微生物修復(fù)技術(shù)原理

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微生物修復(fù)技術(shù)原理范文第1篇

 

關(guān)鍵詞:土壤污染、生物修復(fù)、研究進(jìn)展

前言

土壤重金屬污染是指由于人類活動(dòng)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(dòng)性，長期滯留性和不可分解性的特點(diǎn)，對土壤生態(tài)環(huán)境造成了極大破壞，同時(shí)食物通過食物鏈最終進(jìn)入人體，嚴(yán)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(hù)日趨受到重視,國家對污染土壤治理和修復(fù)的人力，物力的投入逐年增加，土壤污染物的去除以及修復(fù)問題,已成為土壤環(huán)境研究領(lǐng)域的重要課題。而生物修復(fù)技術(shù)是近20年發(fā)展起來的一項(xiàng)用于污染土壤治理的新技術(shù),同傳統(tǒng)處理技術(shù)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(dá)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(fèi)用，因而該技術(shù)成為最有發(fā)展?jié)摿褪袌銮熬暗男迯?fù)技術(shù)。

1.污染土壤生物修復(fù)的基本原理和特點(diǎn)

土壤生物修復(fù)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(gòu)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(fù)其天然功能。由于自然的生物修復(fù)過程一般較慢,難于實(shí)際應(yīng)用,因而生物修復(fù)技術(shù)是工程化在人為促進(jìn)條件下的生物修復(fù),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(jī)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(gòu)建的工程微生物提高降解速率。

2.污染土壤生物修復(fù)技術(shù)的種類

目前,微生物修復(fù)技術(shù)方法主要有3種:原位修復(fù)技術(shù)、異位修復(fù)技術(shù)和原位-異位修復(fù)技術(shù)。

2.1 原位修復(fù)技術(shù)：

原位修復(fù)技術(shù)是在不破壞土壤基本結(jié)構(gòu)的情況下的微生物修復(fù)技術(shù)。有投菌法、生物培養(yǎng)法和生物通氣法等,主要用于被有機(jī)污染物污染的土壤修復(fù)。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(shí)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(dá)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(fēng)機(jī)和抽真空機(jī),將空氣強(qiáng)行排入土壤中,然后抽出,土壤中的揮發(fā)性有機(jī)物也隨之去除。在通入空氣時(shí),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(fù)技術(shù)：

異位修復(fù)處理污染土壤時(shí),需要對污染的土壤進(jìn)行大范圍的擾動(dòng),主要技術(shù)包括預(yù)制床技術(shù)、生物反應(yīng)器技術(shù)、厭氧處理和常規(guī)的堆肥法。預(yù)制床技術(shù)是在平臺(tái)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(shí)加入表面活性劑,定期翻動(dòng)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(shí)回灌于土層,以徹底清除污染物。生物反應(yīng)器技術(shù)是把污染的土壤移到生物反應(yīng)器,加水混合成泥漿,調(diào)節(jié)適宣的pH值,同時(shí)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(shí),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(shù)適于高濃度有機(jī)污染的土壤處理,但處理?xiàng)l件難于控制。常規(guī)堆肥法是傳統(tǒng)堆肥和生物治理技術(shù)的結(jié)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(jī)物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化,是一種有機(jī)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(guān)鍵是菌種的馴化和篩選。由于幾乎每一種有機(jī)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(fù)技術(shù)研究的熱點(diǎn)。

3.影響污染土壤生物修復(fù)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(xué)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(qiáng)的修復(fù)作用。此外,重金屬污染的方式(單一污染或復(fù)合污染)，污染物濃度的高低也是影響修復(fù)效果的重要因素。有機(jī)污染物的結(jié)構(gòu)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(bǔ)充微生物和植物在對污染物修復(fù)過程中的養(yǎng)分和水分消耗,可提高生物修復(fù)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(xué)形態(tài)、生物可利用性及生物活性有密切關(guān)系,也是影響生物對重金屬污染土壤修復(fù)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(fù)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(jìn)行大面積現(xiàn)場修復(fù)的應(yīng)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(diǎn)進(jìn)行修復(fù)成為解決環(huán)境中重金屬污染問題的一個(gè)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(fù)合污染土壤的修復(fù)。因此,在選擇修復(fù)技術(shù)時(shí),應(yīng)根據(jù)污染物性質(zhì)、土壤條件、污染程度、預(yù)期修復(fù)目標(biāo)、時(shí)間限制、成本及修復(fù)技術(shù)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(fù)技術(shù)作為近20年發(fā)展起來的一項(xiàng)用于污染土壤治理的新技術(shù),雖取得很大進(jìn)步和成功,但處于實(shí)驗(yàn)室或模擬實(shí)驗(yàn)階段的研究結(jié)果較多,商業(yè)性應(yīng)用還待開發(fā)。此外,由于生物修復(fù)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(yīng)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(xué)能力的微生物等因素制約。因此,目前經(jīng)生物修復(fù)處理的污染土壤,其污染物含量還不能完全達(dá)到指標(biāo)的濃度要求。

微生物修復(fù)技術(shù)原理范文第2篇

[關(guān)鍵字]石油污染物 無害化 資源化

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

0 引言

石油是當(dāng)前世界最為重要的能源之一，并在經(jīng)濟(jì)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(shí)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(shù)原因，石油在開采、運(yùn)輸及加工等過程當(dāng)中的突發(fā)災(zāi)害往往是不可控制的，對附近環(huán)境的污染十分嚴(yán)重，因此石油就好比一柄雙刃劍懸在頭頂，成為一個(gè)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(fù)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)，采取的修復(fù)方法主要有生物、物理、化學(xué)等方法，但對于二次污染程度較低、成本費(fèi)用較少、環(huán)境影響較小的微生物修復(fù)石油污染法卻因?yàn)榉N種原因往往應(yīng)用得比較少。微生物修復(fù)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(fù)石油污染法是將土壤中的微生物進(jìn)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(yùn)含的有機(jī)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(xué)成分能在動(dòng)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(jī)組成結(jié)構(gòu)，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(xué)法，其二是物理法，其三是生物法。化學(xué)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(xué)法雖有一定作用，但既不能完全有效地處理污染問題，也會(huì)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(huì)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(fù)技術(shù)

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(jìn)其繁殖，運(yùn)用微生物自身新陳代謝功能實(shí)現(xiàn)污染物的降解過程，從而達(dá)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(dòng)植物吸取養(yǎng)分的有機(jī)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(jī)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(jié)構(gòu)問題，一般多孔稀松的土壤能采用這種方法，而密實(shí)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(jìn)行犁田耕種的方式，對其進(jìn)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(gè)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(guān)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?yàn)楹唵苇h(huán)保，經(jīng)濟(jì)成本較低，較為常用，但缺點(diǎn)在于污染物會(huì)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(qiáng)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(shí)現(xiàn)無污染治理，并增加其中的有機(jī)含量，促進(jìn)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(jī)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(huì)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(huì)被氧化，而氧化位置的不同也會(huì)影響到微生物降解反應(yīng)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(jié)

石油污染是目前對環(huán)境造成嚴(yán)重影響的污染之一，全球各個(gè)國家都分別出臺(tái)了石油污染處理的措施方案。尤其是微生物修復(fù)方法在經(jīng)多方試驗(yàn)驗(yàn)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(dá)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(shí)，并能為社會(huì)帶來較大的經(jīng)濟(jì)效益，是一項(xiàng)具有重要意義的項(xiàng)目。

參考文獻(xiàn)

[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(fù)技術(shù)研究[J]. 化工環(huán)保. 2009（02）.

微生物修復(fù)技術(shù)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(shù),研制具有特別功能的“工程菌”或“工程細(xì)胞株”,例如,在農(nóng)業(yè)領(lǐng)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(xué)反應(yīng),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(shù)對于生態(tài)環(huán)境保護(hù)意義重大。

2生物工程在環(huán)境監(jiān)測的應(yīng)用

環(huán)境保護(hù)工作中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是監(jiān)測環(huán)境污染,應(yīng)用化學(xué)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(shù)改造過的微生物、指示生物、生物芯片技術(shù)、生物傳感器技術(shù)、分子生物學(xué)等技術(shù)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(yīng)技術(shù)(PCR技術(shù))、酶聯(lián)免疫吸附技術(shù)(ELISA)、核酸探針、生物傳感器、生物熒光方法等生物高新技術(shù)。土壤、沉積物、水樣等環(huán)境標(biāo)本的細(xì)胞檢測可以通過PCR技術(shù)完成。水體中的BOD、酚、NO3、有機(jī)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(shù)測定。今后,由于其快速、靈敏、特異性強(qiáng)的特性,生物工程技術(shù)將在環(huán)境監(jiān)測中廣泛應(yīng)用。

3生物工程在廢水處理中的應(yīng)用

需要一個(gè)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(yù)處理多為物理方法,化學(xué)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(jìn)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(yīng)用。固定化微生物技術(shù)。利用基因工程技術(shù)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(jìn)行固定化后,菌體密度提高,這種技術(shù)應(yīng)用于廢水處理,有利于提高生物反應(yīng)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(yīng)后的固液分離,縮短處理所需的時(shí)間。生物反應(yīng)器技術(shù)。在活性污泥中加入固定載和流動(dòng)載體,以及好氧和厭氧固定膜的反應(yīng)器,極大的增加了反應(yīng)體系中的生物量和生物類群,運(yùn)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(shè)備緊湊、占地面積小;易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、運(yùn)行管理簡單。生物強(qiáng)化處理技術(shù)。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(qiáng)對難降解有機(jī)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(jī)物的去除效能。在水污染治理中的應(yīng)用主要有:治理高濃度有機(jī)廢水;有毒、有害難降解污染物的治理;脫氮除磷等。

4應(yīng)用生物工程技術(shù)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(xué)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(yùn)行成本過高,采用現(xiàn)代生物技術(shù)處理這些有機(jī)物,把有機(jī)廢棄物發(fā)酵成為有機(jī)肥或營養(yǎng)土去肥沃土地,再把植物變成食物,這是適應(yīng)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(shù)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(shù)可篩選優(yōu)勢微生物、構(gòu)建高效降解菌,并通過發(fā)酵工程技術(shù)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(shù)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(yīng)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(jī)物能力和降解惡臭物質(zhì)與有機(jī)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(diǎn)。

6應(yīng)用生物工程治理土壤污染土壤污染

微生物修復(fù)技術(shù)原理范文第4篇

關(guān)鍵詞：分子生物技術(shù)；微生物領(lǐng)域；環(huán)境

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

1與環(huán)境工程相關(guān)的分子微生物技術(shù)

1.1PCR核酸技術(shù)

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

（1）PCR-SSCP技術(shù)主要通過利用銀染法以及熒光的檢測技術(shù)等，對SSCP凝膠DNA譜帶進(jìn)行詳細(xì)的分析，應(yīng)用這種技術(shù)進(jìn)行分析，能夠簡化測試的試驗(yàn)步驟，比較方便且精準(zhǔn)；

（2）PCR-DGGE技術(shù)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(jìn)行檢測，從而達(dá)到研究目的；

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

1.2熒光原位雜交技術(shù)

熒光原位雜交技術(shù)是目前單個(gè)細(xì)胞水平上分析微生物群落結(jié)構(gòu)的常用分子生態(tài)學(xué)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(shè)計(jì)以rDNA為靶點(diǎn)的寡核苷酸探針，然后用熒光標(biāo)記探針，用于原位鑒定單個(gè)細(xì)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(jìn)行單個(gè)細(xì)胞的快速分類。

1.3基因重組技術(shù)

此技術(shù)是利用DNA體外擴(kuò)增或重組技術(shù)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(yīng)產(chǎn)生重組的DNA分子，再將其導(dǎo)入適合的受體細(xì)胞，從而獲得基因表達(dá)的過程。

2分子生物技術(shù)的應(yīng)用

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

2.1水處理中的應(yīng)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(guān)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(dá)到68%和91%。相比鐵鹽、鋁鹽等化學(xué)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?jiān)缮锝到猓粫?huì)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(diǎn)。

2.2土壤修復(fù)中的應(yīng)用

由于土壤生物修復(fù)技術(shù)具有環(huán)境友好、成本低、可原位處理等優(yōu)點(diǎn)，因此成為了目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。有益微生物可通過自身代謝分解土壤中的有機(jī)污染，其分泌的有機(jī)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(jìn)超富集植物對土壤的修復(fù)效果。通過分子生物技術(shù)篩選具有高效代謝能力的菌種，并觀察分析微生物在修復(fù)過程中的群落動(dòng)態(tài)變化，可進(jìn)一步了解土壤生物修復(fù)的機(jī)理，建立土壤功能微生物資料庫，促進(jìn)土壤生物技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)化。

2.3臭氣處理中的應(yīng)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(shè)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(shù)已廣泛用于分析臭氣處理設(shè)備中微生物代謝功能及群落的變化。通過擴(kuò)增除臭細(xì)菌某基因的可變區(qū)，并結(jié)合相關(guān)的分子生物技術(shù)，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(shù)的應(yīng)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(jìn)行分析研究

石油的成分復(fù)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(shù)的關(guān)鍵。為了更好的解決石油的污染問題，需要相關(guān)研究人員在分子生物與石油污染進(jìn)行深入細(xì)致的研究，并積極尋找有效可行的治理方法。分子生物技術(shù)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(diǎn)。由于分子生物技術(shù)的眾多好處，得到了各方面的廣泛認(rèn)可，使得這項(xiàng)技術(shù)在我們行業(yè)的發(fā)展上起到了重要的作用。

3結(jié)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(jìn)一步改善我們現(xiàn)在的生活環(huán)境。環(huán)境工程生物修復(fù)技術(shù)作為目前行業(yè)的熱點(diǎn)，而分子生物技術(shù)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(shí)也在另一個(gè)層面讓我們充分的認(rèn)識(shí)、理解到分子生物技術(shù)在環(huán)境工程中的重要性。分子生物技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用是我們在環(huán)境保護(hù)中的前沿陣地，我們在不斷的分子生物研究中進(jìn)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(shù)支持，同時(shí)也為我國在環(huán)境保護(hù)方面做出重要的貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

[1]石琛,王璐.環(huán)境微生物領(lǐng)域分子生物技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展[J].中國科技信息,2013,16,135+139.

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微生物修復(fù)技術(shù)原理范文第5篇

關(guān)鍵詞 農(nóng)藥；光生物；降解；生物修復(fù)

中圖分類號(hào) X132；X592 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 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(jì)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(yán)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(jī)氯類農(nóng)藥。太陽光曝曬可增強(qiáng)土壤中有機(jī)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(dòng)力學(xué)方程，其降解常數(shù)隨土壤有機(jī)質(zhì)含量增加而降低；當(dāng)有機(jī)碳含量不變時(shí)，光解常數(shù)隨鐵含量增加而提高，低有機(jī)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(jī)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(jī)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(jī)質(zhì)含量對光解速率影響不明顯。

2.1.3 有機(jī)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(jìn)阿特拉津的光解，在中性左右的土壤中，它的光解速率會(huì)有一個(gè)最小值。另外，土壤中腐殖酸和表面活性劑的存在均會(huì)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(yīng)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(shí)間地殘留在環(huán)境中，并隨食物鏈移動(dòng)，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(jìn)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(jī)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(jìn)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(xì)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(dòng)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(gòu)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(xì)菌、真菌還是放線菌，其主要代謝反應(yīng)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(jī)氯農(nóng)藥。有機(jī)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(jìn)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(jìn)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(jìn)微生物對旱地BHC的降解。

其他的有機(jī)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(jī)磷農(nóng)藥。有機(jī)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(yīng)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(jī)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(jié)構(gòu)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(gè)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(xué)反應(yīng)又可生成氫氧自由基OH和RO2、R等有機(jī)自由基。這些活性物質(zhì)，對農(nóng)藥具有強(qiáng)烈地氧化、分解作用，最終可將有機(jī)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(yīng)，而逐漸降解，其降解產(chǎn)物在植物舒張收縮中隨細(xì)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(xué)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(yīng)，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(qiáng)度減弱作用很小，不會(huì)對光化學(xué)降解產(chǎn)生明顯影響。

光生物降解技術(shù)，可以移植到人工光生化反應(yīng)器中進(jìn)行，其工作原理如圖1所示。此時(shí)的光源將采用人造光源，人造光源的光強(qiáng)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(fù)

3.1 農(nóng)田土壤的生物修復(fù)

農(nóng)田污染是我國農(nóng)業(yè)發(fā)展所面臨的嚴(yán)峻問題，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，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(dá)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(dòng)造成的，如工業(yè)活動(dòng)、石油開發(fā)、化肥農(nóng)藥的過度施用等，導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)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(dòng)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(fù)機(jī)理。生物修復(fù)技術(shù)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(jī)污染物降解成二氧化碳和水或其他無害物質(zhì)的技術(shù)和方法。與物理、化學(xué)修復(fù)技術(shù)相比，生物修復(fù)技術(shù)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(diǎn)。根據(jù)微生物的來源，可將微生物修復(fù)分為自然衰減法、生物刺激修復(fù)技術(shù)和生物強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)，其中生物強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)具有菌濃度高、降解能力強(qiáng)、降解迅速等特點(diǎn)，在污染土壤修復(fù)中應(yīng)用日益廣泛。

3.1.2 生物強(qiáng)化修復(fù)土壤程序。生物強(qiáng)化修復(fù)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(fù)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(yīng)能力更強(qiáng)的污染物降解菌；另一方面，是提高生物強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)實(shí)際成功率的基礎(chǔ)。

（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(qiáng)化修復(fù)技術(shù)成功的基礎(chǔ)。例如，從微生物的微生態(tài)效應(yīng)出發(fā)，利用真菌和細(xì)菌的生長條件及降解石油方面的互補(bǔ)性，構(gòu)建了由細(xì)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(xì)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(shù)，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(hù)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(jìn)微生物的生長。微生物固定化技術(shù)已經(jīng)成功地應(yīng)用于石油烴、苯酚、氯代苯酚等有機(jī)污染物的生物降解。

（4）引入共底物。一些難降解的有機(jī)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(shí)，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(jī)碳源，不僅能促進(jìn)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(jìn)作用，不失為提高生物強(qiáng)化修復(fù)效率的一條有效途徑。

（5）修復(fù)技術(shù)的聯(lián)用。對某地區(qū)的土壤進(jìn)行某一種單一的生物修復(fù)時(shí)，有時(shí)會(huì)難以達(dá)到預(yù)期效果，因此應(yīng)當(dāng)考慮合理地使用多種修復(fù)技術(shù)的聯(lián)用。例如，石油污染的土壤往往伴隨著嚴(yán)重的鹽污染。高濃度鹽離子的存在會(huì)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(shù)與生物強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)結(jié)合起來會(huì)達(dá)到土壤修復(fù)目的。此時(shí)，利用秸稈及其轉(zhuǎn)化產(chǎn)物促進(jìn)土壤中微生物的生長，強(qiáng)化了石油烴的生物降解。

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

3.1.3 土壤生物修復(fù)實(shí)例。土壤污染生物修復(fù)的實(shí)際應(yīng)用，許多發(fā)達(dá)國家均有成功案例。據(jù)Susan報(bào)道，具有代表性的案例[5]如表3所示。

3.2 湖泊的生物修復(fù)

湖泊污染修復(fù)的關(guān)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(shí)質(zhì)是活性氮、磷元素不斷從污染源進(jìn)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(fù)湖泊水體的功能是整個(gè)世界需要解決的難題。在過去幾十年中，世界各國科學(xué)家已經(jīng)探索嘗試了包括物理、化學(xué)、生物三大類幾十種方法，或工程費(fèi)用昂貴，或二次污染嚴(yán)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(fù)湖泊技術(shù)有以下幾種。

3.2.1 李召虎的“源、流、庫”學(xué)說及其一體化治理技術(shù)。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(shù)與經(jīng)驗(yàn)，導(dǎo)入植物生理學(xué)，提出了“源、流、庫”學(xué)說，開發(fā)了適合我國特點(diǎn)的《湖泊富營養(yǎng)化（源—流—庫）一體化治理技術(shù)》[6]。該技術(shù)采用生物學(xué)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(jìn)入湖泊水體的污染物，進(jìn)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(fù)湖泊生態(tài)系統(tǒng)，恢復(fù)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(jī)物進(jìn)行分解，在分解的基礎(chǔ)上將活性氮、磷物質(zhì)轉(zhuǎn)化為惰性物質(zhì)。應(yīng)用該項(xiàng)一體化治理技術(shù)，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(jìn)行試驗(yàn)[7]。在1 000 m2的湖中投放60個(gè)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(fù)及污泥去除等[8-9]。采用此菌種修復(fù)湖泊、河流亦有不少成功案例（表5）。

4 參考文獻(xiàn)

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