微生物在生态修复中的作用
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微生物在生态修复中的作用范文第1篇
【关键词】石油；污染；微生物修复；土壤
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。在油田生产中，由于井下作业、油水井检修及油水管道腐蚀穿孔等原因造成的油水泄漏经常会对周围土壤和生态环境造成污染。
经实践证明，原油和含油污水的事故性泄漏对土壤环境污染显著。原油使生长于地表面的植物受到破坏和死亡，导致土壤抗蚀能力下降，土地风沙化严重。事故性原油的大规模泄漏还可影响生态环境，减少农作物产量或降低草原有机物的生物量，影响草原、荒地中动物的生长、发育、繁殖。可见，落地油对土壤及生态环境的影响是十分显著的，因此，选择利用技术手段消除其对土壤和生态环境的污染，恢复其使用功能，具有十分重要的意义。
一、落地油污染土壤的处理方法
对于受石油污染的土壤生态环境，目前采取的技术途径主要有两种，即采用物化处理法和生物处理法。物化法对于处理含油量高的含油污泥，可取得一定的经济效益和环境效益，但是，经该处理方法处理后的受污染土壤，含油量仍然达不到农作物生长条件，仍需要对其进行后续处理。
生物修复技术是在生物降解的基础上发展起来的一种新兴的清洁技术。目前，治理石油烃类污染土壤的生物修复技术主要有两类：一类是微生物修复技术，另一类是植物修复法。微生物修复技术具有成本低，污染物氧化安全，无二次污染，处理效果好，操作简单等特点，因此具有很高的实用性。
二、受污染土壤生态环境的净化及修复技术可行性研究
含油污泥或受原油污染土壤的生物修复处理，是借助于一定的环境条件，利用一类对油类具有降解能力的微生物，将作为污染物的油分解气化的一个过程。在这一过程中，微生物将油类作为电子供体，在满足一定的营养条件、水气含量、电子受体（比如氧气等）、pH以及温度等条件下，进行生长增殖，并使土壤中的油类得到有效的降解。
2、影响微生物降解的因素及控制方法研究
微生物在降解原油污染土壤的过程中受到包括土壤温度、pH值、供氧、湿度、营氧以及油污染强度、表面活性剂等诸多条件的影响。
①温度。温度会影响微生物的代谢速度，影响污染物的酶活性以及微生物的种群组成。高温时，微生物的代谢速度快，其降解烃类物质的速度也相应加快，一般在30~40℃时达到最大。但温度过高，烃的膜毒性增大，会抑制微生物对烃类的降解能力。反之，温度低时，油粘度增加，有毒的短链烷烃挥发性下降，生物降解滞后。因此对微生物降解的土壤环境，进行温度控制是十分必要的。
②pH值。土壤的pH值为7.0～7.8时烃类的生物降解速度最快，且大多异养菌和真菌适宜于中性环境。在石油烃类生物降解过程中会产生一些酸性代谢产物而使得土壤的pH值下降。因此应对土壤的pH值定期测定，若土壤的pH值低于微生物的最佳适应范围，就应该及时添加石灰等物质进行调整。
③湿度。微生物在水环境中的活性最大。国外有人报道，在土壤含水量为其饱和含水量的30～90%时，油的生物降解率较大。对于干旱地区的油污土壤的治理，可采取间断性的喷淋等手段以增强土壤的湿度，提高微生物降解效率。
④营氧。在受石油污染的土壤中，通常有机碳含量高，而N、P相对缺乏，如C:N:P的比率为100:10～30:1，而C污染物的比率大，那么认为营氧物质比例是平衡的，不需要添加营氧物质。否则应向土壤中加入适宜微生物生长的营氧物质。试验结果表明，加入生物处理剂（降解菌）后，再添加氮、磷营氧的受原油污染土壤，污油的去除率达98.8%，其中烃降解菌和氮、磷营氧补充对烃降解的贡献率分别为38%和14%，它们明显强化了土壤的自净作用。
⑤土壤中可降解石油类物质的微生物基本是好氧细菌，土壤中含氧量是否充足对降解效率有重大的影响。一般来说，需要对土壤进行曝气，使土壤中氧的浓度增加，可通过如下方法：一是土壤气相抽提及其衍生技术，即生物通风技术；二是以H2O2作为氧源，H2O2可提供47.1%的氧，可满足污染环境中的降解菌的一定需要。
⑥油污染强度。油污染强度为降解的首要限制性因子，且污染强度越大，降解率越高，这是因为在含大量油污染的土壤中，降解初期会淘汰一部分适于降解低浓度石油烃的微生物，从而参加降解的微生物总数减少，造成降解率偏低的现象，但在中期，适于降解高浓度石油烃类的微生物得到大量繁殖，降解速度则大幅度增加。但是如果烃浓度过高也会抑制微生物的生长。
⑦加入表面活性剂。根据研究，在微生物降解的初期（0～5天），表面活性剂是烃类降解的主要影响因素。很多石油烃类污染物可强烈地吸附于土壤上，不易降解。表面活性剂能促进解吸和溶解，因此被用于去除土壤中石油的污染。
3、微生物法处理受原油污染土壤试验研究
①实验步骤。该技术对污染土壤的处理效果除受土壤中含油量高低影响外，还受当地气温等环境因素的影响。针对油田地区的气温等环境因素及原油物性，我们开展了生物处理原油污染土壤的实验室室内试验。本研究中采用的生物法修复技术，属于生物添加技术、生物激发技术、土壤耕作技术的一种整合技术。其过程大致为：
a对土著细菌进行驯化培养；b将培养的混合菌株施入土壤中，并在土壤中喷施一定的营养物质，促进对油类具有降解作用的土著微生物的增殖；c对处理前后的土壤取样化验。
②实验结果实验室内的处理结果如下：实验温度：1-40℃；实验周期：120天；实验处理前土壤中含油：1.7g/kg；处理1个月后含油:0.7g/kg，处理2个月后含油0.5g/kg，处理3个月后含油0.3g/kg，处理4个月后含油0.05g/kg。
经微生物处理后，受污染的土壤得到了比较彻底的净化，达到了生物的生长条件。
③实验结论及分析通过对原油对土壤及生态环境的影响原因及后果分析，我们认为，在油田地区开展微生物治理受污染土壤在技术上是可行的。但在具体应用该技术时，首先要进行菌种的驯化和优选，以确保取得理想的处理效果。生物修复技术虽然已经取得一定进展，但由于受生物特性的限制，还存在着许多问题。以下几个方面还需进行深入研究：
a共存物质对微生物修复的抑制效应及外源物质对微生物修复的促进效应；b生物修复机理及影响因素；c通过基因工程的手段培育高效降解菌属，以加速污染物的转化；d微生物修复过程中的基因调控机制。
参考文献
[1]姜昌亮,孙铁衍,李培军等.石油污染土壤长料堆式异位生物修复技术研究.应用生态学报,2001, (12).
微生物在生态修复中的作用范文第2篇
关键词：污水处理、微生物、修复技术
中图分类号：TU992文献标识码： A
一、前言
随着人类农业工业活动的加强大量施用化肥、农药以及工业废弃物的排放，使得许多有毒有害的有机化学污染物进入土壤系统，同时对地下水及地表水造成二次污染。清除环境污染物的传统方法有物理修复法和化学修复法，但是这些方法存在着处理费用高、操作复杂、而且有二次污染的可能性等缺点。
微生物修复技术是近年来新兴的一门环境生物技术，实验结果表明生物修复技术是有效的可行的。目前生物修复技术在清除或减少土壤地表水地下水和废水中的化学物质方面的应用已获得成功。本文介绍了利用微生物对污水进行修复的主要技术。
二、微生物修复原理
微生物修复的基本原理是利用自然界中微生物对污染物的生物代谢作用。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有机物质的过程，只是自然条件下的微生物净化速度很缓慢，因此，能够被广泛应用到环境保护实践中的微生物修复，都是在人为促进条件下进行的，如通过提供氧气，添加氮磷营养盐，接种经过驯化培养的高效微生物等来强化这一过程，迅速去除污染物质，这就是微生物修复的基本思想。
与化学、物理相比，生物修复技术具有下列优点：
(1)原位修复可使污染物在原地被降解清除；
(2)修复时间较短；
(3)操作简便，对周围环境干扰较小；
(4)设施简单，运行经费少；
(5)操作者与污染物直接接触机会减少，不致对人产生危害；
(6)不产生二次污染。
当然微生物修复技术并不是十全十美，它也存在不足：
(1)条件苛刻，微生物修复是一种科技含量较高的处理方法，其运作必须符合污染场地的特殊条件，微生物修复易受环境条件变化的影响：酸碱度、温度以及其他因素等都会影响微生物修复的进程；
(2)由于微生物的专一性，导致对水体修复的宏观效果不佳；
(3)需要对污染环境进行详细和周密的调查研究，前期工作时问较长，花费高；(4)微生物对污染物的降解存在一极限浓度；
(5)修复过程中可能产生有毒物质。
三、微生物修复的影响因素
微生物修复的成功运行，主要是在适宜的环境条件下，微生物对污染物的降解过程能够发生。
3.1营养
微生物的生长需要保持碳、氮、磷营养物质及某些微量营养元素在一定浓度，在生物修复过程中经常会出现缺乏氮、磷菩营养时降解速度变慢的情形。
3.2溶解氧浓度
大多数微生物在降解污染物时需耗氧，因此污染物浓度高时，水体或土壤中的溶解氧往往消耗殆尽，造成污染场所食物链中断，污染物质的降解也随之终止，因此溶解氧水平也是生物修复中的重大影响因素之一。
3.3 pH值
微生物对环境pH值非常敏感，pH值的变化会对微生物降解污染韧的速率和活性产生很大影响。接近中性pH对于大多数微生物都是合适的，一般不需要进行调节，只有在特定地区才需要对环境的pH进行调节。
3.4温度
微生物可生长的温度范围较广，一般而言，微生物生长的最佳温度为25℃～30℃。通常随着温度的下降，生物的活性也降低，接近零度时活动基本停止。
四、微生物修复技术在污水处理中的应用
4.1加入微生物和微生物制剂法
投放微生物和微生物制剂法，即针对不同的水体，向其投加针对该污染环境而事先培养好的微生物或外源微生物制剂，并为之创造良好的生长条件，形成优势菌种，最终做到对污染水体的修复。利用投加微生物和微生物制剂比土著微生物对污染的自然净化的速度快。同时具有针对性，可以对不同程度的水污染能够进行不同程度的净化。
4.2吸附技术
生物吸附法作为一种新兴的废水处理技术，在处理低浓度重金属污染废水方面有着极为广阔的应用前景。从运用情况看，利用微生物吸附废水中的重金属在投资、运行、操作管理和金属回收、回用等方面优越于传统的治理方法。与其他技术相比，生物吸附技术有得天独厚的优点，差别在于运行过程中微生物能不断地增殖，且去除金属离子的量随生物量增加而增加。而离子交换法中离子交换树脂的交换容量有限，达到饱和吸附后，就不能再去除金属离子；化学沉淀法中，作用物的化学计量也是一定的，无增殖的可能。因此，开发和利用生物吸附处理重金属废水，使废水处理的技术向着无毒、无害、无二次污染的方向迈进了一大步。
4.3固定化技术
生物催化剂固定化技术发展到今天，已形成了较为完备的理论与方法。随着环境生物学的发展，固定化在治理污水中越来越受到青睐。固定化技术使生物催化剂具有与其在游离状态下完全不同的优点，例如，与产物分离方便；生物催化剂可回收或循环使用；生物催化剂稳定性大大提高；反应过程可得到严格控制等。这些特点使价格昂贵的生物催化剂的应用成本大大降低，从而使其在大规模工业化生产中得到应用成为可能。
4.4培养微生物技术
培养微生物技术是一种污染水体的微生物修复技术。它通过向水体中投加营养物质、无毒表面活性剂、电子受体或共代谢基质等物质来强化水环境中本身具有降解污染物能力的微生物的生存环境，从而达到激活土著微生物，使土著微生物对污染物的降解能力充分发挥，从而达到水体修复的目的。
4.5投加微生物絮凝剂技术
微生物絮凝剂主要是在菌细胞外分泌的，它是一种具有絮凝功能且能被自然降解的高分子有机物，如糖蛋白、纤维素和DNA等，有些直接利用微生物细胞，如某些大量存在于土壤、活性污泥和沉积物中的细菌、霉菌、放线菌和酵母菌等，本身即可用作絮凝剂。微生物絮凝剂具有高效、无毒和易于生物降解的特点。
五、微生物修复的发展趋势
污染水体的修复是一个牵涉到污染治理、环境生态和水利水文等多学科的系统工程，治理水体污染必须从水体的功能定位、污染整治的日标和水体生态系统平衡的建立等多方面入手。微生物修复与物理修复、化学修复相比虽然有众多突出的优点，但只有与物理修复、化学修复等方法相结合，组成统一的修复技术体系，微生物修复才能在治理水体污染方面发挥出最大的作用。
因此，微生物修复技术今后的研究趋势是：(1)微生物修复与物理化学修复相结合的组合技术；(2)原位和异位相结合的生物修复组合技术；(3)采用现代分子生物学技术研究生物修复的机理以及分离培养高效降解菌和构建基因工程菌以提高微生物降解污染物的效率等。
参考文献：
微生物在生态修复中的作用范文第3篇
关键词：生态水工学水环境工程理念
我国江河、湖泊和水库普遍受到污染，直接威胁着饮用水的安全和人民的健康，影响到工农业生产和农作物安全水污染也加剧了水资源短缺。究其污染原因，未经处理的工业废水排放是最重要的点污染源，工业废水造成水污染占水污染负荷50％以上。由于农田施用化肥、农药形成的农田径流，畜禽养殖业排放的废水、废物，是我国水环境的重要面污染源。湖泊、水库、河流、海湾的底部沉积物蓄积着多年来排入的大量污染物，称为内污染源，目前已是水体富营养化和赤潮形成的重要因素。水环境整治的重点是对污染源的治理与控制，特别是抓好工业和生活废水的源头治理是解决问题的关键。
近几年来，为改善流域的水环境，恢复生态系统，水利部门加强了流域的综合管理，通过统一调度，初步扭转了黄河、塔里木河及黑河持续断流的局面。使黄河三角洲地区生态系统得到明显改善，塔里木河及黑河流域下游的胡杨林复苏，鸟类及野生水禽返回，趋于恶化的生态系统得到了初步恢复。事实说明，水利工程不但在防洪、供水等方面作用巨大，而且在改善江河湖泊流域的生态系统方面也是大有作为的。生态建设已经成了水利工作的重要任务。在这样的大背景下，我们所讨论的问题是：
一个地区，一个流域生态系统的恢复与改善，反过来对于改善水质会产生什么影响？
新建的水利工程如何避免或减少对原有生态系统的负面影响？水利工程建设除了能满足人对水的多种需求的同时，如何对流域生态系统的改善作出贡献？
一、水在生态系统中的地位和作用
我们需要讨论的问题是：水质状况与生态系统的关系，水在生态系统中扮演的角色，进而讨论在一个健全的生态系统中的水质问题。
1．生态方法修复水体技术带给我们的启示
生态方法水体修复技术，是利用培育的植物、动物或培养、接种的微生物的生命活动，对水中污染物进行转移、转化及降解作用，从而使水体得到净化的技术。生态方法水体修复技术包括：人工湿地处理技术、生物膜法处理技术、土地处理技术及生物操纵技术等。人工湿地是利用自然生态系统中的物理、化学和生物的三重共同作用来实现对污水的净化。生物膜法是指用天然材料（如卵石）、合成材料（如纤维）为载体，在其表面形成一种特殊的生物膜，可为微生物提供较大的附着表面，有利于加强对污染物的降解作用。这些微生物吞噬污染物分解为二氧化碳和水。土地处理技术是以土地为处理设施，利用土壤—植物系统的吸附、过滤及净化作用和自我调控功能，达到某种程度对水的净化。一般用污水灌溉牧草或农作物。生物操纵技术的原理主要是利用营养级链状效应达到净化水的目的。比如在湖泊水库中投放经选择的鱼类，用以吞食另一类小型鱼类，借以保护某些浮游动物不被小型鱼类吞食，这些浮游动物的食物正是人们所讨厌的藻类。这些技术在国内外都已经有一些成功的工程实例。比如深圳沙田镇人口10万人有小工厂300余家。工业污水排入附近的田角河，造成水质严重恶化。为解决污染问题，建立人工湿地污水处理厂，种植芦苇、香蒲草和再力花等植物，日处理能力5000t/d，使废水达到河流排放标准。韩国的汉江支流良才川地下生物廊道，利用河卵石表面形成的生物膜，使河流的BOD、SS等有较高的处理率。研究结果表明：在适宜的条件下，挺水植物如慈菇、茭白以及沉水植物伊乐藻、菹草等对水体中的氮和磷都有较高的去除率。常用的芦苇对于磷的去除率达65％。
如果要问，生态方法处理污水的技术原理是什么呢？可以说自然界本身对于江河湖泊就具备一种很强的自我修复能力或称自净能力，这种技术不过是对自净能力的一种强化，是人们遵循生态系统自身规律达到治污目的的一种尝试。
微生物在生态修复中的作用范文第4篇
关键词：土壤生物修复；根际环境；机制
中图分类号：X53文献标识码：A文章编号：16749944（2013）04022103
1土壤生物修复与根际环境
土壤生物修复是利用生物法对受污染土壤进行治理的技术，其中包含了较为复杂的生物转化过程 [1]，包括有微生物作用、植物作用以及两者之间的相互作用等，而越来越多研究发现，这种相互作用在污染物去除中更为重要。根际环境是生物修复作用发生的主要场所，随着对生物修复技术的研究的深入，更多的学者开始关注根际环境[2]。
2植物与微生物的土壤修复机制
2.1植物修复
植物修复是污染土壤的生物治理的重要手段之一，植物修复土壤的机制大体上可分为转移和转化两大类。前者通过植物的吸收作用将污染物从土壤中去除进入植物组织内富集达到去除污染物的目的，其本质是将污染物转移，如Cunningham等（1996）利用胡萝卜吸收二氯二苯基-三氯乙烷，然后收获胡萝卜，晒干，完全燃烧以破坏污染物[3]，在这个过程中，亲脂性污染物离开土壤基质进入脂含量高的胡萝卜根中。植物吸收是最为直接的污染物去除的途径，其机理也最为直接，污染物通过根系进入植物内从而脱离受污染的土壤，从而使土壤得到净化，去除重金属、有机物污染物，是受污染土壤恢复的重要机制之一。在利用根系吸收污染的过程中，根系的巨大比表面积的特征具有积极的作用。后者是通过植物的分泌物的活性作用使污染物通过生物化学反应转化为低毒物质，植物在生长过程中根系往往会分泌各种高分子物质或酶，研究发现这些高分子分泌物活酶具有去除污染物的能力，如Schnoor等（1995）发现植物分泌的硝基还原酶，可用于硝基有机物的降解[4]。一般通过该过程，污染物被矿化为CO2和 H2O或转化为无毒或低毒的代谢物，从而起到去毒作用。
之前较多的报道均集中在受重金属污染的土壤中，对受有机污染土壤的研究和应用相对偏少，近些年来植物修复有机污染土壤的研究也逐渐增加。
2.2微生物修复
相对于植物修复而言，微生物去除污染物的应用更为广泛，微生物具有强大的适应性，而土壤环境也为微生物的生命代谢提供了各种良好的条件。
对于无机污染物（如重金属离子、盐等），根际微生物能通过改变根际环境pH值和氧化还原电位以改变污染物的形态，近而通过根和土壤吸附，固定污染物，此类研究较多，如Kunita等对受高浓度铜污染土壤中铜转化细菌的活性特征进行了研究，显示了微生物在高浓度铜污染土壤中的污染物转化过程[5]，此外，Robinson 等（2001）对4种根际荧光假单胞菌对Cd的富集与吸收的研究发现，根际细菌对Cd的富集达到环境中的100倍以上[6]，这类研究均说明了微生物具有转化和固定土壤中重金属的功能。
此外，随着人类工业活动的复杂化，不断有新型的有机物排入环境，形成了难降解污染物治理的新难题，新型农药、化工产品的生产、石油工业的发展和污水排放均为新型污染物进入土壤环境污染的源头。而在受难降解污染物污染的土壤中，微生物的难受性和适应性也为这类污染物的治理提供了途径，可以促进污染物的去除，如khtuya等研究发现了真菌对难降解污染物的去除作用[7]。对于易降解污染物，微生物通过自身现有的代谢基因能够产生相关的酶系，通过生长代谢活动使其降解，而对于有毒难降解类污染物，微生物通过一定的适应期，能够通过突变和进化形成产生降解该类物质的生物酶系的基因，从而具备耐性和降解能力，实现对一些难降解的有机化合物的降解[8]。除了微生物对污染物的直接降解或转化作用外，研究发现其中包含更为复杂的过程：如微生物分泌物能够改变有机物的溶解性、酯溶性及生物可利用性等；另外，根际微生物的分泌物可与金属离子发生鳌合作用。通过代谢过程，金属离子可被沉淀或被鳌合在可溶或不可溶生物多聚物上[2]。因此微生物分泌物对降解微生物或富集污染物也具有一定作用。
2.3植物与微生物的相互作用
2.3.1微生物与植物之间相互促进作用
一方面，植物根系的土壤环境为微生物生长提供了有利条件。土壤本身属于多孔介质，并富含微生物增殖的营养因子，土壤中植物根系的存在为微生物创造了多样性的生长环境，同时植物根系的巨大比表面积也有利于微生物的附着。另一方面，微生物能够分泌多种生理活性物质来刺激并调节植物生长。这包括活的微生物活动产生的植物激素、酸性物质以及纤维素等。已发现的植物激素类物质主要有生长素（主要是IAA）、赤霉素（主要是GA3，GA1）、细胞分裂素（CTK）、脱落酸（ABA）、乙烯和酚类化合物及其衍生物、铁载体、抗生素、系统防卫酶和氰化物等抗病物质等[9]，有些微生物能够产生抗病和抗逆作用，间接促进植物生长。如黄艺等（2000）通过研究发现在土壤根际环境中，与非菌根相比，其必须元素Cu、Zn交换态含量增加，非必须元素Cd交换态含量减少；同时，Cu、Zn和Pb的有机结合态的含量在菌根际中都高于非根际[10]，这说明微生物与植物之间可能存在相互促进作用，这为利用植物、微生物修复受污染的土壤创造了有利条件。
2.3.2微生物与植物之间作用与污染物代谢的关系
根际环境中，植物生长与微生物增殖之间是相互促进的，这在污染物的去除中有着重要的作用。Whiting等（2001）利用锌的超积累植物结合三种根际菌，使土壤中的重金属得到活化，提高了植物对锌的吸收[11]。Ma等（2001）成功地从镍污染土壤中分离到耐重金属污染并促进植物生长的根际细菌，其能够促进在高水平重金属污染地土壤中植物的生长，进而促进污染物的去除[12]。Chekol等（2004）发现植物修复中，在根际存在条件下，根际的脱氢酶的活性有很大提高，强化了土壤中PCB的生物降解，同时，根际土壤中生物量也比无植物条件下有很大提高[13]。根际分泌物中的有机物对土壤微生物具有一定的选择性[14]，其中一些可以作为微生物的能源和营养物质而被利用，使根际微生物的数量和代谢活力增加进而改变根际微生物群落结构，使其分解污染物的能力增加，说明根际分泌物中的有机成分是引起根际新的细菌群落发展的潜在机制[2]。此外，研究发现根际分泌物可以作为污染物的共代谢基质。Zheng等（2001）发现薄荷类植物的根际分泌物中含有芳香族化合物等多环芳烃（PAHs）、多聚体染料等的共代谢物质，促进了污染土壤中多聚体染料的代谢分解[15]。
2.3.3优势种群对污染物去除的作用
微生物群落的改变对土壤污染物的去除有着重要影响。优势种群的出现，以及促植物生长微生物的存在都会加快污染物的稳定和去除。微生物群落结构的变化与微生物的代谢活性相关，而微生物的代谢活性是污染土壤中有机污染物分解的重要原因。因而，根际分泌物对微生物群落结构的变化过程，就可能是对土壤进行修复的基本过程[16]，这些对于土壤修复都有着重要的意义。土壤中微生物的活性及其生物量增长受到底物的限制，特别是碳源，而根际作用产生的碳源的输入能够增加微生物的活性。模拟实验的结果表明，在添加人工合成的根分泌物的土壤中发现，微生物群落结构及活性与碳源的存在有明显相关性[17]。微生物活性的增加使之对有机污染物的降解能力加强，从而加快了生物修复过程。
可以看出，植物与微生物之间往往是存在相互作用的。特别是在根际环境中，根际分泌物作为植物与微生物相互作用的纽带，植物根际分泌物促进了微生物的活性，而微生物又能促进植物的生长从而有利于污染物质从土壤中去除，这种作用机制最终有利于污染土壤的生物修复。
3存在问题与展望
目前对于土壤生物修复的各种单一作用机制都已经有了清楚的了解，但对于各个机理之间的关系仍不够明确。此外生物修复土壤最大弊端在于处理周期较长，同时富集生物的处置存在二次污染的可能，某些情况下，代谢产物可能具有更大毒性。
近些年来，土壤重金属污染、化学物质泄漏风险事故频发，采用化学法等工程恢复措施成本巨大，而土壤生物修复工程法尽管周期相对较长，但在未来边生产边恢复治理的环境管理要求下将其作为一项常规措施具有更多的优越性。随着对各种生物修复技术研究的深入，生物修复技术必将会在土壤修复中起到更加重要的作用。 参考文献：
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微生物在生态修复中的作用范文第5篇
关键词 现代生物技术；环境保护；应用；前景
中图分类号 X17 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2012）17-0216-02
随着现代工业技术的迅速发展，我国国民经济社会总体发展速度较快，城市化进程的步伐也日益加快。在经济高速发展过程中，环境问题也随之而来。为了全面建设小康社会，保证国民健康，维护社会可持续、健康发展，必须采取有力措施进行环境保护。因此，积极利用现代生物技术、加强环境保护已经成为人民日益关注的课题。为了实现社会健康、持续发展，实现各类资源的永续利用，环保工作者的首要工作任务就是努力保护和提高环境质量。
1 我国生态环境现状
在我国过去几十年的经济快速发展中，由于片面重视经济GDP的高速发展而忽视了经济发展中的环境保护，导致目前环境状况十分严峻。近年来虽采取了大量控制措施，但环境质量下降的趋势仍在继续。我国是世界上环境污染最为严重的国家之一，由于工业“三废”污染、农用化肥和农药的污染，造成水体污染严重，无法利用。全国约300个城市工业生产和居民生活用水较为短缺，成为缺水城市，占全国600个城市中的50%；而农村这一情况更加严重，约有1亿人口和2亿头牲畜饮水困难。在广大农村，由于水体和土壤的严重污染，耕地利用效率大大降低，不仅减少了有效耕地面积，而且直接威胁居民身体健康，引发各类疾病[1]。目前的当务之急就是要尽快应用高新技术，综合治理和保护环境，从而有效控制环境污染，保持生物多样性和生态平衡。
2 现代生物技术在治理环境污染方面的优点
由于基因重组技术的发现和应用，一项以基因工程为核心的现代生物技术迅速崛起，并成为高新产业革命的重要标志之一。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、蛋白质工程等一系列高新技术。环境生物技术是由现代生物技术与环境工程相结合的新兴交叉学科，是应用生物圈的某部分使环境得以控制，或治理预定要进入生物圈的污染物的生物技术。这一技术在解决环境问题过程中显示出了独特的功能和显著的优越性，不仅充分体现出这项技术是一个纯生态的过程，且从根本上体现了可持续发展的战略思想。在环境的保护和污染治理中，环境生物技术与传统方法相比较，具有明显优势。生物转化技术可以真正实现清洁生产的目的，其充分利用生物过程减少生产中产生的污染，很大程度上代替了传统生产中的化学过程，更有利于实现无废生产，促进了生产工艺的生态化。现代生物技术的发展，尤其是酶工程、细胞工程、基因工程等，提高了生产效率，强化了环境生物处理过程，在工农业生产中应用这些技术，可以降低成本，其高专一性等特性为环境生物技术在环境保护中的应用展示了更为广阔的前景。
3 现代生物技术在环境保护中的应用
3.1 环境监测与评价
近年来，国内外研究较多的是应用PCR技术生物芯片、生物传感器等生物高新技术进行环境监测。Niedrhauser等利用PCR技术检测了食品中的单核细胞生利斯特氏菌（易导致人类脑膜炎）。传统方法至少需10 d时间，应用PCR技术大大缩短了分析周期，对该菌种的分析只需数小时。刘永军等通过设计多种肠道病原细菌的通用引物，运用实时荧光定量PCR方法，实现了环境水体中肠道病原细菌的定量检测[2]。可以预见，PCR技术在检测水体、土壤等环境中的致病菌、指示菌及基因工程菌方面将发挥越来越重要的作用。
近年来，利用生物传感器监测环境中的污染物，日益为人们所青睐。目前，生物传感器具有使用方便、成本低、省时、易制作等优点，如甲烷生物传感器、氨生物传感器、乙醇生物传感器、亚硝酸盐生物传感器、BOD生物传感器等已达到商业化应用水平，在环境监测中的应用前景广阔[3]。
3.2 工业污水和生活废水的处理与净化
工业污水和生活废水中含有多种有毒物质，例如氰化物、酚类、有机汞、重金属、蛋白质、有机酸、醇、醛、有机磷等，这些污水和废水成分构成复杂，净化难度也较大。生物净化污水的常用方法为固定化酶和固定化细胞技术，也就是酶工程技术。国外已经有许多成功的应用经验，利用固定化酶和固定化细胞实现对工业污水和生活废水中无机金属、有机污染毒物的高效处理。例如德国，以共介结合法制成农药降解酶柱，将酶固定于硅珠及多孔玻璃上，从而实现对多种农药的降解，包括对硫磷等，去除率超过95％。而在我国，固定化细胞技术的应用也有了较大发展，主要用于降解合成洗涤剂中的表面活性剂，对于含100 mg/L废水，酶活性保存率和降解率均超过90%。
（1）废水好氧生物处理。活性污泥法是一种应用最广的废水好氧生物处理技术，它是利用某些微生物在生长繁殖过程中形成表面积较大的菌胶团来大量絮凝吸附废水中污染物，并在氧的作用下将这些物质同化为菌体本身组分。活性污泥有着很大的表面积，能够与混合液进行广泛接触，在较短的时间内，通过吸附作用，除去废水中大量的呈悬浮状态和肢体状态的有机污染物，使废水的BOD值大幅度下降。该方法不仅操作简单、方便，而且能使运行管理人员随时了解曝气池中活性污泥的浓度和泥质情况，从而掌握和控制整个工艺的运行参数，通过确定稳定的污泥沉降比值，从而达到高效污水处理的效果[4]。
（2）废水厌氧生物处理。厌氧生物处理又称厌氧消化，是在厌氧条件下由许多种微生物的共同作用，使有机物分解并形成甲烷和二氧化碳的过程。其过程包括水解发酵阶段、产氢产乙酸阶段和产甲烷阶段。由于厌氧处理能量需求低，污泥产量低，能分解好氧生物所不能分解的微生物，因此这项技术也被广泛应用于当今废水处理方面，并达到了预期的效果。
3.3 污染土壤的生物修复
土壤污染也是较为严重的环境污染问题之一，其最主要表现形式是土壤板结沙化、重金属污染，导致土壤无法利用，威胁农业生产。利用生物修复技术治理土壤重金属污染，主要是通过酶促反应等生物作用，对土壤中的重金属进行固定，由于重金属元素的化学形态发生了改变，其移动性也相应降低，通过有针对性的生物对其吸收、代谢，可以削减土壤中重金属的含量，达到净化土壤和降低毒性的目的。其中应用最广的属低温微生物修复技术，重金属的低温微生物修复是利用低温微生物的生物活性，对重金属亲和吸附或转化为低重金属的污染程度。此外，污染土壤经过生物修复过程后还可以增加土壤有机质的含量，激发微生物的活性，由此可以改善土壤的生态结构，这将有助于土壤的固定，遏制风蚀、水蚀等作用，防止水土流失等[5]。
3.4 白色污染的处理和消除
我国每年产生的塑料垃圾数量十分巨大，对环境的破坏程度也十分严重，城乡废弃塑料袋和农用地膜在土壤中几十年都不分解，是形成环境污染的主要污染物之一，利用现代生物技术广泛分离可以降解塑料的微生物群。对塑料制品中的主要成分聚酯分子结构进行破坏，从而消除污染物质。日本及德国已经开展了相关研究，利用细菌生产塑料，通过基因工程方法，对细菌生产聚合物的功能基因进行分离和重组，实现多功能塑料的高效生产。英国在这方面的应用已经实现了产业化，利用微生物生产的塑料深受消费者欢迎，尤其是受到生态环境保护者的青睐。在应用现代生物技术治理白色污染的同时还应大力推广可降解的塑料制品和地膜的应用和研发，从根本上解决白色污染。
3.5 化学农药污染的消除
据估计，我国每年大量使用农药后，仅有0.1％左右的农药可以作用于目标病虫，99.9％的农药则进入农业生态系统，并在食物链中不断传递、迁移，对长期生活在农业生态系统中的人类构成危害，同时也对大气、水源造成污染。为了解决这些问题，人们致力于研制安全有效的方法，也取得了相应的进展。一方面是利用微生物对农药的毒害残留成分进行降解，消除其不利影响。微生物通过其生化途径，分解农药成分，形成无害产物，如CO2和H2O，从而实现无副作用的农药污染治理。另一方面应全面推广生物农药，从源头上消除农药对环境的污染。生物农药，主要是利用某些特殊微生物或微生物的代谢产物所具有的杀虫、防病、促生功能。其有效功能成分完全存在和来源于自然生态系统，是一种来于自然、归于自然正常的物质循环方式，它的最大特点是极易被日光、植物或各种土壤微生物分解。因此，可以认为它们对自然生态环境安全、无污染。英国科学家利用一种叫绿僵菌的真菌杀灭蝗虫，已经取得良好效果。目前，国际上真菌杀虫剂的开发研究方兴未艾，发展迅速[6]。
3.6 微生物脱硫治理空气污染
煤炭直接燃用时将排放出大量的SO2等有害气体，造成大气污染，并由此引发酸雾、酸雨，破坏生态平衡，危害人类健康。据北京环保局计算，2010年北京市仅燃煤每年排入大气的SO2就高达26万t。生物学家利用微生物脱硫，把Fe2+ 变成Fe3+，把单体硫变成硫酸，取得了良好效果。如日本中央电力研究所从土壤中分离出一种硫杆菌，它是一种铁氧化细菌，能有效除去煤中的无机硫。目前，在美国和德国已建成2个实验室规模的连续生化脱硫试验装置。4个欧洲研究组织在意大利撒丁岛已建成一套工业规模的中试连续生化脱硫装置。这些研究已经取得了很大的进展，获得了许多有价值的数据，为朝着工程应用方向发展奠定了基础。微生物脱硫技术简单，成本低，更为重要的是符合“源头防治”的环保新理念，比“末端治理”（污染产生后再治理）效益高，是很有前途的大气污染治理方法[7]。
4 发展前景
我国是一个发展中大国，改革开发30余年来，我国经济总量已居世界第2位，但经济持续高速增长的同时也伴随着严重的物质资源过度滥用和生态环境的严重破坏。现代生物技术作为一种有效的环境污染治理措施，受到越来越多的关注，其在环境生物监测、污染治理、生物修复等方面都得到了广泛的应用，并取得了很好的经济效益和社会效益。更新环保理念，积极借鉴发达国家先进的现代生物技术，对适合我国国情的新技术要加以引进、消化、吸收、创新，大力发展现代生物技术，是我国推进循环经济、实施可持续发展战略的重要组成部分，也是实现全面建设小康社会的宏伟目标，推动整个社会走上生产发展、生活富裕、生态良好的文明发展之路的重要技术保障。随着现代生物技术研究的进展和人们对环境问题认识的深入，人们已越来越意识到，现代生物技术的发展为根本上解决环境保护问题
提供了无限的希望。现代生物技术的迅猛发展无疑将会推动环境保护理论及技术的日臻完善，为人类治理和保护环境提供更多可行、可用、有效的方法。
5 参考文献
[1] 陈坚.环境生物技术[M].北京：中国轻工业出版社，2008.
[2] 孔繁翔.环境生物学[M].北京：高等教育出版社，2009.
[3] 姜成林，徐丽华.微生物资源的开发与利用[M].北京：中国轻工业出版社，2001.
[4] .环境生物技术与环境保护[J].安徽农学通报，2007（3）：46-48.
[5] 姜虎生，张洪林.现代生物技术在环境保护中的应用[J].辽宁城乡环境科技，2003，23（1）：11-12.
微生物在生态修复中的作用范文第6篇
关键词:石油化工;土壤污染
中图分类号：P744.4文献标识码： A 文章编号：
一、引语
我国勘探、开发的油气田共400多个，分布在全国25个省、市、自治区，油田区工作范围近20万平方公里。据不完全统计，油田区内污染场地有20余万处，高浓度石油污染土壤及油泥沙积存量逾200万吨。在生产集中的开发区块，已呈现点、片、面交叉的污染态势，对土壤、地下水和人体健康造成了极大威胁。油田区土壤的石油污染已经成为我国亟待解决的重大环境问题之一。
二、土壤石油污染的治理
据权威部门估算,我国每年有60多万吨石油进入环境,成为污染土壤、地下水、河流和海洋的一大隐患。生物修复石油污染技术处理后的最终产物是二氧化碳、水和脂肪酸,无二次污染。针对石油污染,生物修复技术可以起到积极的治理效果。美国联邦环保局(EPA)已将生物修复技术定为最可行和最有效的方法之一。
（一）生物修复(bioremediation)技术治理土壤石油污染
针对土壤石油污染日趋恶化问题，近日专家提出通过生物修复技术改良土壤石油污染，是目前最有生命力的方法。污染土壤生物修复技术的工作原理是利用微生物促进有毒、有害物质降解，它主要是利用活的有机体去打破污染有毒害作用的大分子结构，使其成为较简单的无害的形式，并可以直接或间接地被植物和动物吸收。目前常用的方法有在受污染的土壤中引进菌种和加入生物催化剂。"这项技术，对恢复生态环境、保护农业方面将起到十分重要的作用。
生物修复(bioremediation)技术是利用微生物、植物及其他生物，将环境中的危险性污染物降解为二氧化碳和水或转化为其他无害物质的工程技术系。生物修复的概念最初来源于微生物对环境污染的治理，至今许多文献仍沿用bioremediation一词，专指微生物修复，通常将其分为广义的生物修复和狭义的生物修复。
生物修复石油污染技术要解决三个问题:一是筛选提纯高效菌种,不同菌种分解石油污染物的能力不一样,因此筛选培育高效菌种是该项技术的基础;二是研究营养物质,合适的营养物质构成和比例可以有效提高菌种的繁殖和活动能力,从而影响生物修复的效果,因此研究菌种的营养物质是生物修复石油污染技术的关键;三是探索表面活性剂的强化作用,利用表面活性剂和菌剂的共同作用,可以更好地让石油颗粒从土壤颗粒中分离出来,提高修复速度。 生物修复石油污染技术分两类,即原位生物降解技术和离位生物降解技术。原位生物降解技术,顾名思义就是在污染地直接进行生物修复,向污染区域投放氮、磷营养物质,或接种经驯化培养的高效微生物等,促进土壤中依靠有机物生存的微生物的生长繁殖,提高目的微生物的种群数量,利用其代谢作用达到分解石油烃的目的。此项技术的关键是筛选高效吸收或降解污染物的生物突变体。 离位生物降解技术则必需将污染物转移到具有一定条件的场所进行集中处理。处理方法包括土耕法、土壤堆肥法、生物泥浆法。土耕法的基本操作是将被污染的土壤置于处理垫上,进行定期耕作,以提高生物降解效率。土壤堆肥法是将污染物与一些容易分解的有机物混合在一起,并加入氮、磷等其他无机营养物质,促使污染物加快分解速度。生物泥浆法是将污染土壤和液体混合起来形成泥浆,引入反应容器进行处理。
（二）微生物修复土壤石油污染
石油污染土壤的微生物修复是指利用微生物酶如脱氢酶对大多数石油污染物的攻击，将石油污染物降解成无害物质的生物工程技术。可以降解石油的微生物主要包括细菌、真菌、酵母菌，这些微生物广泛分布于海洋、淡水和土壤环境中。细菌和酵母菌是水生生态系统中占据主导地位的微生物降解执行者，在土壤环境中则变成真菌和细菌。
研究表明，石油污染土壤中以利用石油烃为碳源的真菌数量较少，细菌数量较多但是类群没有真菌丰富；细菌以革氏染色阴性杆菌为优势，其中以动胶菌属为主，其次黄杆菌属。革氏染色阳性杆菌以芽孢杆菌为主。真菌以毛霉菌属、小克银汉菌属占优势。其次是镰刀菌属、青霉菌属、曲霉菌属，酵母最弱。放线菌以链霉菌属为优势。利用筛选得到的10株酵母菌组成复合酵母菌系统，并将该复合菌系统接种到泥浆反应器中对模拟油泥样品进行了处理，发现复合酵母菌在反应速度和油去除率上都优于活性污泥。经初筛菌株制备成混合菌剂，对炼厂“三泥”中的残油平均去除率为84%以上。从油污土壤中分离出降解石油的微生物菌株，鉴定为假单胞菌属，石油烃类的降解率达到85%。Sanjeet Mishra使用不动杆菌属接种和其他营养物质对炼厂石油污染的土壤进行修复，结果表明一年内总石油烃中烷烃的降解率94．2% ，芳香组分降解91．9%，含氮、硫、氧化合物和沥青质降解85．2%。DING KEQIANG研究真菌对石油烃类的降解，结果表明黄孢原毛平革菌液体培养接种条件下烃类降解率远高于镰刀菌石油降解率。
(三)异位生物修复技术治理土壤石油污染
1.土地填埋
近年来国外石油化工污染生物处理的研究很多，其中土壤耕作处理是现场处理土壤污染常用的方法。被污染的废物施在土壤上，通过施肥、灌溉和加石灰等管理措施，保持氧气、水分和pH的最合适值，并进行耕作以改善土壤的通气状况，确保在污染废物和下面土层中污染物的降解。降解过程所用的微生物多为土著微生物，但是要提高效果还需要引入驯化的微生物。
2.预备床法
现场处理中土壤耕作处理最大的缺陷是污染物可能从处理区迁移，预备床的设计可以使污染物的迁移量减至最小，因为它具有滤液收集和控制排放系统。预备床的底面为渗透性低的物质，如高密度的聚乙烯或粘土。将污染土壤转移到预备床上，通过施肥、灌溉，调节pH，有时还加入微生物和表面活性剂，使其最适合污染物的降解。与同一区域的原位处理技术相比，预备床处理对三环和三环以上的多环芳烃的降解率明显提高。
3.堆腐法
土壤的堆腐处理就是利用传统的积肥方法，将受污染的土壤从污染地区挖掘起来，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（布置防止渗漏底，通风管道等）堆放，将污染土壤与有机物（施加一定数量的稻草、麦秸、碎木片和树皮等）、粪便等混合起来，依靠堆肥过程中微生物的作用降解土壤中难降解的有机污染物，形成上升的斜坡，并进行生物处理。堆腐法是生物修复技术中的一种新型替代技术。堆腐处理过程对污染土壤中的多环芳烃降解，多环芳烃的降解随着苯环数的增加而降低，当多环芳烃的初始浓度提高约50倍时，多环芳烃的降解随着污染浓度的提高而降低。
4.泥浆生物反应器法
生物反应器法是将污染土壤置于一专门的反应器中处理。生物反应器一般建在现场或特定的处理区，通常为卧鼓形和升降机形，有间隙式和连续式两种。因为反应器可使土壤与微生物及其他添加物如营养盐，表面活性剂等彻底混合，能很好的控制降解条件，因而处理速度快，效果好。生物反应器处理的过程为：先挖出土壤与水混合为泥浆，然后转入反应器。为了提高降解速率，常在反应器先前处理的土壤中分离出已被驯化的微生物，并将其加入到准备处理的土壤中。
5.厌氧生物修复法
修复受石油化工污染土壤的研究已开发了生物堆层、堆肥及土壤泥浆反应器、土壤耕作等好氧修复工艺，但分离获得某些降解菌时，一些降解菌伴有产生高生态风险的产物。最近的研究表明以厌氧还原脱氯为特征的厌氧微生物修复技术有很大的潜力。
微生物在生态修复中的作用范文第7篇
我国生态环境污染日趋严重,如 “三废”污染、水体污染、土壤污染、废弃塑料和农用地膜污染、农用化肥和农药污染等,造成水资源严重短缺,土地荒漠化日益加剧,森林覆盖率剧减,草场严重退化。生态环境的恶化,时刻威胁着人们的生命财产安全,疾病发病率也迅速提高。因此,必须积极发展高新技术,如现代环保生物技术等,采用防治结合的方式,解决当前的环境危机,维护生态平衡,已迫在眉睫。
2环境生物技术简介
生物技术是建立在生命科学的基础上,通过直接或间接的方式利用生物或生物有机体的特定部分或某些功能,建立降低或消除污染物的生产工艺或能够高效净化环境污染,同时又能生产有用物质的工程技术。主要包括基因工程、细胞工程、酶工程、蛋白质工程、染色体工程、生化工程等。生物技术在环保领域发挥着越来越重要的作用,正衍生出一门新兴的学科与技术,即我们所说的“环境生物技术”,亦称“环境生物工程”。其特点如下:
2.1 实现对污染物的循环利用
对垃圾废弃物的降解生成的产物或副产物,一般都可重新利用。这样,可把污染降到最小程度,不仅可解决长期污染的问题,还实现了对固废的循环利用。
2.2安全可靠、效果明显
利用发酵工程技术治理,产生的物质基本属于稳定无害的物质,常见的包括CO2、水、氮气、甲烷等。并且,多数都是一步到位,无二次污染。因此,该技术既安全、彻底又高效。
2.3简化流程,节约成本
生物技术是建立在酶促反应基础上的生物化学过程。酶作为生物催化剂,实质是一种活性蛋白质。一般在常温常压或近乎中性的条件下即可发生反应。因此,绝大部分生物治理对环境条件要求不高,并可就地实施。
3.环境生物技术在三废处理中的应用
3.1在废水处理方面的应用
废水中含有许多有毒有害物质,比如,酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛、醇、蛋白质等。废水生化处理经近百年的发展,现已形成了许多新工艺、新技术。通过生物技术治理废水,主要借助微生物的降解作用完成。它分为耗氧降解技术与厌氧降解技术两种。耗氧降解技术又分为:活性污泥法与生物膜法。目前,采用较多的是固定化酶与固定化细胞技术,它属于酶工程技术。固定化酶又称为水不溶性酶,是通过物理吸附法或化学键合法,导致水溶性酶和固态的不溶性载体结合起来,从而使酶不再溶于水。微生物细胞犹如一个天然的固定化酶反应器。微生物细胞的固定可采用制备固定化酶的方式。对于污水中的多种污染物,均可通过固定化酶或固定化细胞进行治理。国内外有很多这方面的成功案例。
3.2在废气净化方面的应用
废气是近年来重要的污染源之一。如何利用生物技术高效净化废气也成为重要的研究课题。目前采用的方法包括生物过滤、生物洗涤、生物吸附和植物修复法等。常用的生物反应器有生物净气塔、渗滤器和生物滤池等。根据微生物在废气处理过程中的具体形式,分为两大类:生物吸附法与生物过滤法。前者可治理含胺、酚和乙醛等气体,后者可降解恶臭性废气。植物修复技术是把太阳能作为动力,依靠植物的同化作用达到净化气体的目的。它属于一种绿色技术。现在,全球都有很多成功处理废气的案例。美国利用微生物作用来净化工业恶臭气体,效果明显,且还不会出现二次异臭。德国与荷兰利用生物膜过滤技术可除掉超过90%的硫化氢。我国相关学者也在此方面取得了不错的成果。比如,利用生物膜填料塔处理橡胶再生脱硫过程中产生的低浓度的有机废气,经试验表明,该方法是可行的,若相关条件控制适度,净化效果显着,净化率可超过90%。相比原有的废气处理方法,生物技术法有着很多优势:节约成本、效果好、安全可靠、没有二次污染等。
3.3在处理固废方面的应用
工农业生产、城市建设与日常生活都会产生很多固体废弃物。传统固体废弃物的处理方式,不仅浪费资源能源,还会污染环境。利用生物技术处理城市生活垃圾和农业废弃物,不但可以把这些废弃物变为优质的有机肥料,实现废物的资源化,更有利于生态环境的良性循环。常见的处理方式包括卫生填埋、堆肥和发酵制沼气等。
4.环境生物技术在环境污染修复中的应用
4.1污染土壤的生物修复
随着农业的发展,各种化学杀虫剂、农药被大量使用。而这些农药很多都会残留在土壤中,。尤其是那些极难降解的农药给生态环境造成难以估量的损害。通过相关生物技术处理,可以把这些污染物质进行有效分解,生成水与CO2。不仅不会造成对环境的破坏,还能防止出现二次污染。但是是分解周期较长,不符合农业生产的需求。重金属属于土壤污染中重要的污染物。重金属污染的生物治理机制是:借助生物作用(酶促反应)导致重金属的化学形态改变,将其固定在土壤中,或减轻其毒性。这样,可有效制约重金属在土壤中的移动。通过生物的吸收、代谢作用后,会进一步固定重金属或减小其毒性,从而净化土壤。此外,生物修复污染土壤的过程中,还能提高土壤有机物的数量,调动相关微生物的活性,从而优化土壤生态结构。同时,还能强化对土壤的固定作用,避免土壤受到风蚀、水蚀的破坏,预防水土流失。
4.2.水体生物自然净化技术
环境生物技术中通过植物吸收达到净化水体与土壤的方法被称为生物自然净化技术。分为生物塘与人工湿地两种。前者把太阳能作为初始能源,利用塘中植物的同化作用将水中的污染物吸收掉,从而净化水体。生物塘中可栽植的高效净化植物有水葫芦、芦苇、水莴苣等。同时,还应构建集组合曝气、水生植物、水产养殖一体化复合生态系统,进而提高生物塘的处理能力。后者是通过自然生态系统中的物理、化学、生物等作用达到对水体的净化作用。由于人工湿地处理系统出水水质较好,可用于饮用水源的处理,并且所需成本也比常规处理方法要低。
4.3白色污染的治理
采用生物技术治理可从两方面入手,一是筛选具有降解塑料与农用薄膜的微生物,形成高效降解菌。二是分离克隆出带有降解功能的基因,再将其植入到特定的土壤微生物内,如根瘤菌。这样,既能发挥两者各自作用,还有利于加快对塑料垃圾的降解速度。此外,还应重点对预防白色垃圾技术进行攻关与研发。个别微生物可以生成一些高分子化合物,类似于塑料,被称为聚酯。为进一步节约成本、提高产量,人们正致力于通过DNA重组技术,试图改造某些微生物。比如,当前一个重点研究课题就是通过微生物发酵生产聚-β羟基烷酸(PHAs),相关研究人员正试图形成自溶性PHAs生产菌种。通过把PHAs重组菌发酵后,积累数量众多的PHAs,再添加一些信号物质,从而生成裂解蛋白,然后细胞壁被破坏,PHAs析出。即简化PHAs的提取流程,达到节约成本的目的。
4.4降解废水中微量油脂
含油废水属于一种量大面广的污染源。废水中的少量油脂并不能通过原有的物理或化学方法处理掉。上海交大生命科学技术学院和日本日立化成公司合作,从5种活性污泥或土壤中驯化分离出六种菌,分析了它们在低温条件下对低浓度植物类油脂的实际降解能力。不同菌的降解能力都各不相同,其中,发现两种菌的除油效果很好,除油率高达92.80% 和95.49%,相关特性还有待进一步研究。
4.5化学农药污染的消除
经统计资料显示,每合成一吨农原药需消耗3-4吨化工原料,多余的原料作为未反应物或中间副产物随水排出,每年数百家农药厂排出的废水上亿吨,危害极大。中科院成都生物所经过反复试验,终于找到了解决处理农药(乐果)废水的方法。他们将高效微生物菌种用于SBR设备处理有机农药废水,效果显着,使有机磷转化率达96-99%,其技术指标达到了相关排放标准。一般情况下施用的农药化肥约有80%的残留,特别是难降解的氯代烃类农药,给生态系统带来了极大的滞留危害,必须依赖基因工程构建的高效菌种来进行处理。但要想彻底消除化学农药的污染,还必须全面推广生物农药。生物农药是指由生物体产生的具有防治病虫害和除草功能的一大类物质的总称,大多是生物体的代谢产物,主要有微生物杀虫剂、农用抗生素制剂和微生物除草剂等。
5.环境生物技术在环境监测方面的应用
应用在环境监测领域的生物技术主要有以下几种:①监测水质,利用细菌的数量、某些粪便指示菌(大肠埃希氏菌、克霉伯氏菌)等②检测物质致突变性和致癌性,通常使用鼠伤寒少门氏菌来检验。③通过发光细菌对环境中的毒物进行检测,速度较快。④根据对水中藻类的生长情况测定,对水质进行监测或检测某些物质的毒性。近年来,国际上在这一领域的重点研究对象包括PCR技术(应用聚合酶式反应技术)、核酸探针、生物传感器等。PCR技术可用于当前还无法培养的微生物检测,一般适用于对土壤、水样、沉积物等环境标本的细胞检测。
随着今后技术的不断完善,对于水质的检测,核酸探针与PCR技术极有可能取代现在的常规微生物检测方式。此外,生物酶法具有良好的发展潜力,它适用于快速检测与现场测定。生物传感器具体有酶传感器、微生物传感器、免疫传感器,通过酶、微生物、抗原、抗体等生物材料作为分子识别元件,从而把外部对其理化特性的影响转化为电磁信号。它可用于对特定污染物的快速检测,并且操作简便、结果精确。
5环境生物技术现状及前景展望
5.1现状
环境生物技术虽有诸多优点,并能有效解决各种污染问题。但实际应用中依然存在种种局限:
①反应速度较慢,并且需要大型的反应器,需占用过多的土地面积。
②对于原水水质有着十分严格的标准,不然,不利于微生物的生长。
微生物在生态修复中的作用范文第8篇
摘要:社会的高速发展,环境污染日益严重,微生物原本就与人们的生活密切相关,它作为一种新型的污染处理材料,应用在污水、废气的处理,土壤污染治理等方面。利用微生物作用的生化法因其投资少、处理效率高、运行成本低、且微生物的来源广泛,繁殖迅速,容易培养,处理污染简便,有着良好的发展前景。环境污染的发生主要由人类活动所致,但微生物与环境质量也密切相关。一方面微生物具有污染环境的作用,但另一方面微生物也具有很强的修复环境和保护环境的能力。因此,控制和消除微生物对环境的污染,最大限度地利用微生物所具有的净化环境的作用,无疑对环境保护具有重要意义。在我国创建和谐新型社会它有举足轻重的地位。
关键词:环境污染微生物土壤污染治理
当前社会是高速发展,变化的社会,随着人类工农业的高速发展和全球人口的急速增加,使人类赖以生存的自然环境严重恶化,当代人类的生产活动势必造成环境污染。污染物长期残留在环境之中,对生态环境和人类健康危害极大。生态环境是人类和其他生物赖以生存的空间,生命质量和环境密切相关已成为全球共识。随着我国经济建设的快速发展,环境污染问题以引起全社会的高度重视。这是全世界的共同问题。在我国过去几十年的经济发展中,由于忽视了发展中的环境保护问题,目前环境状况十分严峻,已经影响了我国经济的可持续发展。近年来虽然采取了大量控制措施,但环境质量下降的趋势仍在继续。据中国国家环保局《中国环境状况公报》显示,我国1999年大气污染物的排放量,如二氧化硫1857.5万吨,飘尘1159.0万吨,全国废水年排放量达到401.1亿吨,工业固体废弃物年产生量7.8亿吨、排放量达3881万吨,其中100万吨排入河流,危险废弃物产生量1015.5万吨。大量积累的未经处理的工业废弃物(高达59.7亿吨)堆放在室外,占地达5.02万公顷,城市垃圾的产量也非常巨大(仅北京市就年产城市垃圾1000万吨以上),造成严重的环境污染。生态环境的破坏和恶化极为严重,随着我国经济的飞速发展,环境保护的压力将进一步加重。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的氧化,分解成CO2、H2O、PO42-、NO3-等无机物,在厌氧条件下,能将有机物降解,转化成有机酸、CO2、H2、CH4等。微生物种类繁多(我国约有微生物26万种),代谢类型多样,每一种微生物都有独特的酶系与功能。因此,它们是自然界进行自净作用的主力军,也是我们对污染物进行生物处理的“有力武器”,是环境治理的主要工具。自然界存在着丰富的微生物种群,这些微生物虽然个体微小,但在环境污染净化中却扮演着不容忽视的重要作用。微生物是通过水和风的散播得以存在各处的,无论在水表、海底或在土壤中都有微生物的身影。微生物由于自身的生理特性,可以通过自发的或人为的遗传、变异等生物过程适应环境的变化,使之能以各种污染物尤其是有机污染物为营养源,通过吸收、代谢等一系列反应,将环境中的污染物转化为稳定无害的无机物。因而,在生物圈中微生物充当着分解者的角色。大约90%的陆地生产者都要通过分解者作用最终形成无机物归还大地。如果没有微生物的作用,仅历年积累下的生物残体就会堆积如山。微生物的这种作用虽然会造成人类生存资源的损失,但对于生态系统乃至全球的生物的生存、延续和发展却是不可缺少的,更是社会环境治理又一法宝。
一、当前社会环境保护的状况
目前环境污染的地区许多,我国是世界上环境污染最为严重的国家之一,大气、河流、湖泊、海洋和土壤等均受到不同程度的污染。太原、兰州、广州、济南。北京、等五个城市位于世界十大空气污染最严重的城市中之列,全国600多个城市中、大气质量符合国家一级标准的不足1%。全国范围的酸雨危害的程度和区域日益扩大。全国每年污水排放达360亿吨,仅10%的生活污水和70%的工业废水得到处理,其中约有一半工业污水处理设施的出水达不到国家排放标准。其他未经处理的污水直接排入江河湖海,致使我国的水环境遭受严重污染和破坏。据统计,全国七大水系和内陆河流的110个重点河段中,属4类和5类水体的占39%;城市地面水污染普遍严重,并呈进一步恶化的趋势,136条流经城市的河流中,属4类、5类和超过5类标准的高达76.8%;约50%的城市地下水受到不同程度的污染;全国大淡水湖如滇池、太湖和巢湖等富营养化程度逐年加剧;城市垃圾和工业固体废弃物与日俱增,工业废弃物累计堆积量已超过66亿吨,占地超过5万公顷,使200多个城市陷入垃圾包围之中,现在世界上也没有一方净土,人们就连世界上最高山峰---珠穆朗玛峰也不曾放过。
日前我国社会经济仍然保持着高度发展的趋势,环境保护的压力将进一步加重,由人类活动所造成的环境污染和环境质量的恶化已成为制约我国社会和经济可持续发展的障碍。据中国社会科学院1998年度调查和估计,我国环境污染和生态破坏造成的经济损失每年超过2000亿元人民币。如何在经济高速发展的同时控制环境污染,改善环境质量,以实现社会经济可持续发展之目标是我国目前亟待解决的重要问题,也是重中之重。
现在环境问题越来越为人民所关注,世界各国都建立“可持续发展”战略,并围绕它制定和实施本国的环境保护及其相关的产业政策。可持续发展要求在保持经济高速发展的同时,必须保护好人类赖以生存的环境。环境和经济及贸易挂钩是当前国际政治及经济关系发展中的新形势。例如,在日元贷款中,环保贷款已成为非常重要的组成部分。ISO14000系列国际环境管理标准,将要求企业承担相应的环境保护责任,并对达到该标准的企业给予认证。没有得到认证的企业的产品,在出口时将有可能面临被国外政府以未承担环境保护的责任而拒绝进口;同时,国外大型企业也可能因害怕和这些未达到该标准的企业合作而影响其形象,从而中止和这些企业的合作。至2003年,ISO9000系列质量标准将和ISO14000系列环境管理标准统一成一个标准,从而将进一步强化环境保护对企业发展的重要意义。为准确评估我国微生物应用现状,加强微生物应用技术研究和交流,完善微生物安全管理法律法规体系,提高微生物安全管理水平,中国环境科学学会拟于2008年7月在广西桂林举办“首届全国微生物污染防治监测新技术与环境安全管理研讨交流会”。为我国环境保护近一步改善。
二、目前微生物治理环境污染问题的特点
随着社会的发展。科技的日新月异,科技的发展也充分证明微生物技术是环境保护的理想武器,这一技术在解决环境问题过程中所显示的独特功能和显着优越性充分体现在它是一个纯生态过程,从根本上体现了可持续发展的战略思想。我国在经济发展过程中,也出现了突出的环境污染问题。大气、河流、湖泊、海洋和土壤等均受到不同程度的污染。当前我国社会经济仍然保持着高度发展的态势,环境保护的压力依然很大。环境污染和已成为制约我国社会和经济可持续发展的重大障碍。微生物技术在处理环境污染物等方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反应条件温和以及无二次污染等显着优点,加之其技术开发所预示的广阔的市场前景,受到了各国政府、科技工作者和企业家的高度重视。随着生物技术研究的进展和人们对环境问题认识的深入,人们已越来越意识到,现代生物技术的发展,为从根本上解决环境问题提供了无限的希望。在改良环境中没有其他技术所可代替和比拟的。
微生物技术是环境保护广泛应用和十分重要的技术,其在水污染控制、大气污染治理、土壤的肥力修复、有毒有害物质的降解、清洁可再生能源的开发、废物资源化、环境监测、环境修复和污染严重的工业企业的清洁生产等方面,发挥着重要的作用。现代微生物技术的发展,尤其是基因工程、细胞工程和酶工程等生物高技术的飞速发展和应用,使微生物处理具有更高的效率、更低的成本和更好的专一性,为微生物技术在环境保护中的应用展示了更为广阔的前景。微生物技术不仅适用于环境污染治理,如今还广泛应用于环境监测,成为环境质量预报和报警中的重要组成部分。微生物技术虽然广泛应用于污水处理、垃圾处置、河道治理等领域,但在环境中的应用同时存在较大的不确定性和潜在风险:一是微生物自身可能对人体健康和生态环境产生影响;其次是微生物在用于污染物降解和处理过程中,也可能产生新的有毒或污染物质,所以在此同时也要加一些必要的化工处理。两者有机的结合起来。
三、微生物技术在环境污染方面的治理与发展
水是人类宝贵的自然资源,是生物界万物之源,它关系到人类的命运的发展,占人体的75%。水是再生资源,但一旦水的再生过程受到破坏,水环境被污染,将带来严重后果。我国人均水资源十分贫乏,在全世界149个国家中居第109位,人均水占有量不到世界人均水占有量的1/4,被联合国列为13个贫水国之一。
目前空气、垃圾、土地资源的污染越来越严重,不但影响了国民经济的可持续发展,甚至已威胁到人类的健康、智力乃至生存,因此全球各国近几年都在寻找新的途径和方法,以治理和解决环境污染问题。以下这些方面进一步加强微生物与环境的保治,以及该方面的进一步应用。
1.微生物对水的处理
1.1。废水中的脱氮除磷
废水中氮、磷是造成水体富营养化的根源,利用生物脱氮除磷已进行了广泛的研究。污水脱氮技术主要有活性污泥法脱氮工艺,包括A/O(缺氧/好氧)工艺,可使NH4+一N去除率达80%以上,A2/O工艺,改进的氧化沟工艺和SBR工艺都可使总氮(TN)去除率达90%以上。生物膜脱氮有生物滤池、生物转盘、生物流化床、浮动床、浸没式、三级生物滤池脱氮系统等,其中三级生物滤池的反硝化速度最高达1.0kgN/(m3.d),出水TSS<1.00mg/1。
生物脱氮中,有反硝化能力的微生物有变形杆菌、微球菌属、假单胞菌属、芽胞杆菌属等。
污水生物处理中,除磷常与脱氮工艺一起应用,常见的除磷技术有:phostrip工艺,能使总磷(TP)≤1mg/L以下:Bardenpho系统;A/O系统;改良UCI工艺;A2/0工艺。除磷过程一般认为在有氧条件下摄取磷,在厌氧条件下释放磷,其中不动杆菌属〔Acinetobacter)是除磷的优势菌种。