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微生物修復技術原理范文第1篇

 

關鍵詞:土壤污染、生物修復、研究進展

前言

土壤重金屬污染是指由于人類活動將金屬加入到土壤中，致使土壤中重金屬明顯高于原生含量、并造成生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化的現(xiàn)象。加之重金屬離子難移動性，長期滯留性和不可分解性的特點，對土壤生態(tài)環(huán)境造成了極大破壞，同時食物通過食物鏈最終進入人體，嚴重危害人體健康，已成為不可忽視的環(huán)境問題。隨著我國人民生活水平的提高,生態(tài)環(huán)境保護日趨受到重視,國家對污染土壤治理和修復的人力，物力的投入逐年增加，土壤污染物的去除以及修復問題,已成為土壤環(huán)境研究領域的重要課題。而生物修復技術是近20年發(fā)展起來的一項用于污染土壤治理的新技術,同傳統(tǒng)處理技術相比具有明顯優(yōu)勢，例如其處理成本低,只為焚燒法的1/2-1/3，處理效果好,生化處理后污染物殘留量可達到很低水平;對環(huán)境影響小,無二次污染,最終產(chǎn)物CO2、H2O和脂肪酸對人體無害，可以就地處理,避免了集輸過程的二次污染,節(jié)省了處理費用，因而該技術成為最有發(fā)展?jié)摿褪袌銮熬暗男迯图夹g。

1.污染土壤生物修復的基本原理和特點

土壤生物修復的基本原理是利用土壤中天然的微生物資源或人為投加目的菌株,甚至用構建的特異降解功能菌投加到各污染土壤中,將滯留的污染物快速降解和轉(zhuǎn)化成無害的物質(zhì),使土壤恢復其天然功能。由于自然的生物修復過程一般較慢,難于實際應用,因而生物修復技術是工程化在人為促進條件下的生物修復,利用微生物的降解作用,去除土壤中石油烴類及各種有毒有害的有機污染物，降解過程可以通過改變土壤理化條件(溫度、濕度、pH值、通氣及營養(yǎng)添加等)來完成,也可接種經(jīng)特殊馴化與構建的工程微生物提高降解速率。

2.污染土壤生物修復技術的種類

目前,微生物修復技術方法主要有3種:原位修復技術、異位修復技術和原位-異位修復技術。

2.1 原位修復技術：

原位修復技術是在不破壞土壤基本結構的情況下的微生物修復技術。有投菌法、生物培養(yǎng)法和生物通氣法等,主要用于被有機污染物污染的土壤修復。投菌法是直接向受到污染的土壤中接入外源污染物降解菌,同時投加微生物生長所需的營養(yǎng)物質(zhì),通過微生物對污染物的降解和代謝達到去除污染物的目的。生物培養(yǎng)法是定期向土壤中投加過氧化氫和營養(yǎng)物,過氧化氫則在代謝過程中作為電子受體,以滿足土壤微生物代謝,將污染物徹底分解為CO2和H2O。生物通氣法是一種加壓氧化的生物降解方法,它是在污染的土壤上打上幾眼深井,安裝鼓風機和抽真空機,將空氣強行排入土壤中,然后抽出,土壤中的揮發(fā)性有機物也隨之去除。在通入空氣時,加入一定量的氨氣,可為土壤中的降解菌提供所需要的氮源,提高微生物的活性,增加去除效率。

2.2 異位修復技術：

異位修復處理污染土壤時,需要對污染的土壤進行大范圍的擾動,主要技術包括預制床技術、生物反應器技術、厭氧處理和常規(guī)的堆肥法。預制床技術是在平臺上鋪上砂子和石子,再鋪上15-30cm厚的污染土壤,加入營養(yǎng)液和水,必要時加入表面活性劑,定期翻動充氧,以滿足土壤微生物對氧的需要,處理過程中流出的滲濾液,即時回灌于土層,以徹底清除污染物。生物反應器技術是把污染的土壤移到生物反應器,加水混合成泥漿,調(diào)節(jié)適宣的pH值,同時加入一定量的營養(yǎng)物質(zhì)和表面活性劑,底部鼓入空氣充氧,滿足微生物所需氧氣的同時,使微生物與污染物充分接觸,加速污染物的降解,降解完成后,過濾脫水這種方法處理效果好、速度快,但僅僅適宜于小范圍的污染治理。厭氧處理技術適于高濃度有機污染的土壤處理,但處理條件難于控制。常規(guī)堆肥法是傳統(tǒng)堆肥和生物治理技術的結合,向土壤中摻入枯枝落葉或糞肥,加入石灰調(diào)節(jié)pH值,人工充氧,依靠其自然存在的微生物使有機物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化,是一種有機物高溫降解的固相過程。上述方法要想獲得高的污染去除效率,關鍵是菌種的馴化和篩選。由于幾乎每一種有機污染物或重金屬都能找到多種有益的降解微生物。因此,尋找高效污染物降解菌是生物修復技術研究的熱點。

3.影響污染土壤生物修復的主要因子

3.1 污染物的性質(zhì)：

重金屬污染物在土壤中常以多種形態(tài)貯存,不同的化學形態(tài)對植物的有效性不同。某種生物可能對某種單一重金屬具有較強的修復作用。此外,重金屬污染的方式(單一污染或復合污染)，污染物濃度的高低也是影響修復效果的重要因素。有機污染物的結構不同,其在土壤中的降解差異也較大。

3.2 環(huán)境因子：

了解和掌握土壤的水分、營養(yǎng)等供給狀況,擬訂合適的施肥、灌水、通氣等管理方案,補充微生物和植物在對污染物修復過程中的養(yǎng)分和水分消耗,可提高生物修復的效率。一般來說土壤鹽度、酸堿度和氧化還原條件與重金屬化學形態(tài)、生物可利用性及生物活性有密切關系,也是影響生物對重金屬污染土壤修復效率的重要環(huán)境條件。

3.3 生物體本身：

微生物的種類和活性直接影響修復的效果。由于微生物的生物體很小,吸收的金屬量較少,難以后續(xù)處理,限制了利用微生物進行大面積現(xiàn)場修復的應用，

植物體由于生物量大且易于后續(xù)處理,利用植物對金屬污染位點進行修復成為解決環(huán)境中重金屬污染問題的一個很有前景的選擇。但由于超積累重金屬植物一般生長緩慢,且對重金屬存在選擇作用,不適于多種重金屬復合污染土壤的修復。因此,在選擇修復技術時,應根據(jù)污染物性質(zhì)、土壤條件、污染程度、預期修復目標、時間限制、成本及修復技術的適用范圍等因素加以綜合考慮。

4.發(fā)展中存在的問題：

生物修復技術作為近20年發(fā)展起來的一項用于污染土壤治理的新技術,雖取得很大進步和成功,但處于實驗室或模擬實驗階段的研究結果較多,商業(yè)性應用還待開發(fā)。此外,由于生物修復效果受到如共存的有毒物質(zhì)(Co-toxicants)(如重金屬)對生物降解作用的抑制；電子受體(營養(yǎng)物)釋放的物理性障礙;物理因子(如低溫)引起的低反應速率;污染物的生物不可利用性;污染物被轉(zhuǎn)化成有毒的代謝產(chǎn)物;污染物分布的不均一性;缺乏具有降解污染物生物化學能力的微生物等因素制約。因此,目前經(jīng)生物修復處理的污染土壤,其污染物含量還不能完全達到指標的濃度要求。

微生物修復技術原理范文第2篇

[關鍵字]石油污染物 無害化 資源化

[中圖分類號] TE992 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2013）-5-216-1

0 引言

石油是當前世界最為重要的能源之一，并在經(jīng)濟高速發(fā)展的國際化大環(huán)境中，對石油的需求也是日益增加，石油資源在普及利用的同時不可避免的涉及到石油開采的泄露問題。由于操作失誤或技術原因，石油在開采、運輸及加工等過程當中的突發(fā)災害往往是不可控制的，對附近環(huán)境的污染十分嚴重，因此石油就好比一柄雙刃劍懸在頭頂，成為一個全球性的發(fā)展與污染問題。其中石油污染土壤問題是主要表現(xiàn)形式，為緩解環(huán)境污染，恢復當?shù)厣鷳B(tài)，采取的修復方法主要有生物、物理、化學等方法，但對于二次污染程度較低、成本費用較少、環(huán)境影響較小的微生物修復石油污染法卻因為種種原因往往應用得比較少。微生物修復法的原理是通過生存在土壤中的微生物，利用其自身具有的新陳代謝功能，對土壤中的污染物轉(zhuǎn)化為對環(huán)境沒有影響的普通物質(zhì)。而微生物修復石油污染法是將土壤中的微生物進行繁殖培育，使其數(shù)量呈幾何倍數(shù)增長，然后通過它自身分解作用將其中的污染物清除的過程。

1 石油污染的處理

1.1 石油污染危害

石油能夠?qū)ν寥乐械纳鷳B(tài)系統(tǒng)造成較大破壞，降低土壤中蘊含的有機肥，影響植物正常生長，并能通過對植株根部的營養(yǎng)吸收能力，限制植株生長。石油中的某些化學成分能在動物體內(nèi)堆積，通過層層食物鏈的影響對附近生物甚至是人類健康造成危害。而且由于石油中的成分都是芳香烴等高分子物質(zhì)，在自然環(huán)境下很難降解，從而影響土壤的有機組成結構，并對附近的生物形成長期危害。

1.2 石油污染處理方法

石油污染目前主要有三種處理方法，其一是化學法，其二是物理法，其三是生物法?；瘜W法的處理包括熱分解法、萃取法、氧化法等，物理法的處理包括電解法、隔離法、填埋法等，生物法的處理包括微生物法、農(nóng)耕法、生物通氣法等。作為處理石油污染的常規(guī)方法，物理法和化學法雖有一定作用，但既不能完全有效地處理污染問題，也會對環(huán)境帶來二次污染，再加上使用這些方法成本都比較高，取得的效果不盡如人意。因而作為新研發(fā)出來的微生物法具有不可比擬的功效，不僅處理效果比較理想，并且能夠有效將污染物轉(zhuǎn)化為無污染的物質(zhì)，不會形成二次污染問題，從而成為土壤石油污染處理的熱門選擇。

1.3 微生物修復技術

微生物處理方法主要是在被污染的土壤范圍內(nèi)，通過添加適宜微生物生長的營養(yǎng)物質(zhì)，促進其繁殖，運用微生物自身新陳代謝功能實現(xiàn)污染物的降解過程，從而達到土壤中的石油脫附目的。微生物法主要包括以下四種方式：

（1）生物培養(yǎng)法，通過在被污染土壤中加入氮和磷等營養(yǎng)物質(zhì)，使該范圍內(nèi)的微生物富集，并在其中加入過氧化氫，使其保持酸堿平衡，創(chuàng)造出適宜微生物繁殖的環(huán)境，有效將污染物轉(zhuǎn)換為可供動植物吸取養(yǎng)分的有機物，提高土壤的活性 。

（2）生物通氣法，在污染的土壤中充入空氣，并加入氮肥和磷肥等有機營養(yǎng)物，提高微生物降解能力，這種方法是一種加速氧化的過程，效果較為明顯，但限制條件是土壤的結構問題，一般多孔稀松的土壤能采用這種方法，而密實水分多的土壤并不適宜。

（3）農(nóng)耕法，通過對被污染地區(qū)進行犁田耕種的方式，對其進行農(nóng)業(yè)種植，使其保持土壤活性，和充分的營養(yǎng)，為微生物提供一個較為適宜的生存繁殖環(huán)境，保證污染物的有效降解。這一方法在關于土壤污染程度較低，土壤通透性較差的污染土壤中較為有效。并且因為簡單環(huán)保，經(jīng)濟成本較低，較為常用，但缺點在于污染物會隨著農(nóng)業(yè)灌溉等一系列環(huán)節(jié)遷移到別處。

（4）聯(lián)合法，在受污染土壤中種植對環(huán)境要求較低、吸收污染能力較強的植物，通過植物的吸收去除土壤中的污染，研究表明，植物能有效提高土壤中的微生物含量，提高石油污染的降解脫附。從而對受污染的土壤實現(xiàn)無污染治理，并增加其中的有機含量，促進植物生長，然后良性循環(huán)，加速微生物增長，有效處理石油污染問題 。

2 石油污染脫附方式

2.1 直鏈烷烴的脫附

不同的微生物對石油中含有的不同烴類具有不同的作用機理和代謝方式，微生物對直鏈烷烴的代謝方式是先將其氧化為醇，并在脫氫酶的催化下氧化為醛，醛又在脫氫酶催化下氧化為脂肪酸，氧化途徑如圖1所示。

2.2 環(huán)烷烴的脫附

脂環(huán)烷烴是先通過被氧化呈一元醇后，再自行斷裂，形成代謝途徑，大部分依靠環(huán)己醇代謝的微生物會在脂環(huán)化合物內(nèi)生長，一般脂環(huán)化合物被烷基取代之后會被氧化，而氧化位置的不同也會影響到微生物降解反應的發(fā)生位置 。環(huán)烷烴的生物降解途徑如圖2所示。

3 小結

石油污染是目前對環(huán)境造成嚴重影響的污染之一，全球各個國家都分別出臺了石油污染處理的措施方案。尤其是微生物修復方法在經(jīng)多方試驗驗證后，對石油污染的治理不僅效果顯著，沒有二次污染，而且成本低廉，是行之有效的處理方式。并且隨著我國能源需求的不斷增長，石油工業(yè)的迅猛發(fā)展，其帶來的石油污染問題日趨增多，傳統(tǒng)處理方式已明顯不能達到石油污染的脫附目的，因而推廣微生物法處理石油污染是十分有必要的，將其形成工業(yè)化產(chǎn)業(yè)，在有效處理石油污染的同時，并能為社會帶來較大的經(jīng)濟效益，是一項具有重要意義的項目。

參考文獻

[1] 劉鵬，李大平，王曉梅，張寶良，朱玉萍，葛紹榮. 石油污染土壤的生物修復技術研究[J]. 化工環(huán)保. 2009（02）.

微生物修復技術原理范文第3篇

在生產(chǎn)流程中,為了減少污染物排放、甚至零排放,可以利用生物工程技術,研制具有特別功能的“工程菌”或“工程細胞株”,例如,在農(nóng)業(yè)領域使用生物農(nóng)藥無毒、安全、無污染等;利用生物質(zhì)能源能極大降低污染物排放;高催化效率“工程菌”加快化學反應,使生產(chǎn)過程能源、原料的消耗降低;綜上所述,生物工程技術對于生態(tài)環(huán)境保護意義重大。

2生物工程在環(huán)境監(jiān)測的應用

環(huán)境保護工作中的一個重要環(huán)節(jié)就是監(jiān)測環(huán)境污染,應用化學儀器分析以及生物監(jiān)測是環(huán)境監(jiān)測的重要方法。可以利用基因工程技術改造過的微生物、指示生物、生物芯片技術、生物傳感器技術、分子生物學等技術監(jiān)測環(huán)境污染。近年來,環(huán)境監(jiān)測也可以通過研究較多的有聚合酶式反應技術(PCR技術)、酶聯(lián)免疫吸附技術(ELISA)、核酸探針、生物傳感器、生物熒光方法等生物高新技術。土壤、沉積物、水樣等環(huán)境標本的細胞檢測可以通過PCR技術完成。水體中的BOD、酚、NO3、有機磷,以及大氣中的CO2、SO2、NOx的含量及濃度分析都可以用生物傳感技術測定。今后,由于其快速、靈敏、特異性強的特性,生物工程技術將在環(huán)境監(jiān)測中廣泛應用。

3生物工程在廢水處理中的應用

需要一個由多種方法組成的多層次處理系統(tǒng)將廢水中所含的多種污染物質(zhì)處理。預處理多為物理方法,化學方法容易產(chǎn)生二次污染;利用生物的新陳代謝作用,對廢水中的污染物質(zhì)進行轉(zhuǎn)化和穩(wěn)定,將廢水中污染物轉(zhuǎn)化為無毒、無害、穩(wěn)定的物質(zhì),這種方法就是利用生物工程措施在廢水凈化中的應用。固定化微生物技術。利用基因工程技術將一些具有特異性的優(yōu)勢菌種不斷得到改造或創(chuàng)造,將這些具有脫色菌、脫氮、脫磷等高效專性菌進行固定化后,菌體密度提高,這種技術應用于廢水處理,有利于提高生物反應器內(nèi)微生物(尤其是特殊功能的微生物)的濃度,有利于微生物抵抗不利環(huán)境的影響,有利于反應后的固液分離,縮短處理所需的時間。生物反應器技術。在活性污泥中加入固定載和流動載體,以及好氧和厭氧固定膜的反應器,極大的增加了反應體系中的生物量和生物類群,運用發(fā)酵工程原理,使得微生物降解污染物的生物活性得到最大化的發(fā)揮。此法處理效率高、出水水質(zhì)好;設備緊湊、占地面積小;易實現(xiàn)自動控制、運行管理簡單。生物強化處理技術。通過向傳統(tǒng)的生物處理系統(tǒng)中引入具有特定功能的微生物,提高有效微生物的濃度,增強對難降解有機物的降解能力,提高其降解速率,并改善原有生物處理體系對難降解有機物的去除效能。在水污染治理中的應用主要有:治理高濃度有機廢水;有毒、有害難降解污染物的治理;脫氮除磷等。

4應用生物工程技術處理固體廢棄

物固體垃圾處理通過物理的手段(如粉碎、壓縮、干燥、蒸發(fā)、焚燒等)或生物化學作用(如氧化、消化分解、吸收等)用以縮小其體積、加速其自然凈化的過程。焚燒、填埋等常規(guī)處理方式不能從根本上解決污染問題,污泥直接焚燒的熱值過低,還要治理有害氣體、粉塵污染,污泥焚燒的一次性投資和運行成本過高,采用現(xiàn)代生物技術處理這些有機物,把有機廢棄物發(fā)酵成為有機肥或營養(yǎng)土去肥沃土地,再把植物變成食物,這是適應大自然自身規(guī)律的一種處理和循環(huán)利用方式。生物工程技術在消除白色污染方面意義重大,主要表現(xiàn)為:(1)通過基因工程技術可篩選優(yōu)勢微生物、構建高效降解菌,并通過發(fā)酵工程技術大量培養(yǎng),可使白色污染物得到降解。(2)利用基因工程技術將能編碼降解蛋白的基因?qū)肽骋煌寥牢⑸镏?使他們共同發(fā)揮各自的功能和作用,迅速將塑料等白色污染物降解。

5應用生物工程治理大氣污染廢氣

的生物處理和空氣凈化是一種利用微生物吸附分解有機物能力和降解惡臭物質(zhì)與有機廢物的方法,主要方法有生物洗滌、生物過濾、生物吸附法等。這些方法具有成本低、效率高、安全性好和無二次污染等優(yōu)點。

6應用生物工程治理土壤污染土壤污染

微生物修復技術原理范文第4篇

關鍵詞：分子生物技術；微生物領域；環(huán)境

微生物技術是在多種學科上面相互緊密交叉的一門應用學科，對環(huán)境污染修復技術方面的發(fā)展具有重要的推動作用。本文主要介紹目前常用的分子生物技術，分析分子生物技術在水、土壤、惡臭等方面的應用，明確分子生物技術在環(huán)境工程微生物修復治理工作中的重要性，為在下一步的分子生物技術的研究提供一個良好的契機，也為在環(huán)境工程的工作取得良好的效果而做好各項準備工作。

1與環(huán)境工程相關的分子微生物技術

1.1PCR核酸技術

PCR是一種利用脫氧核糖核酸半保留復制的原理，在體外擴增位于兩段已知序列之間的DNA區(qū)段，從而得到大量復制的生物技術，其應用在整個行業(yè)中最為廣泛。PCR技術主要分為以下三種：PCR-SSCP技術、PCR-DGGE技術以及PCR-RFLP技術。

（1）PCR-SSCP技術主要通過利用銀染法以及熒光的檢測技術等，對SSCP凝膠DNA譜帶進行詳細的分析，應用這種技術進行分析，能夠簡化測試的試驗步驟，比較方便且精準；

（2）PCR-DGGE技術是按照一定順序檢測生命物質(zhì)堿基，獲得變性試劑解鏈不同的內(nèi)容物質(zhì)反映，對樣本進行檢測，從而達到研究目的；

（3）PCR-RFLP技術主要是利用限制性核酸內(nèi)切酶的特性進行樣本分析，在基因組上尋找多態(tài)性位點，從而揭示個體或群體間遺傳變異或評估種間親緣性關系的一種分子標記技術。

1.2熒光原位雜交技術

熒光原位雜交技術是目前單個細胞水平上分析微生物群落結構的常用分子生態(tài)學方法，根據(jù)目前已公布的、定位在不同分類等級的rDNA分子的特定位置，設計以rDNA為靶點的寡核苷酸探針，然后用熒光標記探針，用于原位鑒定單個細胞.目前可利用此方法,使用一整套特異的寡核苷酸探針可進行單個細胞的快速分類。

1.3基因重組技術

此技術是利用DNA體外擴增或重組技術把需要的基因或DN段從供體生物基因組中抽取分離，或通過人工合成的方法獲取基因，并經(jīng)過一系列的切割、加工、修飾、連接反應產(chǎn)生重組的DNA分子，再將其導入適合的受體細胞，從而獲得基因表達的過程。

2分子生物技術的應用

工業(yè)的高速發(fā)展極大地促進了我國經(jīng)濟的增長。然而，工業(yè)污染已對我們正常的生活環(huán)境及個人健康造成了不可忽視的影響。分子生物技術應用對環(huán)境污染的修復和治理成為現(xiàn)今行業(yè)的關注熱點。

2.1水處理中的應用

微生物絮凝劑是由微生物菌體內(nèi)外分泌的生物大分子，并帶有電荷。相關的研究表明，微生物絮凝劑對生活污水及工業(yè)廢水的COD及SS的去除率可分別達到68%和91%。相比鐵鹽、鋁鹽等化學藥劑，微生物絮凝劑對活性污泥所產(chǎn)生的絮凝作用更高效，其產(chǎn)生的沉淀也更易過濾，且絮凝后的殘渣可生物降解，不會造成二次污染。由此可見，微生物絮凝劑具有高效、無毒的優(yōu)點。

2.2土壤修復中的應用

由于土壤生物修復技術具有環(huán)境友好、成本低、可原位處理等優(yōu)點，因此成為了目前的一個研究熱點。有益微生物可通過自身代謝分解土壤中的有機污染，其分泌的有機酸、鐵載體等物質(zhì)能使重金屬轉(zhuǎn)變?yōu)闊o害的螯合態(tài)。此外，根際微生物還能協(xié)助植物生長，促進超富集植物對土壤的修復效果。通過分子生物技術篩選具有高效代謝能力的菌種，并觀察分析微生物在修復過程中的群落動態(tài)變化，可進一步了解土壤生物修復的機理，建立土壤功能微生物資料庫，促進土壤生物技術在實際應用中的優(yōu)化。

2.3臭氣處理中的應用

微生物的代謝作用可把臭氣分解成硫酸鹽、CO2、H2O等無害無味物質(zhì)，特別適用于堆肥廠、污水處理廠、垃圾填埋場等環(huán)境衛(wèi)生處理設施的臭氣治理。目前常用的生物除臭工藝包括過濾除臭、滴濾除臭、曝氣式除臭以及洗滌式除臭。分子生物技術已廣泛用于分析臭氣處理設備中微生物代謝功能及群落的變化。通過擴增除臭細菌某基因的可變區(qū)，并結合相關的分子生物技術，觀察除臭生物裝置中的微生物的多樣性、豐度及代謝功能在不同pH、碳源或其他制約條件下的變化，可篩選出最有利的菌種。因此，分子生物技術的應用對臭氣治理具有非常重要的意義。

2.4對石油降解方面進行分析研究

石油的成分復雜，包括一些對微生物有毒害的物質(zhì)。因此，如何鑒定、篩選、培養(yǎng)具有高效降解能力的菌種成為石油污染物生物處理技術的關鍵。為了更好的解決石油的污染問題，需要相關研究人員在分子生物與石油污染進行深入細致的研究，并積極尋找有效可行的治理方法。分子生物技術在環(huán)境工程方面，主要具有環(huán)境治理效果好、無副作用、成本較低等優(yōu)點。由于分子生物技術的眾多好處，得到了各方面的廣泛認可，使得這項技術在我們行業(yè)的發(fā)展上起到了重要的作用。

3結語

我國現(xiàn)今所面臨的難題是，如何降低對環(huán)境的污染，如何能夠進一步改善我們現(xiàn)在的生活環(huán)境。環(huán)境工程生物修復技術作為目前行業(yè)的熱點，而分子生物技術儼然已成為環(huán)境工程微生物不可或缺的研究手段，這同時也在另一個層面讓我們充分的認識、理解到分子生物技術在環(huán)境工程中的重要性。分子生物技術的研發(fā)與應用是我們在環(huán)境保護中的前沿陣地，我們在不斷的分子生物研究中進行發(fā)掘和創(chuàng)新，為我們的環(huán)境工程事業(yè)做好有力的技術支持，同時也為我國在環(huán)境保護方面做出重要的貢獻。

參考文獻

[1]石琛,王璐.環(huán)境微生物領域分子生物技術的應用進展[J].中國科技信息,2013,16,135+139.

[2]張鳳.在環(huán)境工程微生物領域中分子生物技術的應用[J].綠色科技,2013,08,192-194.

微生物修復技術原理范文第5篇

關鍵詞 農(nóng)藥；光生物；降解；生物修復

中圖分類號 X132；X592 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2012）19-0218-03

1 農(nóng)藥污染狀況

隨著農(nóng)業(yè)病蟲害的增多，農(nóng)藥的使用量也與日劇增。我國20世紀末農(nóng)藥的投放量如表1所示[1]。與化肥相比，農(nóng)藥具有毒性大、不易降解的特性，對水環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)影響更為惡劣，客觀上造成我國水域環(huán)境及生態(tài)環(huán)境污染的日趨嚴峻。

2 光生物降解農(nóng)藥

2.1 光降解土壤中農(nóng)藥

2.1.1 有機氯類農(nóng)藥。太陽光曝曬可增強土壤中有機氯類農(nóng)藥的降解：DDT可轉(zhuǎn)化為DDE。γ-BHC的光解符合一級動力學方程，其降解常數(shù)隨土壤有機質(zhì)含量增加而降低；當有機碳含量不變時，光解常數(shù)隨鐵含量增加而提高，低有機碳含量土壤中，F(xiàn)e2O3對γ-BHC有明顯的催化作用。

2.1.2 有機磷類農(nóng)藥。研究表明，土壤黏粒含量和土壤濕度是影響有機磷類農(nóng)藥光解的主要因素。光解速率隨黏粒含量減少而增大；土壤濕度對光解速率影響隨農(nóng)藥品種和土壤類型不同差異較大，濕土壤明顯有利于氟樂靈的光解。土壤的有機質(zhì)含量對光解速率影響不明顯。

2.1.3 有機氮類農(nóng)藥。阿特拉津除草劑在粒度較小的土壤中光解速率較大，光解深度也較大；阿特拉津的光解速率在濕土壤中大于在干土壤中；土壤的pH值對其光解速率也有影響，即酸性和堿性土壤均可促進阿特拉津的光解，在中性左右的土壤中，它的光解速率會有一個最小值。另外，土壤中腐殖酸和表面活性劑的存在均會增加阿特拉津的光解速率。

2.1.4 菊酯類農(nóng)藥。光分解對擬除蟲菊酯類農(nóng)藥在表土中的消解起了重要作用。在田間條件下它們能被陽光迅速降解，因此它們幾乎不存在從土壤遷移轉(zhuǎn)化。氯氰菊酯等3種農(nóng)藥在0.5～1.0 mm粒徑范圍的土壤中光解速率最大，在0.10～0.25 mm粒徑范圍內(nèi)光解速率最小，說明其合適的通氣孔隙有利于農(nóng)藥在土壤中光解。

2.2 微生物降解土壤中農(nóng)藥

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)應用的農(nóng)藥是根治病、蟲害的最有效的方法之一，但農(nóng)藥能長時間地殘留在環(huán)境中，并隨食物鏈移動，產(chǎn)生生態(tài)毒害作用。土壤是農(nóng)藥在環(huán)境中的貯藏庫和集散地。農(nóng)藥進入土壤后，可以被淋溶、蒸發(fā)、吸附和降解。土壤中農(nóng)藥的生物降解是農(nóng)藥轉(zhuǎn)化和解毒的主要途徑。

農(nóng)藥的生物降解受土壤溫度、含水量、pH值、有機質(zhì)等多種因素的影響。有的農(nóng)藥既可在厭氧條件下降解，又可在好氧條件下降解；有些農(nóng)藥則僅能在其中之一條件下進行降解。

現(xiàn)已明確參與農(nóng)藥降解與代謝的微生物有：一是細菌類。如極毛桿菌、黃桿菌、農(nóng)桿菌、棒狀桿菌、芽孢桿菌、芽孢梭菌。二是真菌類。如交鏈孢、曲霉、芽枝霉、鐮刀霉、小從殼屬、青霉屬。三是放線菌類。如小單孢屬、諾卡氏菌和鏈霉屬。

土壤中的農(nóng)藥微生物代謝不同于礦化作用，也不同于動物代謝。微生物對農(nóng)藥的代謝除使農(nóng)藥被氧化或還原而降解外，它們還將農(nóng)藥作為營養(yǎng)或獲得能源的物質(zhì)。如在厭氧條件下很容易分解γ-BHC和α-BHC的契形梭菌，能將BHC的這2種異構體分解為γ-4氯環(huán)乙烯和α-4氯環(huán)乙烯而獲得本身生長所需能源。但不論是細菌、真菌還是放線菌，其主要代謝反應或途徑都是大致相同的，即為β-氧化作用、乙醚裂解作用、環(huán)氧化作用和脫鹵素作用等。此外，只有微生物才能裂解芳香環(huán)類農(nóng)藥。

2.2.1 有機氯農(nóng)藥。有機氯農(nóng)藥在土壤中較難降解，但還是可以緩慢降解的。這類農(nóng)藥雖然在厭氧和好氧條件下均能進行微生物降解，但在厭氧條件下降解速度更快。例如：DDT在厭氧條件下，微生物能使之脫氯變?yōu)镈DD，或是脫氫脫氯變?yōu)镈DE。DDD和DDE都可以進一步氧化為DDA。DDD、DDE的毒性雖比DDT低得多，但仍有慢性毒性。DDT在好氧條件下分解很慢。

與DDT相比，BHC（丙體666）比較容易降解。如前述，厭氧條件下，微生物很容易分解γ-BHC和α-BHC，使之成為本身的能源。胡榮桂[2]研究表明，稻田在淹水條件下，84 d后土壤中微生物對γ-BHC可降解98.4%，不淹水的稻田中微生物對γ-BHC只能降解34.5%。因此，有人提出，以加水的方法來促進微生物對旱地BHC的降解。

其他的有機氯農(nóng)藥，如艾氏劑、異艾氏劑、狄氏劑、異狄氏劑、氯丹等是環(huán)境中最穩(wěn)定的農(nóng)藥，因此其降解的速度非常緩慢。

2.2.2 有機磷農(nóng)藥。有機磷農(nóng)藥在土壤中很易降解，既能直接水解和氧化，也能被微生物分解，其降解速度隨土壤溫度、濕度和酸堿度增高而加快。如馬拉硫磷可以水解，也可在綠色木霉和極毛桿菌屬作用下分解，反應產(chǎn)物可徹底降解為磷酸鹽、硫酸鹽和碳酸鹽等。

其他的有機磷農(nóng)藥，如對硫磷、甲基對硫磷和乙基對硫磷，能被枯草桿菌降解，所含的硝基被還原為氨基。有些微生物能使對硫磷水解為P-硝基酚，將其中的毒害成分降解為無毒物質(zhì)。

2.2.3 菊酯類農(nóng)藥。擬除蟲菊酯類殺蟲劑是一類結構類似天然除蟲菊的人工合成農(nóng)藥。這類農(nóng)藥急性、慢性的毒性都低，降解慢，除了氰戊菊酯等個別品種外，對人畜和環(huán)境較安全。

菊酯類農(nóng)藥在土壤表層，能被陽光迅速降解，在土層1 cm以下主要為生物降解。表2列出了3種菊酯類農(nóng)藥在不同土壤中降解的半衰期[3]。

2.3 光生物降解植物中農(nóng)藥

水系中在陽光輻射下藻類可引發(fā)產(chǎn)生H2O2、′O2、O2-等活性氧物質(zhì)，經(jīng)過光化學反應又可生成氫氧自由基OH和RO2、R等有機自由基。這些活性物質(zhì)，對農(nóng)藥具有強烈地氧化、分解作用，最終可將有機污染物分解為二氧化碳和水。

處于這種水系的待降解農(nóng)作物，通過吸附作用、生物富集作用、自身的呼吸作用等，將上述活性自由基物質(zhì)吸收于植物體內(nèi)，這些活性物質(zhì)則可將植物體中的農(nóng)藥殘留逐漸氧化、分解。例如，對BHC農(nóng)藥，則可使其產(chǎn)生脫氯反應，而逐漸降解，其降解產(chǎn)物在植物舒張收縮中隨細胞放水排出體外。

在陽光下，藻類產(chǎn)生一種過氧化氫酶，這種氧化酶對苯胺類化學物質(zhì)氧化速度很快；在陽光下，藻類釋放出一些光敏劑，它可以敏化水系中各種反應，加速對有毒污染物的降解。

在藻類存在的水系中，藻引起的光強度減弱作用很小，不會對光化學降解產(chǎn)生明顯影響。

光生物降解技術，可以移植到人工光生化反應器中進行，其工作原理如圖1所示。此時的光源將采用人造光源，人造光源的光強在局部范圍內(nèi)可以比輻射于此的太陽光大許多。

3 生物修復

3.1 農(nóng)田土壤的生物修復

農(nóng)田污染是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展所面臨的嚴峻問題，據(jù)不完全統(tǒng)計，全國受污染的耕地占其總面積的1/10以上，不僅污染面積大，而且每年由于土壤污染造成的糧食減產(chǎn)損失巨大，達250萬t[4]。

土壤污染一方面是由于自然現(xiàn)象如洪澇、火山爆發(fā)和礦化作用等因素造成；另一方面是由一系列的人類活動造成的，如工業(yè)活動、石油開發(fā)、化肥農(nóng)藥的過度施用等，導致土壤結構被破壞，大量有害物質(zhì)積累和殘留。土壤的污染，使得有毒及致癌物質(zhì)在動植物體內(nèi)富集，通過食物鏈危害各類生物以至于人類。

3.1.1 農(nóng)田生物修復機理。生物修復技術是利用微生物及其他生物將存在于土壤中的有毒、有害有機污染物降解成二氧化碳和水或其他無害物質(zhì)的技術和方法。與物理、化學修復技術相比，生物修復技術具有安全、破壞性小、效果好、操作簡單及無二次污染等優(yōu)點。根據(jù)微生物的來源，可將微生物修復分為自然衰減法、生物刺激修復技術和生物強化修復技術，其中生物強化修復技術具有菌濃度高、降解能力強、降解迅速等特點，在污染土壤修復中應用日益廣泛。

3.1.2 生物強化修復土壤程序。生物強化修復農(nóng)田土壤，工作程序如圖2所示。

（1）考察菌群。考察生物修復過程中污染物以及外源微生物對土壤微生態(tài)的影響：一方面，有助于獲得更加有效、對環(huán)境適應能力更強的污染物降解菌；另一方面，是提高生物強化修復技術實際成功率的基礎。

（2）菌群篩選。將具有污染物降解能力的微生物分離出來是生物強化修復技術成功的基礎。例如，從微生物的微生態(tài)效應出發(fā)，利用真菌和細菌的生長條件及降解石油方面的互補性，構建了由細菌和真菌組成的混合菌劑，接種這類混合菌對石油烴的降解率高于細菌和真菌分別降解率之和。

（3）菌群固定化。利用微生物固定化技術，可以將微生物接種入土壤中，是一種保證外源微生物在陌生環(huán)境中生長并不斷積累生物活性的有效途徑。一方面載體（土壤）可以為微生物的生長提供附著的表面，其載體的內(nèi)部孔道可為各種微生物提供良好的保護性環(huán)境；另一方面載體內(nèi)包埋的營養(yǎng)物質(zhì)可有效促進微生物的生長。微生物固定化技術已經(jīng)成功地應用于石油烴、苯酚、氯代苯酚等有機污染物的生物降解。

（4）引入共底物。一些難降解的有機污染物在自然條件下不能被微生物所利用（降解），而在可供微生物所利用的優(yōu)質(zhì)碳源存在時，微生物可通過共代謝過程降解污染物。例如，在鄰苯二甲酸、二甲酯的生物降解過程中加入無機碳源，不僅能促進微生物的生長，而且對污染物的微生物降解也有明顯的促進作用，不失為提高生物強化修復效率的一條有效途徑。

（5）修復技術的聯(lián)用。對某地區(qū)的土壤進行某一種單一的生物修復時，有時會難以達到預期效果，因此應當考慮合理地使用多種修復技術的聯(lián)用。例如，石油污染的土壤往往伴隨著嚴重的鹽污染。高濃度鹽離子的存在會抑制微生物對石油污染的生物降解。如果將秸稈填埋發(fā)酵技術與生物強化修復技術結合起來會達到土壤修復目的。此時，利用秸稈及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物促進土壤中微生物的生長，強化了石油烴的生物降解。

另外，將土壤生物修復過程與適宜的作物種植相結合，不僅可以提高生物修復的效率，還可以獲得一定的經(jīng)濟效益。

3.1.3 土壤生物修復實例。土壤污染生物修復的實際應用，許多發(fā)達國家均有成功案例。據(jù)Susan報道，具有代表性的案例[5]如表3所示。

3.2 湖泊的生物修復

湖泊污染修復的關鍵是解決湖泊的富營養(yǎng)化問題。湖泊水體的富營養(yǎng)化實質(zhì)是活性氮、磷元素不斷從污染源進入水體而造成的污染。污染源主要是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中（化肥、農(nóng)藥等）富含氮、磷的農(nóng)田排水及人類生活污水和工業(yè)廢水。此外，還有湖底淤泥中沉積的有害物質(zhì)，其氮、磷的不斷釋放。

如何治理湖泊富營養(yǎng)化、恢復湖泊水體的功能是整個世界需要解決的難題。在過去幾十年中，世界各國科學家已經(jīng)探索嘗試了包括物理、化學、生物三大類幾十種方法，或工程費用昂貴，或二次污染嚴重，或治理速度太慢，其效果都不盡人意。目前，可供選擇地生物修復湖泊技術有以下幾種。

3.2.1 李召虎的“源、流、庫”學說及其一體化治理技術。李召虎根據(jù)其在美國參與美國公司湖泊富營養(yǎng)化治理的技術與經(jīng)驗，導入植物生理學，提出了“源、流、庫”學說，開發(fā)了適合我國特點的《湖泊富營養(yǎng)化（源—流—庫）一體化治理技術》[6]。該技術采用生物學手段，對源—湖泊上游源頭排放的污染物、流—源頭至湖泊水流中的污染物、庫—進入湖泊水體的污染物，進行一體化治理。通過發(fā)揮嗜養(yǎng)微生物對污染物的轉(zhuǎn)化（惰性化）和清除養(yǎng)分的功能，健全湖泊生態(tài)系統(tǒng)食物鏈，徹底根除湖泊富營養(yǎng)化，修復湖泊生態(tài)系統(tǒng)，恢復水體自凈功能。

李召虎利用微生物組合與其他天然生物產(chǎn)品對富營養(yǎng)水體中的有機物進行分解，在分解的基礎上將活性氮、磷物質(zhì)轉(zhuǎn)化為惰性物質(zhì)。應用該項一體化治理技術，已成功治理了富營養(yǎng)化湖泊水體1億m3，治理的湖泊面積從0.3 km2到數(shù)十平方千米。

3.2.2 EM法投放有效微生物。李雪梅等在華南植物園往重度富營養(yǎng)化的人工湖投加多糖EM菌劑進行試驗[7]。在1 000 m2的湖中投放60個固定了高濃度EM的泥球，75 d后湖水的變化如表4所示。

湖水透明度的提高，原因在于EM抑制了水體藻類的生長，從水體葉綠素看，投菌30 d，表面就從3 780 mg/m3降到130 mg/m3，下降了96.6%。從此案例看，EM治理湖泊富營養(yǎng)化是有效的。

3.2.3 Clear-FLO系列菌劑。該菌劑是由美國一家公司研究開發(fā)的系列產(chǎn)品[7]，專門用于湖泊和池塘的生物清淤、養(yǎng)殖水體凈化、河流修復及污泥去除等[8-9]。采用此菌種修復湖泊、河流亦有不少成功案例（表5）。

4 參考文獻

[1] 王建華，范瑜.遙感技術在宏觀生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中的應用[J].江蘇環(huán)境科技，2002，15（1）：22-24.

[2] 胡榮桂.農(nóng)藥污染與土壤微生物[J].環(huán)境污染與防治，1993，15（3）：24-27.

[3] 朱忠林，單正軍.溴氟菊酯的光解，水解與土壤降解[J].農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，1996，12（4）：5-7，36.

[4] 劉錚，張坤，花秀夫，等.石油污染土壤的生物修復技術[J].生物產(chǎn)業(yè)技術，2008（4）：32-35.

[5] 戴樹桂，董亮.表面活性劑對受污染環(huán)境修復作用研究進展[J].上海環(huán)境科學，1999，18（9）：420-424.

[6] 毛喜英.淺談農(nóng)藥對環(huán)境的污染及生物整治措施[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學，2009（6）：132-133.

[7] 顧宗濂.中國富營養(yǎng)化湖泊的生物修復[J].農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，2002，18（1）：42-45.