1、 Environmental Microbiology鄭州大學(xué)生物工程系鄭州大學(xué)生物工程系 席席 宇宇第六章第六章 污染環(huán)境的生物修復(fù)污染環(huán)境的生物修復(fù)主主 要要 內(nèi)內(nèi) 容容一、生物修復(fù)的概念、原理及發(fā)展一、生物修復(fù)的概念、原理及發(fā)展二、生物修復(fù)的類型二、生物修復(fù)的類型三、生物修復(fù)的應(yīng)用三、生物修復(fù)的應(yīng)用Bioremediation:Natures Way to a Cleaner Environment一、生物修復(fù)的概念一、生物修復(fù)的概念第一節(jié)第一節(jié) 生物修復(fù)的概念、原理及發(fā)展生物修復(fù)的概念、原理及發(fā)展利用生物特別是微生物，將存在于土壤、地下水和利用生物特別是微生物，將存在于土壤、地下水和海

2、洋等環(huán)境中有毒有害的危險(xiǎn)性污染物（現(xiàn)場(chǎng)）降海洋等環(huán)境中有毒有害的危險(xiǎn)性污染物（現(xiàn)場(chǎng)）降解成解成CO2和和H2O或轉(zhuǎn)化成為無害物質(zhì)，從而使污染或轉(zhuǎn)化成為無害物質(zhì)，從而使污染生態(tài)環(huán)境修復(fù)為正常生態(tài)環(huán)境的工程技術(shù)體系稱為生態(tài)環(huán)境修復(fù)為正常生態(tài)環(huán)境的工程技術(shù)體系稱為生物修復(fù)生物修復(fù)(bioremediation)。Bioremediation is a treatment process that uses microorganisms (yeast, fungi, or bacteria) to break down, or degrade, hazardous substances into le

3、ss toxic or nontoxic substances(mainly carbon dioxide and water). Microorganisms, just like humans, eat and digest organic substances for nutrients and energy. 嚴(yán)格意義的生物修復(fù)嚴(yán)格意義的生物修復(fù)是指目標(biāo)化合物在不受人為是指目標(biāo)化合物在不受人為干擾的自然情況下被降解。只要存在合適的環(huán)境干擾的自然情況下被降解。只要存在合適的環(huán)境條件，營(yíng)養(yǎng)條件和微生物，就可以發(fā)生嚴(yán)格意義條件，營(yíng)養(yǎng)條件和微生物，就可以發(fā)生嚴(yán)格意義上的生物修復(fù)。上的生物修復(fù)。

4、嚴(yán)格意義上的生物修復(fù)發(fā)展很慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到生嚴(yán)格意義上的生物修復(fù)發(fā)展很慢，遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到生產(chǎn)實(shí)踐的要求產(chǎn)實(shí)踐的要求生產(chǎn)上一般采用工程化手段來加速生物修復(fù)的進(jìn)生產(chǎn)上一般采用工程化手段來加速生物修復(fù)的進(jìn)程，這種在受控條件下進(jìn)行的生物修復(fù)又稱程，這種在受控條件下進(jìn)行的生物修復(fù)又稱強(qiáng)化強(qiáng)化的生物修復(fù)的生物修復(fù)或或工程化的生物修復(fù)工程化的生物修復(fù)強(qiáng)化的生物修復(fù)（強(qiáng)化的生物修復(fù)（enhanced bioremediation）工程化的生物修復(fù)工程化的生物修復(fù)(engineered bioremediation)Enhanced bioremediation is a process in which indig

5、enous or inoculated microorganisms degrade organic contaminants found in soil and/or ground water, converting them to innocuous end products. Nutrients, oxygen, or other amendments may be used to enhance bioremediation and contaminant desorption from subsurface materials. 生物修復(fù)的基本指導(dǎo)思想生物修復(fù)的基本指導(dǎo)思想:工程化的

6、生物修復(fù)一般采用下列手段：工程化的生物修復(fù)一般采用下列手段：（1）生物刺激（）生物刺激（ biostimulation ）：滿足土著微滿足土著微生物生長(zhǎng)所需的環(huán)境條件，如提供電子受體，供生物生長(zhǎng)所需的環(huán)境條件，如提供電子受體，供體、氧及營(yíng)養(yǎng)物體、氧及營(yíng)養(yǎng)物Biostimulation refers to the addition of oxygen and/or inorganic nutrients to indigenous microbial populations in soils and groundwater（2）通過各種手段誘導(dǎo)參與降解污染物的微生）通過各種手段誘導(dǎo)參與降解污染物

7、的微生物菌群的產(chǎn)生和擴(kuò)增（物菌群的產(chǎn)生和擴(kuò)增（bioaugmentation）Bioaugmentation refers to the introduction of specially selected or genetically engineered strains of microbes to a contaminated site. If site assessments reveal that species of indigenous microorganisms are unable to degrade target contaminantsExogenous microo

8、rganisms with the required biochemical capabilities can be introduced to successfully degrade specific waste compounds.生物修復(fù)是指生物特別是生物修復(fù)是指生物特別是微生物催化降解微生物催化降解有機(jī)污染物，有機(jī)污染物，從而去除或消除環(huán)境污染的一個(gè)受控或自發(fā)進(jìn)行的過程從而去除或消除環(huán)境污染的一個(gè)受控或自發(fā)進(jìn)行的過程相同的表達(dá)有相同的表達(dá)有生物再生生物再生(bioreclamation)、生物恢復(fù)生物恢復(fù)(Biorestoration),也可譯為也可譯為生物清除生物清除或或生物清消生

9、物清消；相近的；相近的表達(dá)表達(dá)生物凈化生物凈化(biopurification)目前對(duì)于生物修復(fù)的概念尚無統(tǒng)一認(rèn)識(shí)目前對(duì)于生物修復(fù)的概念尚無統(tǒng)一認(rèn)識(shí),Hamer將生物修將生物修復(fù)的概念定義為復(fù)的概念定義為“對(duì)環(huán)境肆虐的生物反應(yīng)對(duì)環(huán)境肆虐的生物反應(yīng)”（Biological response to environmental abuse）。）。生物修復(fù)技術(shù)英文刊物常用的生物修復(fù)技術(shù)英文刊物常用的Bioremediation，Bioremediation Techniques, Bioremediation Engineering.最初的生物修復(fù)主要是利用細(xì)菌治理石油、農(nóng)藥之類最初的生物修復(fù)主要是利

10、用細(xì)菌治理石油、農(nóng)藥之類的有機(jī)污染的有機(jī)污染.隨著研究的不斷深入隨著研究的不斷深入,生物修復(fù)又應(yīng)用在生物修復(fù)又應(yīng)用在地下水、土壤等環(huán)境的污染治理上地下水、土壤等環(huán)境的污染治理上.生物修復(fù)已由細(xì)菌修復(fù)拓展到真菌修復(fù)、植物修復(fù)、生物修復(fù)已由細(xì)菌修復(fù)拓展到真菌修復(fù)、植物修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)動(dòng)物修復(fù),由有機(jī)污染物的生物修復(fù)拓展到無機(jī)污染由有機(jī)污染物的生物修復(fù)拓展到無機(jī)污染物的生物修復(fù)物的生物修復(fù).二、生物修復(fù)的背景和發(fā)展二、生物修復(fù)的背景和發(fā)展1972年美國(guó)清除賓夕法尼亞州的年美國(guó)清除賓夕法尼亞州的Ambler管線泄漏的管線泄漏的汽油是史料所記載的首次應(yīng)用生物修復(fù)汽油是史料所記載的首次應(yīng)用生物修復(fù)1989年

11、美國(guó)阿拉斯加海域受到大面積石油污染以后年美國(guó)阿拉斯加海域受到大面積石油污染以后,才首次大規(guī)模應(yīng)用生物修復(fù)技術(shù)才首次大規(guī)模應(yīng)用生物修復(fù)技術(shù)美國(guó)從美國(guó)從1991年開始實(shí)施龐大的土壤、地下水、海灘年開始實(shí)施龐大的土壤、地下水、海灘等環(huán)境危險(xiǎn)污染物的治理項(xiàng)目等環(huán)境危險(xiǎn)污染物的治理項(xiàng)目,并稱之為并稱之為“超基金項(xiàng)超基金項(xiàng)目目(superfund)”美國(guó)政府制定有利于綠色技術(shù)的政策法規(guī)是推動(dòng)生物美國(guó)政府制定有利于綠色技術(shù)的政策法規(guī)是推動(dòng)生物修復(fù)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素，其聯(lián)邦政府和州政府已通修復(fù)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵因素，其聯(lián)邦政府和州政府已通過法律，要求生物修復(fù)許多極嚴(yán)重污染的場(chǎng)地。過法律，要求生物修復(fù)許多極嚴(yán)重污染

12、的場(chǎng)地。歐洲各國(guó)從歐洲各國(guó)從20世紀(jì)世紀(jì)80年代中期就對(duì)生物修復(fù)進(jìn)行了初年代中期就對(duì)生物修復(fù)進(jìn)行了初步研究步研究,并完成了一些實(shí)際的處理工程并完成了一些實(shí)際的處理工程.其生物修復(fù)技其生物修復(fù)技術(shù)可與美國(guó)并駕齊驅(qū)術(shù)可與美國(guó)并駕齊驅(qū)美國(guó)一些州也對(duì)生物修復(fù)技術(shù)持積極的態(tài)度美國(guó)一些州也對(duì)生物修復(fù)技術(shù)持積極的態(tài)度新澤西州在其政策中將生物修復(fù)治理技術(shù)列為經(jīng)改進(jìn)新澤西州在其政策中將生物修復(fù)治理技術(shù)列為經(jīng)改進(jìn)的主要現(xiàn)場(chǎng)治理方法之一；的主要現(xiàn)場(chǎng)治理方法之一；威斯康星州明確規(guī)定將生物修復(fù)技術(shù)列為凈化受地下威斯康星州明確規(guī)定將生物修復(fù)技術(shù)列為凈化受地下儲(chǔ)油罐泄漏污染的土壤的三種治理方法之一，而且如儲(chǔ)油罐泄漏污染的土

13、壤的三種治理方法之一，而且如果生物處理適用于某一污染地點(diǎn)的治理，就不再要求果生物處理適用于某一污染地點(diǎn)的治理，就不再要求使用其他方法使用其他方法美國(guó)環(huán)保局美國(guó)環(huán)保局（EPA）還制定了還制定了90年代土壤和地年代土壤和地下水的生物修復(fù)計(jì)劃，并組織了一個(gè)由聯(lián)邦政下水的生物修復(fù)計(jì)劃，并組織了一個(gè)由聯(lián)邦政府、學(xué)術(shù)和實(shí)業(yè)界人員組成的府、學(xué)術(shù)和實(shí)業(yè)界人員組成的“生物修復(fù)行動(dòng)生物修復(fù)行動(dòng)委員會(huì)委員會(huì)“(Bioremediation Action Committee)來負(fù)責(zé)生物修復(fù)技術(shù)的研究和具體應(yīng)用實(shí)施。來負(fù)責(zé)生物修復(fù)技術(shù)的研究和具體應(yīng)用實(shí)施。1991年年3月，在美國(guó)圣地亞哥舉行了第一屆原位生月，在美國(guó)圣地

14、亞哥舉行了第一屆原位生物修復(fù)國(guó)際研討會(huì)，會(huì)議有來北美、歐洲、澳洲和物修復(fù)國(guó)際研討會(huì)，會(huì)議有來北美、歐洲、澳洲和亞洲亞洲20個(gè)國(guó)家的個(gè)國(guó)家的700名學(xué)者參加。名學(xué)者參加。1993年年4月在美國(guó)圣地亞哥舉行的第二屆國(guó)際討論會(huì)，月在美國(guó)圣地亞哥舉行的第二屆國(guó)際討論會(huì)，有有26個(gè)國(guó)家的個(gè)國(guó)家的1 100多位代表參加多位代表參加.2001年年6月在美國(guó)圣地亞哥舉行的第六屆原位及現(xiàn)場(chǎng)月在美國(guó)圣地亞哥舉行的第六屆原位及現(xiàn)場(chǎng)生物修復(fù)專題討論會(huì)生物修復(fù)專題討論會(huì) 目前已有的研究結(jié)果表明，生物修復(fù)技術(shù)具有以目前已有的研究結(jié)果表明，生物修復(fù)技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：下優(yōu)點(diǎn)：費(fèi)用省，生物修復(fù)技術(shù)是費(fèi)用省，生物修復(fù)技術(shù)是所有所

15、有處理技術(shù)中最便宜。處理技術(shù)中最便宜。操作簡(jiǎn)單，環(huán)境影響小，修復(fù)時(shí)間較短操作簡(jiǎn)單，環(huán)境影響小，修復(fù)時(shí)間較短最大限度地降低污染物濃度最大限度地降低污染物濃度因此，在環(huán)境科學(xué)界，生物修復(fù)技術(shù)被認(rèn)為比物理和因此，在環(huán)境科學(xué)界，生物修復(fù)技術(shù)被認(rèn)為比物理和化學(xué)處理技術(shù)更具發(fā)展前途，它已經(jīng)發(fā)展成為一種新化學(xué)處理技術(shù)更具發(fā)展前途，它已經(jīng)發(fā)展成為一種新的可靠的環(huán)保技術(shù)，并得到廣泛的應(yīng)用，有人稱之為的可靠的環(huán)保技術(shù)，并得到廣泛的應(yīng)用，有人稱之為生物處理技術(shù)的一個(gè)里程碑。生物處理技術(shù)的一個(gè)里程碑。生物修復(fù)技術(shù)可以同時(shí)處理受污染的土壤和地下水。生物修復(fù)技術(shù)可以同時(shí)處理受污染的土壤和地下水。人類直接暴露在污染物下的機(jī)

16、會(huì)減少人類直接暴露在污染物下的機(jī)會(huì)減少生物修復(fù)技術(shù)的生物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用范圍應(yīng)用范圍有其獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。有其獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)。三、生物修復(fù)的原理與影響因素三、生物修復(fù)的原理與影響因素（一）、用于生物修復(fù)的微生物（一）、用于生物修復(fù)的微生物可以用來作為生物修復(fù)菌種的微生物分為三大類型：土著可以用來作為生物修復(fù)菌種的微生物分為三大類型：土著微生物、外來微生物和基因工程菌微生物、外來微生物和基因工程菌。（ 1 ）土著微生物（）土著微生物（indigenous microorganisms）微生物降解有機(jī)化合物的巨大潛力，是生物修復(fù)的基礎(chǔ)。微生物降解有機(jī)化合物的巨大潛力，是生物修復(fù)的基礎(chǔ)。生物修復(fù)中微生物的作用原

17、理和方式與污染物的生物降生物修復(fù)中微生物的作用原理和方式與污染物的生物降解和轉(zhuǎn)化是一致的，即通過微生物的降解與轉(zhuǎn)化將有機(jī)解和轉(zhuǎn)化是一致的，即通過微生物的降解與轉(zhuǎn)化將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為無害的小分子化合物和二氧化碳與水。物轉(zhuǎn)化為無害的小分子化合物和二氧化碳與水。目前，在大多數(shù)生物修復(fù)工程中實(shí)際應(yīng)用的都是土著目前，在大多數(shù)生物修復(fù)工程中實(shí)際應(yīng)用的都是土著微生物微生物A.由于土著微生物降解污染物的潛力巨大；由于土著微生物降解污染物的潛力巨大；在污染物的實(shí)際處理中，必須考慮要接種多種微生物在污染物的實(shí)際處理中，必須考慮要接種多種微生物或者激發(fā)當(dāng)?shù)囟鄻拥耐林⑸??；蛘呒ぐl(fā)當(dāng)?shù)囟鄻拥耐林⑸?。B.接種的微生物

18、在環(huán)境中難以保持較高的活性以及接種的微生物在環(huán)境中難以保持較高的活性以及工程菌的應(yīng)用受到較嚴(yán)格的限制；工程菌的應(yīng)用受到較嚴(yán)格的限制；（ 2 ）外來微生物（）外來微生物（exogenous microorganisms ）土著微生物生長(zhǎng)速度太慢、代謝活性不高，或者由于土著微生物生長(zhǎng)速度太慢、代謝活性不高，或者由于污染物的存在而造成土著微生物數(shù)量下降，因此需要污染物的存在而造成土著微生物數(shù)量下降，因此需要接種一些降解污染物的高效菌。接種一些降解污染物的高效菌。采用外來微生物接種時(shí)，會(huì)受到土著微生物的競(jìng)爭(zhēng)，采用外來微生物接種時(shí)，會(huì)受到土著微生物的競(jìng)爭(zhēng)，需要用大量的接種微生物形成優(yōu)勢(shì)，以便迅速開始生需

19、要用大量的接種微生物形成優(yōu)勢(shì)，以便迅速開始生物降解過程。物降解過程。（ 3 ）基因工程菌）基因工程菌(genetical engineering microbes)基因工程菌引入現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境后會(huì)與土著微生物菌群發(fā)基因工程菌引入現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境后會(huì)與土著微生物菌群發(fā)生激烈競(jìng)爭(zhēng)，基因工程菌必須有足夠的存活時(shí)間，生激烈競(jìng)爭(zhēng)，基因工程菌必須有足夠的存活時(shí)間，其目的基因方能穩(wěn)定地表達(dá)出特定的基因產(chǎn)物其目的基因方能穩(wěn)定地表達(dá)出特定的基因產(chǎn)物特特異的酶。異的酶。（二）、影響生物修復(fù)的因素（二）、影響生物修復(fù)的因素生物修復(fù)過程中主要涉及到微生物、有機(jī)有害污染物和土生物修復(fù)過程中主要涉及到微生物、有機(jī)有害污染物和土壤，因此

20、可將影響生物修復(fù)的因素分為三個(gè)方面，即壤，因此可將影響生物修復(fù)的因素分為三個(gè)方面，即微生微生物活性物活性、污染物特性污染物特性和和土壤性質(zhì)土壤性質(zhì)，在研究和選擇生物修復(fù)，在研究和選擇生物修復(fù)技術(shù)時(shí)均應(yīng)加以考慮。技術(shù)時(shí)均應(yīng)加以考慮。 1微生物營(yíng)養(yǎng)鹽微生物營(yíng)養(yǎng)鹽 2電子受體電子受體 3共代謝基質(zhì)共代謝基質(zhì)4有毒有害有機(jī)污染物的物理化學(xué)性質(zhì)有毒有害有機(jī)污染物的物理化學(xué)性質(zhì)5污染現(xiàn)場(chǎng)和土壤的特性污染現(xiàn)場(chǎng)和土壤的特性總之，發(fā)展成功的生物修復(fù)技術(shù)，需要多方面研究總之，發(fā)展成功的生物修復(fù)技術(shù)，需要多方面研究人員的合作，不僅需要有關(guān)人員的合作，不僅需要有關(guān)微生物學(xué)微生物學(xué)的知識(shí)，還需的知識(shí)，還需要對(duì)要對(duì)工程科

21、學(xué)工程科學(xué)、化學(xué)測(cè)試分析方法化學(xué)測(cè)試分析方法和污染物和污染物(包括其包括其代謝產(chǎn)物代謝產(chǎn)物)生物毒性生物毒性等技術(shù)了解。等技術(shù)了解。因此美國(guó)國(guó)家環(huán)保局下屬五個(gè)實(shí)驗(yàn)室確定了四個(gè)主因此美國(guó)國(guó)家環(huán)保局下屬五個(gè)實(shí)驗(yàn)室確定了四個(gè)主要的研究領(lǐng)域以深化對(duì)生物修復(fù)技術(shù)的研究。要的研究領(lǐng)域以深化對(duì)生物修復(fù)技術(shù)的研究。1.工程科學(xué)工程科學(xué)：工程科學(xué)研究的目標(biāo)就是要為生物修復(fù)技術(shù)：工程科學(xué)研究的目標(biāo)就是要為生物修復(fù)技術(shù)中的微生物提供最合適的微環(huán)境，并促進(jìn)污染物與微生物中的微生物提供最合適的微環(huán)境，并促進(jìn)污染物與微生物細(xì)胞間的相互接觸細(xì)胞間的相互接觸2.微生物學(xué)微生物學(xué) 3.測(cè)試和分析方法測(cè)試和分析方法：只有適當(dāng)?shù)牟?/p>

22、樣和分析手段才能精確：只有適當(dāng)?shù)牟蓸雍头治鍪侄尾拍芫_地判斷是否發(fā)生了生物修復(fù)過程和生物修復(fù)進(jìn)行的程度。地判斷是否發(fā)生了生物修復(fù)過程和生物修復(fù)進(jìn)行的程度。4.生物毒性生物毒性：為了保證受到公眾關(guān)注的生物修復(fù)技術(shù)的安：為了保證受到公眾關(guān)注的生物修復(fù)技術(shù)的安全性，評(píng)價(jià)接種微生物和分解產(chǎn)物對(duì)人類和生態(tài)系統(tǒng)的衛(wèi)全性，評(píng)價(jià)接種微生物和分解產(chǎn)物對(duì)人類和生態(tài)系統(tǒng)的衛(wèi)生效應(yīng)和毒性效應(yīng)也是必要的。生效應(yīng)和毒性效應(yīng)也是必要的。第二節(jié)第二節(jié) 生物修復(fù)的類型生物修復(fù)的類型根據(jù)被修復(fù)的污染環(huán)境根據(jù)被修復(fù)的污染環(huán)境土壤生物修復(fù)土壤生物修復(fù)水體生物修復(fù)水體生物修復(fù)海洋生物修復(fù)海洋生物修復(fù)湖泊生物修復(fù)湖泊生物修復(fù)地下水生物修

23、復(fù)地下水生物修復(fù)微生物修復(fù)微生物修復(fù)根據(jù)生物修復(fù)所利用的生物類群根據(jù)生物修復(fù)所利用的生物類群植物修復(fù)植物修復(fù)動(dòng)物修復(fù)動(dòng)物修復(fù)根據(jù)生物修復(fù)中人根據(jù)生物修復(fù)中人工干預(yù)的程度工干預(yù)的程度自然生物修復(fù)自然生物修復(fù)人工生物修復(fù)人工生物修復(fù)原位生物修復(fù)原位生物修復(fù)易位生物修復(fù)易位生物修復(fù)原位生物修復(fù)原位生物修復(fù)（in situ bioremediation）易位生物修復(fù)易位生物修復(fù)（ex situ bioremediation）不需要移動(dòng)污染物而進(jìn)行的生物修復(fù)不需要移動(dòng)污染物而進(jìn)行的生物修復(fù)污染的土壤從污染環(huán)境挖出，通過污染的土壤從污染環(huán)境挖出，通過采用固相法或泥漿反應(yīng)器處理采用固相法或泥漿反應(yīng)器處理原位

24、生物修復(fù)運(yùn)行成本低，操作較難維持，一般為優(yōu)先原位生物修復(fù)運(yùn)行成本低，操作較難維持，一般為優(yōu)先采用的方法采用的方法在許多情況下在許多情況下,尤其是污染程度較高時(shí)尤其是污染程度較高時(shí),單純采用原位生單純采用原位生物修復(fù)往往達(dá)不到預(yù)定要求物修復(fù)往往達(dá)不到預(yù)定要求,這時(shí)可采用易位生物修復(fù)這時(shí)可采用易位生物修復(fù)一、原位生物修復(fù)一、原位生物修復(fù)（一）生物擴(kuò)增（一）生物擴(kuò)增（bioaugmentation）在添加營(yíng)養(yǎng)物條件下，用土著或者接種菌來降解環(huán)境中的有在添加營(yíng)養(yǎng)物條件下，用土著或者接種菌來降解環(huán)境中的有機(jī)污染物。機(jī)污染物。（二）、培養(yǎng)法（二）、培養(yǎng)法（culture）向污染生境添加外源生物活性物質(zhì)，可

25、以大大促進(jìn)生物向污染生境添加外源生物活性物質(zhì)，可以大大促進(jìn)生物修復(fù)的進(jìn)行。修復(fù)的進(jìn)行。可添加可添加N、P營(yíng)養(yǎng)，表面活性劑、電子受體等。營(yíng)養(yǎng)，表面活性劑、電子受體等。目前已經(jīng)開發(fā)一種親油肥料，不僅含有目前已經(jīng)開發(fā)一種親油肥料，不僅含有N、P，而且還有而且還有許多易降解的碳源，能夠加快烴的降解速率和程度。許多易降解的碳源，能夠加快烴的降解速率和程度。又稱為生物培養(yǎng)法（又稱為生物培養(yǎng)法（bioculture）（三）生物通氣法（三）生物通氣法（bioventing）指在土壤的含水層之上，既不飽和層通入空氣，為好氧微指在土壤的含水層之上，既不飽和層通入空氣，為好氧微生物提供最終電子受體。生物提供最終電子

26、受體。通常的工藝是在污染現(xiàn)場(chǎng)打井，通入空氣或抽真空。通常的工藝是在污染現(xiàn)場(chǎng)打井，通入空氣或抽真空。生物通氣法已經(jīng)成功的應(yīng)用于污染土壤的生物修復(fù)生物通氣法已經(jīng)成功的應(yīng)用于污染土壤的生物修復(fù)生物注氣法生物注氣法（biosparge）:將空氣通入地下水位以下，即將空氣通入地下水位以下，即在飽和層通入空氣，從而使飽和層的揮發(fā)性有機(jī)物轉(zhuǎn)移到在飽和層通入空氣，從而使飽和層的揮發(fā)性有機(jī)物轉(zhuǎn)移到不飽和層內(nèi)被微生物降解。不飽和層內(nèi)被微生物降解。不利于采用生物通風(fēng)法的幾種情況：不利于采用生物通風(fēng)法的幾種情況：1.被處理的污染物蒸汽壓太高，揮發(fā)太快被處理的污染物蒸汽壓太高，揮發(fā)太快.2.滲透性太差的土壤對(duì)氧的擴(kuò)散阻

27、力大，不能保障好氧滲透性太差的土壤對(duì)氧的擴(kuò)散阻力大，不能保障好氧微生物對(duì)氧的需求微生物對(duì)氧的需求.（四）、生物翻耕法（四）、生物翻耕法（biofarming;land farming）指通過對(duì)污染土壤進(jìn)行翻耕，提高土壤的通透性，創(chuàng)造指通過對(duì)污染土壤進(jìn)行翻耕，提高土壤的通透性，創(chuàng)造污染物被氧化的條件。同時(shí)施入肥料，調(diào)整污染區(qū)域的污染物被氧化的條件。同時(shí)施入肥料，調(diào)整污染區(qū)域的酸堿度，改良微生物的生存環(huán)境，確保不同深度的土壤酸堿度，改良微生物的生存環(huán)境，確保不同深度的土壤中污染物均能被較好的清除。中污染物均能被較好的清除。Land farming is a bioremediation treat

28、ment process that is performed in the upper soil zone or in biotreatment cells. Contaminated soils, sediments, or sludges are incorporated into the soil surface and periodically turned over or tilled to aerate the mixture（五）、植物修復(fù)（五）、植物修復(fù)（phytoremediation）直接直接或或間接間接利用高等植物去除污染物的技術(shù)稱為植物修復(fù)。利用高等植物去除污染物的技術(shù)

29、稱為植物修復(fù)。植物修復(fù)過程主要包括植物對(duì)污染物的吸收和植物根際附植物修復(fù)過程主要包括植物對(duì)污染物的吸收和植物根際附近土壤中微生物對(duì)污染物的降解。近土壤中微生物對(duì)污染物的降解。根際是植物修復(fù)的主要部位，包括根及其附近的土壤。根際是植物修復(fù)的主要部位，包括根及其附近的土壤。植物修復(fù)通過植物修復(fù)通過4種機(jī)制去除環(huán)境中的污染物種機(jī)制去除環(huán)境中的污染物:Vegetation-enhanced bioremediation2)根際過濾技術(shù)根際過濾技術(shù)(rhizofiltration):1)植物萃取技術(shù)植物萃取技術(shù)(phytoextration):利用金屬積累利用金屬積累植物植物或超積累植物將土壤中的金屬萃

30、取或超積累植物將土壤中的金屬萃取出來出來,富集并搬運(yùn)到植物根部可收割部分和植物地上的富集并搬運(yùn)到植物根部可收割部分和植物地上的枝條部位枝條部位;利用超積累植物或耐重金屬植物根孔通過水流移利用超積累植物或耐重金屬植物根孔通過水流移出土壤重金屬出土壤重金屬. .3)植物固化技術(shù)植物固化技術(shù)(phytostabilization):4)植物蒸發(fā)技術(shù)植物蒸發(fā)技術(shù)(phytovolatilization )即利用植物將土壤重金屬轉(zhuǎn)變成無毒或毒性較低的即利用植物將土壤重金屬轉(zhuǎn)變成無毒或毒性較低的形態(tài)形態(tài)(生物無效態(tài)生物無效態(tài)),但并未從土壤中真正去除它但并未從土壤中真正去除它(又稱又稱作原位改良作原位改良

31、)。指植物吸收和釋放揮發(fā)性化合物到大氣圈中的修指植物吸收和釋放揮發(fā)性化合物到大氣圈中的修復(fù)過程復(fù)過程植物修復(fù)對(duì)土壤和水體中的重金屬污染治理具有特殊的優(yōu)植物修復(fù)對(duì)土壤和水體中的重金屬污染治理具有特殊的優(yōu)勢(shì)。勢(shì)。植物修復(fù)的主要優(yōu)勢(shì)是費(fèi)用低廉，缺點(diǎn)在于效率較低，修復(fù)植物修復(fù)的主要優(yōu)勢(shì)是費(fèi)用低廉，缺點(diǎn)在于效率較低，修復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)。時(shí)間較長(zhǎng)。植物修復(fù)的效率很大程度上由與根接觸的土量決定植物修復(fù)的效率很大程度上由與根接觸的土量決定,而非而非禾本科植物根際土量的比例是很小的。禾本科植物根際土量的比例是很小的。菌根的外延菌絲菌根的外延菌絲能解決以上問題能解決以上問題（六）菌根根際生物修復(fù)（六）菌根根際生物修復(fù)菌

32、根是土壤中的菌根是土壤中的真菌菌絲真菌菌絲與高等植物與高等植物營(yíng)養(yǎng)根系營(yíng)養(yǎng)根系形成形成的一種聯(lián)合體。的一種聯(lián)合體。菌根能有效降解和轉(zhuǎn)移環(huán)境污染物菌根能有效降解和轉(zhuǎn)移環(huán)境污染物,將其應(yīng)用到生物將其應(yīng)用到生物修復(fù)中能解決植物修復(fù)的一些問題。修復(fù)中能解決植物修復(fù)的一些問題。目前菌根生物修復(fù)技術(shù)用于污水污泥、固體垃圾、目前菌根生物修復(fù)技術(shù)用于污水污泥、固體垃圾、有機(jī)污染物有機(jī)污染物(如石油、多環(huán)芳烴和酞酸酯、農(nóng)藥、如石油、多環(huán)芳烴和酞酸酯、農(nóng)藥、殺蟲劑和除草劑殺蟲劑和除草劑)污染土壤的治理。污染土壤的治理。菌根根際既包括菌根的根菌根根際既包括菌根的根真菌菌絲表面真菌菌絲表面,也包括也包括從菌根發(fā)出侵染

33、周圍土壤的從菌根發(fā)出侵染周圍土壤的外延菌絲的菌絲表面外延菌絲的菌絲表面。后者主要與土壤中營(yíng)養(yǎng)的固定、吸收、轉(zhuǎn)移和植物后者主要與土壤中營(yíng)養(yǎng)的固定、吸收、轉(zhuǎn)移和植物傳遞有關(guān)傳遞有關(guān)。延伸的根際成分支持了數(shù)量龐大的細(xì)菌。延伸的根際成分支持了數(shù)量龐大的細(xì)菌。人工濕地（wetland）處理城市污水二、易位生物修復(fù)二、易位生物修復(fù)（一）、泥漿反應(yīng)器法（一）、泥漿反應(yīng)器法（slurry bioreactor）為通常采用的一種異地生物修復(fù)技術(shù)，是將污染為通常采用的一種異地生物修復(fù)技術(shù)，是將污染土壤與液體混合起來形成泥漿，引入反應(yīng)器進(jìn)行土壤與液體混合起來形成泥漿，引入反應(yīng)器進(jìn)行處理處理。泥漿反應(yīng)器可以在控制溶氧

34、、泥漿反應(yīng)器可以在控制溶氧、pH、溫度和混合狀態(tài)溫度和混合狀態(tài)等參數(shù)的情況下進(jìn)行處理等參數(shù)的情況下進(jìn)行處理泥漿反應(yīng)器能夠處理相對(duì)低分子質(zhì)量的多環(huán)芳烴、雜泥漿反應(yīng)器能夠處理相對(duì)低分子質(zhì)量的多環(huán)芳烴、雜環(huán)化合物、酚等環(huán)化合物、酚等處理過程中可添加一些表面活性劑，促進(jìn)微生物與污處理過程中可添加一些表面活性劑，促進(jìn)微生物與污染物的接觸，加速降解過程染物的接觸，加速降解過程簡(jiǎn)單的泥漿反應(yīng)器可以用低洼地和小池塘代替簡(jiǎn)單的泥漿反應(yīng)器可以用低洼地和小池塘代替(二二)預(yù)制床法預(yù)制床法(prepared bed reactor)是一種用于土壤修復(fù)的特制生物床反應(yīng)器，包括供水是一種用于土壤修復(fù)的特制生物床反應(yīng)器，包

35、括供水及營(yíng)養(yǎng)物噴淋系統(tǒng)、土壤底部的防滲襯層、滲濾液收及營(yíng)養(yǎng)物噴淋系統(tǒng)、土壤底部的防滲襯層、滲濾液收集系統(tǒng)及供氣系統(tǒng)。集系統(tǒng)及供氣系統(tǒng)。美國(guó)的超級(jí)基金美國(guó)的超級(jí)基金(superfund)污染土壤生物修復(fù)計(jì)劃中污染土壤生物修復(fù)計(jì)劃中就使用了許多這樣的反應(yīng)器就使用了許多這樣的反應(yīng)器（三）堆制法（三）堆制法（composting）堆制是在人工控制條件下，使有機(jī)廢物發(fā)生生物堆制是在人工控制條件下，使有機(jī)廢物發(fā)生生物穩(wěn)定作用（穩(wěn)定作用（biostablization)的過程的過程。一般是將污染物與容易分解的有機(jī)物混合堆放，一般是將污染物與容易分解的有機(jī)物混合堆放，并加以氮、磷及其他無機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，輔助一些簡(jiǎn)

36、并加以氮、磷及其他無機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，輔助一些簡(jiǎn)單的攪拌、通氣裝置單的攪拌、通氣裝置污染物經(jīng)過穩(wěn)定化作用形成堆肥，是一種腐殖質(zhì)含污染物經(jīng)過穩(wěn)定化作用形成堆肥，是一種腐殖質(zhì)含量很高的疏松物質(zhì)量很高的疏松物質(zhì)厭氧堆制空氣與發(fā)酵原料不接觸，堆制溫度低，周期厭氧堆制空氣與發(fā)酵原料不接觸，堆制溫度低，周期長(zhǎng)，污染物分解不充分，有異味。長(zhǎng)，污染物分解不充分，有異味。好氧堆制是目前通常采用的堆制工藝。好氧堆制是目前通常采用的堆制工藝。堆制有厭氧堆制和好氧堆制兩種：堆制有厭氧堆制和好氧堆制兩種：microbesoxygenwaterorganic wasteheathumuswatercarbon dioxide（

37、四）生物堆層修復(fù)技術(shù)（四）生物堆層修復(fù)技術(shù)（biopiles）又稱土壤堆積，是一種較為復(fù)雜的土壤修復(fù)技術(shù)。又稱土壤堆積，是一種較為復(fù)雜的土壤修復(fù)技術(shù)。將含有污染物的土壤挖掘出來，堆積在不透水的襯層將含有污染物的土壤挖掘出來，堆積在不透水的襯層上，在堆放的土壤中設(shè)置許多通氣管道，通入空氣和上，在堆放的土壤中設(shè)置許多通氣管道，通入空氣和氧氣，或者抽真空以促進(jìn)污染物的好氧降解，含有營(yíng)氧氣，或者抽真空以促進(jìn)污染物的好氧降解，含有營(yíng)養(yǎng)物的液體噴淋在土壤表面，以促進(jìn)微生物的活性，養(yǎng)物的液體噴淋在土壤表面，以促進(jìn)微生物的活性，滲濾液被收集并循環(huán)到堆積土壤中。滲濾液被收集并循環(huán)到堆積土壤中。如果處理的化合物或

38、代謝產(chǎn)物具有揮發(fā)性，則需要收如果處理的化合物或代謝產(chǎn)物具有揮發(fā)性，則需要收集處理氣體集處理氣體生物堆層修復(fù)技術(shù)有許多成功的應(yīng)用實(shí)例，效果較好生物堆層修復(fù)技術(shù)有許多成功的應(yīng)用實(shí)例，效果較好三、原位三、原位易位聯(lián)合生物修復(fù)易位聯(lián)合生物修復(fù)聯(lián)合使用原位生物修復(fù)技術(shù)和易位生物修復(fù)聯(lián)合使用原位生物修復(fù)技術(shù)和易位生物修復(fù)技術(shù)，可充分發(fā)揮兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，更高效技術(shù)，可充分發(fā)揮兩種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，更高效的去除環(huán)境中的污染。的去除環(huán)境中的污染。目前研究較多的主要有以下兩種方法：目前研究較多的主要有以下兩種方法：（一）沖洗（一）沖洗生物反應(yīng)器法（生物反應(yīng)器法（washing-bioreactor）用水沖洗土壤中的污染

39、物，將含有該污染物的廢水用水沖洗土壤中的污染物，將含有該污染物的廢水經(jīng)回收系統(tǒng)引入生物反應(yīng)器，同時(shí)供給營(yíng)養(yǎng)、氧氣經(jīng)回收系統(tǒng)引入生物反應(yīng)器，同時(shí)供給營(yíng)養(yǎng)、氧氣和降解菌以清除污染物和降解菌以清除污染物(二二)土壤通氣土壤通氣-堆制法（堆制法（bioventing-composting）采用生物通氣法驅(qū)除土壤中易揮發(fā)的有機(jī)污染物，然采用生物通氣法驅(qū)除土壤中易揮發(fā)的有機(jī)污染物，然后在進(jìn)行堆制式處理，清除難揮發(fā)的有機(jī)物。后在進(jìn)行堆制式處理，清除難揮發(fā)的有機(jī)物。a) After bioaugmentation, some of the pollutant remains unavailable for b

40、acterial mineralisation due to its position within or adsorption to soil particles. b) Electrokinetics induces the movement of a pollutant as a result of their charge and orientation within the electric field, allowing bacterial degradation. 四、電化學(xué)強(qiáng)化生物修復(fù)技術(shù)四、電化學(xué)強(qiáng)化生物修復(fù)技術(shù)第三節(jié)第三節(jié) 生物修復(fù)的應(yīng)用生物修復(fù)的應(yīng)用1.農(nóng)藥污染的生物修復(fù)

41、農(nóng)藥污染的生物修復(fù)2.石油污染的生物修復(fù)石油污染的生物修復(fù)3.富營(yíng)養(yǎng)化水體的生物修復(fù)富營(yíng)養(yǎng)化水體的生物修復(fù)4.污染地下水的生物修復(fù)污染地下水的生物修復(fù)阿拉斯加石油污染的生物修復(fù)阿拉斯加石油污染的生物修復(fù)為了盡可能減少對(duì)該區(qū)野生動(dòng)物和漁業(yè)資源的危害以及為了盡可能減少對(duì)該區(qū)野生動(dòng)物和漁業(yè)資源的危害以及向其他海岸線遷移向其他海岸線遷移,迫切需要清除這些高濃度的原油。迫切需要清除這些高濃度的原油。1989年年3月月24日日,美國(guó)的美國(guó)的Exxon Valdez號(hào)油船觸礁號(hào)油船觸礁,41000t原油在阿拉斯加的原油在阿拉斯加的William Sound王子島泄漏。隨水漂王子島泄漏。隨水漂移后移后2100km的海岸線的海岸線(占阿拉斯加灣總海岸線的占阿拉斯加灣總海岸線的15%)遭受污染。遭受污染。美國(guó)政府美國(guó)政府1989年曾調(diào)動(dòng)人員年曾調(diào)動(dòng)人員11000名名,派出派出1400艘船只和艘船只和84架直升機(jī)來盡快解決這一問題但難度很大架直升機(jī)來盡快解決這一問題但難度很大為此為此,Exxon公司和美國(guó)環(huán)境保護(hù)局公司和美國(guó)環(huán)境保護(hù)局(EPA)的科學(xué)家的科學(xué)家們聯(lián)合提議嘗試采用生物修復(fù)技術(shù)的可行性。們聯(lián)合提議嘗試采用生物修復(fù)技術(shù)的可行性。同時(shí)同時(shí),科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)科學(xué)家們發(fā)現(xiàn),某些某些“好油性好油性”特異微生物群落在原特異微生物群落在原油污