第十一章 微生物和 与环境净化 环境微生物学.pptVIP

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 生物修复的主要问题： ① 不能降解所有环境污染物。对于难以生物降解的、不溶性的有机污染物，以及与土壤腐殖质或矿物成分结合的有机污染物，生物修复很难发挥作用。 ② 生物体会阻塞生物修复场地。对污染场地及其存在的污染物，需进行详细而具体考察，渗透性低的土壤不宜采用生物修复。 ③ 微生物活性受当地温度和其他条件的影响。 ④ 生物修复后，残余污染物浓度依然较高。当污染物浓度低至一定值后，它不足以维持降解菌生长而停止降解。 返回 * * 二、生物修复的微生物原理 在生物修复中，有机污染物通过“共降解”途径，先转变为易降解的中间产物，继而得以最终降解。 共降解（co-degradation）是指微生物利用一种易降解的有机物作为支持生长的营养物质，同时降解另一种有机物的代谢方式。前者称为第一基质，后者称为第二基质（或共降解基质）。第二基质不能支持微生物生长。 * * 共降解是Leadbette和Foster于1959年研究甲烷细菌代谢乙烷时发现的。甲烷细菌以甲烷作为生长基质，同时将乙烷转化为乙醇、乙醛和乙酸，但乙烷及其代谢产物并不支持甲烷细菌生长。他们把这种现象叫做“共代谢”（co-metabolism）。 * * 共降解的主要特点： ① 微生物利用第一基质作为生活的碳源和能源，而把难降解有机污染物用作第二基质。 ② 第二基质对第一基质有竞争性抑制。 ③ 第二基质的降解产物不能用作自己的营养物而被细胞同化，有些降解产物甚至具有毒性，但这些降解产物可被其他微生物利用。 ④ 共降解是需能反应，能量来自第一基质的产能代谢。在某些情况下，能量供应是共降解的控制因素。 * * 基于“共降解”的概念，有必要重新审视有机污染物的“难降解性”和“持久性”。 传统鉴定污染物的可生物降解性时，一般以单一菌种作为降解菌，以被测物作为单一基质，由此测得的“难降解性”结果并不能反映实际过程。实验室里鉴定为“难降解”的有机污染物，在自然环境中并不一定难降解。 采用传统菌株分离方法，菌群结构遭到破坏，降解有机污染物的单一菌株很难分离纯化。 基因重组所得的微生物酶系统的“广谱性”有限，基因工程菌的基质也有限。 返回 * * 三、生物修复的技术要旨 生物修复实质上是对环境自净作用的强化。在实施生物修复时，应综合考虑微生物、有机污染物和被污染环境的特性。 * * 1. 接种微生物 土著微生物(原籍微生物，indigenous microorganism)是指栖息于固有生境内的微生物。 外来微生物(外籍微生物，allochthonous microorganism)是指从原来固有生境转移到其他生境的微生物。 工程微生物（engineered microorganism）是经过人为改造的微生物（包括基因工程菌和各类菌剂）。 生物修复通过改善污染区的理化条件，强化土著微生物的降解潜能。生物修复也可通过“客土法”（即取其他土壤与当地土壤相混）引进外来微生物或通过投加菌剂接种工程微生物，加速有机污染物的生物降解和生物转化。 * * 2. 补充营养物质 在土壤和地下水中，营养物质（如氮、磷）浓度一般不高，是微生物生长的重要限制因素。要使污染物质原位降解，不但需要接种相应的微生物，更需要补充适量的营养物质。 生物激活(biostimulation)：通过添加营养物质来强化生物降解和生物转化的过程。 * * 3. 提供电子受体 自然环境中存在的主要电子受体有溶解氧、硝酸盐、硫酸盐、高价铁等。电子受体不同，微生物的代谢类型和代谢速率各不相同。电子受体一般处于供不应求状态。 工程上采用的增氧措施有： ① 在被处理的地下水或土壤中布设通气管道，将压缩空气强制送入需氧部位； ② 投加氧发生剂（如过氧化氢），经驯化的微生物可耐受的过氧化氢浓度为1 000 mg/L。 * * 4. 添加第一基质 只有存在第一基质时，才能进行第二基质的生物降解和生物转化。有人将甲烷（第一基质）和氧气注入地下水中，利用甲烷细菌的生长和代谢来净化地下水中的有机污染物质，使地下水得到了净化。 *