污染环境的生物修复【创意版】.ppt

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一 生物修复的基本原理和特点
❖ 生物修复（Bioremediation）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。
❖ 生物修复的基本指导思想
自然条件下
由于三方 面的原因
DO不足 营养盐缺乏
高效菌生长缓慢
生物修复技术系统中 供氧
添加氮、磷等营养盐
复杂有机物
简单有机物
胞外酶
需氧微生物
胞内酶
CO2、H2O
厌氧微生物 胞内酶
CO2、H2O、H2、 CH4、H2S及有机 酸、醇、酮、醛等 未完全氧化产物
图3－2 微生物分解有机物的作用示意图
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微生物对常见污染物的降解与转化
• 生物大分子的降解
– 糖类：以纤维素和淀粉的分解为例，见图5－4，5－5 – 脂肪 – 蛋白质
– 当主链上的C被S、N、O取代时，对生物氧化的阻抗上升 – 当C原子上的H被烷基或芳基取代时，会生成生物氧化的阻
抗物。
– 官能团的性质和数量 – 分子量大小
• 环境因素
– 温度
– 酸碱度
– 营养
–氧
– 底物浓度
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微生物分解有机物的作用
• 微生物分解有机物的作用可总括成如下图式：
微生物
– 质粒可用来培育优良菌种，或用作基因工程中基因转移的 载体。
– 例如：多功能超级细菌的构建
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A B
A B
C
AB C
注： 质粒
细胞的染色体
图3－1 多质粒超级菌的.精构品课建件示. 意简图
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• 共代谢（Co－Metabolism）
– 微生物在利用生长基质A时（从中获得能量、碳源或其 他任何营养），同时非生长基质B（不能从中获得能量 或营养）也伴随着发生氧化或其它反应。
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11.其他
生态毒理项目
1. 藻类生长抑制毒性
2. 溞类急性毒性
3. 鱼类急性毒性
4. 鸟类毒性
5. 高等植物种子发芽和生长毒性
6. 蚯蚓急性毒性
7. 活性污泥呼吸抑制毒性
8. 吸附/解吸性
9. 降解性
10. 生物蓄积性
11.其他
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第一节 生物修复的概念及其原理
接种、驯化高效菌
净化速度缓慢Hale Waihona Puke Baidu
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快速去除污染物
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❖ 生物修复技术的特点
➢ 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。
➢ 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。
脂肪＋H2O 脂肪酶 甘油＋高级脂肪酸
蛋白质 蛋白酶 肽 肽酶 氨基酸
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＋ H2O
＋ H2O
纤维素
纤维二糖
葡萄糖
纤维素酶
纤维素酶
需氧微生物
胞内酶
CO2、H2O
厌氧微生物 胞内酶 丁酸、CO2、H2等
图3－4 纤维素分解途径示意图
淀粉
微生物 淀粉酶
葡萄糖
需氧微生物
胞内酶
CO2、H2O
厌氧微生物 CO2、H2、有机酸等
– 在纯培养下，共代谢只是一种截止式转化，但在混合 培养和自然环境条件下，转化可为其它微生物进行的 共代谢或其他生物对某种物质的降解铺平道路，使其 代谢产物可继续降解，故污染物在有合适的底物和环 境条件下可通过共代谢作用而降解。
A
E1
E2 C
B
E1
E2 D
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微生物对污染物降解与转化的途径
➢ 与生物处理的区别：两者原理一致，但生物修复
侧重于受污区域的原位生物处理。
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二. 生物修复种主要生物种类及修复原理
1.环境污染的微生物修复
通过微生物的降解和转化，将有机污染物转化为无害的 小分子化合物和二氧化碳与水
❖ 微生物修复的生物类型
➢ 土著微生物：环境中固有的微生物 ➢ 外来微生物：需大量接种的高效菌 ➢ 基因工程菌（GEM）
• 微生物的适应性
– 驯化（Domestication）：是一种定向选育微生物的方
法与过程，通过人工措施使微生物逐步适应某特定条
件，最后获得具有较高耐受力和代谢活性的菌株。
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影响微生物对物质降解转化作用的因素（2）
• 化合物的结构
– 烃类：链烃的易降解性大于环烃，直链烃大于支链烃，不饱 和烃大于饱和烃，支链烷基越多，越不易被降解
胞内酶
图3－5淀粉分解途径示意图
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• 烃类 • 石油类 • 人工合成有机物
– 农药 – 合成洗涤剂 – 增塑剂 – 多氯联苯
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危险性化合物
• 危险性化合物（Hazardous Chemicals）的概念
– 微生物具有降解自然界产生的有机化合物的代谢机制， 从而促使地球有机碳平衡，而在自然界具有新颖结构 的合成化合物（异型生物质，又称非生物性物质， xenobiotics）往往对微生物的降解表现出抗逆性，其原 因可能是这些化合物进入自然界的时间比较短，微生 物界还未进化出降解此类难降解化合物的代谢机制。
• 自然界中化学物质的降解的3种方式：这三种方式往往综 合交叉进行。
– 光降解
– 化学降解
– 生物降解（Biodegradation）：指由于生物的作用，把污染 物大分子转会为小分子，实现污染物的分解或降解。其中微 生物所起的降解作用最大，故也称为微生物降解。
• 微生物代谢活动中的化学作用（实质是酶反应）
– 氧化作用
– 还原作用
– 脱羧作用
– 水解作用
– 脱氨基作用等
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影响微生物对物质降解转化作用的因素（1）
• 微生物的代谢活性
– 不同种类微生物对同一底物的反应不同；
– 微生物在不同的生长时期的活性是不相同的，在对数 期代谢最旺盛，活性最强。
– 微生物的种类组成决定化合物降解的方向和速度，同 时微生物的种类组成又与环境中的化学物质有关。
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微生物对物质降解与转化的特点:
• 微生物个体微小，比表面积大，代谢速率大；
• 种类繁多，分布广泛，代谢类型多样；
• 微生物具有多种降解酶；
• 微生物繁殖快，易变异，适应性强；
• 微生物具有巨大的降解能力；
– 质粒（Plasmid）：染色体外遗传物质，是在原核微生物中 除染色体外，还存在的一种较小的携带少量遗传基因的环 状DNA分子。
污染环境的生物修复
生物修复的概念及其原理
生物修复工程技术
生态工程与污水处理系统
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国家环境保护总局
新化学物质申报表
1. 急性毒性 毒理学项目
2. 短期重复毒性
3. 亚慢性毒性 4. 慢性毒性 5. 生殖/发育毒性
6. 神经毒性 7. 致突变性 8. 致畸性
9. 致癌性
10.毒代动力学
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