污染环境微生物修复

摘要：目前我国由于工业“三废”污染、农用化肥和农药的污染以及废弃塑料

和农用地膜的污染，严重的影响了我国的生态环境，使得水污染日益加剧，水资源严重短缺，因此，加大环境保护和环境治理力度，加快应用高新技术，如现代生物技术来控制环境污染和保持生态平衡，提高环境质量已成为环保工作者的工作重点。

关键词：微生物；修复技术；生物化学机理；流程 1. 环境生物修复机理

1.1环境污染现状及微生物修复技术

目前我国由于工业“三废”污染、农用化肥和农药的污染以及废弃塑料和农用地膜的污染，严重的影响了我国的生态环境，使得水污染日益加剧，水资源严重短缺，全国600多个城市中已有一半城市缺水，农村则有8000万人和6000万头牲畜饮水困难；土壤污染严重，耕地面积锐减，近10年来每年流失的土壤总量达50亿t，土地荒漠化日益加剧；森林覆盖面积下降，草场退化，每年减少森林面积达2500万亩；人们的身体健康受到严重威胁，疾病发病率急剧上升。因此，加大环境保护和环境治理力度，加快应用高新技术，如现代生物技术来控制环境污染和保持生态平衡，提高环境质量已成为环保工作者的工作重点。

现代生物技术是以DNA分子技术为基础，包括微生物工程，细胞工程，酶工程，基因工程等一系列生物高新技术的总称。现代生物技术不仅在农作物改良、医药研究、食品工程方面发挥着重要作用，而且也随着日益突出的环境问题在治理污染、环境生物监测等方面发挥着重要的作用。自20世纪80年代以来生物技术作为一种高新技术，已普遍受到世界各国和民间研究机构的高度重视，发展十分迅猛。与传统方法比较，生物治理方法具有许多优点。

（1）生物技术处理垃圾废弃物是降解破坏污染物的分子结构，降解的产物以及副产物，大都是可以被生物重新利用的，有助于把人类活动产生的环境污染减轻到最小程度，这样既做到一劳永逸，不留下长期污染问题,同时也对垃圾废弃物进行了资源化利用。

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（2）利用发酵工程技术处理污染物质，最终转化产物大都是无毒无害的稳定物质，如二氧化碳、水、氮气和甲烷气体等，常常是一步到位，避免污染物的多次转移而造成重复污染，因此生物技术是一种既安全又彻底消除污染的手段。 （3）生物技术是以酶促反应为基础的生物化学过程，而作为生物催化剂的酶是一种活性蛋白质，其反应过程是在常温常压和接近中性的条件下进行的，所以大多数生物治理技术可以就地实施，而且不影响其他作业的正常进行，与常常需要高温高压的化工过程比较，反应条件大大简化，具有设备简单、成本低廉、效果好、过程稳定、操作简便等优点。

生物修复技术是80年代以来出现和发展的清除和治理环境污染的生物工程技术，其主要利用生物特有的分解有毒有害物质的能力，去除污染环境如土壤中的污染物，达到清除环境污染的目的。在该技术的萌芽阶段，主要应用于环境中石油烃污染的治理，并取得成功。实践结果表明生物修复技术是可行的、有效的和优越的，此后该技术被不断扩大应用于环境中其他污染类型的治理。欧洲各国如德国、丹麦、荷兰对生物修复技术非常重视，全欧洲从事该项技术 的研究机构和商业公司大约有近百个，他们的研究证明，利用微生物分解有毒有害物质的生修复技术是治理大面积污染区域的一种有价值的方法。美国国家环保局、国防部、能源部 都积极推进生物修复技术的研究和应用。

1.2 生物修复特点

生物修复是指利用生物将土壤、地表及地下水或海洋中的危险性污染物现场去除或降解的工程技术系统。在自然条件下，由于DO不足，营养盐缺乏，高效菌生长缓慢等三方面的原因，净化污染物的速率缓慢，因此需要利用生物修复技术来提高净化效率。

①优点：投资费用省，对环境影响小，能有效降低污染物浓度，适用于在其他技

术难以应用的场地，而且能同时处理受污染的土壤和地下水。

②局限性：需对具体地点的状况和污染物进行详细而昂贵的考察，微生物活性受

温度和其他环境条件的影响，某些情况下，生物修复不能去除全部的污染物。

1,3 微生物修复的生物类型

①土著微生物：环境中固有的微生物

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②外来微生物：需大量接种的高效菌 ③基因工程菌

1.4 微生物修复的影响因素

营养盐：需添加氮、磷营养元素

电子受体：可通过对土壤鼓气或添加产氧剂的方式来提供DO作为有机物降 解的电子受体；此外，硝酸根、硫酸根、铁离子也可作为有机物降解的电子 受体。

共代谢基质污染现场和土壤特性：土壤特性影响污染物和微生物的相对活性，最终影响生物修复的速度和程度。

1.5 微生物对有机物的修复机理

1.5.1 微生物基质代谢的生理过程

异生素作为基质的代谢基本和其他化合物相似，包括：

向基质靠近，对固体基质的吸附，胞外酶的分泌，基质的跨膜运输过程，细胞内代谢。

1.5.2 污染物质的生物迁移转化途径

污染物进入环境中会通过各种途径发生迁移和转化自然力和生物的作用是污染发生转化的最重要的力量。稀释扩散、降解、沉积、生物富集等是转化的重要途径。污染物的迁移是在环境、污染物与生物三者构成的复合系统中的多向转化。污染物的转化途径包括：污染物质的扩散迁移，影响因素有环境介质（水流、大气） 、温度、压力；吸附与沉积，土壤或沉积物是污染物质发生吸附的重要介质。沉积是污染物质从有效态转换为缓效态的一个重要过程，也是环境自净能力的表现。 1.5.3 微生物对污染物质的吸收

大部分被吸收的物质可以在生物细胞内进行代谢，污染物质可以在代谢过程过程中发生变化，被降解、被氧化、被还原、被脱除某些取代基等。吸收的逆过程是排泄，吸收、代谢和排泄构成一个完整的代谢过程，污染物大多时候就是在这个过程中被降解的；污染物质的降解与累积，在环境系统中，污染物可通过多种途径得到不同程度的降解，生物降解是最重要的途径之一 1.5.4 污染物质的生物富集

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污染物质在食物链上的浓缩而引起的生物体内污染物的高浓度积累，平衡浓缩系数是表明某种生物对某种污染物质的代谢能力，在描述生物体的污染物质积累过程时，需要指明是整体还是某个器官组织。 1.5.5 污染物质的生物转化

污染物质在环境中的转化时污染物质降解的关键过程

2.微生物对有机污染物的修复机理和基本流程

有机污染物是指以碳水化合物、蛋白质、氨基酸以及脂肪等形式存在的天然有机物质及某些其他可生物降解的人工合成有机物质为组成的污染物。可分为天然有机污染物和人工合成有机污染物两大类。其主要来自生活污水、食品加工和造纸等、农药生产利用的过程等工农业。

它对自然界以及人类活动产生了很大的影响：产生有毒有害物质，影响人类正常活动和身体健康，造成土壤大气水等环境的生态系统的破坏。 2.1有机污染物微生物修复机理与降解动力学

有机污染物代谢的基本过程包括向基质接近，吸附在固体基质上，分泌胞外酶，可渗透物质的吸收和细胞内代谢。 1）向基质接近

微生物要降解某种基质就必须向基质接近，使微生物、胞外酶处于这种基质的可扩散范围之内，或微生物处于细胞消化产物的扩散距离之内。 2）吸附在固体基质上

吸附作用是有机污染物代谢的保证。如在沥青降解菌的分离过程中发现细菌和固体基质之间就有非常紧密的结合，沥青降解菌也只有靠这种吸附作用才能降解沥青。 3）胞外酶的分泌

不溶性的多聚体，不论是天然的还是人工合成的都很难降解。分子太大是多聚体化合物不能降解的原因之一，小分子有机物比较容易被其他微生物降解和矿化。

4）基质的跨膜运输

细胞膜以4种方式控制着物质的运输，既单纯扩散、促进扩散、主动运输、基位转移。

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