1、2021/8/141第四章 污染環(huán)境的化學修復生物修復概述微生物修復植物修復生物修復工程設(shè)計2021/8/1421 生物修復概述o1.1 生物修復定義o1.1.1 定義 狹義定義：利用微生物催化降解有機污染物，從面修復被污染環(huán)境或削除環(huán)境中的污染物的過程； 另一表述為，生物修復是利用土著微生物或引入微生物的代謝過程或其產(chǎn)物，消除或富集污染物的生物學過程。2021/8/143o廣義定義：利用細菌、真菌、水生藻類、陸生植物或其它生物的生理代謝、行為活動或其代謝與行為的產(chǎn)物，改變污染物的化學或物理特性而影響它們在環(huán)境中的遷移、轉(zhuǎn)化和降解速率，進而降低污染物濃度、降解其毒性。2021/8/1441.1

2、.2 名詞比較o相同的概念：生物恢復、生物清除、生物再生、生物補救與生物整治o近似的概念：生物凈化 自然環(huán)境系統(tǒng)利用本身固有的生物體自發(fā)降解、清除環(huán)境中污染物的過程；o區(qū)別：生物凈化是自發(fā)的過程 生物修復是人為控制或人為引發(fā)的過程，更強調(diào)人有意識地利用生物體進行污染物的無害化，即人為條件下生物技術(shù)的一種應(yīng)用方式 2021/8/1451.2 生物修復的特點2021/8/1461.3 生物修復技術(shù)類型o1.3.1 按修復主體分類o微生物修復：生物修復狹義定義包含的范圍，即利用微生物催化降解有機污染物，從而修復被污染環(huán)境或消除環(huán)境中的污染物的過程一株可同時有效降解有機氮和有機硫的微生物2021/8/

3、147o植物修復：利用植物萃取、穩(wěn)定、根際修復與過濾、轉(zhuǎn)化與揮發(fā)等能力，降低環(huán)境中污染物濃度或去除o動物修復：利用動物的行為或其行為的產(chǎn)物，直接或間接地降低環(huán)境中污染物濃度或去除2021/8/1481.3.2按修復場所分類o原位生物修復：在基本不破壞土壤和地下水自然環(huán)境的條件下，對受污染的對象不做搬運或輸送而在原場直接采用生物修復技術(shù)特點：成本低廉，適合于大面積、低污染負荷的污染環(huán)境o異位生物修復：指將受污染的環(huán)境介質(zhì)搬運或輸送到其他場所，借助于生物反應(yīng)器進行集中修復特點：修復效果好，適合小范圍內(nèi)、污染程度高的環(huán)境，成本高 2021/8/1491.3.3 生物修復的工作程序2021/8/141

4、0修復效果評價o技術(shù)效果評價：o經(jīng)濟效果評價： 修復的一次性基建投資與服役期的運行成本100%100%100%現(xiàn)存濃度原有濃度次生污染物增加率原有濃度原有濃度現(xiàn)存濃度原生污染物去除率原有濃度原有毒性水平現(xiàn)有毒性水平污染物毒性增加率原有毒性水平2021/8/14111.4 生物修復的產(chǎn)生與發(fā)展o1.4.1 生物修復的發(fā)展史o首次：1972年美國利用生物修復技術(shù)清除賓夕法尼亞州的汽油管線泄漏污染的環(huán)境；o興起：歐洲發(fā)達國家從20世紀80年代中期普遍研究生物修復；o大規(guī)模應(yīng)用：1989年，美國利用生物修復技術(shù)治理阿拉斯加受石油污染的大面積海域；o我國的生物修復處于剛剛起步階段2021/8/14121

5、.4.2 生物修復的發(fā)展方向o強化和改進傳統(tǒng)廢物的處理系統(tǒng)，提高對污染物的降解能力；o加強針對性，不同污染底的封和水體，及有機污染物o全球性環(huán)境污染的生物修復2021/8/14131.5 生物與生態(tài)系統(tǒng)概述o1.5.1 定義生物體生物體：可進行新陳代謝，生長、發(fā)育和生殖以及應(yīng)激性和適應(yīng)性的事物生態(tài)系統(tǒng)生態(tài)系統(tǒng)：在一定空間中共同棲居著的所有生物（即生物群落）與其環(huán)境之間由于不斷地進行物質(zhì)循環(huán)和能量流動過程而形成的統(tǒng)一整體2021/8/14141.5.2 生物的特征o新陳代謝同化：合成有機物儲存能量異化：分解有機物釋放能量 物質(zhì)交換能量轉(zhuǎn)換生物環(huán)境2021/8/1415o生長、發(fā)育和生殖生長生長：

6、生物體通過同化環(huán)境中的物質(zhì)來增加自身物質(zhì)的重量 單細胞的生長：體積和重量的增長 多細胞的生長：除體積和重量外，數(shù)量增加發(fā)育發(fā)育：生物體構(gòu)造和機能的一系列變化的過程，即由幼體形成一個與親體相似的成熟個體，并經(jīng)過衰老到死亡的總過程生殖生殖：生物體產(chǎn)生類似自身個體的過程2021/8/1416o應(yīng)激性和適應(yīng)性應(yīng)激性應(yīng)激性：生物體對刺激物，或內(nèi)部或外部環(huán)境的改變作出應(yīng)答。比如：植物根的向水性、葉的向光性、昆蟲的趨光性適應(yīng)性適應(yīng)性：生物體隨外界環(huán)境的變化而改變自身特性或生活方式通過長期的自然選擇經(jīng)，長時間形成。如仙人掌的針狀葉2021/8/1417o遺傳、變異與進化遺傳：生物體繁殖時，產(chǎn)生與其自身基本相似

7、的后代的現(xiàn)象變異：后代與親代之間以有后代各個體之間所顯示出的差異進化：生物體的結(jié)構(gòu)、功能低級到高級、由簡單到復雜逐漸演變由于遺傳種族才能穩(wěn)定由于變異和變異的遺傳才有物種的進化2021/8/14181.5.3 生命的物質(zhì)基礎(chǔ)o組成生物的元素30多種元素，不以單質(zhì)存在，而以化合物存在o組成生物的無機物水占生物體重的65%95%，溶劑（運輸作用）、參與代謝反應(yīng)、調(diào)節(jié)體溫的作用無機鹽占身體干重的2%5%，參與生物大分子的形成（PO43）、構(gòu)成生物體結(jié)構(gòu)（Ca2+）、參與調(diào)節(jié)體內(nèi)滲透壓和酸堿度、維持生物體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定2021/8/1419o組成生物的有機物糖類、脂類、蛋白質(zhì)、核酸和維生素蛋白質(zhì)：蛋白質(zhì)分

8、子由一條或幾條多肽鏈聚合形成，包含著上百個乃到上千個氨基酸肽：一個氨基酸的羥基和另一個氨基酸的氨基縮合，脫去一個水分子，形成肽鍵，構(gòu)成二肽三肽；三個氨基酸脫去兩個水分子多肽：依次類推催化（生物酶）、激素、運輸儲藏、免疫、生物膜、表達遺傳信息2021/8/1420核酸：脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）攜帶遺傳信息：控制蛋白質(zhì)的合成和生物體的生長、遺傳、變異2021/8/14211.5.4 生命的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：細胞o細胞：生物體基本的結(jié)構(gòu)和功能單位：細胞壁、細胞膜、細胞質(zhì)、細胞核2021/8/1422o細胞器線粒體：異化物質(zhì)釋放能量核糖體：合成蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：物質(zhì)運輸高爾基體：參與蛋白質(zhì)的加工

9、和分泌，形成纖維素液泡：細胞營養(yǎng)物質(zhì)和廢物的儲存器葉綠體（綠色植物）：光合作用中心體（動物）：與遺傳有關(guān)2021/8/14231.5.5 生物的分類o五大界原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界、動物界2021/8/14242021/8/14251.5.5 生態(tài)系統(tǒng)的特征：生物與環(huán)境的相互作用o特征：層次性、開放性、動態(tài)性o生物與環(huán)境的作用：生態(tài)系統(tǒng)能量流動、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞的載體2021/8/1426生態(tài)系統(tǒng)能量流動o生態(tài)系統(tǒng)能量存在的形式輻射能：日光能是地球上一節(jié)生物的最終能源化學能：化合物中儲存的能量，生命活動的基本能量形式機械能：動物運動賴于肌肉收縮產(chǎn)生機械能電能：電子轉(zhuǎn)移對生物體的

10、能量轉(zhuǎn)化非常重要生物能：參與生命活動的任何形式的能量，均稱生物能2021/8/1427能流o綠色植物和藻類的光合作用每年生產(chǎn)約1700億噸有機物，各類生物以初級生產(chǎn)量為起點，能量按食物鏈順序的流動2021/8/14282021/8/14292021/8/14302021/8/14312021/8/1432生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)o物質(zhì)循環(huán)的有關(guān)概念o生物地球化學循環(huán)：有生態(tài)系統(tǒng)及至生物圈內(nèi)，各種化學元素沿特定途徑，從環(huán)境到生物體，又從生物體再回歸到環(huán)境，這種不斷流動和循環(huán)過程：包括水循環(huán)、氣體循環(huán)（碳、氧、氮的循環(huán)）、沉淀循環(huán)（鈣、鉀、納、磷等鹽類的循環(huán)）2021/8/14332021/8/143

11、42021/8/1435o生物富集作用：生態(tài)系統(tǒng)中同一營養(yǎng)級上眾多種群或個體，從環(huán)境中積蓄某種元素或難于分解的化合物，致使生物體內(nèi)該物質(zhì)的濃度超過環(huán)境中的濃度的現(xiàn)象。如DDT的富集2021/8/14362021/8/14372021/8/1438生態(tài)系統(tǒng)中的信息傳遞o信息流（傳遞、接受和感應(yīng)）存在于不同組織水平，是長期進化的結(jié)果。o生態(tài)系統(tǒng)中的信息各類 物理信息：聲、光、電、熱等 化學信息：代謝分泌物、植物次生代謝物等 營養(yǎng)信息：影響生物的遷徙等 行為信息o生態(tài)系統(tǒng)中信息傳遞的特征 具有可傳擴性、永續(xù)性； 具有時效性、分享性與轉(zhuǎn)化性2021/8/14392021/8/14402021/8/14

12、412021/8/14422 微生物修復o微生物修復定義：生物修復的狹義定義 利用微生物催化降解有機污染物，從面修復被污染環(huán)境或削除環(huán)境中的污染物的過程、即利用土著微生物或引入微生物的代謝過程或其產(chǎn)物，消除或富集污染物的生物學過程。2021/8/1443定義：微生物是所有形體微小、結(jié)構(gòu)簡單的低等生物的總稱；非生物學上的名詞2021/8/14442021/8/1445微生物的特點o形態(tài)微小、結(jié)構(gòu)簡單o代謝旺盛、繁殖快速o適應(yīng)性強、易變異o種類繁多、分布廣泛2021/8/14462.1微生物基礎(chǔ)代謝過程微生物基礎(chǔ)代謝過程2.2微生物生態(tài)學概要微生物生態(tài)學概要2.3微生物修復污染環(huán)境的原理微生物修復

13、污染環(huán)境的原理 2.3.1微生物參與的物質(zhì)循環(huán) 2.3.2污染物的微生物降解性 2.3.3微生物對污染物降解轉(zhuǎn)化途徑2.4微生物修復污染環(huán)境的技術(shù)微生物修復污染環(huán)境的技術(shù) 2.4.1用于生物修復的微生物 2.4.2微生物對有機污染物的修復 2.4.3微生物對重金屬污染物的作用2.5影響微生物修復效率的因素影響微生物修復效率的因素 2.5.1微生物的種類 2.5.2環(huán)境因素 2.5.3污染物特性2021/8/14472.1 微生物代謝過程o新陳代謝：生物從環(huán)境中獲取營養(yǎng)物質(zhì)，經(jīng)過生物體一系列的生理生化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化合成生命體所需物質(zhì)并儲存能量的同化過程；或者將體內(nèi)物質(zhì)分解并釋放能量的異化過程2021

14、/8/14482.1.1 微生物的營養(yǎng)o微生物的組成 大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg、Na等微量元素：Zn、Cu、Mn、Mo、Co等2021/8/1449微生物的營養(yǎng)：碳源、氮源、無機鹽o碳源自養(yǎng)型微生物：能利用無機碳源CO2、CO或CO32的微生物；異養(yǎng)型微生物：不能利用無機碳源，只能利用環(huán)境所提供的有機碳化物作為碳源，并通過代謝有機碳化合物而獲得生長所需的碳源和能量。兼性型微生物：反硝化硫桿菌，或稱為混合型2021/8/1450o氮源合成生物體蛋白質(zhì)的主要原料：N2、NO3、NH4+、尿素和腐爛的蛋白質(zhì)o無機鹽無機離子，主要為磷元素等；構(gòu)成細胞的組成部分、維持微生物酶系統(tǒng)

15、活性、調(diào)節(jié)滲透壓營養(yǎng)元素之間的基本比例C：N：P25：5：1；比例不當會限制微生物的生長和種群的增長2021/8/14512.1.2 酶及其作用o酶的定義細胞產(chǎn)生的蛋白質(zhì)，具有高催化效率，高度專一的生物催化劑o酶的作用機理酶在代謝過程中，首先與代謝底物結(jié)合，底物經(jīng)過酶的結(jié)合，底物分子或底物分子的某個基團被酶激活，從而加速了底物的代謝反應(yīng)；酶在代謝反應(yīng)中并不參與反應(yīng)，但控制反應(yīng)的速度o酶的分類單成分酶：酶蛋白；雙成分酶：酶蛋白+輔基（輔酶）o酶的性質(zhì)專一性、高效性與一定程度的必須性2021/8/1452酶活性的影響因素o酶的反應(yīng)速率受抑制劑、激活劑、酶濃度、底物濃度、溫度、pH等因素的影響o抑制

16、劑和激活劑對酶活性的影響抑制劑：一切有毒物質(zhì)多為酶的抑制劑，重金屬離子、殺菌劑；激活劑：可以在一定條件下加速酶促反應(yīng)的物質(zhì)，如Mg2+2021/8/1453溫度對酶作用的影響2021/8/1454pH對酶作用的影響2021/8/1455底物濃度對酶作用的影響2021/8/1456酶濃度對酶作用的影響2021/8/14572.1.3 微生物的分解（呼吸）代謝o類型：包括有氧呼吸、無氧呼吸和發(fā)酵o好氧呼吸在有氧條件下，以分子氧作為電子受體的生物氧化作用2021/8/1458三羧酸循環(huán)2021/8/1459無氧呼吸o不以氧作為最終電子受體的呼吸過程2021/8/1460發(fā)酵o以中間代謝產(chǎn)物為電子受體

17、的不徹底的氧化反應(yīng)2021/8/1461oEMP途徑1.已糖激酶2.磷酸已糖異構(gòu)酶3.磷酸果糖激酶4.醛縮酶5.磷酸丙糖異構(gòu)酶6.磷酸甘油酸脫氫酶7.磷酸甘油酸激酶8.磷酸甘油酸變位酶9.稀醇化酶10、丙酮酸激酶2021/8/1462微生物基礎(chǔ)代謝過程小結(jié)2021/8/14632.1.4微生物的合成代謝o類型：包括光合作用、化能自養(yǎng)、產(chǎn)甲烷代謝光合作用22222222HCH OOH SCH OSH O 光能2葉綠素2藻類的光合作用：CO光細菌的光合作用：CO222HCH OH O2CO2021/8/1464化能自養(yǎng)合成代謝o化能自養(yǎng)型微生物通過氧化環(huán)境中的某些物質(zhì)獲得化學能，并同化CO2202

18、1/8/1465產(chǎn)甲烷合成代謝o產(chǎn)甲烷菌在利用有機物產(chǎn)生CO2和CH4時，會產(chǎn)生能量，并以ATP的形式貯存；該能量和產(chǎn)甲烷代謝的中間產(chǎn)物用于產(chǎn)甲烷菌合成蛋白質(zhì)、脂肪或者其他細菌生長所需的物質(zhì)。2021/8/14662.2 微生物生態(tài)學概要o生態(tài)學：研究生命體與其環(huán)境之間相互關(guān)系、相互作用的學科2.2.1 微生物的主要環(huán)境因素2.2.2 微生物種群生物學特征2.2.3 微生物群落特征2.2.4 微生物的種間關(guān)系2021/8/14672.2.1 微生物的主要環(huán)境因素o溫度、滲透壓、酸堿性、抗生素、輻射和化學物質(zhì)、氧o溫度改變微生物的代謝速率2021/8/1468酸堿性微生物細胞表面特性的變化 細胞

19、體生理生化過程的變化 微生物代謝與生長的變化2021/8/1469滲透壓的影響o環(huán)境中的某種離子的濃度與微生物細胞體內(nèi)該離子的濃度差導致微生物的生理變化；等滲環(huán)境為微生物的最適生長環(huán)境而低滲環(huán)境或高滲環(huán)境均可導致微生物代謝紊亂2021/8/1470氧的影響o好氧微生物：缺氧將導致死亡；o厭氧微生物：代謝過程中不需要氧，或者是不直接需要氧；o專性厭氧菌：遇氧死亡；o兼性厭氧微生物：可進行有氧呼吸、無氧呼吸或發(fā)酵，代謝途徑隨環(huán)境中氧含量的變化而變化2021/8/1471抗生素的影響o抗生素：由微生物（包括細菌、真菌、放線菌屬）或高等動植物在代謝過程中產(chǎn)生的可干擾其他生命生長、發(fā)育的化學物質(zhì) 微生物

20、向環(huán)境釋放抗生素抑制其它微生物的代謝，包括破壞其它微生物細胞膜結(jié)構(gòu)，導致細胞膜的滲透性改變，進而使細胞內(nèi)環(huán)境改變，最終使得其它微生物生理紊亂而死亡；或者直接干擾或抑制蛋白質(zhì)和核酸代謝2021/8/1472輻射和化學物質(zhì)的影響o太陽輻射：一些光譜則對微生物產(chǎn)生不利的影響，如紫外線o化學物質(zhì)：不利于微生物生長的物質(zhì)，包括重金屬離子和一些對微生物有毒害作用的化合物。2021/8/14732.2.2 微生物種群生物學特征o種群：在一定時間內(nèi)占據(jù)一定空間的同種生物的所有個體。這些個體并不是機械地集合在一起，而是彼此可以交配，并通過繁殖將各自的基因傳給后代2021/8/1474o生長：微生物從環(huán)境中獲取營

21、養(yǎng)物質(zhì)和能量，通過代謝過程，獲得生長所需的物質(zhì)和能量，使微生物個體不斷增大o繁殖：在一定空間上，微生物個體數(shù)量從少到多，不斷增長至環(huán)境容納量o種群大小：種群中個體的數(shù)量o種群密度：單位面積、單位體積或單位生境中個體的數(shù)目o環(huán)境容納量：對某種生物而言，某一特定環(huán)境范圍內(nèi)可最多承載的數(shù)量，即這一環(huán)境對這一生物的容納量2021/8/1475種群增長o初期 指數(shù)增長o中后期 邏輯斯蒂方程增長2021/8/1476o曲線I：在理想環(huán)境中個體數(shù)量呈指數(shù)增長模型，曲線呈“J”型o曲線II：個體數(shù)量增長受到資源限制，種群數(shù)量呈邏輯斯蒂方程增長，“S”曲線；曲線平滑上升并漸近環(huán)境容納量值（K）2021/8/14

22、77邏輯斯蒂方程td/(1/)/(1)a rtN dtrNN KKe 積分 Nr: 種群增長率（出生率減去死亡率；而出生率與死亡率是某一段時間內(nèi)出生與死亡個體與種群中個體總數(shù)量的比例）；N：種群個體數(shù)量；a:參數(shù)，取決于種群起始個體數(shù)量；K：環(huán)境容納量2021/8/1478o環(huán)境容納量（K）確定時，每增加一個個體，產(chǎn)生1/K的抑制影響，即某一空間僅能容納K個個體，每一個體利用了1/K的資源，N個體利用了N/K空間，而可供種群繼續(xù)增長的“剩余資源”，就只有（1N/K)了。容納量的制約導致種群增長率隨著密度增加而降低，導致種群增長呈邏輯斯蒂方程增長2021/8/14792021/8/1480202

23、1/8/1481邏輯斯蒂曲線可分為5個時期o開始期：種群個體數(shù)很少，密度增長緩慢；o加速期：隨個體數(shù)量增加，密度增長逐漸加快；o轉(zhuǎn)折期：當個體數(shù)達到K/2時，密度增長最快；o減速期： 個體數(shù)超過K/2以后 ，密度增長逐漸變慢；o飽和期：種群個體數(shù)達到K而飽和在理想狀態(tài)下，飽和期最大種群可以長期維持；但隨營養(yǎng)逐漸缺乏，密度開始下降導致種群衰老。2021/8/14822.2.3 微生物群落特征o生物群落：在相同時間聚焦在同一環(huán)境中（地理范圍）的各物種種群的集合；群落中各種群之間以及種群與環(huán)境之間是相互作用、相互制約的關(guān)系2021/8/1483土壤環(huán)境2021/8/1484水環(huán)境2021/8/148

24、5大氣環(huán)境2021/8/14862.2.4 微生物的種間關(guān)系o種間關(guān)系：構(gòu)成群落的物種的種群間的相互作用方式與程度；兩個或多個物種在種群動態(tài)上的相互影響，即相互動態(tài)、或彼此在進化過程和方向上的相互作用，即協(xié)同進化o八種類型：中性共棲、偏利共棲、偏害共棲、協(xié)同共棲、共生、競爭、寄生、捕食2021/8/1487o中性共棲：兩個微生物種群間不發(fā)生相互作用的現(xiàn)象o偏利共棲：兩個微生物種群共同生長，一方的存在有利于另一方的生長、繁殖而受益，而受益方并沒有使它方相應(yīng)的受益偏利共生實例2021/8/1488o偏害共棲：兩微生物種群的，一方抑制另一方的生長，通常是一方產(chǎn)生抑制物質(zhì)抑制另一方的生長o協(xié)同共棲：兩

25、個微生物種群在一起時可以相互受益，但它們之間的關(guān)系不是一種專性固定的關(guān)系，雙方可以在自然辦單獨存在，又稱互養(yǎng)共棲，即兩種或兩種以上微生物協(xié)同共棲進行某一代謝過程，彼此相互提供所需的營養(yǎng)物質(zhì)2021/8/1489o共生：兩個種群相互作用相互受益而形成的專性關(guān)系，它們是協(xié)同共棲作用的延伸共生實例2021/8/1490o互利：兩個微生物種群共同生長，雙方的存在均有利于另一方的生長、繁殖而受益o競爭：兩個種群共同生存時，為獲得營養(yǎng)、能源、空間而相互抑制對方生長與繁殖，競爭雙方均受到不利影響2021/8/1491o寄生：寄生微生物從寄主微生物體內(nèi)獲得營養(yǎng)，而對寄主產(chǎn)生不得影響o捕食：一微生物可以吞食另一

26、種微生物，捕食者從被捕食者得到營養(yǎng)，而對被捕食者產(chǎn)生不得影響2021/8/1492微生物種群關(guān)系總結(jié)2021/8/14932.3 微生物修復污染環(huán)境的原理o2.3.1 微生物參與的物質(zhì)循環(huán)主要類型：碳循環(huán)、氮循環(huán)、硫循環(huán)2021/8/1494碳循環(huán)2021/8/1495碳循環(huán)2021/8/1496氮循環(huán)2021/8/1497硫循環(huán)2021/8/14982021/8/14992.3.2 微生物對污染物降解轉(zhuǎn)化o污染物進入微生物體內(nèi)的過程 微生物對污染物質(zhì)的吸收：生物的主動過程，生物體在與污染物質(zhì)接觸的過程中，主動以某種方式獲取該物質(zhì)包括：主動運輸、被動擴散、促進擴散、基團轉(zhuǎn)位，胞飲作用2021/

27、8/14100主動運輸、被動擴散、促進擴散與基團轉(zhuǎn)位的特征比較2021/8/14101o胞飲作用：細胞外的液體微滴或物質(zhì)吸附在質(zhì)膜上，通過質(zhì)膜內(nèi)陷形成小囊泡而被消化吸收的過程。包括：通過疏水表面突出物的作用把烷烴吸附到細胞表面、烷烴通過孔和溝穿透堅硬的酵母細胞壁，而聚焦在細胞質(zhì)表面、通過末修飾烷烴的胞飲作用把烷烴轉(zhuǎn)移到細胞內(nèi)的烷烴氧化部位，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、微體2021/8/14102微生物降解污染物的基本反應(yīng)類型o微生物在代謝活動過程中，通過污染物發(fā)生化學或生物化學反應(yīng)引起的污染物結(jié)構(gòu)的變化o包括：水解、基團轉(zhuǎn)移、氧化、還原、共代謝、酯化、甲基化、縮合、氨化、乙酰化、雙鍵斷反應(yīng)、鹵原子移動、微生物吸

28、附、微生物累積、共代謝2021/8/14103氧化作用：轉(zhuǎn)化具還原性的污染物o醇的氧化、醛的氧化、甲基的氧化、氨的氧化、亞硝酸氧化、硫的氧化、鐵的氧化、 氧化、氧化去烷基化、硫醚氧化、過氧化、苯環(huán)羥基化、芳環(huán)裂解、雜環(huán)裂解、環(huán)氧化還原作用：轉(zhuǎn)化具氧化性的污染物o乙烯基的還原、醇的還原、醌類的還原、芳環(huán)羥基化、雙鍵還原作用、三鍵還原作用2021/8/14104基團轉(zhuǎn)移作用o脫羧作用、脫氨基作用、脫鹵作用、脫烴反應(yīng)、脫氫鹵脫水反應(yīng)水解作用o酯類水解、氨類水解、磷酸酯水解、腈水解、鹵代烴水解2021/8/14105甲基化作用2021/8/14106共代謝o又稱協(xié)同代謝。微生物不能利用基質(zhì)作為能源和組

29、分元素的有機物轉(zhuǎn)化方式。一些難降解的污染物，通過微生物的作用被改變結(jié)構(gòu)，但微生物不能將這些污染物作為碳源和能源，而必須從其他底物獲取大部分或全部的碳源和能源o共代謝微生物不能從輔助底物的氧化過程中獲得有用的能量，降解污染的速度也低于降解生長底物的速度2021/8/14107共代謝的形式：o靠降解其他有機物提供能源或碳源、通過與其它微生物協(xié)同作用，發(fā)生共代謝，降解污染物、由其它物質(zhì)的誘導產(chǎn)生相應(yīng)的相應(yīng)的酶系，發(fā)生共代謝作用2021/8/14108微生物吸附o吸附：在兩相介質(zhì)的界面上發(fā)生沉淀，包括吸持和吸收。吸持指污染物從一種介質(zhì)向固體介質(zhì)表面的遷移運動；吸收是指污染物質(zhì)到達固相表面后，由于靜電、

30、絡(luò)合、化學鍵或沉淀作用等與表面的粘著作用o吸附平衡：當解吸附速率與吸附速率相等時，吸附達到了動態(tài)平衡，該平衡就稱為吸附平衡2021/8/14109o微生物吸附：微生物細胞壁表面的一些具有金屬絡(luò)合、配位能力的基團與污染物離子形成離子鍵或共價鍵固定污染物離子o微生物可吸附污染物的原因：細胞壁的結(jié)構(gòu)特性 微生物細胞壁的多孔結(jié)構(gòu)使活性化學配位體在細胞表面合理排列，使細胞易于與污染物離子結(jié)合；細胞外多糖（EPS），該物質(zhì)在微生物吸附污染物離子的過程具有固定等作用o微生物吸附的機理：靜電吸附，共價吸附，絡(luò)合鰲合，離子交換和無機微沉淀2021/8/14110o靜電吸附：指污染物離子可代替質(zhì)子，以及結(jié)合到分子

31、上的其它離子；o離子交換：細胞質(zhì)結(jié)合的離子，被另一些結(jié)合能力更強的污染物離子代替；o絡(luò)合作用：在微生物體內(nèi)或表面，金屬離子與配基以配位鍵結(jié)合形成復雜離子或分子的過程；o鰲合作用：在微生物體內(nèi)或表面，一個配基上同時有兩個以上的配位原子與金屬結(jié)合而形成具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的配合物的過程；o無機微沉淀：污染物離子在微生物體內(nèi)或表面形成無機沉淀物的過程2021/8/14111o微生物累積：利用生物新陳代謝作用產(chǎn)生的能量，通過單價或二價離子的轉(zhuǎn)移系統(tǒng)把污染物輸送到體內(nèi)，并在體內(nèi)不斷積累的過程o細菌、真菌和藻類都有從周圍環(huán)境富集重金屬的能力，然而至今仍沒有一種經(jīng)濟有效的方法從污染環(huán)境中回收寫信了污染物的微生物20

32、21/8/141122021/8/141132.4微生物修復污染環(huán)境的技術(shù)o環(huán)境生物修復三類技術(shù)：利用微生物代謝能力；活化微生物分解能力；添加具有高速分解能力的特定微生物2021/8/141142.4.1用于生物修復的微生物o土著微生物、外來微生物、基因工程微生物、其它微生物及其代謝產(chǎn)物o土著微生物：指出現(xiàn)在其自然分布區(qū)及其自然傳播范圍內(nèi)（即在其自然占領(lǐng)的或無需人類直接或間接引種也能占領(lǐng)的分布區(qū)）的物種、亞種或更低的分類單元o外來微生物：從原產(chǎn)地因偶然傳入或人為有意引入到新地區(qū)并定殖的微生物種2021/8/14115o基因工程微生物：將不同來源的基因按特定目的，在微生物體外構(gòu)建新的DNA分子后

33、導入微生物體內(nèi)，以改變其原有的遺傳特性、獲得新的微生物種o基因工程微生物優(yōu)點： 適應(yīng)能力強、對自然界的微生物和高等生物不構(gòu)成威脅、適應(yīng)期比土著種的馴化期要短得多，可以反復接種2021/8/14116o其他微生物：包括藻類和微型動物等；在污染水體的生物修復中，通過藻類的放氧，使嚴重污染后缺氧的水體恢復至溶解氧含量較高的狀態(tài)，為微生物降解污染物提供了良好的電子受體，使好氧性異養(yǎng)細菌對污染物的降解能順利進行；微型動物則通過吞噬過多的藻類和一些病原微生物，間接的對水體起凈化作用。2021/8/141172.4.2 微生物對有機污染物的修復o微生物修復有機污染物污染環(huán)境的方式：o通過微生物分泌的胞外酶降

34、解； 改變有機物的化學結(jié)構(gòu)，提高降解性o污染物被微生物吸收到微生物細胞內(nèi)后，在胞內(nèi)降解 即微生物對有機污染物降解轉(zhuǎn)化，污染物以不同的方式進入微生物體內(nèi)后發(fā)生不同的降解反應(yīng)2021/8/14118o在好氧條件下，它能將有機污染物徹底氧化，分解成CO2、H2O、SO42、PO43、NO2、NO3等無機物；o在厭氧條件下，能將有機物降解，轉(zhuǎn)化成小分子有機酸、CO2、H2、CH4等2021/8/14119微生物降解有機污染物的類型2021/8/141202.4.3 微生物對重金屬污染物的修復o微生物轉(zhuǎn)化金屬離子的方式： 氧化、還原、甲基化、吸附與累積2021/8/14121微生物氧化、還原與甲基化金屬

35、離子特征比較2021/8/14122微生物吸附與累積重金屬離子的特征比較o微生物的狀態(tài)：微生物吸附可由死亡微生物進行；生物累積必需由生活的微生物去除重金屬離子的作用o影響因素：微生物吸附與其細胞壁結(jié)構(gòu)、成份相關(guān)；生物積累則與生物的新陳代謝及影響其新陳代謝的溫度、pH值有關(guān)2021/8/14123微生物吸附金屬離子的細胞壁成分與結(jié)構(gòu)比較2021/8/141242.4.4 常用微生物修復技術(shù)充氣式污染土壤微生物修復技術(shù)2021/8/14125污染地下水循環(huán)微生物修復技術(shù)2021/8/14126地下水曝氣抽提組合微生物修復技術(shù)2021/8/14127微生物活性攔截修復技術(shù)2021/8/14128厭氧好氧共代謝微生物組合修復技術(shù)2021/8/141292.5 影響微生物修復效率的因素o主要影響因素：污染物性質(zhì)、微生物的種類以及環(huán)境因素2021/8/141302.5.1 優(yōu)先污染物與目標污染物的確定o生物修復工作程