微生物与绿色植物之去污修复能力

1、 微生物与绿色植物之 去污修复能力 内容提要： 本论文主要介绍了目前我国常见的一些微生物和绿色植物去污修复能力，在论文中将会简单的对微生物及绿色植物去除污染物的原理、环境影响因素，及其各自的优缺点和适用范围等。 修复是指采取认为或者自然过程，使环境介质深红的污染物去除或无害化，使受污染场址回复原有的功能的技术。微生物与绿色植物的去污修复技术是当今环境科学的热点领域，也是最具有挑战性的研究方向之一，其与环境微生物学以及环境化学研究领域都有紧密的联系，其可以作为环境化学的一个重要分支。修复的介质可以包括土壤及地下水、地表淡水及海岸。修复的主体主要是污染物，包括无极污染物和有机污染物。对于重金属，修

2、复的手段为清除、稀释、固定化及转化为低毒的形态，例如六价铬转化为三价铬，以降低六价铬污染的危害。而对于有机污染物，修复的首选手段应该是使其彻底矿化为水和二氧化碳，或者转化为低毒的中间产物，还包括清除以及固化。 除了对微生物与绿色植物的修复技术加以讲解分析外还会相应的给与常见的应用实例，如好氧活性污泥法、废水的微生物脱氮除磷法、有机固体废物的堆肥、重金属污染的植物修复等。关键字： 去污 修复 固定 活性污泥 污水处理 作用 机理 实用技术 脱氮 脱磷 过程 组合工艺 提取 降解 挥发 稳定 高效 低耗 优点 缺点 论文正文：一、 微生物去污修复 微生物修复技术是指通过微生物的作用清除土壤和水体中

3、的污染物，或者是使污染物无害化的过程。它包括自然和人为控制条件下的污染降解或无害化的过程。在自然修复过程中，利用原有的微生物的降解能力，但是需要以下条件：1、又充分的地下水流；2、又微生物可利用的营养物质；3又缓冲pH的能力；4能使代谢进行的电子受体。如果缺少一项条件，将会严重的影响到微生物修复的速率和程度。废水的生物处理法主要是利用微生物的生命活动过程，对废水中的污染物质进行转移和转化作用，从而使废水得到净化的处理方法。由于整个过程基本上是在微生物所产生的酶的参与下发生的生物化学反应，因此通常将生物废水处理称为废水生化处理。这项技术是目前最重要的，也是我国常用的废水处理的方法。在实际应用中，

4、人们常对生物处理方法提出一系列的目标：要求除去水中的有机物和悬浮物，得到透明的处理水；尽量去除水中的N、P等营养盐类；尽可能的减少产生的污泥量；尽可能的将有机的物质作为资源加以回收。早期的生物处理法主要是利用微生物代谢反应，去除水中的有机物。近些年来，随着微生物研究的深入，已经有多种新工艺、新技术的出现，可以在去除有机污染物的同时，达到脱氮除磷等目的，或取得资源回收利用的效果。但是在实践中，生物处理法并不是被单独的使用，人们往往根据废水性状和处理目标，把沉淀、过滤、凝聚等物理、化学处理与生物处理合成一个系统，生物处理则作为其中的主体部分。（一）好氧活性污泥法 （1）好氧活性污泥中的微生物 好氧

5、活性污泥是由多种多样的好氧微生物和兼性厌氧微生物（兼有少量的厌氧微生物）与废水中的有机物和无机物固体的混凝交织在一起形成的絮状物。好氧活性污泥的絮状物大小在0.020.2nm，比表面积在20100cm/ml之间；含水率在99%左右，密度在1.0021.006g/ml，具有沉降性能；pH在67，弱酸性，具有一定的缓冲能力。我们生活中用来处理生活污水的好氧活性污泥一般都是黄褐色的，而工业污水则与水质有关，颜色各不相同。在污水处理过程中，在完全混合式曝气池中，活性污泥一悬浮状态存在，犹豫曝气搅动而处于激烈的运动中，在池内均匀的分布；而在推流式曝气池中，随推流方向，在不同位置的微生物数量和种类会有相应

6、的差异，随推流方向微生物种类依次增多。好氧活性污泥的活性和结构和功能中心是其絮凝作用的细菌所形成的菌胶团。在其上面生长又其他微生物，如酵母菌、霉菌、放线菌、藻类、原生动物及微型后生动物等。因此可以吧活性污泥视为一个微型生态系统。构成正常活性污泥的主要细菌和其他微生物有：动胶菌属、丛毛单胞菌属、产碱杆菌属、微球菌属、棒状杆菌属、黄杆菌属、无色杆菌属、芽孢杆菌属、假单胞菌属、亚硝化单胞菌属、短杆菌属、固氮菌属、浮游球衣菌、微丝菌属、大肠埃希氏杆菌、产气杆菌、诺卡氏菌、节秆菌属、螺菌属、酵母菌。（2）好氧活性污泥净化污水的作用机理好氧活性污泥对废水的净化主要有亮方面作用：一个是对污染物质的吸附作用，

7、类似于混凝剂的作用，对水中溶解性的污染物进行吸附；另一个是微生物对污染物的生物降解作用。大分子有机物被水解为小分子的有机物后被吸入微生物体内，一部分被氧化分解，另一部分成为微生物自身细胞组成，体系中存在的其他生物可以通过食物关系吸收或者是吞噬细菌或未被彻底分解的有机物。好氧活性污泥的净化作用机理：污染物质中的悬浮固体、溶解物质活性污泥绒粒二氧化碳、水、按、硫酸根、磷酸根心活性污泥绒粒活性污泥生物二氧化碳、水、氨、硫酸根、磷酸根新生生物处理水吸收氧化合成氧化合成摄食 活性污泥法处理污水关键要有足够数量且性能良好的的活性污泥，他们是通过一定的发放培养出来的。通过培养，可增加微生物的数量。通过驯化，

8、对混合微生物进行淘汰和诱导，可以使具有降解活性的微生物在体系中占优势，并诱导出能利用废水中的有机物的酶。菌种来源于生活污水、粪便污水、污水处理厂的活性污泥、各处理厂的集水池或者沉淀池的下脚污泥，或者是污水长期流经的河流淤泥经扩大培养也可以用来备用。（3）微生物的废水脱氮和除磷生物脱氮首先是利用好氧过程，由亚硝化细菌和硝化细菌将废水中的氨转化成硝酸根，在利用缺氧段的反硝化作用，将硝酸根还原氮气，溢出水面释放到大气中，从而减少水中的含氮物质，降低对水体的潜在威胁。生物除磷是利用某些生物在好氧时能大量吸收磷酸盐合成自身的核酸和ATP，并且能逆浓度过量吸收磷合成储能的多磷酸盐颗粒，供其内源呼吸作用。经

9、过厌氧好氧或缺氧好氧的合理组合，既能除去COD和BOD，又能脱氮，还能除磷。反硝化又单级反硝化和多级反硝化，根据不同的水质，通常有以下三种种碳氧化、硝化和反硝化三种组合工艺。第一种：污水经碳氧化再经硝化再经反硝化后出水；第二种：污水经碳氧化和消化同时作用后，再经反硝化后出水；第三种：污水经碳氧化消化反硝化同时作用后出水。除磷过程在厌氧的条件下，聚磷菌在分解体内的聚合磷酸盐的同时产生ATP，并且利用ATP将废水中的脂肪酸等有机物摄入细胞，以PHB及糖原等有机颗粒的形式储存于细胞中，同时将聚磷酸盐排除细胞。一旦进入好氧环境，聚磷菌又能利羟基丁酸盐释放的能量摄取废水水中的磷，并合成聚磷酸盐储存在细胞

10、中。一般说，微生物在增值过程中，好氧摄取的磷比在厌氧条件下释放的磷多，因此，如果创造厌氧、缺氧和好氧的交通条件，让聚磷菌首先在艳阳条件下释放磷，然后在好氧条件下充分过量的吸收磷，然后通过排泥，就可以达到从废水中除去磷物质的目的。（4）微生物去污修复的优缺点 微生物修复的优点：生物去污修复可以现场进行，这样减少了运输费用和人类直接接触污染物的机会；微生物去污修复经常是以原位方式进行，这样可以使对污染位点的干扰和破坏达到最小，可以再难以移动的地方进行；微生物去污修复使有机物分解成二氧化碳和水，可以永久性的消除污染物和长期的隐患，无二次污染，不会使污染物转移；微生物去污修复技术可以与其他处理技术结合

11、使用，处理复合污染；微生物去污修复技术的讲解过程迅速，费用低，只是创痛物理、化学去污费用的30%50%。 微生物去污修复的缺点：不是所有的污染物都适合微生物的修复；有些化学品经微生物的降解后，其产物的毒性和移动性比母体化合物反而增加，例如三氯乙烯经生物分解后的氯乙烯是致癌物；生物修复时一种科技含量较高的处理方法，他的运作必须符合污染地的特殊条件。二、 绿色植物去污修复技术植物修复（phytoextraction）技术直接利用各种活体植物，通过提取、降解和固定等过程清除环境中的污染物，或者消除污染物的毒性，可以用于受污染的地下水、沉积物和土壤的原位处理。植物去污修复的方式有四种：（1） 植物提取

12、 植物直接吸收污染物并在体内蓄积，植物收获后才进行处理。（2） 植物降解 植物本身及其相关微生物和各种酶系将有机物质转化成小分子的二氧化碳和水，或转化成无毒性的中间产物。（3） 植物稳定 植物在与土壤的共同作用下，将污染物固定并降低其生物活性，一减少其对生物和环境的危害。（4） 植物挥发 植物挥发是与植物吸收相连的，它是利用植物的吸取、积累、挥发而减少突然挥发性污染物。植物修复重金属污染的过程和机理根据其作用过程和机理，重金属污染的土壤的植物修复技术可以分为三种。 （1） 植物提取。 植物提取是重金属超积累植物从土壤中吸取一种或者几种重金属，并将其转移、储存到地上部分，随后再利用人工首个的方式

13、将地上部分几种处理，连续种植这种植物，即可以使土壤中重金属含量降低到可以接受的水平。超植物积累从根系吸收重金属，并将其转移和积累到地上部分，这个过程中包括许多环节和调控位点：（）夸根细胞质膜运输;()根皮层细胞中横向运输；（）从很细的中柱的薄壁细胞装载到木质部导管；（）木质部中长途运输；（）从木质部卸载到叶细胞；等等。植物提取可以分为两种方式：连续植物提取及螯合剂辅助的植物提取或者称之为诱导性植物提取。（2） 植物稳定植物稳定是利用耐重金属植物的根系的一些分泌物，增加土壤中有毒重金属的稳定性，从而减少有毒重金属想植物的转移，以及被淋滤到地下水或通过空气扩散进一步污染环境的可能性。其中包括沉淀、

14、螯合、氧化还原等多种过程，在植物稳定中植物主要有两种功能，一个是保护土壤不受侵蚀，减少土壤渗漏，防止金属无让无的淋移。另一个功能是通过金属在根部积累与沉淀及根表吸收来加强污染物的固定，如通过释放磷酸根，是铅沉淀在植物的根部，减轻铅的危害。目前植物稳定技术主要应用在矿物土壤污染修复，而在城市和工业区应用不多，然而植物稳定技术并没有清除土壤中的重金属，只是暂时将其固定，使其对环境中生物部产生毒害作用，并没有彻底解决环境中重金属污染的问题，如果环境条件发生变化，重金属的生物有效性可能又会发生变化。适合植物稳定性的植物必须有较高的耐高浓度重金属的能力，并通过根吸收、沉淀或还原使重金属在土壤中固定，而且

15、自己的在植物体内运输能力差，从而减少处理地上部分的必要性。重金属污染土壤的植物稳定是一项正在发展中的技术，该项技术与原位化学固定技术相结合将会显示出更大的应用能力。（3） 植物挥发 植物挥发是利用植物的吸收、积累和挥发而减少土壤中的一些挥发性的污染物，即植物将污染物吸收到体内以后将其转化成为气态物质，释放到大气中。很多植物将土壤中的硒吸收，并将其转化为可挥发态的二甲基二硒和二甲基硒，在植物体内硒与硫类似，六价硫通过ATP硫化酶的作用还原成为二价硫化物。汞在环境中以多种形态存在，包括元素汞、无机汞、离子汞和有机汞化合物。其中以甲基汞对环境的危害性最大，且易被植物吸收。植物挥发通过植物及其根际微生

16、物的作用，将环境中挥发性的污染物直接挥发到大气中去，不需收获和处理含污染物的植物体，不失为一种有潜力的绿色植物修复技术，但这种方法直接将污染物转移到大气中，对人类和动物有一点的风险性。有机化合污染物被植物修复的机理：有机污染物被植物吸收后，可直接以母体化合物后以不具有植物独行的代谢产物的形态，通过木质化作用在植物组织中储藏，也可以代谢或者矿化为水和二氧化碳等，或随植物的蒸腾作用派出植物体。有机污染物的理化性质对植物吸收修复有至关重要的影响，如有机污染物的分配系数、酸度常数、浓度等等。最可能被植物吸收的有机物是中等疏水化合物，如BTEX、卤代烷烃、芳香族化合物、许多农药等。另外如酚类、胺类、苯甲

17、酸酯、大多数除草剂、清洗剂在水中成解离状态，这些物质的吸收在很大程度上受土壤溶液中的pH影响。据研究弱酸物质在酸性土壤中易被植物吸收，而弱碱物质在碱性环境中易被植物吸收。有机化合物一旦被吸收，植物就可以通过木质化作用在植物新的组织结构中储存它们及其代谢产物，或通过挥发、代谢、矿化作用将它们转化成为水或二氧化碳。一般而言，它们会部分或完全被降解，转化为低毒的中间产物，再结合在植物组织中。绿色植物修复技术的优缺点：作为高效、低廉、非破坏性的土壤净化方法，植物修复技术可以替代传统的处理方法。除了成本较低以外，植物修复技术还有许多优点，比如，其对环境基本上没有什么破坏；不需要废弃物处理场所；具有很高的

18、公众接受性；避免了挖掘和运输；具有同时处理多种有害废弃物的能力。除此以外植物对污染土壤还有其他益处，如植物修复可以提高土壤的有机碳含量；植物深入土壤的根系可以对土壤起到固定的作用；植物的蒸腾作用可以蒸发相当一部分的水分，这种水分的向上运动可以阻碍污染物通过淋溶作用而向下迁移；植物对环境友好还具有观赏功能，等等。向别的环境修复技术一样，植物修复也有它的缺点。植物修复受到气候、地理条件、温度、海拔、土壤类型等条件的限制，还胡搜污染物状况和污染物类型的限制。主要的缺点是：植被的形成受环境毒性的限制；吸收到植物叶中的污染物会随着落叶而再次回到环境中去；污染物可能会积累在作为燃料的木材中；会提高某些污染物的溶解性，从而导致更加严重的环境危害或使污染物更加易于迁移；可能会进入食物链而对生态系统产生负面的影响；比别的技术花费的时间更加长，见效慢。三、微生物修复技术和植物修复技术的融合 微生物修复技术与植物修复技术是可以相互融合，相互辅助的。就拿我们常见的豆类植物来说，其根部有大量的固氮微生物，其相互之间是共生的关系，固氮微生物为植物提供大量的氮元素，而植物为固氮微生物提供营养。在植物生长的土壤中含有大量的微生物，植物根系分泌的一些物质及酶进入土壤中，不但可以降解有机污染物，还向生活在根际的微生物提供营养