生物修复技术介绍

一、生物修复技术的基本概念和原理

生物修复技术(Bioremediation)的原理

引入微生物

第二步调节环境因素:

外加营养盐:添加氮、磷营养元素、生长因子如氨基酸,维生素

提供电子受体:增加O2和NO3-,SO4-,Fe3+等作为好氧和兼性厌氧微生物降解有机物的电子受体

添加共代谢机制:微生物不能直接利用污染物时,添加其他碳源和能源,微生物分泌胞外酶降解共代谢底物

使用表面活性剂等:根据有毒有机污染物的物理化学性质,提高污染物的可溶解性

 

电子受体对复合污染沉积物的影响试验

 

小宇宙试验

 

实验室模拟

 

中试试验

这三个试验是层层深入,逐步放大的

 

电子受体显著改变反应系统中功能菌群结构

 

 

 

电子受体提高多种生物地球化学循环功能基因

 

多种复合呼吸功能微生物被成功激活

 

 

参与芳香烃化合物中心降解途径的功能基因显著上调

 

电子受体加速了PAHs降解转化

 

电子受体加速了PBDEs降解转化

植物修复原理

利用自然生长或人工栽培的植物根系(或茎叶)吸收、富集、降解或者固定污染土壤、水体和大气中的污染物

1583年,意大利植物学家Cesalpano首次发现“黑色的岩石”上生长的特殊植物

1848年,Minguzzi和Vergnano测定该植物叶片含镍高达7900mg/kg

1977年,Brooks将这类植物命名为“超富集植物”(Hyperaccumulator)

1983年,Chaney提出利用超富集植物消除土壤重金属污染的思想

目前,已经发现超富集植物约400种

(在高浓度重金属条件下正常生长,体内累积重金属的浓度为普通植物的100倍以上)

 

广泛分布于植物界的45个科,大多数属于十字花科植物以超富集镍的植物最多,但能同时富集Cd、Co、Cu、Pb和Zn的植物比较少。

植物修复的方式

植物吸收

植物固定

植物挥发

植物降解

植物可同时去除有机污染物和重金属、放射性核素

植物修复适用于大面积、低污染的位点

植物可与其他生物联合修复,克服单项修复技术的 局限性,提高污染土壤的修复速率和效率,实现对多种污染物的同时处理和对复合污染土壤的修复。

二、生物修复技术的发展和现状

首次应用:1972年,美国利用生物修复技术清除宾夕法尼亚州的Ambler管线泄漏的汽油

首次大规模应用:1989年,美国阿拉斯加海域受到大面积石油污染后,应用生物修复技术成功修复被污染现场

1976 年,美国通过了《资源保护和回收法》,此法令的主旨:①保护人体健康和自然环境;②减少废弃物的产生,节约能源并保护自然资源;③尽快减少或消除危险废弃物的产生

1980 年,美国又通过了《综合环境反应、赔偿与责任法》,即“超级基金法案”,其中明确规定①对遗弃、遗留污染场地进行修复;②要求责任方负责修复;③减少危险废弃物的产生和泄漏

欧洲各发达国家从20世纪80年代中期就对生物修复进行了初步研究

在污染场地修复的管理和资源信息共享、修复技术、设备和规模化应用等方面处于领先地位

我国的生物修复研究和应用经历了三个阶段

生物修复技术(Bioremediation)的特点

生物修复的优点

可以在现场进行

对位点的破坏最小

成本最低

永久性消除污染

二次污染少

可与其他修复方法联合

生物修复的缺点

无法降解所有污染物

不能再极端条件下进行

受环境因素影响

污染物有可能被转化

成为有毒的代谢产物

目前生物修复技术研究的热点

生物修复代谢网络及影响因素

降解环境的人工优化

微生物处理与植物、动物处理等各种修复技术手段相结合的技术

高效降解菌株的筛选和基因工程菌的开发

各种酶在生物修复中的应用