微生物對污染的修復(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 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)階段眾多國家面臨的主要環(huán)境問題。 微生物種類繁多 ，代謝類型多樣，每一種微生物都有獨特的酶系與功能。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)微生物無臭味公廁二.微生物修復(fù)的原理和特點1.微生物對污染物的作用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)化為無害的小分子化合物或二氧化碳和水的過程。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)菌個體中的污染物代謝途徑組合起來以構(gòu)建具有特殊降解功能的超級降解菌,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)化化合物時必須達(dá)到一定的速率,且不會產(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,污染場地不含對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害化;三是污染場地或生物反應(yīng)器的環(huán)境條件必須有利于微生物生長或保持活性;四是技術(shù)費用必須盡可能低 微生物修復(fù)的影響因素營養(yǎng)鹽：需添加氮、磷營養(yǎng)元素電子受體：可通過對土壤鼓氣或添加產(chǎn)氧劑的方式來提供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)場和土壤特性：土壤特性影響污染物和微生物的相對活性，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)移至指定地點進(jìn)行集中處理。廢水處理系統(tǒng)營養(yǎng)鹽 空氣污染區(qū)抽水井地下水位注水井觀測井圖 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)用化肥對土壤的影響生活垃圾對土壤的影響污水灌溉對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)流動培養(yǎng)法。 通常是從長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,微生物降解作用實質(zhì)是酶促作用.微生物降解農(nóng)藥的實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)真菌對農(nóng)藥的降解實驗室研究與大田應(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)千條死魚漂在巴西里約熱內(nèi)盧的一個湖面上。一只因超負(fù)荷而破裂的污水管中流淌出來的污水是殺死魚兒的元兇。2002年11月16日，“威望”號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7.7萬噸燃油的“威望”號油輪發(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個屬,其中28個屬細(xì)菌,30個屬絲狀真菌,12個屬酵母,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、樹脂及瀝青質(zhì)。 短鏈的飽和烴在溢油發(fā)生初期通過揮發(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。 樹脂和瀝青質(zhì)極難被降解,但是有報道稱,有著 雜構(gòu)造的樹脂和瀝青質(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，在堆肥制作過程中，產(chǎn)生7080高溫，還可殺滅許多病原菌

11、、蟲卵及雜草種子。 通常根據(jù)處理過程中的通氣情況，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 我國生物修復(fù)的研究與應(yīng)用也已受到越來越多的關(guān)注。但生物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展仍然面臨許多問題,其中有技術(shù)層面的問題,也有非技術(shù)層面的問題。 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污染物的降解速度取決于微生物對污染物的吸收、代謝和轉(zhuǎn)移速度。生物修復(fù)今后的研究重點一是擴(kuò)展對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)對其代謝途徑及遺傳學(xué)的研究;三是開展生物修復(fù)新技術(shù)的小試/中試研究,并建立專用基地供實地試驗;四是開發(fā)有關(guān)生物傳感器及生物過程模型,以評估實地試驗效果。參考文獻(xiàn)1.楊小紅，李俊，葛誠，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