2023年生物修复技术在水体污染方向应用及进展49003.docx

生物修复技术在水体污染方向应用及进展 随着人口的快速增长， 自然资源的大量消耗，全球环境状况正在急剧恶化， 人类的生存和开展面临着严峻的挑战。生物修复技术被认为是现代环境生物技术的核心内容， 其目的是将污染物的浓度降低到低于检测限或低于环保部门规定的限度。这项技术正被用于去除土壤、地下水、废水、污泥、工业塑料和气体中的污染物。 生物修复又称生物改进， 是指利用生物的生命代谢活动， 来减少污染环境中的有毒有害物的浓度或使其无害化， 从而使污染了的环境能够局部或完全地恢复到原初状态的过程。它利用生物对环境污染物的吸收、代谢及降解等功能， 对环境中污染物的降解起催化作用， 加速去除环境中的污染物。 生物修复与传统的物理化学方法相比， 具有经济花费少； 对环境影响小， 遗留问题少； 最大限度地降低污染物的浓度； 修复时间较短； 就地修复，操作方便等方面的特点。 生物修复根据其所利用的生物种类， 可以分为微生物修复、植物修复、动物修复。根据被修复的污染环境， 可以分为土壤生物修复、水体生物修复和大气生物修复。根据生物修复的实施方法， 分为原位生物修复和异位生物修复。 生物修复类型 根据被修复的污染环境，可以分为土壤生物修复、水体生物修复.后者又可分为海洋生物修复、湖泊生物修复、地下水生物修复等。根据被修复的污染环境，可以分为土壤生物修复、水体生物修复.后者又可分为海洋生物修复、湖泊生物修复、地下水生物修复等。根据生物修复所利用的生物类群，可以分为微生物修复、植物修复、动物修复。 生物修复应用与进展 生物修复技术已成功地应用于去除土壤、污泥、地下水、工业废水、废物中的化学物质.能够用生物修复技术分解的化合物种类很多，其中石油、金属、多环芳烃、氯代烷烃、氯代芳香烃等受到了较多关注.国外原位生物修复的成功实例有：美国环保局在阿拉斯加石油泄漏中应用生物修复技术，在短时间内消除了污染；密执安Gratling 空军基地柴油贮罐破裂造成深层土壤和地下水污染，通过生物修复很快恢复正常.异位生物修复的实例颇多，如用于降解苯及其衍生物、含氯有机物、木质素、EDTA、制药废水、印染废水、湖泊沉积物中的有机物及其它难降解有机物国内生物修复处于刚刚起步阶段，大面积应用的例子还较少。 水体的生物修复 海洋污染的生物修复 近年来，随着工农业的迅猛开展，大量废物进入海洋，造成海洋环境状况不断恶化，甚至发生了海洋污染灾害，如石油污染、农药污染、赤潮灾害等。 微生物降解是石油污染去除的主要途径，治理方法主要有参加高降解能力的菌株；改变环境因子，促进微生物代谢能力.在许多情况下，生物修复可在现场处理，而对受污染的沉积物，那么一般使用生物反响器治理。1989年Exxon 石油公司的Valdez 号油轮在美国威廉王子湾搁浅，导致了3.8 万吨原油的泄漏。Exxon公司最初用热水冲洗海滩上的油污.此法花费昂贵，效果却不明显.后来，美国环保局和Exxon公司用从污染海滩别离的具有特殊的降解能力的细菌菌株去除石油污染，效果很好.生物修复技术成为去除威廉王子湾石油污染的重要方法。目前生物修复正朝着构建能够快速降解某些特定污染物的工程菌的方向开展.科学家利用基因工程把不同的降解基因移植到同一菌株中，创造出了具有多种降解功能的超级微生物。 海洋环境在不同程度上也受到农药的污染，滩涂和沿岸水体尤其严重.有人通过连续多年试验证明了：海洋环境存在着对甲胺磷降解能力强的微生物，它们可以甲胺磷作唯一碳源和能源促进其生长、繁殖.已从海滩和海水中别离筛选出10 株降解甲胺磷的细菌菌株，从红树林滩土别离筛选了8 株，这些有核辐射株降解率都在60%左右(10 d)。此外， Richins 等人利用Lpp - Ompa 融合系统使有机磷降解酶基因与Lpp - Ompa基因融合，形成重组质粒，大大提高了降解速率。目前对赤潮的防治，主要是采用化学方法，但化学药品会给海洋带来新的污染，因而更多研究者把目光投向生物的修复作用.赤潮污染的生物修复的途径：在赤潮衰亡的海水中，别离出对赤潮藻类有特殊抑制效果的菌株；采用基因工程手段，将细菌中产生抑藻因子的基因或质粒引入工程菌如大肠杆菌，并进行大规模生产.郑天凌等人从赤潮多发区厦门西海域采集别离筛选到三株细菌(S5、S7、S10)，发现3 种海洋细菌的过滤液对A.tamarense 有明显不同的抑制作用，初步查明了菌- 藻相互关系，得出了抑藻细菌作用机理、最正确作用条件等结论。目前，国际上已先后开展了赤潮藻类18srDNA 和24RNDA 研究，从基因水平上确定了几种有毒赤潮的分类标准及其系统学上的关系。 对海水养殖区环境的生物修复，国内曾尝试应用光合细菌(细螺菌科) ，结果发现可消除水中局部有机物，但对底泥中有机物的降解无作用.袁有宪(1995) 提出应用微生物技术降解和消除海水养殖区域水体和底泥中的有机物，目前已从虾池底泥中别离、筛选出多株虾池有机物的有效降解菌，并经初步试验，可降解虾池底部有机物80 %以上。江苏省海洋水产研究所从自然界别离出降解养殖水体中氮的硝化细菌、能对致病菌有裂解作用的噬菌蛭弧菌，并加以筛选，得到了能有效改善养殖水体环境的微生态制剂。 湖泊污染的生物修复 湖泊污染的生物修复常用的方法有微生物修复法、植物修复法。对于浅水湖泊，在水中参加营养盐，用曝气机搅拌混合.底泥中的有机污染物可作为碳源被微生物利用，污染的浅水湖泊得以生物修复.李雪梅等用有效微生物(EM) 修复湖泊富营养化，在华南植物园已重度富营养化的人工湖投加多糖EM制剂.从投菌之日起经2.5 个月，湖水透明度提高了433%，总氮下降60.2%，总磷下降95.7%，COD下降55.2 %.中科院南京地理与湖泊研究所等单位的研究人员在太湖五里湖中桥湖湾中相间地栽培了飘浮、浮叶及深水植物，构成了人工复合生态系统.湖水经过各植被带的第5 天，与进水相比拟，出水的总氮下降53%，氨态氮下降70%，总磷下降56%，藻类生物量下降58%，叶绿素含量亦大大降低.另据报道，被制成浮床的大榕草、香根草、水芹、水蕹草、多花黑麦草等对去除水体氮、磷和抑制藻类孳生均有明显的作用。 废水污染的生物修复 在美国南达科他州的Homestake 矿，使用含假单胞菌的生物转盘处理废水，Cu 和Fe 的去除效率分别为95 %、98%，并可使氰由4 mg/ L 降低到0.06 mg/ L.孙铁珩的研究说明水葫芦对污水具有一定的净化效果.水芹菜对黄金废水的净化回收实验说明：在废水的黄金浓度为2.0 mg/ L 时，水芹菜的根部灰分富集黄金量达1.22 %.唐述虞曾用人工湿地处理含重金属的铁矿酸性排水，效果良好。目前人工湿地常用的植物为水生或半水生的维管植物，如凤眼兰、破铜钱.它们能在水中长期吸收铅、铜和镉等金属.有人发现在通气良好的水中，印度葵幼苗能从人造污水中积累不同的金属.基于此幼苗的人工湿地系统，不仅可以迅速建立，还易于收获富含的金属。 地下水污染的生物修复 在废弃汽油加油站地下水污染的生物修复中，参加H2O2 、铵盐和磷酸盐溶液，处理10 个月后，石油烃类被完全去除.赵振业对齐鲁石化公司石油污染的地下水进行了治理，主要是利用二氧化氯作为氧化剂，并运用了曝气微生物技术及水力截获技术.通过曝气井将空气直接注入被污染的含水层中，并将能有效除去石油污染物的菌种也注入该层.净化前水中有机物主要是各种芳香烃物质，净化后水中芳香烃浓度已极低；氧化前地下水检测出14 种有毒性、致癌物质，处理后已有5 种致癌物质被去除。 生物修复的研究方向 目前生物修复技术在美国和欧洲主要处于实验室小试和中试阶段，实际应用的例子也有一些.我国的一些大学和科研机构从20 世纪90 年代起开始对生物修复技术进行研究，并进行了一些小试和中试，但大面积应用的例子还较少.综合前人的工作，尚需深入研究的问题有：继续对超累积植物的寻找及超累积机理的研究；进一步加强对白腐真菌的应用研究；高分子有机污染物降解过程中的共代谢机理；植物根区修复作用的原理及其促进机制；通过遗传工程构建高效降解的微生物菌株，创造超积累型转基因植物；生物降解潜力的指标与生物修复水平的评价；生物修复与理化方法结合的综合技术的研究；污染的资源化及生物修复的产业化。生物修复有许多优点：可在现场进行；对位点的破坏最小；减少运输费用，消除运输隐患；永久性地消除污染；费用低；可和其他处理技术结合使用等等.可以预见，生物修复