第6章-生物修复-06-2014

第六章生物修复生物修复技术作用机理及其运用生物修复是一门新兴、高效、无害且投资低的技术。利用生物(微生物、植物或动物)来吸收、转化、降解和清除环境中的有毒有害物质，使其浓度减少或无害化，从而实现被污染环境生态恢复的过程。其中生物处理中的微生物法由于处理费用低、效果好、无二次污染且操作简单受到国内外学者广泛的关注。广义的生物修复通常是指利用各种生物（包括微生物，动物和植物）的特性，吸收、降解、转化环境中的污染物，使受污染的环境得到改善的治理技术，一般分为植物修复、动物修复和微生物修复三种类型。狭义的生物修复通常是指在自然或人工控制的条件下，利用特定的微生物降解、清除环境中污染物的技术。用于生物修复的生物微生物在环境污染治理中的作用植物在环境污染治理中的作用水环境污染控制中的生物修复技术

提纲

用于生物修复的生物土著微生物外来微生物基因工程菌采用基因工程技术，将降解性质粒转移到一些能在污水和受污染土壤中生存的菌体内定向地构建高效降解难降解污染物的工程菌。用于生物修复的其他生物这些生物包括藻类、微型动物、植物等。难降解有机污染物和重金属及其相应的降解转化微生物适宜的环境条件营养:微生物的生长需要维持一定量的C:N:P营养物质及某些微量营养元素。电子受体:环境中的有机污染物在微生物的作用下被氧化分解时需耗氧。有毒有害有机污染物的化学性质.污染现场和土壤的特性.

微生物在环境污染治理中的作用:微生物对有机污染物的降解与转化微生物是自然界中的分解者，在好氧条件下，它能将有机污染物彻底氧化，分解成CO2、H2O、SO42-、PO43-、NO2-、NO3-等无机物。在厌氧条件下，能将有机物降解，转化成小分子有机酸、CO2、H2、CH4等。因此，微生物是生物修复中污染物降解的主力军。第一节难降解有机物微生物处理法

有机污染情况简介难降解有机物的微生物处理技术难降解有机物定义：指被微生物分解时速度很慢，分解不彻底的有机物(也包括某些有机物的代谢产物)，这类污染物易在生物体内富集，也容易成为水体的潜在污染源来源：主要来自各种各样工农业生产过程，按其化学组成可分以下几类：多环芳烃类(PAHs)化合物、杂环类化合物、氯代芳香族化合物、有机氰化物、有机合成高分子化合物.

难降解性有机物的基本特性长期残留性生物蓄积性半挥发性高毒性一、长期残留性一旦排放到环境中，它们难于被分解，因此在水体、土壤和底泥等环境介质中存留数年或更长的时间。根据半衰期,水体＞180天，土壤＞360天。二、生物蓄积性指有机化学品以比在周围环境中高的浓度蓄积在活组织中的特性，以标靶组织中的浓度与环境中的浓度之比表示;根据生物富集系数＞5000三、半挥发性指化学品在空气中挥发的能力,可以在大气环境中远距离迁移.根据蒸气压,0.01～1kPa四、高毒性指化学品对人体或环境造成危害的特性.它们对人和动物一般具有毒性作用，有的可以导致生物体内分泌紊乱、生殖及免疫机能失调，有的甚至引起癌症等严重疾病.有机物难降解的原因:对微生物有毒害作用功能化学结构稳定难降解有机物的降解方法物理化学生物CompanyLogo微生物在环保中的作用

微生物修复技术微生物与化学污染物间的相互关系微生物在废水处理中的作用

一、

微生物修复技术微生物修复是指微生物将土壤、地下水和海洋中的有毒有害物质“就地”降解成二氧化碳和水，转化为无毒、无害物质的方法。实际上，大多数环境中都存在着天然微生物降解净化有毒有害污染物质的过程，只是自然条件下的微生物净化速度比较慢，因此能够被广泛应用到环境保护当中。微生物修复大多都是在人为的条件下进行的，通过提供氧气，添加各类营养物质，接种经过驯化培养的高效菌株等强化修复过程，迅速去除污染物质，这就是微生物修复的基本原理。

生物修复与化学、物理修复相比，具有下列优点：

（1）修复时间较短；（2）原位修复的方式可使污染物在原地被降解清除，可使污染场所的干扰和破坏达到最小；（3）操作简便，对周围环境干扰较小；（4）设施简单，降解过程迅速，费用低，仅为物理化学修复的一半以下；（5）可以在现场进行，操作者与污染物直接接触机会减少，不会对人产生危害；（6）不会产生二次污染，永久性的消除污染物和长期的隐患。因此，生物修复被认为是最有发展前景的技术。生物修复技术也存在不足：

（1）条件苛刻，生物修复是一种科技含量较高的处理方法，其处理方法必须符合污染场地的特殊条件.（2）有些污染物经微生物降解后其产物的毒性和移动性均比原化合物有所增加.微生物修复技术的分类

污染地区的微生物修复技术一般分为:原位生物修复、异位生物修复、原位–异位联合的生物修复技术。

1.1原位生物修复技术原位生物修复是指对受污染的介质不进行搬运或输送，而在原位或易残留的部位进行的生物修复处理。原位修复技术主要取决于被污染土壤的自身微生物的自然降解能力、人为创造的降解条件、促进微生物生长繁殖的条件，如提供N、P等营养物、氧气、菌株等。为了加速降解进程有时也加入经驯化和培养的微生物。

原位生物修复包括以下几种方法:（1）投菌法（2）生物通风法（3）地耕法（4）生物注气法（5）生物扩增法（6）生物冲淋法

（1）投菌法直接向受到污染的土壤或水域介入经过人为驯化和培养的微生物以及商品化的适宜微生物菌剂，同时提供这些微生物生长所需的营养，包括大量元素(氮、磷、硫、钙、钾、镁、铁、锰等)和微量元素。（2）生物通风法

生物通气法（bioventing)是一种强迫氧化的生物降解方法。是指向土壤含水层以上的土层中通入空气或氧气，为好氧微生物提供最终电子受体，促进污染物生物降解的技术。生物通气法的具体措施是向地下水位以上的土层中打两口以上的通气井，用鼓风机和抽真空机将空气强行排入土壤中，然后抽出，土壤中挥发性的污染物也随之去除。在通入空气时，通过加入适量的氨气为土壤中的降解菌提供氮素营养，可以促进微生物降解活力的提高。土壤的结构和类型直接影响着生物通气法的修复效率，不合适的土壤结构会使氧气和营养元素在到达污染区域之前就被消耗。因此生物通气法只适用于具有多孔结构的土壤污染修复。生物通风法设备费用低，运行维护费用也低，是一种很好的生物修复方法。（3）地耕法地耕法

(landfarming)就是:通过翻耕土壤，在土壤中混匀并且充入氧气，提高土壤的通透性，创造污染物被氧化的条件，投加肥料、调节土壤湿度及酸碱度等，从而为微生物的生存提供良好环境条件，并确保生物降解在不同土壤层面上都能发生，使污染物能较好的清除的方法。这种方法的优点是结合农业措施，操作简单，经济易行，但污染物有可能从处理地被转移。一般在污染土层较浅、通透性较差、污染物较易被降解的情况下可以采用这种方法。（4）生物注气法

生物注气法（biosparging)是指将加压后的空气压入地下水位以下土层中，气流使化合物进入水分不饱和层并进行挥发和降解，同时水分饱和层也得到氧气，有利于污染物降解的一种生物降解方法。这种方法提供了充足的溶解氧，扩大了生物降解的面积，使水分饱和层和不饱和层的土著微生物均能发挥作用。生物注气法适于处理受挥发性有机物污染的地下水及上层土壤，在常温下空气注入可溶解的氧质量浓度达到8~12mg/L，是最简单、最经济的形式。纯氧和臭氧注入可使溶解氧浓度达到40~50mg/L，但成本很高，一般较少采用。（5）生物扩增法生物扩增法(bioaugmentation)是指:通过改变微生物的营养状态（N、P）等，提高土著或外源微生物的代谢能力，进而使有机污染物的降解效率显著提高的一种降解方法。对于一些不易降解的有机污染物，通常需要引入具有高效分解和利用能力的特定微生物。构建遗传工程菌可能是处理这类有机物的一种有效手段。（6）生物冲淋法

生物冲淋法（bioflooding)是指通过注入井和注入沟将含有营养物和氧的水补充到亚表层，促进污染物降解的过程。生物冲淋法主要应用于各种石油烃类污染的修复中，其具体工程主要包括两组水井，一组是注水井，它的作用是将各类接种的微生物、水、营养物和电子受体等物质注入土壤；另一组是抽水井，通过液体流动促进营养物质的运输，保证充足的氧气。生物冲淋法处理方法简单，费用相对较低，其不足之处是处理时间较长，而且在微生物的修复过程中，污染物可能会进一步扩散到较深层的土壤和地下水中。1.2异位生物修复技术

异位生物修复:是指被污染介质(土壤、水体)搬动或输送至它处进行的生物修复过程。

相对于原位生物修复而言，更强调人为的控制和创造更适宜的生物降解环境。异位生物修复的工程措施和根本方法一般可以采用土著微生物，也可以利用外加的降解微生物，这种处理方法能更好的被控制、技术难度低，但成本较大。

异位修复技术涵盖广泛，应用较多的为以下几种方法（1）预制床法（2）堆肥法（3）堆层处理（4）厌氧反应器（5）生物反应器（1）预制床法是一种用于土壤修复的特制生物床反应器，包括水及营养物的喷淋系统、土壤底部的防渗衬层、渗滤液收集系统及供气系统等。在不泄漏的平台上，铺上石子与沙子，将污染土壤以15~30cm的厚度平铺其上，并加入适当的营养液和水，定期通入氧气并翻动土壤，以保证土壤中微生物生长的合适条件。处理过程中流出的渗滤液，回灌于该土层上，以便彻底清除污染物。（2）堆肥式处理在人工控制条件下，使有机废物发生生物稳定作用的过程。处理时直接掺入了能提高处理效果的支撑材料，如木屑、稻草、粪肥、泥炭、树皮等易堆腐物质，使用机械翻动或压气系统充氧，并补充氮和磷以及其他无机盐，同时调节好pH值和通气条件，使微生物的降解活性大大提高。经过一段时间的发酵处理，大部分污染物被降解，标志着堆肥的完成，经处理消除污染后的土壤可返回原地或用于农业生产。（3）堆层处理是一种复杂的生物修复技术，将受污染的土壤从污染地挖掘出来，防止污染物向地下水或更大的地域扩散，运输到一个经过处理的地点堆积在不透水的衬层上，在堆放的土壤中设置通气管道，通入氧气或空气，以促进污染物的好氧降解。（4）生物反应器生物反应器是一种处理污染土壤的特殊反应器。反应器可建在污染现场或异地处理场地。通常为卧室鼓状、气提式，可分批培养或连续培养。处理时将污染土壤转移到生物反应器中，加入3~9倍的水充分混合使其呈泥浆状，同时加入各类营养物质，并在氧气存在的条件下剧烈搅拌，使微生物与底物充分接触，完成处理过程。

（5）厌氧反应器

大多数生物修复的方法都是在好氧的环境中进行的，事实上在厌氧的环境中进行的生物修复也是有很大潜力的。大量实验表明，厌氧处理对某些污染物如三硝基甲苯、多氯联苯(PCB)等的降解比好氧处理效果更好。现在已经有许多如厌氧生物反应器类的厌氧生物技术，但厌氧修复条件不太好控制，且厌氧修复过程中会产生一些毒性更大、更难降解的中间代谢产物。此外，厌氧发酵的终产物(H2S和CH4)也存在一些风险和毒性，因此其应用少于好氧处理。1.3原位–异位联合生物修复技术

原位–异位联合的生物修复是指在实行原位生物修复时，若使用原位修复存在较大的困难，或者污染物的浓度过高，甚至可能对生物产生毒害作用时，可采用一些辅助手段，即将修复场所中的一部分污染物引出，然后将其移至到生物反应器或其它净化设施中进行净化的技术，但是整个过程必须保证原位修复的基本特性。

目前研究较为充分的主要有以下两种：（1）冲洗-生物反应器法：用水充分的冲洗土壤中的污染物，并将含有该污染物的废水经回收系统转移至生物反应器中，同时连续供给氧气、各类营养和降解菌等以清除污染物。（2）土壤通气-堆制法：采用生物通气法去除污染土壤中易挥发的有机污染物，然后再进行堆肥式处理，清除难挥发的污染物。二、微生物修复技术的影响因素

1.微生物种群2.污染物特性3.氮源和磷源4.其他影响因素

1.微生物的种群污染地的微生物种群对生物修复技术起到了关键性的作用，在应用高效降解菌修复污染土壤时，修复的效果要取决于微生物在不同污染生态系统中的存活能力，其生长限制因素包括与其它微生物的竟争、土壤的营养条件等。2.污染物特性污染物的化学性质和污染源的存在形式直接影响生物修复的效率。对于水中溶解度小或疏水性强的污染物，其表面活性剂可以促进污染物和微生物的接触机会，从而提高污染物的微生物修复效率。3.氮源和磷源适当添加各类营养物或改变污染土壤的C：N：P值对污染物的生物降解有很大的帮助。

4.其他影响因素大量研究表明，土壤湿度越大，其污染物的转化效率越高。但也有研究表明，实际修复中，土壤湿度不宜太大，这是由于土壤湿度增加会使土壤空隙减少，进而阻止氧气的传递。增加土壤湿度可以提高生物修复的活性，加快降解速度。土壤通气量对降解也有一定影响。通气可为烃污染土壤中的微生物提供充足的电子受体，可保持土壤pH值稳定，从而促进了微生物的生物活性，强化了它们对污染物的氧化降解作用。

三、

微生物与化学污染物间的相互关系

3.1污染物的种类以及对环境的危害3.2环境污染物对微生物的作用3.3微生物对化学污染物的转化和降解3.1污染物的种类以及对环境的危害按污染物的性质可分为物理污染物、化学污染物和生物污染物；化学性污染物的种类极其繁多，目前人们使用的化学物质有10万多种。化学污染物是造成环境污染的主要原因，由于化学性污染物毒性大、分布广、排放量大，对人体健康和生态构成了很大的威胁。化学污染物又可分为有机污染物和无机污染物。有机污染物对环境的危害有机污染物是指进入并污染环境的有机化合物。按其来源可分为天然有机污染物和人工合成有机污染物。天然有机污染物主要是指自然条件下或生物体代谢所产生的各种有害于人体健康、环境保护等方面的有机化合物，如黄曲霉素、氨基甲酸乙酯、麦角等。人工合成有机化合物占6万种以上，指由现代化工业生产的各类有机合成物，如染料、洗涤剂、塑料、农药、汽油添加剂、有机溶剂等。有机化合物多数能在环境中被降解成简单无机物，其降解产物有的对人类有害、有毒，甚至致癌。石油类污染物对环境的危害随着经济的发展，人类对能源的需求越来越多，各国都加快了对石油资源的开发利用，从沙漠到海洋、从无人区到人口稠密区，越来越多的油气井出现在全球各地。石油是由上千种化学性质不同的物质组成的复杂混合物，主要包括饱和烃、芳香烃类化合物、沥青质、树脂类等。石油的开采、冶炼、使用和运输过程中会出现遗漏现象，含油废水的排放、灌溉、各种石油制品的挥发、不完全燃烧物飘落等引起一系列石油污染问题。石油及石油产品会严重污染环境。

（1）土壤污染在石油、天然气的开采过程中，会产生大量含油废水、有害的废泥浆以及其他一些污染物，处理不好时就会污染周边土壤。据一位美国环保人士估算，如果阿拉斯加陆地石油管道发生泄漏，至少会形成30英里长、半英里宽的污染带。由于石油会迅速渗透到土壤中，杀死土壤中的微生物，从而改变土壤成分，改变地表生态，遭受污染的地区可能在几十年甚至上百年的时间内都会寸草不生。

（2）水体污染

石油及石油产品对水体的污染主要有海洋、江河湖泊、地下水污染。石油的开采、储运、炼制和使用过程中，排出的废油和含油废水，致使水体遭受油污染。据估计，全球石油总储量为3000亿吨，而海底石油将近1000亿吨，占总储量的1/3。现在全世界有将近40％的石油来自海底。目前有70多个国家正在进行海上石油勘探，其中有23个国家正在进行海上油气生产。海底油田的开发，特别是油井井喷把大量石油喷入海洋，造成十分严重的海洋污染。海洋石油污染危害是多方面的，石油进入海洋，形成大片油膜。这层油膜将海水与大气隔开，妨碍空气中的氧溶解到海水中去，使水中的氧减少。（3）空气污染石油的燃烧产生的二氧化硫和三氧化硫会严重污染大气。硫氧化物对人体的危害主要是刺激人的呼吸系统。吸人后诱发慢性呼吸道疾病，甚至引起肺水肿和肺心性疾病。如果大气中同时有颗粒物质存在，颗粒物质吸附了高浓度的硫氧化物、可以进入肺的深部，就会大大地加大危害程度。石油燃烧产生的氮氧化物和硫氧化物在高空中为雨雪冲刷，把雨转变成酸雨；这些酸性气体成为雨水中杂质硫酸根、硝酸根和铵离子，会严重污染土壤以及水体，造成生态的失衡。污染大气的碳氢化合物主要是由于广泛应用石油、天然气作为燃料而造成的。水中的污染物的危害（1）氨氮（2）石油类水污染物（3）酚类物质（4）汞及其化合物（5）氰化物（6）化学耗氧量（COD）（7）生化需氧量(BOD)3.2环境污染物对微生物的作用

现代工业一方面给人们的生活带来方便及舒适，但另一方面不可避免地影响着环境及环境中的微生物。

例如，为了追求粮食高产，现在世界各国都大量使用化肥和各类杀虫剂、除草剂，而化肥和农药的大量使用就容易改变土壤理化性质，造成土壤微生物群落的变化，严重的可导致土壤板结，使土壤肥力降低。

而农药通常不仅杀死有害昆虫，对于一些有益的生物也有害处。

而且有的农药极难被降解，在环境中的残留时间很长，造成一代代积累，对环境造成极大的破坏。

下面简单介绍一下两大类污染物对微生物的影响作用。

土壤微生物在土壤生态系统物质循环与养分转化过程中起着十分重要的作用。重金属超过一定浓度时，会抑制土壤微生物的生长、繁殖、损害呼吸作用、使细胞形态异常、甚至使细胞裂解。另外，微生物生长动力学、抗生素活性、孢子萌发、孢子形成、光合作用、转录、翻译、微生物与植物、微生物之间都会受到重金属的影响。例如，Mn2+在较高浓度时严重抑制微生物对NH4+的同化，当土壤中As、Cr、Cu、Pb、Ni等重金属总量达到一定浓度时，土壤微生物生物量仅为对照的32%，细菌和真菌生物量分别较对照下降29%和45%。重金属对微生物的毒性作用重金属对微生物的毒性受到环境中很多因素的影响：pH，在酸性条件下铅对番茄蔫萎座镰孢霉孢子和菌丝的毒性随pH值的增大而增大。土壤的成分，黏土可以降低重金属对微生物的毒性作用，这是由于黏土中的阳离子可以与重金属起置换反应，粘土可以从溶液中去除有毒离子。从而减少了微生物对重金属的吸附和摄取。可溶性有机物，如酵母膏、半胱氨酸、琥珀酸等可以降低重金属的毒性。络合物，如天冬氨酸、柠檬酸等络合物可以消除重金属对微生物的致死作用。有机污染物对微生物的毒性

有机污染物对微生物的毒害作用主要表现在以下几个方面的作用：（1）造成微生物细胞的裂解，使细胞释放出来；（2）破坏微生物细胞的能量代谢作用，使其代谢功能下降，或者丧失某种代谢能力；（3）抑制微生物细胞各种酶的活性，使其不能合成自身所需要的物质，最终导致微生物死亡；（4）作为蛋白质变性剂使微生物细胞中的蛋白质发生变性而死亡；（5）破坏微生物细胞中金属蛋白和金属酶的功能，或者破坏微生物细胞的遗传物质，使其遗传物质不能更好的表达；（6）抑制微生物细胞合成功能蛋白等等。3.3微生物对化学污染物的转化和降解化学污染物被释放到环境中的时间是非常短暂的，微生物与之相互作用的时间也更短暂。

但是农药等生物外源性物质的广泛使用和对环境的污染，增加了微生物生存环境中的不利因素，就是增加微生物进化的选择压力。这起到了促进微生物的物种发生改变和进化的作用，微生物只有发生了对其本身存活有利的突变（如抗药性、转化能力、降解活性），才能继续存在于自然界中。微生物对生物外源性物质的转化主要分为下面几种形式①脱卤作用：主要是脱氯作用，如农药DDT的脱氯；②还原作用：将生物外源性物质上的取代基，特别是硝基，进行还原；③水合反应：如对有机氰或氰化物的水合反应，形成没有毒性的含氮有机物。微生物除了可以转化生物外源性物质外，还可以把它们分解掉。有些生物外源性物质可以被彻底降解，即变成水和二化碳等无毒无害的元素。外源性物质的降解过程需要很多种微生物的协同作用才能彻底完成。有些微生物在降解生物外源性物质时，要给微生物另外提供对它们生长繁殖所需要的营养物质，因为这些生物外源性物质的降解产物并不能成为该微生物生长繁殖所需的碳源和能源。在微生物生态学中，我们把这种情况叫做共代谢作用。此类化合物的典型代表有多氯酚（PCP）和多氯联苯（PCB）类化合物。尽管这类污染物很难降解，但微生物学家还是找到了许多可以降解它们的微生物。如黄杆菌可以降解五氯酚，不动杆菌可以降解PCB。微生物具有降解多氯二苯（PCBs）能力，并以2种方式降解PCBs，一种是无机化降解，即在好氧或厌氧条件下，以PCBs为能源或碳源，满足自身生长繁殖所需要的营养条件；另一种是共代谢作用，即微生物生长代谢过程中以另外一种基质作为能源或碳源，同时将污染物进行转化。微生物对卤代类物质的降解微生物对人工合成多聚物的降解人工合成的多聚物种类很多，其典型代表是聚乙烯，我们日常使用的塑料等多以它们做原料。利用特定的微生物降解合成多聚物是解决此类污染，特别是土壤中已存在的污染物的有效途径。目前研究发现能降解聚乙烯的生物主要是真菌、细菌、放线菌，但至今尚未发现只催化聚乙烯特定底物的酶，真菌主要可降解合成多聚物，如聚乙烯醇、乙烯薄膜、聚乳酸薄膜等。青霉能降解分子量很大的聚乙烯，并能使硝酸预处理氧化产生的—C-C—键断裂；有些链霉菌也能产生胞外水解酶在3周内降解经氧化预处理的聚乙烯。微生物对农药的降解已经报到的能降解农药的微生物有细菌、真菌、放线菌、藻类等，大部分都来自于土壤微生物。（1）细菌：能降解农药的细菌种类很多，例如假单胞菌属、芽孢杆菌属、产碱杆菌属、黄杆菌属、链球菌属、短杆菌属、硫杆菌属、八叠球菌属等等。（2）真菌：降解农药的真菌有曲霉属、青霉属、术霉属、镰刀菌属、交链菌属、头孢菌属、毛霉属、胶霉属、链孢霉属、根霉菌属等。（3）放线菌：放线菌作为土壤中一大类微生物，所发现的降解微生物较少。放线菌降解农药的有链霉菌属、诺卡氏菌属、放线菌属、高温放线菌属等。从上表中可以看出，对土壤中农药有降解作用的微生物，主要以细菌和真菌为主，并且细菌多于真菌。所发现的能降解农药的放线菌的种类较少。而有的菌种能同时降解多种农药，典型代表为假单胞菌和芽孢杆菌等；有的不直接降解农药，而是通过共代谢作用实现降解过程。细菌中主要的降解菌为假单胞菌、黄杆菌、无色杆菌、产碱杆菌、芽孢杆菌等，真菌主要是霉菌，这些环境微生物对农药降解具有广谱活性，可降解多种农药，是构建工程菌较好的微生物种源。微生物对重金属的生物修复重金属微生物修复的机理包括细胞代谢、表面生物大分子吸收转运、生物吸附、空泡吞饮、沉淀和氧化还原反应等。微生物对土壤中重金属修复的影响主要体现在以下4个方面：①生物吸附和富集作用②溶解和沉淀作用③氧化还原作用④菌根真菌与土壤重金属的生物有效性关系。所谓生物吸附就是指微生物可通过带电荷的细胞表面吸附重金属离子，或通过摄取必要的营养元素主动吸收重金属离子，将重金属离子富集在细胞表面或内部。生物吸附的应用取决于2个方面：即筛选具有专一吸附能力的生物和降低培育生物的成本。最近在改进生物吸附方面的研究包括：提高微生物吸附特定金属离子能力的方法；收集生物体及被吸附的金属等。微生物对重金属的溶解主要是指微生物通过各种代谢活动产生大量的有机酸，这些酸可以将重金属溶解。有机酸包括甲酸、乙酸、丙酸等。真菌产生的有机酸大多为不挥发性酸，如柠檬酸、苹果酸、琥珀酸、延胡索酸和乳酸等。氧化还原作用则是把重金属从毒性较高的价态转变成为毒性较低的价态，从而解除了重金属的毒性。土壤中的一些重金属元素通常以两种价态存在，以高价态存在时，溶解度通常较小，不易迁移；而以低价离子形态存在时溶解度较大，易迁移。微生物还能氧化土壤中的多种重金属元素，微生物的氧化作用可以使这些重金属元素的活性降低。菌根真菌对重金属的生物有效性表现在菌根真菌与植物根系共生可促进植物对养分的吸收和植物的生长，菌根真菌通过分泌特殊的分泌物而改变植物根际环境，改变重金属的存在状态，降低重金属毒性，起到促进重金属植物的纯化作用。菌根真菌还能以其他形式如离子交换、分泌有机配体、激素等间接作用影响植物对重金属的吸收。微生物对石油污染物的降解和转化（1）微生物对烷烃化合物的降解石油烷烃类化合物较难被微生物降解。降解菌在对直链烷烃进行降解时，可对其单末端、双末端和次末端进行氧化，它的基本降解过程为石油降解菌先将直链烷烃氧化为醇，醇再经过脱氢酶的氧化变为醛，醛再经过脱氢酶的氧化，最终转变为脂肪酸；支链烷烃则不易被微生物所降解，并且支链越多，降解效果越差。（2）微生物对芳烃物质的降解研究芳香烃化合物都是苯及苯的衍生物，包括单环芳烃和多环芳烃。多环芳烃的代表物质主要有萘、蒽、菲、芘及其衍生物（如苯并芘、苯并蒽）等常存在于石油化工厂废水中。芳香烃类化合物一般都比较难降解，大部分芳香烃类对微生物都有抑制作用，能使菌体蛋白质凝集，生长受阻或死亡。但在一定的浓度下，芳香烃也能被一些细菌、放线菌降解。微生物对有机污染物的降解方式以有机污染物为唯一碳源和能源对其进行代谢降解；微生物之间相互协同利用有机污染底物对其进行降解；作为非生长基质的难降解有机物同生长基质以共代谢方式进行降解。难降解有机物的微生物处理技术共代谢技术缺氧反硝化技术生物强化技术细胞固定化技术厌氧水解酸化预处理技术1.共代谢技术共代谢作用来源于共氧化概念，后由Jensen对其内涵进行了扩展，提出共代谢的概念并将其扩展到微生物氧化脱氯过程的研究。利用共代谢技术可以加快化合物的降解速度，达到处理难降解性污染物的作用效果。共代谢作用：微生物在利用碳源和能源的同时，对难降解性污染物进行异化作用，但是在污染物降解转化的过程中，微生物不能从中获得维持生长的碳源或能源。第一/二基质微生物利用一种易于摄取的基质作为碳和能量的来源，称为第一基质，同时共代谢基质或者称为第二基质被微生物分解。第二基质的共代谢产物通常不能直接作为营养被转化为细胞质。第二基质的共代谢是需能反应，能量来自第一营养基质的产能代谢。共代谢技术－概念

关键酶：在微生物共代谢反应中产生的既能代谢转化生长基质，又能代谢转化目标污染物的非专一性的酶是微生物共代谢反应发生的关键，这种非专一性的酶被称为关键酶.共代谢技术－主要特点(1)微生物首先利用易于摄取的生长基质作为一级基质，维持自身细胞的生长(2)难降解性污染物作为二级基质被微生物降解(3)一级基质和二级基质之间对发挥降解作用的关键酶存在竞争现象.(4)污染物共代谢的中间产物不能作为营养被同化成细胞质，有些会抑制关键酶的活性，甚至对微生物有毒害作用。(5)共代谢是需能反应，能量主要来自生长基质的产能代谢，当生长基质被完全消耗时，能量来源于细胞自身储存能量物质。关键酶的诱导好氧条件下，具有共代谢氯代化合物功能的微生物有很多种，研究中主要选用苯酚氧化菌群、甲烷营养菌群、丙烯氧化菌以及硝化细菌，它们具有很强的代谢能力以及对污染物的逆抗性。在诱导此类微生物生成关键酶进行催化分解污染物时，一般需要投加特异性的底物，例如苯酚、甲烷、丙烯、丙烷或者氨。由于甲烷、丙烯、丙烷是气体，具有很低的水溶性，就苯酚而言，虽具有可降解性，但它是一种危险性物质，所以在现实的污水处理中，选择诱导性的生长基质，

一定要综合考虑.从共代谢过程的机理和特点可以看出,关键酶的诱导及其活性的维持、生长基质与目标污染物之间的竞争抑制、目标污染物及其中间降解产物对微生物的毒性作用将是影响共代谢过程的关键性因素。影响共代谢作用效果的因素

1.一级基质的选择

Gupta等研究发现，在产甲烷菌作用环境下降解废水中的三氯甲烷时，甲醇是比乙酸盐更有效的一级基质。2.一级基质与二级基质的浓度比

Speece报道，共代谢过程中一级基质与二级基质的浓度比对生物难降解物质的降解率有重要影响。罗宇煊采用嗜碱性木质素降解菌以共代谢方式降解废水中的木质素，发现一级基质蔗糖的浓度过高时，菌株不但产酶能力减弱，而且由于更多地利用易于降解的蔗糖，以致削弱了对木质素的降解效果3.营养物质和能量微生物的生长须有足够的营养物质。共代谢不仅需要加入一级基质提供碳源，而且还需要足够的氮、磷、硫等营养。任大军等利用模拟焦化废水，研究一株白腐菌BP对吲哚分别与氨氮、喹啉、苯酚共基质的降解，考察不同共代谢基质物质对白腐菌漆酶分泌和吲哚降解的影响。结果显示，充分的氮源可提高白腐菌的活性和漆酶酶活性的峰值；共基质苯酚和喹啉可以增加白腐菌漆酶产量。罗宇煊等采用不同碳源对嗜碱性木质素降解菌降解木质素的能力进行了比较试验,发现在葡萄糖、乳糖、蔗糖、可溶淀粉等碳源中蔗糖是嗜碱性木质素降解菌最理想的碳源。除了一级基质的产能代谢为微生物生长和生物难降解物质降解提供能量外,也可以考虑外加适量能量物质提供额外能量,以提高难降解物质代谢的速率4.温度

孙力平等在好氧共基质代谢作用下，采用SBR法处理DSD酸还原段的生产废水研究发现：温度对系统除污效果的影响较显著，10℃时污泥的活性最低，36℃时污泥的活性最高。1.共代谢技术在降解酚类中的作用2.共代谢技术在降解甲基叔丁基醚（MTBE）的作用3.共代谢技术降解DSD酸的作用共代谢在处理难降解有机物的作用共代谢在处理难降解有机物的作用1.共代谢技术在降解酚类中的作用Hendriksen等证实，常规的颗粒污泥可以使水中的五氯酚脱氯，但五氯酚的去除率仅30%～75%，当进水中补充葡萄糖后五氯酚的去除率可提高至99%。夏柳荫讨论了共基质分别为不同浓度的葡萄糖、丙三醇、苯酚、和丁二酸时，混合固定化细菌对五氯酚(PCP)降解的影响。结果表明共代谢降解过程中共基质对PCP的降解影响较大，葡萄糖和丁二酸对PCP的降解具有一定的促进作用，苯酚对PCP降解的影响与它的质量浓度有关，丙三醇对PCP的降解起到抑制作用。1.共代谢技术在降解酚类中的作用李萍等利用吸附-共代谢再生活性污泥法去除污水中五氯苯酚，研究发现:新工艺对污水中的PCP具有较好的去除效果。李萍等以苯酚、葡萄糖作为五氯酚(PCP)的共代谢基质，考察其在加速活性污泥驯化进程方面的作用，结果表明：葡萄糖可以增强活性污泥中微生物对PCP的适应能力，能加快驯化进程并提高对PCP的降解速率；苯酚的毒性可与PCP的相互叠加，从而延滞了活性污泥的驯化进程。安淼等对不同共代谢基质存在下的2,4-二氯代酚(2,4-DCP)的生物降解进行了研究，发现投加苯酚或4-氯代酚(4-MCP)能明显促进复合菌对2,4-DCP的降解。孙剑辉等分别用蔗糖、葡萄糖、丁酸盐和乙醇作为驯化好的厌氧污泥的共代谢基质，在厌氧序批式反应器(ASBR)中对间苯二酚的降解进行研究。结果表明：共代谢基质SCOD浓度在500mg/L～2000mg/L时，间苯二酚的降解速率很高；其中葡萄糖和丁酸盐的混合基质降解速率最高。1.共代谢技术在降解酚类中的作用2.共代谢技术在降解甲基叔丁基醚（MTBE）的作用甲基叔丁基醚(MethylTert-ButylEther,MTBE)作为一种广泛使用的无铅汽油含氧添加剂，已成为地下水中典型持久有机污染物。方芳等以MTBE为目标污染物、乙醇为共代谢基质，在SBR反应器中成功实现了好氧污泥的颗粒化。反应器内污泥完全颗粒化后，MTBE进水浓度提高至400mg·L-1左右，出水浓度可稳定在5mg·L-1以下，去除率高达98.5%以上(其中挥发量约占25%)。3.共代谢技术降解DSD酸的作用DSD酸(4,4-二氨基二苯乙烯-2,2-二磺酸)是一种重要的染料中间体，它以对硝基甲苯为原料，经磺化、氧化缩合和还原而合成。孙力平等在好氧共基质代谢作用下，采用SBR法处理DSD酸还原段的生产废水，考察了葡萄糖的投量、水力停留时间及溶解氧浓度等因素对废水处理效果的影响。结果表明，投加葡萄糖可提高还原段DSD酸生产废水的可生化性。在缺氧条件下，反硝化菌可以利用有机碳源作为反硝化过程的电子供体，而以硝酸盐氮(NO3－－N)或亚硝酸盐氮(NO2－－N)作为电子受体进行厌氧呼吸，因此，反硝化过程可以在脱氮的同时去除有机碳。缺氧反硝化降解难降解有机物就是在缺氧条件下，为反硝化菌提供适当比例的氮源，使反硝化菌对有机物进行降解。难降解有机物的微生物处理技术

缺氧反硝化技术在缺氧反硝化过程中投加的N源是有机物降解的关键和限制因素，C/N比对缺氧反硝化的降解效果有重要意义。当C/N比过大时，有机物的降解不完全。当C/N比过小时，出水中会含有过量的硝酸盐氮或亚硝酸盐氮只有在适当的C/N比下，才能保证有机物的完全降解以及出水中几乎没有硝酸盐氮或亚硝酸盐氮。以生物强化为基础的生物修复理念非常简单，通过具有降解功能的微生物强化受污染体系，能加速生物修复，核心是投加高效降解微生物。其效果由微生物本身的降解性能和各种生态因素综合作用决定。高竞争力和适应性强的高效菌株筛选是生物强化技术成败的关键难降解有机物的微生物处理技术

生物强化技术根据用于生物强化的菌株筛选或构建途径不同，生物强化技术主要可分为以下3种:第一、含有代谢功能的可移动基因组分的菌株强化第二、通过基因工程手段改造得到具有特定功能的微生物强化第三、利用常规的微生物学手段,通过长期驯化得到具有一定降解能力的微生物菌群或从特定环境中分离纯化得到某些具有特定降解性能的微生物强化。通过向具有竞争力的土著微生物中引入可移动代谢基因，能加速自然基因的交换和代谢途径的构建，可作为受污染土壤和水体生物强化的有效手段.运用微生物遗传学的手段去改造生物反应器中的微生物特性，使之获得高耐毒性、高降解活性以及特异或广谱降解污染物等优良遗传性状，从而创造出新的高效生物处理工艺.3高效微生物筛选固定化微生物技术是用化学或物理手段将游离微生物定位于限定的空间区域，并使其保持活性及反复利用的方法.该技术是对完整细胞进行固定，避免了人为破坏生物酶的活性和生化反应的稳定性，单位体积水体内微生物细胞密度高且能长期保持活性，能够有效地解决污染环境修复问题。固定化微生物细胞载体主要有无机载体、有机载体、复合载体。难降解有机物的微生物处理技术

微生物固定化技术不同的固定化载体在处理污水时的效果不同。蒋宇红等以海藻酸钙、琼脂、明胶、聚乙烯醇和丙烯酰胺凝胶为固定化微生物细胞的包埋固定载体。结果表明：聚乙烯醇和海藻酸钙具有机械强度较高，传质性能较好，生物毒性较低和固定化操作容易等优点。王建龙等分别用聚乙烯醇(PVA)和多孔陶瓷作为载体固定化梭形气芽孢杆菌，比较其在处理油墨废水时微观形态的变化情况。研究发现：用PVA作为载体时，由于细胞被包埋在PVA内部，和底物的接触时扩散阻力较大，因而废水中COD的去除效率较低。而用多孔陶瓷固定化细胞，不仅简便易行，固定牢固，而且对废水COD的去除效果也较好。

固定化微生物的制备方法可以分为共价结合法、交联法、吸附法和包埋法，这些方法各有优缺点。共价结合法结合紧密，稳定性好，但是基团结合时反应激烈，操作复杂、难控制。交联法微生物反应活性损失较大，且采用的交联剂大都比较昂贵，因此其应用受到一定的限制。吸附法是利用微生物所具有的可吸附到固体物质表面或其他细胞表面的能力，将微生物吸附在附加剂的表面的方法，可分为物理吸附和离子吸附。包埋法操作简单，微生物固定过程对生物的影响较小，所制备的高分子载体具有密度低、易于流态化的优点，是目前最为常用的的方法，但包埋材料会在一定程度上阻碍底物和氧的扩散，影响微生物的生长和产物的代谢。固定化微生物技术在处理废水中的作用处理地表水李海波等采用改进的聚乙烯醇、海藻酸钠包埋法固定微球菌修复受污染地表水，结果表明：相同时间内固定化细菌对COD的去除率明显高于游离菌,72h的去除率可达到64.7%；固定化颗粒的适宜接种量为10%；固定化颗粒对环境的耐受能力远远强于游离菌；固定化颗粒再生性能好，可以长期反复使用。降解底泥

吴光前等在实验室条件下研究了固定化微生物技术对黑臭水体和底泥的净化性能。结果表明：底泥厚度降低80%以上；底泥COD去除率达到93%；上清液COD去除率达到70%；上清液NH3-N去除率达到95%；处理后的水体生物相种类和数量显著增长。降解酚类丁成对实验室保存的光合细菌用不同浓度的模拟含酚废水进行驯化后，用海藻酸钠-壳聚糖-活性炭微胶囊法对光合细菌进行固定，结果表明：固定化光合细菌更具优势.影响固定化光合细菌处理含酚废水各因素的影响次序分别为：温度、接种量、pH值，其最佳降解条件是温度为30℃，接种量为20%，pH值为7.0，此时废水中苯酚降解率为85.3%。含氮废水的处理李晔等利用包埋法将硝化菌和反硝化菌固定后，发现这种混合固定法有利于废水中氮的去除，且去除率高于纯种固定法。微生物对重金属的转化与固定微生物虽然不能降解重金属，但是可以降低其毒性，并可将其累积在菌体内使之固定。①汞的去甲基化及还原例如：蓝绿色假单胞菌、变形杆菌可使汞离子转化成元素汞，经10小时后挥发掉的汞可达75%。假单胞菌K62能使无机汞和有机汞形成元素汞。

②累积及固定重金属在微生物累积重金属方面，已阐明同细胞内金属硫蛋白(Metalothioneins)简称MT有关，MT是一种低分子量的细胞质蛋白，同Hg,Zn、Cd、Cu、Ag等重金属有强烈的亲和性，结果使重金属富集并抑制其毒性。含重金属离子废水的处理曹德菊等采用明胶、琼脂、海藻酸钠作为载体对枯草杆菌进行固定.结果表明海藻酸钠作为固定化载体其传质性能强、方法简便、机械强度好；固定化枯草杆菌对含镉废水去除效果明显高于游离枯草杆菌。郭平等研究表明铅离子的存在能够影响固定化细菌对镉离子的吸附。杨芬对水中Cu2+

的吸附进行静态实验研究，并与未包埋固定的普通小球藻吸附效果进行对照比较，试验结果表明：固定化藻细胞对水中Cu2+的吸附率明显高于未固定化藻细胞，固定化藻细胞对Cu2+的吸附是一个快吸附过程，固定化藻细胞可以用0.15mol/L的HCl溶液解吸和再生,其解吸率在80%以上。厌氧水解酸化预处理过程通常要经过水解和酸化阶段。第一阶段为水解阶段,大分子有机物或不溶性有机物质；经过微生物胞外酶的水解催化作用可水解为小分子或可溶性有机物，如葡萄糖、氨基酸和甘油等；第二阶段为酸化阶段，在厌氧或兼性厌氧的条件下，葡萄糖通过EMP途径生成丙酮酸，氨基酸生成乙酸、不饱和脂肪酸、丙酮酸等，甘油生成丙酮酸。水解酸化技术不必控制严格的好氧或厌氧条件，只要保持厌氧或兼厌氧条件，即可达到很好的效果。优点:它能将大分子难降解的有机物转化为小分子易降解的有机物，改善废水的可生化性，为后续好氧生化处理创造条件。同时，经水解－－酸化预处理，出水水质稳定，减小了原水负荷变化对后续生化处理系统的冲击。难降解有机物的微生物处理技术

--厌氧水解酸化预处理技术小结在处理难降解有机物时，生物技术是污染物治理中有效和清洁的技术，通过微生物代谢实现对污染物的去除，不会造成二次污染。各种生物处理法应相互结合使用，生物强化技术可用于高效降解菌的选取，微生物固定化可作为微生物活动的场所，并通过共代谢作用去除难降解有机污染物。这些技术有的还停留在实验室阶段，因此应该继续致力于难降解有机物的生物技术研究，实现对难降解有机物的有效处理。植物修复(phytoremediation):利用植物及其根际圈微生物体系的吸收、挥发和转化、降解等作用来清除污染环境中的污染物质。第二节污染土壤的植物修复------基本概念和修复机理植物修复发展历程无意识地利用植物处理排泄物20世纪初，有意识地利用植物生态系统处理废弃物和污水无害化1970s后，发展污水的土地处理系统，成为城市生活废水的处理技术；废弃矿山的复垦，污泥的处理和农业应用，植物耐性机理的研究1980s,Chaney提出利用超积累植物清除土壤重金属污染，形成植物修复概念。植物对污染物的修复机理-有机物的吸收积累和代谢植物在环境污染治理中的作用植物修复的概念利用绿色植物清除环境中的污染物，使其去除降低或消失称作植物修复(phytore-mediation)(Raskin等.1994)。植物修复的主要对象是有毒重金属和有机污染物。

研究表明，许多细菌、真菌、藻类和植物都有从周围环境富集重金属的能力，然而至今仍没有一种经济有效的方法从土壤中回收富集了重金属的微生物。相比较而言，回收富集了重金属的植物则较容易。尤其是那些将重金属吸收到地上部的植物的回收更加简便易行。植物固定(Phytostabilization)根系降解(Rhizodegradation)植物促进(Phytoaccumulation)植物降解(Phytodegradation)植物挥发(Phytovolatilization)挥发转移(Evapotranspiration)一、植物修复的类型

植物固定(Phytostabilization)

利用植物将有毒有害污染物如重金属聚集在根系地带,降低其活动性,阻止其向深层土壤或地下水中扩散,但并不为植物利用,即根系对污染物起固定作用。根系降解(Rhizodegradation)

植物中超过20%的营养成分如糖分、氨基酸、有机酸等都聚集在根部,因此会生长很多微生物,尤其在根表面向外1-3mm的地方,这些微生物是没有种植过植物的土壤的3-4倍。一些微生物可以同植物相结合促进重金属的降解,也可以矿化某些有机污染物如PAHs、PCBs。植物促进(Phytoaccumulation)

也称之为植物提取(phytoextraction),植物根系将土壤中重金属或有机污染物从污染的土壤中转移到植物的地上部分。一般指那些能累积超过叶子干重1.0%的Mn，或者0.1%的Co、Cu、Pb、Ni、Zn，或者0.01%的Cd的植物。目前世界上有500多种这样的植物。植物降解(Phytodegradation)

植物的根、茎、叶吸收或降解污染物,主要是有机污染物如PAHs、TPHs、PCBs,无机污染物如氮氧化物、硫氧化物。判断这些污染物能否进入植物体内的指标是该物质在辛醇—水中的分配系数(logKOW)。logKOW在1-3.5之间的物质可以被植物吸收降解。植物挥发(Phytovolatilization)

某些易挥发污染物被植物吸收后从植物表面组织空隙中挥发。如桉树降解三氯乙烯(TCE)、甲基叔丁基醚(MTBE)，印度芥菜降解硒化合物；烟草挥发甲基汞。从植物茎叶挥发出的物质可能被空气中的活性羟基分解。如有毒的Hg2+经植物挥发后变成了低毒的Hg，高毒的硒变成了低毒的硒化物气体等。挥发转移(Evapotranspiration)

植物通过叶表孔隙挥发水分的形式转移在水系中的污染物。如白杨、桉树、河香柏等树木具有很深的根系,每天可以蒸腾大量的水,将水中某些污染物转移至植物体内。

植物修复在空气污染中的应用植物在水环境污染中的应用植物在土壤污染中的应用二、植物修复在环境污染中的应用

植物修复在空气污染中的应用氮氧化物NxOy是污染空气的一类主要化合物，NO2同O3在光照的条件下容易形成光化学烟雾，N2O是一种能引起温室效应的气体，它可以辐射传热,破坏同温层的O3。某些植物将氮氧化物转化为氨基酸或以其为氮源加以利用,利用这些植物去除空气中的氮氧化物无疑是环保节能的好方法。

HiromichiMorikawa等人详细研究了NO2被217种高等植物、50种野生草本植物、60种人工培育的草本植物和107种木本植物吸收和还原为N2的情况，结果表明辛荑对NO2吸收最高，达12.7mg/g(干重)；菊科、桃金娘科、茄科和杨柳科有较高的还原N2的能力。植物在水环境污染中的应用水环境中的污染大致可分为三类:

（1）无机营养元素如氮、磷等；（2）有机污染物如农药、杀虫剂、多环芳烃PAHs、炸药等；（3）重金属的污染。

（1）无机营养元素如氮、磷等去除利用水生植物去除由氮、磷等无机营养元素引起的水体富营养化问题已有大量研究。种植莲藕、水稻既可以去除氮、磷,又有很好的经济价值；被制成浮床的大椿草、水芹、水荣草、多花黑麦草等对去除水体中的氮、磷和抑制藻类滋生均有明显的作用。这些植物发达的根系及与根系共生或混生的微生物往往共同对水环境起着净化作用。（2）有机污染物如农药、杀虫剂、多环芳烃PAHs、炸药等去除利用某些植物降解、矿化污染物为毒性弱的小分子、具有无机物的特性,修复受污染的水体。

水葫芦可以去除水体中的有机磷农药、染料、酚、多环芳烃、甲基对硫磷等有机污染物；浮萍、伊乐藻对杀虫剂DDT降解有明显的作用,金鱼藻、伊乐藻或浮萍可以显著降低地表水中异丙甲草胺浓度;长春花可用于修复受炸药TNT污染的地表水;龙葵能有效地降解PCBs。。

植物种苗对水中重金属的去除作用比植物根的去除作用更强，利用植物种苗去除水中重金属被称为种苗过滤，是修复含重金属废水发展的新方向。渠荣遴等人研究了玉米、豌豆、蓖麻和向日葵等作物种苗对水体中Zn、Pb、Cu的去除作用，结果表明:蓖麻对Zn的积累最高，达30.0mg/g；向日葵对Pb的积累最高,达91.6mg/g；向日葵对Cu的积累最高,达24.3mg/g，其茎、叶中也有一定量的铜积累。（3）重金属去除:植物通过根系吸收、浓缩和沉淀水体中有毒有害重金属是非常具有吸引力的一种含重金属废水的处理方法,是目前研究的热点问题。用于修复水体污染物的植物大多是沉水和水面漂浮植物,其中如绿藻对Cd、Hg、Cu、Pb的去除率可达80%-90%;黑麦草对黄金废水不仅有很强的净化能力,而且也具有很高的富集功能,其根部的含金量最高可达784g/t(干重)。植物在土壤污染中的应用土壤中的污染物主要为：（1）有机物如有机农药、石油类(TPH)、酚类、氯溴代有机化合物等；（2）重金属等。（1）植物修复有机污染物植物修复有机污染物的方式主要以植物固定、植物降解为主。

紫花苜蓿,黑麦草,小蓝茎草已成功地用于土壤中PAHs的修复,在6个月内可以将PAHs总量降低57%；银合欢可以吸收和代谢二溴甲烷、三氯乙烯；转基因胡萝卜根须中聚集的苯酚浓度可达1000mmol/L，氯酚50mmol/L，在120h内可降解90%以上的苯酚类化合物,研究表明根须中的过氧化酶可以促进这些物质的代谢;在黑麦与大豆轮作的地块上TPH消失量显著高于无植被的地块；植物还能降解杀虫剂和除草剂，桑科植物及蔷薇科植物的根系分泌物能促进PCB降解菌的生长。柳树、鹅掌揪、落羽松、掸木及栋属植物都能有效地降解除草剂灭草松。（2）植物修复土壤中重金属污染植物修复主要是选用超富集植物通过根系吸收固定这些重金属,并转移到地面部分,可采用收割的方式去除土壤中重金属。宝山堇菜是一种Cd超富集植物,它不仅可以超量吸收Cd，而且可以从地下向地上部位有效输送。蜈蚣草不仅有较强的耐受和富集Sn的能力,同时也具有较强的耐Pb、Zn的能力,具有生长速度快和生物量大的特点,通过改善植物生长条件等措施可以大幅度提高其富集能力,是有潜力的Zn、Cd污染土壤的修复植物。总结——优点与传统的修复技术相比,植物修复是一种容易接受、成本低、技术要求低的修复方法,它可应用于空气、地表水、地下水、土壤中污染物的修复。植物修复技术可清除的污染物包括无机污染物如氮、磷、重金属等;有机污染物如农药、炸药、有机氯化物、杀虫剂、除草剂等。总结——缺点要求植株具有高的生物量；对污染物的耐受性要高;受植物根系分布的限制;受气候、土质等的影响;清除污染物所需的时间长;转基因技术的应用可能会造成潜在的环境污染等等。但随着各方面研究和实践的深入,它必将得到广泛推广与应用,并为环境保护和治理工作带来新的前景与希望。氧化塘、人工湿地等水污染预处理技术

生物氧化塘是一种利用生物天然净化能力净化污水的处理系统，可辅以人工曝气、投加污染物和底泥高效降解菌剂、放养适生水生生物等强化措施，污水经过氧化塘处理，可形成多级食物链组成的复合生态系统，这对城市水环境的生物修复极为有利。

人工湿地利用基质微生物，水生植物，动物符合生态系统的物理、化学吸收、动物消费和微生物分解来实现对污水的高效净化。水污染控制中的生物修复技术河道和湖泊人工增氧技术

通过一定的增氧设备，增加水体中溶解氧，能加速河湖水体和底泥微生物对污染物的分解，为水体中各种水生生物呼吸提供氧气，促进系统生物多样性。生物强化技术

实际上是外源微生物投放技术。在我国城市水环境治理中，应用的微生物制剂主要包括美国的Clear—Flo、CBS、日本EM、我国的光合细菌(PSB)、硝化细菌等，并取得了一定的治理效果。生物促生技术

生物促生技术是通过对自然界中污染物降解者（土著微生物）的促生作用，为之创造一个能顺利完成自然降解功能的环境，强化污染环境的自净能力，加速对有机污染物的分解。

生态混凝土技术

所谓生态混凝土是一类混凝土介质，具有特殊的结构与表面特性，其上可附着生长适生生物，过滤净化入流的污染物。它能减轻环境负荷，与生态环境相协调。

底泥生物氧化技术

通过把药物注射到河道底泥表面，对河道黑臭泥进行生物氧化，可有效降低底泥有机物含量和耗氧速率，提高底泥对上覆水体的生物降解能力，促进底泥微量营养释放和藻类生长。生物操纵技术

生物操纵就是利用调整生物群落结构的方法控制水质。其主要原理是调整鱼群结构，保护和发展滤食性的浮游动物，从而控制藻类的过量生长。其核心是利用浮游动物滤食浮游藻类，增加水体透明度。水生植被恢复技术

水生植被主要是指大型挺水植物，沉水植物、浮叶植物、漂浮植物等。水生植被恢复是城市水环境生物修复十分重要的环节，同时也是城市水质污染重要的指标生物。水生生态恢复技术

水生生态恢复是提高城市水环境自净能力，维护生物修复治理成果的必要措施，是生物修复的最高形式。通过生态恢复，使黑臭或富营养化水体向洁净好氧生态系统转化，提高水环境生物多样性和自净能力。1、重水体生物修复而忽视底泥生物修复目前我国城市水环境生物修复存在的问题

2、重外源微生物投放而忽视土著微生物激活3、重单一措施而忽视综合处理4、重污染源控制而忽视水环境生态恢复植物对有机污染物的吸收途径对气态污染物的粘附和吸收对水溶态污染物的吸收水溶态污染物主要通过根吸收叶片也能吸收水溶态物质气态污染物植物粘附污染物的数量,主要决定于植物表面积的大小和粗糙程度,某些植物还可分泌油脂、黏液,如去杉、油松等;气孔是叶片吸收污染物的主要部位,但高浓度污染物可对叶片造成损害,如二氧化硫可导致植物气孔张开和关闭的机能瘫痪,臭氧可损害叶片的栅栏组织.水溶态的污染物到达根表面，主要有两条途径：一条是质体流途径(massflow)，即污染物随蒸腾拉力，在植物吸收水分时与水一起到达植物根部；另一条是扩散途径(diffusion)，即通过扩散到达根表面。叶片对农药通过气孔吸收与角质层吸收。附着性能是影响药效的重要因素。表面活性剂能显著降低表面张力，改善药液在叶面的附着性,从而提高吸收。如:

刘支前等发现不加任何表面活性剂时，草甘膦药液不能直接经蚕豆叶面气孔吸收；添加0.5％的有机硅表面活性剂后，气孔吸收率可达85.4％。自然来源：工业矿床和岩石风化而成的地表土壤．重金属来源人为来源生产活动农药肥料交通运输废弃物废水废气植物对重金属吸收积累土壤中重金属本身所存在的形态可分为：水溶态、有机质结合态、碳酸盐结合态、Fe-Mn氧化物结合态以及包含于矿物晶格中的残渣态。从植物的可利用性可分为可吸收态、交换态、难吸收态。重金属的游离离子及螯合离子易被植物所吸收，残渣态的难被植物吸收，介于两者之间的则为交换态。物理化学法重金属污染土壤恢复方法生物修复法微生物修复植物修复小结-植物修复的优点适用污染因子广泛，不仅适合重金属，同时可治理有机物污染。从生态学角度看，有利于污染地生态恢复，美化环境。以太阳能为动力，成本低，适合大面积修复推广。修复费用约为5～40美元／吨，而填埋的费用为100～500美元／吨。尤其适于低浓度条件。不会引起二次污染，特别是不会对地下水构成污染。修复模式植物提取(phytoextraction)植物挥发(phytovolatilization)植物稳定(phytostabilization)植物降解(phytodegradation)第二节污染土壤修复模式植物提取:利用植物根系吸收重金属元素，并经过植物体内一系列复杂的生理生化过程，将重金属元素从根部转运至植物地上部分，再进行收割处理。根据实施的策略不同，植物提取技术可分为连续植物提取和诱导植物提取。植物提取第一种情况（连续植物提取）：植物在整个生命周期中都能吸收、转运、积累和忍耐高含量的重金属．第二种情况：某些植物只能在一段时期内吸收重金属，或整个生命期中都吸收但吸收量很低．第二种情况下，人们辅以络合剂等理化措施诱导植物积累更多金属元素，这就是诱导植物提取。诱导植物提取举例：在芥菜营养生长旺盛期施用ＥＤＴＡ络合剂可显著提高土壤中植物有效态Cu，使土壤水浸提态Cu和交换态Cu显著上升，从而芥菜中Cu的含量明显增加植物提取技术与其他修复模式的区别之处在于重金属地上部分含量的不同。因而植物提取技术要求植物能从根部吸收重金属离子，还能有较高的地上部分转运能力。金属离子首先进入根部细胞，通过共质体的运输穿越根内皮层中的凯氏带，进入中柱送达木质部，再与木质部中大量存在的有机酸和氨基酸结合运往地上部分．印度芥菜在高浓度可溶性Pb营养液中培养一段时间后,茎中Pb含量达到1.5％；印度芥菜还能吸收积累Cr、Cu、Zn、Cd

、Ni等重金属．植物提取/例子东南景天(SedumalfrediiH)——由杨肖娥等发现的第一种Zn超富集植物。

地上部的Zn含量达5000ppm.

富集系数达1.9以上。为植物修复的核心部分，最早的概念于1977年Brooks提出，现在接近成熟．重金属超积累植物蜈蚣草（PterisvittataLinn.）——第一种在我国发现的As超富集植物，由陈同斌等发现．超积累植物地上部分的重金属含量是同等生境条件下其他普通植物含量的100倍以上；在污染地生长旺盛，生物量大，能正常完成生活史；富集系数(BCF)和转运系数(TF)都大于l。一般而言，植物体内重金属临界含量为Zn:l0000mg／kg,Cd:l00mg／kg,Au:lmg／kg,Pb、Cu、Ni、Co均为1000mg／kg.超积累植物特征过渡类型有一些植物虽然达不到上述各项指标，但比起一般的植物能忍耐一定程度的重金属，文献资料上多称为富集植物．长期生长于污染土壤中的植物对环境胁迫往往形成了三类适应模式，各自特点为:抵御：与根际周围的各类真、细菌组成菌根，形成防御体系共同抵制外界污染物质的侵害。忍耐：无法构建防御体系，但可形成一定的忍耐特性，体内重金属含量高于普通植物，即使脱离重金属污染土壤仍能自然成活，称为富集植物。利用：因为自身生理的需要，土壤中污染物质含量要达到一定数值才能成活，称为超积累植物。

如比苏草在Cu含量小于100μg／kg的土壤中不能正常生长。根据其这一特性，某种重金属的超积累植物往往还能成为金属矿藏的指示植物。植物对污染环境的适应模式首先，大部分植物植株矮小，生长缓慢，且不易机械化作业；其次，多为野生型植物，对生物气候条件的要求也比较严格，区域性分布较强，引种受到严重限制；再次，专一性强，只作用于一种或两种特定的重金属元素，对土壤中其他含量较高的重金属表现出中毒症状；最后，植物器官往往会腐烂、落叶，最终重金属重返土壤。超积累植物的局限性植物吸收重金属本质上是否为植物在特定环境下的特定生理生化反应．植物耐重金属毒害的机制包括：细胞区域化作用；主动外排；螯合作用．目前诱导植物生成配位体是其研究热点．另外还可通过基因手段，促进植物基因改良，提高积累量．植物积累重金属的分子生物学研究寻找更多超积累植物，尤其能同时富集不同重金属元素的植物的寻找，加强对现有野生超积累植物的人工引种、驯化研究；分子水平上的植物耐金属性研究，从基因水平上探明植物对重金属耐性的根源所在；各种重金属元素在不同植物体内的储存及分布特征研究；超积累植物根际环境对重金属吸收作用的影响．超积累植物研究展望含义：植物将挥发性污染物吸收到体内后再将其转化为气态物质，释放到大气中。

植物挥发和土壤根际微生物的活动密切相关．缺点：挥发性重金属经植物体进人大气最终沉入土壤或水体，会产生二次污染．挥发举例：植物从土壤吸收汞再向大气挥发；硒以二甲基硒和二甲基二硒挥发。植物挥发含义：利用植物吸收和沉淀来固定土壤中的大量有毒重金