乙烯丙烯丁二烯乙二烯苯甲苯二甲苯乙苯434.8394.753.484.425.450.958.27.0烷基苯對苯二甲酸萘蒽三氯甲烷四氯化碳氯苯苯酚3.1113.18.60.33.62.919.020.62-萘酚對硝基酚胺硝基苯對硝基氯苯苯胺鄰苯二甲酸二丁酯鄰苯二甲酸二辛酯丙烯腈2.20.312.83.913.68.513.916.6 我國典型有機化學(xué)品的產(chǎn)量（1999年）第6頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，星期五 環(huán)境污染的來源 1工業(yè)污染 2交通污染 3農(nóng)業(yè)污染 4生活污染 5事故污染 6戰(zhàn)爭造成的污染第7

4、頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，星期五（1） 工業(yè)污染 工業(yè)生產(chǎn)的一些環(huán)節(jié)，如原料生產(chǎn)、加工、燃燒、加熱和冷卻、成品整理過程，都會因生產(chǎn)過程中的“跑、冒、滴、漏”和排放的廢水、廢氣和固體廢棄物造成環(huán)境污染。第8頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，星期五第9頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，星期五（2）交通污染 交通污染物是指汽車、飛機、船和內(nèi)燃機車等造成的污染，主要是因為汽油、柴油不完全燃燒引起的。汽車排放的尾氣含有CO、NOx、碳?xì)浠衔?、醛類和苯并芘等；還有運輸容器的清洗水和壓艙水污染。第10頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，

5、星期五第11頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，星期五（3）農(nóng)業(yè)污染和生活污染為了增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，使用大量的殺蟲劑、殺菌劑和除草劑防止作物病蟲草害。大約只有不到10%的的農(nóng)藥作用于靶標(biāo)生物，90%以上的農(nóng)藥則通過各種方式擴散到環(huán)境里。生活污染包括燃煤污染、污水污染和固體廢棄物污染。第12頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，星期五第13頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，星期五（4）事故污染和戰(zhàn)爭造成的污染工業(yè)和交通運輸業(yè)經(jīng)常會有各類事故發(fā)生，如核電站放射性物質(zhì)泄漏、有毒化學(xué)品泄露、易燃易爆物爆炸、油輪觸礁等，這類事故對受害地區(qū)居民的生活和財產(chǎn)造成嚴(yán)重的危

6、害和損失，對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)造成難以估計的破壞。戰(zhàn)爭對人民的生命財產(chǎn)和生產(chǎn)、生活設(shè)施的破壞是慘烈的，對生態(tài)和環(huán)境的破壞尤為巨大。第14頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，星期五第15頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，星期五生物修復(fù)的基本內(nèi)容生物修復(fù)（bioremediation）的基本定義為利用生物，特別是微生物催化降解有機污染物，從而修復(fù)被污染環(huán)境或消除環(huán)境中污染物的一個受控或自發(fā)進行的過程 其目的是去除環(huán)境中的污染物，使其濃度降至環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的安全濃度之下 生物修復(fù)技術(shù)已成功地應(yīng)用于清除或減少土壤、地下水、廢水、污泥、工業(yè)廢物及氣體中的化學(xué)物質(zhì)，如石油及石油制品、多環(huán)

7、芳烴、氯代烴、氯代芳香烴等 第16頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，星期五 生物修復(fù)的特點生物修復(fù)的產(chǎn)生盡管只有30多年的歷史，但其發(fā)展勢頭是其他修復(fù)技術(shù)無可比擬的。與傳統(tǒng)或現(xiàn)代的物理、化學(xué)修復(fù)方法相比，生物修復(fù)技術(shù)具有以下優(yōu)點。優(yōu)點可以現(xiàn)場進行，節(jié)省了很多治理費用；環(huán)境影響?。蛔畲笙薅鹊亟档臀廴疚餄舛?；可以同時處理受污染的土壤和地下水。局限性耗時長；條件苛刻；并非所有的污染物都能被生物利用；特定生物只能降解特定類型的化學(xué)物質(zhì)。第17頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，星期五生物修復(fù)的主要方法生物修復(fù)技術(shù)的重點研究方向 通過各種工程手段增強自然界中已有但速度緩慢的

8、生物降解過程 通過應(yīng)用各類生物反應(yīng)器，增加污染物與微生物的接觸機會，創(chuàng)造最佳生物代謝反應(yīng)條件，促進污染物加速轉(zhuǎn)化 生物修復(fù)技術(shù)的分類 原位生物修復(fù)（in situ）：污染物位置不改變，費用低，控制困難 異位生物修復(fù)（ex situ）：污染物轉(zhuǎn)移后處理，費用高，控制容易 第18頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，星期五原位生物修復(fù)和異位生物修復(fù)原位生物修復(fù) 添加營養(yǎng)物質(zhì)、溶解氧、微生物或酶、表面活性劑、碳源及能源 異位生物修復(fù) 應(yīng)用各類生物反應(yīng)器 添加輔助有機物分解的物質(zhì) 適用于有毒化合物、揮發(fā)性污染物或濃度較高污染物的處理 第19頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，

9、星期五應(yīng)用生物修復(fù)技術(shù)的前提條件必須存在具有代謝活性的微生物，能以相當(dāng)速率降解污染物，并使其濃度降至環(huán)境要求的范圍內(nèi) 降解過程不產(chǎn)生有毒副產(chǎn)物 污染物對微生物無害或其濃度對微生物的生長不構(gòu)成抑制，或可以對污染物進行稀釋 目標(biāo)化合物必須能夠被生物利用 污染場地或生物處理反應(yīng)器的環(huán)境必須利于微生物生長和保持活性 處理費用較低 第20頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，星期五影響生物修復(fù)的環(huán)境因素非生物因素 溫度、pH、濕度水平、鹽度、有毒物質(zhì)、靜水壓力 營養(yǎng)物質(zhì) 氮、磷、生長因子如氨基酸、B族維生素、脂溶性維生素及其他有機分子 電子受體 好氧微生物的電子受體是O2，兼性厭氧微生物可利

10、用硝酸鹽、CO2、硫酸鹽、三價鐵等 復(fù)合基質(zhì)：多種污染物的相互影響 微生物的協(xié)同作用：提供營養(yǎng)、共同代謝 捕食作用：一般為破壞性影響 種植植物：多數(shù)有利于生物修復(fù) 第21頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，星期五土壤污染的生物修復(fù)技術(shù)原位生物處理 利用土著微生物的作用將污染物分解或去除稱為土地處理 在污染場地投加具有分解活性的微生物，稱作生物強化，可以縮短土著微生物降解污染物的滯后期 對于不良環(huán)境，如極端pH、重金屬等需投加特征微生物，對特殊污染物需添加具有降解活性的工程菌 直接或間接利用高等植物分解有機物稱為植物修復(fù)，包括植物對污染物質(zhì)的吸收及植物根部及根部附近土壤中微生物對污

11、染物的分解 在土壤含水層之上通入空氣稱為生物通風(fēng)，將空氣通入水位以下稱為生物噴霧，以促進好氧生物降解 第22頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，星期五異位生物處理 用于土壤修復(fù)的特制生物反應(yīng)器，可處理多環(huán)芳烴、BTEX（苯、甲苯、乙基苯、二甲苯）或其混合物 第23頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，星期五土壤堆積（soil piles）：將含污染物的土壤堆放在不透水的襯層上，設(shè)置通氣管道，通入空氣或氧氣或抽真空以促進污染物的好氧降解。含有營養(yǎng)物質(zhì)的液體施用于土壤表面，以促進微生物活性，滲濾液被收集并循環(huán)于堆積土壤中。釋放氣體如有毒性，需采用活性炭吸附等。已用于修復(fù)含

12、碳?xì)浠衔?、五氯酚等污染物的污染土?堆肥（compositing）：將污染物質(zhì)與易分解有機物混合堆放，并加入氮磷和其他無機營養(yǎng)物質(zhì)。也可進行曝氣。處理有毒有害化合物時使用容器。保持高溫有利于生物降解的進行。堆肥法已應(yīng)用于被氯酚污染的土壤，和含炸藥（TNT、RDX、HMX）的沉積物 第24頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，星期五泥漿反應(yīng)器：將污染土壤與液體混合起來形成泥漿，引入反應(yīng)器進行處理，與活性污泥反應(yīng)器相似，并可控制各種運行參數(shù)。可有效分解多環(huán)芳烴、雜環(huán)化合物、酚等 第25頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，星期五利用注射井進行地下水修復(fù) 利用生物滴濾池修復(fù)

13、地下水 第26頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，星期五地下水污染的生物修復(fù)技術(shù)有機物污染的地下水多采用原位修復(fù)技術(shù)，無機物污染（金屬、放射性物質(zhì)、硒化合物及無機營養(yǎng)物質(zhì)）的地下水一般采用異位修復(fù)技術(shù) 地下水原位修復(fù)：向含水層內(nèi)通入氧氣及營養(yǎng)物質(zhì)，依靠土著微生物的作用分解污染物質(zhì)，也稱生物恢復(fù)，主要應(yīng)用于含石油烴類化合物的地下水。加入氮磷及溶氧等營養(yǎng)源的方法是將其通過注射井注入飽和含水層，或利用入滲渠加入到不飽和含水層或表面土層。供氧是生物修復(fù)過程中的重要難題 也可結(jié)合廢水處理的各類生物反應(yīng)器用于修復(fù) 第27頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，星期五石油污染含水層的生物修復(fù)第28頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，星期五生物修復(fù)技術(shù)進展生物強化技術(shù)的應(yīng)用：尚缺乏在實際土地處理或特制生物床反應(yīng)器系統(tǒng)中具有說服力的成功應(yīng)用 白腐真菌技術(shù)：具有強大的胞外酶，屬于過氧化物酶，可催化多種有機化合物分解，如多環(huán)芳烴、多氯聯(lián)苯、炸藥等 共代謝：額外提供碳源和能源 厭氧過程：現(xiàn)存生物修復(fù)工程均是好氧系統(tǒng) 酶的應(yīng)用：尚未應(yīng)用于實踐，研究集中于固定化酶 第29頁，共35頁，2022年，5月20日，3點11分，