番茄花园-生物修复技术作用机理及其运用.ppt
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1、生物修复技术作用机理及其运用,生物修复(Bioremediation):,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
2、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,
3、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。,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。 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。,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。,植物在环境污染
4、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(
5、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
6、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
7、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
8、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 。,Hiromichi Morikawa 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
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