微生物修復技術原理精選(九篇)
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第1篇：微生物修復技術原理范文
土壤污染已經成為全球性的重要環境問題之一。由于礦山開采、金屬冶煉以及工業污水和污泥的農業應用，大量的有毒有害重金屬元素進入土壤系統，在土壤中的滯留時間長，具有難降解性、隱蔽性和不可逆性的特點，不僅導致土壤的退化、農作物產量和品質的降低，而且還可能通過食物鏈危及人類的健康和生命。
目前，用于土壤重金屬污染治理的方法包括物理修復、化學修復和生物修復。物理修復、化學修復雖能達到一定的效果，但是能耗大、二次污染等問題也限制了其應用[1]，尤其對于大面積有害的低濃度重金屬污染，更是難以處理。重金屬污染土壤的原位生物修復是利用各種天然生物過程而發展起來的一種現場處理土壤環境污染的技術，可利用生物削減土壤中重金屬含量或降低重金屬毒性[2]。根據修復主體的不同，它主要分為微生物修復、植物修復和植物-微生物聯合修復。微生物修復較物理修復、化學修復有著無可比擬的優越性，操作簡單、處理費用低、效果好，對環境不會造成二次污染，可以就地進行處理等，具有很大的潛力和廣闊的應用前景。
1.微生物修復機理
重金屬對人的毒性作用常與它的存在狀態有密切的關系。一般地說，金屬存在形式不同，其毒性作用也不同。微生物不能降解和破壞重金屬，但可以對土壤中的重金屬進行固定、移動或轉化，改變它們在土壤中的環境化學行為，可促進有毒、有害物質解毒或降低毒性，從而達到生物修復的目的。
1.1 微生物的轉化作用
微生物對重金屬的轉化作用包括氧化還原作用、甲基化與去甲基化作用以及重金屬的溶解和有機絡合配位降解。土壤中的一些重金屬元素可以多種價態和形態存在，不同價態和形態的溶解性和毒性不同，可通過微生物的氧化還原作用和去甲基化作用改變其價態和形態，從而改變其毒性和移動性。
1.1.1 氧化還原作用
微生物可通過改變重金屬的氧化還原狀態，使重金屬化合價發生變化，改變重金屬的穩定性。Silver等[3]提出，在細菌作用下氧化還原是最有希望的有毒廢物生物修復系統。微生物能氧化土壤中多種重金屬元素，某些自養細菌如硫-鐵桿菌類 （Thiobacillus ferrobacillus）能氧化As、Cu、Mo和Fe等，假單孢桿菌屬 （Pseudomonas）能使As、Fe和Mn等發生生物氧化，降低這些重金屬元素的活性。微生物對重金屬的轉化作用常見的有對鉻、汞、硒和砷等的轉化。如假單胞菌（ Pseudomonadsp.） 可以把六價鉻還原為三價鉻，從而降低其毒性[4]。
1.1.2 甲基化與去甲基化作用
微生物可通過改變重金屬的甲基化和去甲基化作用改變重金屬的環境效應。Fwukowa從土壤中得到假單胞桿菌K-62，它能分解無機汞和有機汞而形成元素汞，元素汞的生物毒性比無機汞和有機汞低得多。Frankenber等通過耕作、優化管理、施加添加劑等來加速硒的原位生物甲基化，使其揮發而降低硒的毒性，此生物技術已在美國西部灌溉農業中用于清除硒污染[5]。有些真菌和細菌能使無機As轉化為揮發性有機As，從而降低其毒性[6]。
1.1.3 重金屬溶解或配位絡合作用
一些微生物，如動膠菌、藍細菌、硫酸鹽還原菌以及某些藻類，能夠產生胞外聚合物如多糖、糖蛋白等具有大量的陰離子基團，與重金屬離子形成絡合物。如Bargagli在Hg礦附近土壤中分離得到很多高級真菌，一些菌根種和所有腐殖質分解菌都能積累Hg達到100 mg/kg土壤干重[7]。
1.2 微生物的積累和吸著作用
土壤中重金屬離子有5種形態：可交換態、碳酸鹽結合態、鐵錳氧化物結合態、有機結合態、殘渣態。前3種形態穩定性差，后2種形態穩定性強。重金屬污染物的危害主要來自前3種不穩定的重金屬形態[6]。微生物固定作用可將重金屬離子轉化為后兩種形態或積累在微生物體內，從而使土壤中重金屬的濃度降低或毒性減小。微生物固定作用有胞外吸附作用、胞外沉淀作用和胞內積累作用3種形式。其作用方式有以下幾種：①金屬磷酸鹽、金屬硫化物沉淀；②細菌胞外多聚體；③金屬硫蛋白、植物螯合肽和其他金屬結合蛋白；④鐵載體；⑤真菌來源物質及其分泌物對重金屬的去除[8]。
1.2.1 胞外吸附作用
胞外吸附作用主要是指重金屬離子與微生物的產物或細胞壁表面的一些基團通過絡合、螯合、離子交換、靜電吸附、共價吸附等作用中的一種或幾種相結合的過程[2]。許多研究表明細菌及其代謝產物對溶解態的金屬離子有很強的絡合能力，這主要因為細菌表面有獨特的化學組成。細胞壁帶有負電荷而使整個細菌表面帶負電荷，而細菌的產物或細胞壁表面的一些基團如-COOH、-NH2、-SH、-OH等陰離子可以增加金屬離子的絡合作用[9]。研究表明，許多微生物，包括細菌、真菌和藻類可以生物積累（bioaccumulation）和生物吸著 （biosorption）環境中多種重金屬和核素[10]。一些微生物如動膠菌、藍細菌、硫酸鹽還原菌以及某些藻類，能夠產生胞外聚合物如多糖、糖蛋白等具有大量的陰離子基團，與重金屬離子形成絡合物。
1.2.2 胞外沉淀作用
胞外沉淀作用指微生物產生的某些代謝產物與重金屬結合形成沉淀的過程。在厭氧條件下，硫酸鹽還原菌中的脫硫弧菌屬（Desulfovibrio）和腸狀菌屬（Desulfotomaculum）可還原硫酸鹽生成硫化氫，硫化氫與Hg2+形成HgS沉淀，抑制了Hg2+的活性[11]。某些微生物產生的草酸與重金屬形成不溶性草酸鹽沉淀。
1.2.3 胞內積累作用
胞內積累作用是指重金屬被微生物吸收到細胞內而富集的過程。重金屬進入細胞后，通過區域化作用分布在細胞內的不同部位，微生物可將有毒金屬離子封閉或轉變成為低毒的形式[12]。微生物細胞內可合成金屬硫蛋白，金屬硫蛋白與Hg、Zn、Cd、Cu、Ag 等重金屬有強烈的親合性，結合形成無毒或低毒絡合物。如真菌木霉、小刺青霉和深黃被包霉通過區域化作用對Cd、Hg都有很強的胞內積累作用[13]。研究表明，微生物的重金屬抗性與MT積累呈正相關，這使細菌質粒可能有抗重金屬的基因，如丁香假單胞菌和大腸桿菌均含抗 Cu基因，芽孢桿菌和葡萄球菌含有抗Cd和抗Zn基因，產堿菌含抗Cd、抗 Ni及抗Co基因，革蘭氏陽性和革蘭氏陰性菌中含抗As和抗Sb基因。Hiroki[14]發現在重金屬污染土壤中加入抗重金屬產堿菌可使得土壤水懸浮液得以凈化。可見，微生物生物技術在凈化污染土壤環境方面具有廣泛的應用前景。
2.重金屬污染土壤微生物修復技術及其研究進展
微生物修復重金屬污染的技術主要為原位修復和異位修復。微生物原位修復技術是指不需要將污染土壤搬離現場，直接向污染土壤投放N、P等營養物質和供氧，促進土壤中土著微物或特異功能微生物的代謝活性，降解污染物主要包括：生物通風法（bioventing）、生物強化法（enhanced-bioremediation）、土地耕作法（1and farming）和化學活性柵修復法（chemical activated bar）等幾種。異位微生物修復是把污染土壤挖出，進行集中生物降解的方法。主要包括預制床法（preparedbed）、堆制法（composting biorernediation）及泥漿生物反應器法（bioslutrybioreactor）。
2.1 生物刺激技術
生物刺激即向污染的土壤中添加微生物生長所需的氮、磷等營養元素以及電子受體，刺激土著微生物的生長來增加土壤中微生物的數量和活性。關于這方面的研究國外文獻已有報道。Reddy KR，Cutright T J對鉻污染土壤的微生物修復進行的研究表明，限制鉻污染場地修復進程的一個共同因素是污染場地通常缺乏足夠的營養以供引進的外來微生物或土著微生物生長，以至這些微生物自身具備的還原Cr6+的潛力得不到充分發揮；為使其潛力得到充分發揮，需向其生活的環境中投加營養物質來刺激鉻還原菌的新陳代謝和繁殖，促進鉻污染土壤的修復[15]。HigginsT E將堆肥、鮮肥、牛糞、泥炭加入鉻污染土壤進行原位修復，提高了修復效果[16]。
2.2 生物強化技術
生物強化技術即向重金屬污染土壤中加入一種高效修復菌株或由幾種菌株組成的高效微生物組群來增強土壤修復能力的技術。所加入的高效菌株可通過篩選培育或通過基因工程構建，也可以通過微生物表面展示技術表達重金屬高效結合肽，從而得到高效菌株。
2.2.1 高效菌株篩選
高效菌株有2個來源：一是從重金屬污染土壤中篩選；二是從其他重金屬污染環境中篩選。從重金屬污染土壤中篩選分離出土著微生物，將其富集培養后再投入到原污染的土壤，這是本土生物強化技術（本土生物強化技術是由日本科學家Ueno A等人于2007年首次提出的[17]）。篩選、富集的土著微生物更能適應土壤的生態條件，進而更好地發揮其修復功能。目前已從Cr（VI）、Zn、Pb污染土壤中篩選分離出菌種Pseudo-monasmesophillca和maltophiliaP，Barton等對這2種菌株去除Se、Pb毒性的可能性進行了研究，發現上述菌種均能將硒酸鹽、亞硒酸鹽和二價鉛轉化為不具毒性且結構穩定的膠態硒與膠態鉛。Robinson等研究了從土壤中篩選的4種熒光假單胞菌對Cd的富集與吸收效果，發現這4種細菌對Cd的富集達到環境中的100倍以上[1]。
2.2.2 基因工程菌構建
基因工程可以打破種屬的界限，把重金屬抗性基因或編碼重金屬結合肽的基因轉移到對污染土壤適應性強的微生物體內，構建高效菌株。由于大多數微生物對重金屬的抗性系統主要由質粒上的基因編碼，且抗性基因亦可在質粒與染色體間相互轉移，許多研究工作開始采用質粒來提高細菌對重金屬的累積作用，并取得了良好的應用效果[18]。
2.2.3 微生物表面展示技術
微生物表面展示技術是將編碼目的肽的DN段通過基因重組的方法構建和表達在噬菌體表面、細菌表面（如外膜蛋白、菌毛及鞭毛）或酵母菌表面（如糖蛋白），從而使每個顆粒或細胞只展示一種多肽[19]。微生物表面展示技術可以把編碼重金屬離子高效結合肽的基因通過基因重組的方法與編碼細菌表面蛋白的基因相連，重金屬離子高效結合肽以融合蛋白的形式表達在細菌表面，可以明顯增強微生物的重金屬結合能力，這為重金屬污染的防治提供了一條嶄新的途徑。
LamB、冰晶蛋白、凝集素、a-凝集素和葡萄球菌蛋白A都是表面蛋白，在微生物表面展示技術中用來定位、錨定外源多肽[20-21]。Sousa C等將六聚組氨酸多肽展示在E.coliLamB蛋白表面，可以吸附大量的金屬離子，重組菌株對Cd2+的吸附和富集比E.coli大11倍[22]；Xu Z、Lee S Y將多聚組氨酸（162個氨基酸） 與Omp C融合，重組菌株吸附Cd的能力達32 mol/ g干菌[23]；Schembri M A等將隨機肽庫構建于E.coli 的表面菌毛蛋白FimH粘附素上，經數輪篩選和富集，獲得對PbO2、CoO、MnO2、Cr2O3具有高親和力的多肽[24]；KurodaK、UedM將酵母金屬硫蛋白（YMT） 串聯體在酵母表面展示表達后，四聚體對重金屬吸附能力提高5.9倍，八聚體提高8.7倍[25]。表面展示技術用于重金屬污染土壤原位修復的研究雖然取得了許多成果，但離實際應用尚有一段距離。其主要原因是用于展示金屬結合肽的受體微生物種類及適應性有限，并且缺乏選擇金屬結合肽的有效方法[19]。
3. 結論與展望
從目前來看，微生物修復是最具發展和應用前景的生物修復技術，人們在微生物材料、降解途徑以及修復技術研發等方面取得了一定的研究進展，并展示了一些成功的修復案例。但重金屬污染土壤原位微生物修復技術目前還存在以下幾個方面的問題：（1）修復效率低，不能修復重污染土壤。（2）加入到修復現場中的微生物會與土著菌株競爭，可能因其競爭不過土著微生物，而導致目標微生物數量減少或其代謝活性喪失。（3）重金屬污染土壤原位微生物修復技術大多還處于研究階段和田間試驗與示范階段，還存在大規模實際應用的問題。（4）微生物個體微小，難以從土壤中分離；重金屬回收困難。
污染場地應用是各種生物修復技術研發的最終目的。一般說來，實驗室的微生物修復研究，因修復條件較為理想化，擾因素極少，其修復可能很好。如一旦將室內的微生物修復技術放大到現場條件下，干擾因素復雜，一系列的新問題可能會出現，甚至可能會遭致完全否定等現象。因此，微生物修復技術的場地應用是一項復雜的系統工程，必須融合環境工程、水利學、環境化學及土壤學等多學科知識，創造現場的修復條件，如土地翻耕、農藝措施、添加物質、高效微生物、植物修復，季節更替等，構建出一套因地因時的污染土壤田間修復工程技術。
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第2篇：微生物修復技術原理范文
關鍵詞：微生物 環境修復 廢水 固體廢物 重金屬污染
中圖分類號：X3 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（a）-0-01
目前，國際上環境生物修復技術的核心是微生物技術，也是目前世界上廣泛應用的生物技術，利用微生物進行環境修復，成本低廉、 操作簡便、 修復效果好，相比傳統方法不存在二次環境污染的問題，已在國內外被廣泛應用。
1 微生物治理廢水技術
污染水體的生物修復技術是新近發展起來的一項清潔環境的低投資、 高效益、 便于應用和發展潛力巨大的新興技術。
（1）固定化微生物技術。固定化微生物技術是指利用化學的或物理的手段將游離的微生物定位于限定的空間區域，并使之成為不懸浮于水仍保持生物活性、可反復利用的方法。唐鳳舞等[1]用固定化微生物技術對城市污水進行污染物降解處理實驗研究。結果表明，在pH值為8.0，固定化顆粒與污水的質量比例為16%，溫度為25 ℃時，硝基苯去除率達97.9%，COD去除率達89.2%，出水水質穩定。
（2）生物膜技術。生物膜法是令微生物附著在惰性濾料上，形成膜狀的生物污泥，從而對污水起到凈化效果的生物處理方法。生物膜法具有運行費用低廉、管理方便的特點，對進水的水質與水量變化有著很強的適應能力。張鳳君等[2]采用中空纖維膜作為無泡供氧及生物膜載體，采用包埋固定化技術進行掛膜及污水處理研究。實驗結果表明，采用PVA作為包埋劑，且包泥量為1∶1的情況下，COD和氨氮的去除率分別穩定在90%和80%左右。
（3）低溫微生物治理污染水體。近年來，低溫微生物主要被用于治理地下水、海洋和湖泊水體污染，被公認為是對湖泊、 地下水等大面積水體污染最有生命力的修復技術。在西方很多國家，低溫烴降解菌已在一些有毒有害有機污染的修復計劃中得到應用，其用于廢水處理具有廣闊的前景。孟雪征等[3]實驗發現：冬季低溫時，在曝氣池內投加耐冷復合菌群可以使COD去除率由35%提高到89%，該項研究結果為寒冷地區冬季生活污水的處理提供了新的解決辦法。
2 微生物處理固體廢物
利用微生物可以處理垃圾、尾礦、貧礦、冶金爐渣、及農林廢料等各種固休廢棄物，主要有堆肥法、場地處理法 和 厭氧處理法等，最常用的是“堆肥法”。我國同濟大學與無錫崇安區環衛科研站共同研究成功的生活垃圾快速高溫堆肥二次發酵工藝，經微生物和機械聯合處理后，堆肥不再帶致病敵害微生物，對農作物無害，且具有較高的肥效[4]。
3 微生物治理重金屬污染
微生物對重金屬污染的治理主要分為兩部分[5]：重金屬的生物固定和重金屬的生物轉化。微生物對重金屬的生物固定是指微生物與重金屬具有很強的親合性，通過帶電荷的細胞表面可吸附重金屬離子，或將重金屬離子富集在細胞表面或內部，使重金屬的移動性降低。微生物對重金屬的生物轉化是指微生物能通過氧化還原、甲基化和去甲基化作用轉化重如離子交換、分泌有機配體、激素等間接作用影響植物對重金屬的吸收。利用從電鍍污泥中獲得的SR系列復合功能菌，高效還原六價鉻為三價鉻，被微生物菌體富集，再經固液分離，廢水被凈化，污泥中金屬再用微生物或化學法回收，固液分離的上清液可以回用[6]。
4 養殖環境微生物原位修復
近年來水產養殖業迅速發展，養殖水體環境逐漸惡化。凈水微生物具有無毒、無副作用，無殘留，無二次污染，不產生抗藥性，能夠有效地改善養殖水體 生態環境、維持水生生態平衡、增強水生生物免疫力和減少疾病的發生，因此得到越來越廣泛的應用[7]。主要凈水微生物：光合細菌（PSB）、芽抱桿菌（Ba cillu s）、硝化細菌、酵母菌（Mic r o zym e）、放線菌、蛙弧菌、基因工程菌、復合菌劑等。目前國內研究較多的是光合細菌對養殖環境的生物修復作用。
5 結語
目前我國微生物技術在環境修復上的應用還處在起步階段，我們對于微生物的研究開發利用還是冰山一角，隨著我國經濟的進一步發展，我國將面臨越來越嚴峻的環境污染問題，所以進一步深入研究微生物的環境修復功能不僅具有很大潛力，而且還具有重要意義。微生物處理技術必將為我國的環境修復提供更多可行、可用、有效的方法。
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第3篇：微生物修復技術原理范文
關鍵詞：根瘤菌豆科植物；共生體系；重金屬污染；修復方式
中圖分類號：X53文獻標識碼：A文章編號：16749944（2016）02007603
1引言
隨著重金屬污染問題對全球環境及人類健康造成的危害日益擴大，重金屬污染的修復問題越來越為世界各國所關注。我國大部分廢棄地或礦區均存在殘留重金屬濃度高、氮素、磷素等營養元素缺乏及土壤偏酸性等問題，微生物對土壤氮循環中起著關鍵的作用，而根瘤菌豆科植物共生體系在修復重金屬污染中具有劃時代的意義。豆科植物具有重金屬耐性，其可以與根瘤菌共生，起到固氮的作用，可有效解決上述存在的問題[1]。本文主要論述修復土壤重金屬污染的方法，簡要分析微生物抗重金屬的相關原理，同時講述根瘤菌豆科植物共生體系在重金屬污染環境修復中的應用，希望能為科研學者們提供參考。
2修復土壤重金屬污染的重要意義
土壤是人類獲取食物和其他資料的基礎保障，同時土壤也是各種物質循環的基礎存儲庫，其對環境的各類變化具有很高的敏感度。土壤中重金屬的殘留時間越久不僅使土壤的肥力退化，而且會通過食物鏈使人類間接的吸收重金屬，危害到人類的健康。有權威資料顯示，土壤、大氣和水體三者之間的相關性和耦合性使得人類對修復大氣和水體的重金屬污染的關注度大于對修復土壤的重金屬污染的關注度，但無論怎樣，若是土壤的重金屬污染環境得不到修復，則大氣和水體的污染環境也無從解決。因此修復土壤的重金屬污染環境可從根本上維持生態的可持續和穩定發展。
3修復土壤重金屬污染的方法
當前很多領域對土壤的重金屬污染修復技術都做了很多研究，筆者經過查閱資料后總結出修復土壤重金屬污染的兩大有效途徑就是運用固化作用和活化提取去除。通過固化作用可降低各生物之間的循環利用性，同時降低重金屬的遷移性和毒性。詳細的方法有自然、物理、化學及生物等修復方式[2]。從綜合的角度分析，自然修復主要與土壤自身的理化性質有很大關系；物理修復和化學修復在整體的修復效果來說非常好，所花費的時間較少，但修復成本較高，會造成土壤物理性質的變化，有可能會引發二次感染，無法解決實際問題；生物修復包含微生物修復、植物修復及微生物植物共同修復這3種形式，是一種新興的修復技術，其以操作簡便、成本低廉、安全性高及對環境影響少等優點而被當作修復重金屬污染環境的有效途徑。微生物修復雖然可通過積累重金屬或是改變重金屬的化合狀態來達到降低土壤中重金屬毒性的作用，但純粹的微生物修復在實際應用中并沒有將Cu、Pb等重金屬離子從土壤中移除，待微生物細菌死亡后這些金屬又會自然的回到土壤中產生循環污染，因此采用微生物修復方式沒有明顯作用。而微生物植物共同修復方式則是結合微生物與植物共生的關系，充分發揮各自的修復作用，并彌補對方的不足，從根本上提升了土壤重金屬污染的修復效率，具有很高的應用價值。
4微生物-植物共同修復方式的具體闡述
4.1微生物的抗重金屬性及解毒機制
若土壤中的重金屬濃度過高，則會影響到微生物的代謝功能，最終改變微生物物種的分布和數量。因此為了適應這樣的污染環境，微生物會形成對應的抗重金屬性和解毒機制[3]。而微生物對重金屬的解毒機制在理論上非常復雜，且不同種類的微生物其抗性及解毒機制也不太相同，所運用的解毒原理通常都包括沉淀、整合、外排、富集和隔離等。例如微生物對銅的抗性最顯著的就是大腸桿菌，其主要是負責將過量的Cu2+移出細胞質，并通過其他組分將細胞周圍的Cu2+濃度進行控制，保證植物在一定Cu2+濃度下存活；而微生物對對鋅的抗性則表現為當細胞內的Zn2+濃度達到一定值時，微生物會通過自身對Zn2+的吸收性，啟動外排系統將細胞內定量的Zn2+排出細胞外，從而達到降細胞內Zn2+濃度的效果。利用這樣的抗性機制，微生物可以同時轉化和改變土壤中重金屬的離子形態，這本身就是一種解毒效果，對土壤的整體環境而言就是一種良好的修復效果（圖1）。
4.2微生物-植物共同修復技術的作用
該項技術一方面主要是運用PGPR細菌（促植物生長根際細菌）能分泌的酶、有機酸和表面活性劑等物質，進而提高土壤中重金屬的生物有效性，從而提升植物對重金屬元素的可吸收性、累積和固化等效率；另一方面主要是依靠ACC脫氨酶等各類分泌特異性酶、維生素、各類植物激素以及具有氮固定作用的根瘤菌來促進植物的生長，從而提升植物的總量，進而增加重金屬的總積累量。同時植物在整個過程中不斷的分泌類似糖、氨基酸和有機酸等物質，在一定程度上為微生物提供了能源，保證了微生物的作用持續，同時還改善了土壤的理化性質，也間接促進了微生物的繁殖和生長[4]。由此可見，微生物-植物共同修復技術彌補了微生物及植物各自在修復過程中存在的不足，提高了整體的修復效率。由上文的分析中可知，氮素等營養成分不足是限制重金屬污染地植被恢復的關鍵因子，因此氮素含量水平成為了判斷重金屬污染地生態修復效果的指標。根瘤菌豆科植物共生體系是目前固氮能力及抗逆能力最強的體系，兩者之間存在一種緊密互利關系，既可以提升土壤的肥力，同時還能夠固定或移除土壤中的重金屬
4.3根瘤菌豆科植物共生體系修復重金屬污染的效果
4.3.1根瘤菌的選擇和促植物生長的相關特性
具有重金屬抗性的根瘤菌在重金屬長期污染環境下，可有效的與宿主（豆科植物）進行結瘤和固氮。與眾多的微生物相同，根瘤菌也可以通過某一種重金屬抗性系統維持某一種金屬離子的穩定狀態，其作用機制與上文提到的相同。因此，國內外很多學者對豆科植物和根瘤菌的共生體系做了很多研究，并提出了根瘤菌的選擇的重要性。有學者從受Ni污染的土壤中分離出40余種微生物后進行分類，對其中的9種重金屬做耐性評定之后發現某一株菌對Zn2+具有很好的耐性；也有學者在某一礦區中篩選出某一種株菌并對其進行液體培養基時發現存在具有很好耐受性的Zn和Cd離子。由此可見根瘤菌作為一種內生菌，其通過長期的進化后能與植物形成一種穩定的互惠互利關系，其能夠為植物提供營養，發揮促進植物生長的作用；同時其位于植物的內部，植物本身也對其具有保護和提供能源的作用，從而發揮穩定的促生作用。當然，根瘤菌也與其他促生菌相同，除了促進植物生長，同時還有重金屬累積作用，在重金屬污染地的修復中發揮著強大的作用。
4.3.2根瘤菌的抗重金屬性及解毒機制
根瘤菌通過長期的進化后能有效適應環境的改變和有害物質的存在，這就表現出了根瘤菌的抗重金屬性。有學者對某一株菌對Cd的抗性書評進行研究，經鎘處理前后觀察GSH變化后發現，Cd抗性對根瘤菌處理前后其GSH變化明顯，且GSH對Cd有一定的解毒效果。現階段關于根瘤菌的抗重金屬性及解毒機制的研究成果還比較少，需要更進一步研究。
4.3.3根瘤菌豆科植物共生體系生態修復效果
通常根瘤菌在土壤中生長速度較慢，但如果侵染豆科植物后其生長速度明顯加快。侵染后其能在豆科植物的根部形成根瘤，隨后持續繁殖，此時它可為植物提供氮素，同時還能通過自身的分泌物促進植物的生長和累積重金屬[5]。有學者對兩者共生體系的特性進行研究時候發現，沒有經過接種的某一株菌其生物量非常小，并表現出營養不足的癥狀，但經過抗金屬性接種后其生長速度明顯加快；也有研究學者研究As對根瘤菌大豆共生體系所產生的影響后發現As營養液中生長的某一株菌其莖和根的重量雖沒有上升，但相對于沒有接種的植物來說，其重量上升了40%左右，而植物本身的氮素含量卻沒有升高，由此可以得出這一株菌能分泌
植物激素，有促生作用。以上學者的研究結果表示可通過根瘤菌豆科植物共生體系之間的相互作用，以固氮作用加快重金屬污染地中氮元素的累積，促進土壤中的氮素循環和其他營養成分的累積，同時還可富集眾多的重金屬元素，保護生態環境。
5結語
近年來，我國各大礦區和廢棄地接連發生土壤貧瘠、氮素等營養元素不足及重金屬污染的不可降解性等問題，而這些均是限制重金屬污染土壤生態修復的主要因素。根瘤菌作為一種重要的農業資源，其在環境修復過程中起著關鍵的作用。能在重金屬環境中存活的豆科植物，主要是依靠根瘤菌侵染自身后與之進行共生和固氮，將兩者的共生體系應用在重金屬污染土壤的修復中，對土壤的氮素循環和積累營養元素有了顯著的促進作用。文中，筆者介紹了目前全球最先進的土壤重金屬污染修復技術，指出了根瘤菌豆科植物共生體系共同修復能夠維持污染環境的氮素平衡，實現了人類與環境的和諧共生。
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第4篇：微生物修復技術原理范文
【關鍵詞】水體污染生物修復生態塘人工濕地
水是生態環境中最活躍、最重要的因素，構成生態循環的基礎。人類生活生產活動改變了天然水體的物理、化學或生物學的組成性質，其直接結果是造成水體污染和淡水資源短缺。污水也將成為淡水資源之一通過生物修復技術使污水得以有效凈化并最終成為一種十分重要的再生資源。
1水體污染的概念和類型
1.1 水體污染的概念
水體污染是指某種物質進入水體，而導致水體的化學、物理、生物或者放射性等方面特性的改變，從而影響水體的有效利用，危害人體健康破壞生態環境，造成水質惡化的現象。水環境中的污染物常見的有四種，持久性污染物、非持久性污染物、酸和堿、熱。
1.2 水體污染的類型
水中的污染物種類大致分為固體污染物、需氧污染物、營養性污染物、酸堿污染物、有毒污染物、油類污染物、生物污染物、感官性污染物、熱污染等。
2生物修復技術在水體污染方向應用
生物修復又稱生物改良，是它利用生物對環境污染物的吸收、代謝及降解等功能，對環境中污染物的降解起催化作用，加速去除環境中的污染物。這項技術正被用于清除土壤、地下水、廢水、污泥、工業塑料和氣體中的污染物。生物修復與傳統的物理化學方法相比，具有經濟；環保；修復時間短；操作方便等方面的特點。
3.水體修復的主要處理方法
水體修復技術包括以微生物為處理功能核心的生物處理技術、具有復合生態系統的生態塘處理技術、以植物和微生物為主要處理功能體的濕地處理技術、土壤處理技術和河湖等自然凈化能力的處理等。
3.1生物處理技術
生物處理技術包括好氧處理、厭氧處理、厭氧—好氧組合處理。其主要原理是人工馴化、培養適合于降解某種污染物的微生物，通過控制室和微生物生長的環境以穩定和加速污染物的降解。生物處理技術起步較早，現在已有很多成熟的工藝，比如SBR、氧化溝等。
3.2生態塘處理法
生態塘是以太陽能為初始能源，通過在塘中種植水生作物，進行水產和水禽養殖，形成人工生態系統。在太陽能的推動下，通過生態塘中多條食物鏈的物質遷移、轉化和能量的逐級傳遞、轉化，將進入塘中污水中的有機污染物進行降解和轉化。最后不僅去除了污染物，而且以水生作物、水產的形式作為資源回收，實現了污水處理資源化。
人工生態系統利用種植水生植物、養魚等形成多條食物鏈。其中不僅有分解者生物、生產者生物，還有消費者生物，三者分工協作，構成縱橫交錯的食物網生態系統。若在各營養級之間保持適宜的數量比和能量比，就可建立良好的生態平衡系統。污水進入這種生態塘中，其中的有機污染物不僅被細菌和真菌降解凈化，而其降解的最終產物，一些無機化合物作為碳源、氮源和磷源，實現并從低營養級到高營養級逐級遷移轉化，最后轉變成水生作物，從而獲得可觀的經濟效益。
3.3人工濕地處理技術
人工濕地是近年來迅速發展的水體生物—生態修復技術，可處理多種工業廢水。人工濕地的原理是利用自然生態系統中物理、化學和生物的三重共同作用來實現對污水的凈化。這種濕地系統是在一定長寬比及底面有坡度的洼地中，由土壤和填料（如卵石等）混合組成填料床，污染水可以在床體的填料縫隙中曲折地流動，或在床體表面流動。在床體的表面種植具有處理性能好、成活率高的水生植物（如蘆葦等），形成一個獨特的動植物生態環境，對污染水進行處理！
人工濕地的顯著特點之一是其對有機污染物有較強的降解能力。廢水中的不溶性有機物通過濕地的沉淀、過濾作用，可以很快地被截留進而被微生物利用；廢水中可溶性有機物則可通過植物根系生物膜的吸附、吸收及生物代謝降解過程而被分解去除。
由于這種處理系統的出水質量好，經濟而美觀。英、美、日、韓等國都已建成一批規模不等的人工濕地。
4 總結
目前國內外有很多水體修復的成功工程。例如日本渡良瀨蓄水池的人工濕地，運用生物技術達到對水體進行自然凈化的目的，是世界最大人工濕地。再如李正魁研究了固定化氮循環細菌技術（INCB）在貴陽紅楓湖物理生態工程（PEEN）實驗區的除氮、抑菌效果，結果表明，應用PEEN—INCB技術應用于紅楓湖試驗區總紅楓湖的非離子氨均
參考文獻
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第5篇：微生物修復技術原理范文
關鍵詞：生態消淤、水生生態、綜合治理、修復
一、前言
隨著珠三角地區人口不斷增長，大量富含有機物的生活污水和部分工業廢水排入河涌，導致水體含氧量大幅下降，造成了河涌普遍呈現有機污染嚴重的特征。且由于長期不加治理，大量的污染物沉積在河涌底部，導致河涌底泥淤積，珠三角地區河涌的淤泥厚度可達0.5～2m，平均為0.36m。底泥中的還原性物質產生大量的化學耗氧使河涌底泥形成厭氧環境，在厭氧微生物作用下逐步腐化，變黑、發臭。
目前的城市河涌整治中，注重清淤，堤岸，綠化和截污等工程，而不重視底泥和水體生物原位修復，更不重視河涌生態體系建立，這樣導致城市河涌整治中邊治邊黑，邊黑邊治，不能從根本上改善河涌水質和提高水體自凈能力。現正積極探索城鎮河涌污染治理新路子，提高河涌整治的效果和水平。原位生態修復技術曾經在國內外許多工業污水處理廠、湖泊、池塘、湖塘、海灘等多個污染控制工程項目中得到應用，都是對水體及其淤泥進行污染物的消減處理，效果皆良好，從事實上說明了該技術運用的可行性與成熟性。
二、常規河道清淤和水生生態技術修復存在的問題
傳統整治河道的手段是截污與污水處理，清淤，水生態修復，補水，堤岸景觀建設等。其中，常規清淤和水生生態技術修復存在很多問題：淤泥清挖工藝落后，工程投資大，操作麻煩，清淤效率低；清淤挖上來的淤泥含水率高，數量巨大，黑臭，運輸和處置難；傳統的清淤方法，最重要清除的上層不穩定淤泥殘留多，加上發黑的河水，污染負荷仍然很大，黑臭難解決；生態修復未找到快速修復水生食物鏈并且易于維護的簡單方法；需要使用曝氣等其它設施，管理麻煩，維持費用大；普通的投放微生物治河技術，投放液態的微生物易被河水沖走，要長期不斷投放，維持費用大，一年只能消化淤泥少于10cm，不能替代清淤。
綜上所述，黑臭的河道，清淤后不穩定淤泥的殘留量多，就算做到完全截污，河道內的污染負荷仍然很大，單純依靠調水、補水難以徹底消除這些污染，難以短期內消除河道黑臭。不少投入了很多資金治理過的河道，雖然有一些效果，但不能令人滿意，尤其是退潮時、枯水時仍然黑臭。
河道治理重在水環境生態修復與重建，重建生態系統有很多方法，最重要的是能使水體的自凈能力保持穩定，且易于控制和管理，維護費用低。所以，尋求高效而且符合上述要求的技術方法，是河道水體生態修復最大的難點，是水體修復難易的關鍵，也是各種治理方法和治理效果的差異所在。施放底泥凈化劑消解淤泥，同時能夠快速修復水生生態，真正消除黑臭，是一種更有效的河道快速治理方法，生態修復不需要15年，幾個月至1年就可以做到。
三、原位生態修復治理關鍵技術
1、關鍵技術簡介
水環境生物修復是在可控條件下，利用微生物和水生生物生命代謝活動，修復被污染的環境或消除環境中的污染物的過程。而原位生態修復技術的核心為生態修復劑技術，即在無固定設備且完全自然的狀態下，因地制宜，充分利用天然水體的自凈功能，采用直接向污染河道投入高效的本源微生物菌群和微生物促進劑，激活水體中原本存在的利于水體自凈的微生物，并通過它們的迅速繁殖，從而消除水體中的有機污染，同時對河道有機底泥起到一定的消化作用。具體的流程主要為：微生物馴化，微生物菌劑在河涌底泥中接種繁殖，根植河床，微生物對河道污水和底泥中的污染物進行分解去除，凈化水質和減少污泥量，再通過人工培育河道生態鏈最終恢復水體的原生態，實現水體穩定的自凈功能。生態修復劑是一種充分利用自然界生物降解原理，提高水體的生命力和自凈能力，并重建其生態平衡、迅速地改善水質的技術與產品。
2、底泥凈化生物修復治理黑臭河涌
針對底泥富含大量有機物和營養物質，好氧速率高，處于強還原狀態的厭氧環境，投放生態修復劑的方法，進行生物修復，以控制和消除底泥污染。底泥凈化劑，由增氧劑、有效微生物菌劑和生物載體組成。增氧劑在水中逐漸釋放出氧，改變河道底層厭氧生態環境為好氧生態環境，激活微生物菌群，同時為有機污染物的降解提供電子受體；有效微生物菌劑是采用本土化的好氧型和兼性微生物組成的復合微生物菌劑。作為載體的多孔礦物，可為微生物菌落提供巨大的附著表面，減少微生物的流失和更好發揮微生物降解有機污染物的作用。
在底泥凈化劑的作用下，能有效地對污泥和污水中的有機污染物、細菌等進行生物降解，污泥有較大幅度的減少，河水不黑不臭，沒有黑色底泥上浮，淤泥層減薄，礦化度增加，從而最終凈化水質。
3、治理效果
河道第一次施放底泥凈化劑，10天～20天臭味消失，河道從厭氧狀態轉變為好氧狀態，出現許多微型動物；約一個月，河道水質變清，水里的微型動物繼續增多；30天～50天，水底有很多水絲蚓（俗稱“紅蟲”，是棲息在水底污泥中的底棲動物，以污水和污泥中的有機物為食物），大量的紅蟲對水生食物鏈的修復很有好處，繼而水里可看到一些小魚，表明水質好轉，水生食物鏈初步修復，已適宜魚類生長；兩個半月，小魚群增多，淤泥泥面從原來的黑色開始呈現灰白色；3個月～4個月，河底淤泥削減15～20厘米，當河底淤泥中的有機物被吸收分解之后，底泥表面就是一層不被吸收分解的沙、石，底泥泥面呈現灰白色，紅蟲逐漸減少；4個月～6個月，河底淤泥削減25～30厘米，河道已不黑不臭，水質明顯變好。
4、淤泥消解和水生生態快速修復技術的優勢
4.1 這種生態修復劑具有沉淀的功能，其本身及其固著的微生物不易流失，不易被水力沖跨，即使在水流動的河或者很深的水域里，都能沉入到底部，把淤泥里的有機物吸收分解掉，并達到凈水、增氧、消除惡臭等效果。只要在被污染的水體投放了生態修復劑，就可以分解去除底質的淤泥和凈化水質。
4.2 施放這種生態修復劑，不用機械清淤，不必解決淤泥出路，沒有散發臭氣的清淤場面。由于污染情況和淤泥情況不同，根據應用實例，施放一次生態修復劑，河道的淤泥4--6個月可以減少20--30厘米。
4.3 施放生態修復劑后，不需要曝氣充氧設備，不需后期管理費，同時消除臭味，促進了水生生物的食物鏈修復，很適合凈化底質污染和水體生態修復。
4.4 用生態修復劑消解淤泥，替代了清淤，同時快速修復水生生態，是一種可以與原有河道綜合治理任務對接，大大降低治理難度，提高治理效果，而且無二次污染的先進技術。
四、結論
原位生態修復技術與截污補水相結合，對河涌段進行治污處理，有效地控制河道有機污染，減少河道底部淤泥量，從根本上起到凈化河涌水質，達到消除黑臭、消除河道底泥的目的。生物修復劑應用性能優異的微生物增效技術，通過提高水體的生命力和自凈能力，可以替代清淤，快速消除底泥，同時快速修復水生食物鏈，重建水體生態系統，提高河道自凈能力，改善河道感觀和水質，成為治水的一種非常有效的方法。底泥生物修復劑具有沉淀的功能，其本身及其固著的微生物不易流失，有效的把淤泥里的有機物分解掉，達到凈水、增氧、消除惡臭等效果，生態修復后不需任何管理費，是一種最經濟凈化，無二次污染的先進技術。
在我國還不能做到完全控制河道面源污染和完全截污治污的情況下，實踐證明，應用生態消淤、快速修復水生態、分段截污與水生態污水處理等生物增效技術的集成，是一種疏浚、消除河道累積污染、從根本上解決河道發黑發臭的問題，是恢復河道良好生態環境的簡單、實用的方法。
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第6篇：微生物修復技術原理范文
[關鍵詞]生物修復 水環境 富營養化 有機污染物 重金屬
[中圖分類號] X52 [文獻碼] B [文章編號] 1000-405X（2015）-2-288-2
據報道，我國目前有50%的河道和80%以上的湖泊受到污染，許多湖泊已達不到地表水Ⅲ類水質標準，受污染水體的綜合治理和修復已刻不容緩[1]。生物修復的種類很多，根據被修復的污染環境，可分為土壤生物修復、地下水生物修復、沉積物生物修復和海洋生物修復等；根據生物修復所利用的生物種類，可分為動物修復、植物修復和微生物修復；根據人工干預的情況，可分為自然生物修復和人工生物修復。
1生物修復的作用機理
1.1微生物修復
廢水中的有毒物質的成份非常復雜，包括各種酚類、氰化物、重金屬、有機磷、有機汞、有機酸、醛醇及蛋白質等等。生物處理去除污水中的有機物質，是利用微生物的新陳代謝過程。微生物群體依靠細胞壁將污水中的有機物質吸收消化，同時產生一定的代謝物質，再作為其它微生物的養料，進行吸收消化，周而復始，直至污水中的有機物質全部分解。
1.2植物修復
植物，特別是水生植物，對污染水體都有一定的凈化能力，因此，在污染水體中種植對污染物吸收能力強且耐性好的植物，應用植物對污染物的吸附、吸收、富集和降解（植物根系-根際微生物的聯合作用）等，將水體中污染物去除或固定，從而實現水體修復的目的。
植物可直接吸收污染物質，通過轉化和輸送，以非植物性毒素的形式進行積累。另一方面，植物通過向水體中分泌營養物質（單糖、氨基酸、脂肪族化合物等）和酶以及傳遞O2到根部來刺激根系周圍微生物生長，并改變水體的生化活性，從而加速水體的生物修復作用。近年來研究表明植物根系的分泌物不但可為微生物提供營養物，同時可誘導微生物降解某些難降解的有毒物質如多氯聯苯。水生植物可向沉積物、根圍、莖葉圍釋放營養物質和O2，使沉積物中的微生物通過好氧的方式礦化污染物，提高微生物活性及對污染物的礦化能力[2]。
1.3動物修復
在污染水體治理修復中，合理規劃、科學發展水上養殖，可在氮磷污染較重的水域適當增加食草和浮游植物魚種的投放，以控制和消耗過度繁殖的藻類、提高水質。魚類是動物修復的重要參與者，鰱魚主要以浮游植物為食，鳙魚主要以浮游動物為食。水蚤以藻類和有機腐屑為食，能有效除去藻類，同時它又可作為魚類等水生動物的餌料被消耗。螺、蚌等底棲動物也可攝食碎屑、藻類，蝦和魚類可攝食藻類、碎屑、浮游動植物等，它們都能夠明顯限制浮游植物的生物量，同時降低水體中的COD、TP、DO和pH值。
2生物修復技術的研究現狀
2.1脫氮除磷
去除水體中大量的氮、磷，是治理富營養化污水的根本。而氮、磷元素是植物生長必需的營養物質，因而治理氮、磷污染的最好方法是植物修復。
李睿華等[3]探討了美人蕉、香根草和荊三棱3種水生植物帶改善河水水質的作用，發現有植物帶對污染物降解的效果好于無植物帶，其中荊三棱帶效果最好，它在整個運行期間對COD、氨氮NH4+-N和總磷TP的去除效果分別為44.1%、78.7%和71.4%。
人工濕地污水凈化系統一個很重要的功能就是去除污水中的氮磷。濕地植物能通過吸收、吸附和富集等作用去除污水中的污染物，包括對氮、磷的吸收利用。趙麗娜等[4]比較了幾種春季濕地植物的污水處理效果，總結出菖蒲和香蒲的處理能力較好，其對TN、TP和COD的去除率分別達到了72.46%、90.36%、65.05%和69.82%、91.32%、77.15%；蘆葦的處理效果略次于菖蒲和香蒲，其TN、TP和COD的去除率分別為58.84%、74.60%和57.19%。Chris[5]研究了流入污水的水質對濕地去除氮、磷的影響，停留時間從2d增加到7d，結果發現在沒有種植植物的濕地中TN的和TP的去除率分別從相同的12%增加到41%和 36%，而在種植了棒燈芯草時分別從48%和37%增加到75%和74%。
2.2降解有機污染物
生物強化技術通過在污水中加入優勢高效菌種來增加和改善處理系統的能力，是一種利用生物治理廢水的高效技術，在廢水治理中的應用范圍在逐漸擴大。
解宏端等[6]采用生物強化技術，向活性污泥處理系統中投加高效菌劑，考察了其對焦化廢水的處理效果和最佳控制參數。結果表明，在連續進水的條件下，控制活性污泥的SV30為30%、高效菌液的投加量為V菌液/V焦化廢水=0.3%、水力停留時間為15h，系統對揮發酚的去除率為99.94%，出水揮發酚含量
在活性污泥中投加X4菌對含油脂廢水進行強化處理，可以提高油脂的去除率。馴化后的活性污泥對油脂具有較好的去除能力，在24小時內對油脂的降解率為78%。在馴化后的活性污泥中投菌量為43%時，24h油脂的去除率達到97%[7]。宋秀娟等[8]采用生物強化技術，即利用從廢水中分離、篩選出的降解丙烯腈與總氰的特效菌株，使化纖廢水加營養鹽的培養基中丙烯腈降解率達98.7%，總氰降解率達84%。
2.3去除重金屬污染
（1）重金屬污染水體的微生物修復
生物法去除環境中的重金屬主要是利用微生物改變金屬原子、金屬離子的形態，使其沉淀，以達到去除有毒重金屬的目的；或者利用微生物改變金屬離子的價態，使金屬溶于液體中，從而易于從土壤中濾除。
張玉玲等[9]利用從活性污泥中分離、純化、篩選得到的霉菌，可以有效地吸附水體中Cr（Ⅵ）、Cd（Ⅱ）離子。王亞雄等[10]對產堿假單胞菌和藤黃微球菌對Cu2+、Pb2+的吸附特性研究表明，兩者對Cu2+、Pb2+的吸附速度很快，3min內細菌對金屬離子的吸附量達到總吸附量的75%，然后吸附速度逐漸降低。Prakasham等[11]報道了根霉對Cr6+吸附。
（2）重金屬污染水體的植物修復
重金屬污染水體的植物修復是通過植物根系移去、揮發或穩定水體環境中的重金屬污染物，降低污染物中的重金屬毒性，以達到清除污染、修復或治理水體為目的的一種技術。研究表明：通過植物的吸收、揮發、根濾、降解、穩定等作用，以達到凈化環境的目的，而植物修復是一種清除環境污染的綠色技術，它具有成本低、不破壞生態環境、不引起二次污染等優點[12]。
黃永杰等[13]比較了八種水生植物對重金屬富集能力，其中以水鱉根、莖葉的Cu、Pb、Cd、Zn含量最高。彭克儉[14]認為龍須眼子菜能有效地從溶液中去除鎘和鉛。向日葵、豌豆、蓖麻等植物幼苗也能有效地運用到環境水體中重金屬鋅、鉛、鎘、銅污染的植物修復。
（3）重金屬污染水體的動物修復
水體底棲動物中的貝類、甲殼類、環節動物等對重金屬具有一定富集作用。王曉麗等[15]應用半靜態雙箱模型室內模擬了牡蠣對四種重金屬（As、Hg、Cd、Pb）的生物富集實驗，證明了牡蠣是比較理想的重金屬Hg、Cd、Pb污染的指示生物。
3建議
結合當前國際該領域的發展趨勢，建議著重開展以下研究工作：①篩選、分離、培育高效生物物種，主要包括污染物高效降解微生物、重金屬耐性與超富集植物及污染物降解動物；②深入生物修復機理的研究，要從生態學、生理學、生物化學及分子生物學等不同角度與層次研究生物修復的機理；③基因工程的研究應用，使生物修復技術的研究和應用進入分子水平，提高學科的發展水平和發展空間；④加強生物修復技術同其它修復技術相結合的綜合技術的研究。
Advances in researches on the bioremediation technology for contaminated water treatment
Chen Weili Luo Huan Jiang Ran
（Pearl River Hydraulic Research Institute，Guangzhou510611，China）
Abstract： The mechanism of bioremediation technology was systematically presented via microbial remediation， phytoremediation and animal remediation. Researches status of bioremediation technology for different pollutants treatment was expatiated on. The difficulties involved in application of bioremediation and the suggestions for future development were put forward.
Keywords： bioremediation， water environment， eutrophication， organic pollutant， heavy metal
參考文獻
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第7篇：微生物修復技術原理范文
關鍵詞：國內；土壤污染；現狀；治理措施
在國家建設和社會經濟發展過程中，環境污染問題始終得不到有效解決，甚至有不斷惡化的趨勢，最近幾年，土壤污染現象越來越嚴重。我國是農業國家，土壤是十數億國人賴以生存的重要條件，若是任由土壤污染現象自然發展而不予以有效治理，土壤污染問題會嚴重危害到農產品食用安全，并且土壤中的重金屬污染物還會遷移到大氣中，進而嚴重降低我國的國民綜合健康水平。由此可見，土壤污染問題絕對不容忽視，而深入分析國內土壤污染現狀及治理措施，有利于促進我國土壤污染治理工作的有效開展[1]。
1國內土壤污染現狀
經濟的高速發展往往伴隨著環境問題，當前我國的土壤環境問題比較嚴重，尤其是在農業以及工業活動較為頻繁的地區，土壤污染的問題非常嚴重，這些規模化的生產活動，對土壤造成了較為嚴重的破壞。經過對多個地區的土壤進行監測后發現，超過兩成的監測土壤存在污染超標的問題，其污染物主要為鋅，鎘，銅，鉛等重金屬污染。在對土壤分布進行研究時發現，我國南方地區的污染程度比北方地區更加嚴重，尤其是在長三角以及珠三角和傳統的工業基地東三省的污染問題尤為嚴重，這也說明了經濟發展程度較高以及工業發展程度較高的地區的土壤污染問題較為嚴重[2]。
2土壤污染治理策略
2.1土壤有機污染物治理策略
2.1.1原位修復技術治理策略為了保證土壤污染物的處理效果，應盡量根據污染狀況選擇科學的治理技術，原位修復技術相對來說比較適合受破壞較小的土壤，在眾多的土壤修復技術和方法中，原位修復技術能夠有效地降低修復成本，并實現土壤污染物的有效降解，原位修復技術能夠對土壤的深層污染進行有效地治理。在利用原位修復技術處理土壤污染時，應注意盡量對廢棄物進行分離和控制，防止出現二次污染，降低修復效果。2.1.2異位修復技術治理策略除了原位修復技術外，還有相對應的異位修復技術，這種修復技術通常采用原地處理和異地處理兩種方法進行修復活動。這種修復方法能夠有效地對修復過程中的各類措施進行控制，相比較原位修復技術因為修復技術不會產生較多的廢物副產品，所以修復效果更好。但在采用異位修復技術時，需要大量的土方開挖，所以會產生較多的運輸問題，這大大的增加了修復的成本投入。2.1.3物理治理及熱處理策略除了原位和異位修復技術之外，還需要有針對性解決土壤有機污染的策略，所以會用到更多的土壤污染治理方法，如覆土稀釋法以及玻璃化和蒸汽提取等方法，對土壤進行有機物污染處理。這些處理方法通常被分類為物理污染處理方法，采用物理方法進行污染處理時，不會對土壤造成較大的破壞，治理效果較好，并且在土壤修復的控制過程中，作業條件更加靈活和方便。在開展有機物污染處理過程中首先應當對土壤的結構特點進行分析，通過分析結果來確定采用哪一種有機物污染處理方法，從而制定有效的治理方案[3]。2.1.4化學治理策略除了物理方式治理有機污染物，還可以通過化學方法對有機污染物進行處理，具體方法是通過微波放射或者催化氧化來對有機污染物進行處理，在進行化學治理過程中應當對具體的流程進行嚴格規范，通過科學的分析針對不同的有機污染物進行有效的治理。2.1.5微生物治理策略微生物治理有機污染物也是常見的一種治理措施，其依據的工作原理是土壤中的有機污染物可以作為微生物生長繁殖所需要的能源，所以通過在土壤中投放微生物，來消耗土壤中的有機污染物，在這個消耗過程中有機污染物被轉化為水和二氧化碳，這是一種非常優質的處理方法，操作過程中不會產生大量的廢物副產品。在進行微生物治理有機污染物的過程中，可以通過植物與微生物的伴生關系來提升處理效果，因為植物本身具備較強的吸收污染物的能力，這能夠有效地提升微生物分解效率。這種處理有機污染物的方法雖然非常有效，但其弊端是需要花費比其他修復方法更長久的時間，因為生物可能會產生的降解酶具有針對不同污染物的差異性，所以要通過監測結果來對微生物的數量和類型進行控制，以增強有機物污染的處理效果[4]。
2.2土壤重金屬等無機物污染治理措施
2.2.1物理、化學治理策略在進行土壤重金屬污染物的處理過程中，較為常見的處理方法為淋洗法、電解法以及熱解析法等多種不同的方法，其中熱解析法的治理效果最為明顯。通過熱解析法能夠吸收土壤中99%以上的汞。而對于鉛、鉻等類型的金屬通過電化法處理能夠取得較好的效果，電化法能夠去除土壤污染物中超過90%的鉛、鉻重金屬。而淋洗法則適用于提取土壤污染物中的無機污染物，并進行有效的回收處理。因此，淋洗法對無機污染物具備較好的治理效果。一般來說，利用化學方法對土壤進行處理主要是通過使用不同的穩定劑吸附或改變不同污染物中重金屬的狀態，來減少重金屬對土壤的污染。這種治理方法能夠暫時性地改善土壤的污染問題，但卻無法根除土壤中的污染物，雖然該方法效果較好，但土壤污染物的隱患始終存在。2.2.2植物聯合微生物超積累治理策略通過利用植物與微生物的特性，將二者進行聯合應用來對土壤中的無機物以及重金屬進行治理，這種方法能夠對相關污染物進行快速地吸收轉化、分解和固定。在具體的操作過程中，可以尋找適應性植物，通過在污染土壤中培育這種植物，使得植物在生長過程中能夠對重金屬產生吸附效果，在某種情況下還可以對植物進行基因改善，使得植物能夠適應這種受到污染的環境提升吸收效果，這種方法幾乎不會產生其他危害，治理成本較低，效果較好，并且具備一定的美化功能。2.2.3植物、微生物、化學等聯合治理策略化學螯合劑能夠有效地將土壤中的重金屬轉化成螯合物，通過在土壤中種植植物可以對螯合物進行吸收和降解，并配合電壓法對被污染的土壤中的重金屬進行溶解，此時正處在污染土壤中的植物就可以對這些溶解后的重金屬進行有效地吸收。依照微生物與植物共同對土壤污染進行治理的原理，實現了對污染物的吸收并處理的目的。某些情況下，相關人員能夠通過有機肥料與微生物進行結合，并通過有機肥料來促進微生物對重金屬的吸收能力，從而實現污染物的治理目標[5]。
3土壤污染的有效治理策略
3.1加強法制建設，完善相關法律法規
為了解決我國當前的土壤污染治理問題，除了要提高重金屬以及有機物的污染處理水平之外，還應當加強法律法規的建設工作，通過不斷完善法律法規來促進社會各界參與到土壤污染控制和治理工作中。通過法律手段對污染地區及污染目標進行監控，并通過對污染程度的監測來設定污染預警機制，從而可以通過監測預防以及治理來緩解土地污染的現狀。政府應當對已經存在的相關制度及法規進行有效落實，通過對生產過程中的污染情況進行監督，避免企業為了片面地追求經濟利益而忽略了環境污染問題。而且要設立責任人制度，以便從制度上監督企業，通過對土壤的監測以及責任劃分來解決工農業生產過程中所產生的污染問題。
3.2科學規劃土壤管理
依據我國當前農業發展的現狀，應當對土壤進行有效的規劃和科學設計，對農業生產過程中土壤的使用方式進行相關標準的制定，通過農業生產的方式以及各類投入來提升農業生產的效率，降低對化肥的依賴，不斷推廣綠色有機農業，通過對農作物的研究和改良，增強農作物的抗病能力并以此解決農業生產活動中對農藥和化肥的使用數量。通過改善農業活動的灌溉方式來降低水污染程度，保護水資源，建立符合現代特征的農業生產方式。
4結語
在上面的論述中，詳細說明了目前國內土壤污染現狀，鑒于土壤污染問題的嚴重性，當務之急就是積極探尋導致土壤污染問題的實際原因，并針對土壤污染治理措施進行更加深入、更加細致地研究探討，而政府部門也需要對土壤污染治理給予政策及法律法規方面的支持，加強土壤管理措施規劃，為土壤污染治理的有效實施提供良好條件。
參考文獻：
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第8篇：微生物修復技術原理范文
關鍵詞：生物技術；環保工程；應用研究
一、現代生物技術與環境保護
現代生物技術是以DNA分子技術為基礎，包括微生物工程，細胞工程，酶工程，基因工程等一系列生物高新技術的總稱。現代生物技術不僅在農作物改良、醫藥研究、食品工程方面發揮著重要作用，而且也隨著日益突出的環境問題在治理污染、環境生物監測等方面發揮著重要的作用。自20世紀80年代以來生物技術作為一種高新技術，已普遍受到世界各國和民間研究機構的高度重視，發展十分迅猛。因此，在世界各國均重視高技術發展的當代，生物技術最被人們看好，被列為優先發展的領域，已成為21世紀最重要的技術支柱之一。
利用生物技術治理環境污染和遏制生態惡化趨勢，促進自然資源的可持續利用，是一條十分有效的途徑。與化學、物理等其他技術比較，環境生物技術具有效率高、成本低、反應條件以及無二次污染等顯著優點。其優勢具體來說有以下兩點：
（一）生物技術利用發酵工程技術處理污染物質，是降解破壞污染物的分子結構，降解的產物以及副產物，最終轉化產物大都是無毒無害的穩定物質，如二氧化碳、水、氮氣和甲烷等，它是最安全和最徹底消除污染的方法，同時是有機廢物資源化的首選技術，能“變廢為寶”。
（二）生物技術是以酶促反應為基礎的生物化學過程，而作為生物催化劑的酶是一種活性蛋白質，其反應過程是在常溫常壓和接近中性的條件下進行的，與常常需要高溫高壓的化工過程比較，反應條件大大簡化，能大大降低環境友好生物材料和生物能源的生產成本，使其部分或完全取代化學材料和化學能源。
二、生物技術在環保工程中的應用
（一）工業和生活廢水的整治
水是人類的生命之源，一直以來都是人類無法替代的寶貴自然資源，然而由于生產和生活污水的污染，使得人類賴以生存的水源都出現了不同程度的污染，這個問題迫在眉睫，因為如果缺少了干凈的水資源，人類將無法從事正常的生活和生產活動，更嚴重的會影響到人類的生存。對污水的治理問題一直都是環境保護的重點問題，然而其他物理置換或者多層過濾等方法，無法徹底清除污水中的有害物質，還容易造成水體的二次污染，隨著清潔的水資源越來越少，環境保護領域向生物工程技術投入了研究，并獲得了良好的效果，通過使用生物工程的相關技術，利用生物制劑將污水中的污染物分解代謝成為對人體和自然環境沒有威脅的清潔水，可以在不引入二次污染的同時達到較好的凈水效果。廢水問題是困擾現在人們的重點問題，如果有效處理廢水呢？利用現代生物技術可以達到有效成果。根據現代化城市對污水排放要求的提高，生物工程領域也發展了新型技術已達到排放標準，并推動污水處理產業的發展。
（二）固體廢物處理中生物技術的應用
生物技術一般用來處理有機的固體廢棄物，通常有兩種方法，好氧堆肥法和厭氧發酵法。
好氧堆肥法就是在有氧的自然環境中利用廣泛存在的微生物的調控和控制來降解有機物，將有機物腐殖質，不僅很好的處理了固體廢棄物，還可以堆腐成肥。人工按一定的比例將有機物料和填充料混合，在特定的條件下堆腐，通過微生物的降解作用使有機固體廢棄物減量。厭氧發酵法同樣是利用微生物的作用，不同的是應該在缺氧的條件下進行，從而將有機固體廢棄物轉化為二氧化碳、甲烷等氣體，不僅不會對環境造成污染，產生的甲烷還可以充分利用，實現了能源回收，從而提高了生物能源的利用效率。
（三）污染土壤的生物修復
土壤的污染是近幾年來被重點關注的一種污染形式，因為我們所食用的糧食和蔬菜都來源于土壤，我們的生活更是片刻都不能離開土壤，因此必須要解決土壤污染的問題。相關的研究數據表明重金屬是造成土壤污染最重要的污染因子，對于土壤中重金屬的處理一直以來都是一個難題，當前主要采用微生物的修復技術。土壤修復技術的原理是利用生物本身吸收和代謝的生命體活動去改變重金屬的化學形態，使其化學特性固定，從而降低其在土壤中的移動性，最終達到對受污染土壤中重金屬的凈化和消減。通過上述生物技術處理過的土壤，不僅能夠大大降低或者清除重金屬的污染，還能在一定程度上提高土壤中有機質的含量，通過微生物活動改善土壤生態結構，防止水土流失。
（四）廢氣處理中生物技術的應用
廢氣處理中的生物技術包括生物膜法和生物過濾法，生物膜法處理廢氣和生物膜法處理污水的原理接近，利用微生物附著的多孔性介質將廢水中的有害物質轉化為簡單地無機物，最終降解為水、二氧化碳和中性鹽等無害的物質。此外，生物膜還具有較強的除臭效果，通過氣液擴散、液固擴散以及生物的氧化過程等將氣態轉化為液態，同時將有異味的氣體慢慢氧化，從而達到除臭效果。
生物過濾法是利用長滿微生物的固體載體將收集到的氣體吸收，然后利用填料上的微生物將吸收的氣體分解，從而完成廢氣的除臭過程。附著在固體載體上的微生物還具有轉化物質的作用，微生物生長需要足夠的營養物質，所以固體載體還具有較高的有機成分。在選擇載體填料的時候應該選擇微生物種類豐富、比表面積較大并且吸水性好的載體，同時要求自身沒有異味，結構均勻具有較好的吸附性。常用的填料有干樹皮、干草、塑料盒半軟性塑料。
三、結語
隨著人們環保意識的不斷增強，環境保護已經成為我國的一個重點工作。在環保工程中運用生物技術可以有效改善環保工作的效果，提高環保工程的治理水平和治理能力，從而為人們提供一個舒適、健康的環境，實現我國的可持續發展。
參考文獻：
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第9篇：微生物修復技術原理范文
【關鍵詞】環境生物技術；生物治理方法；生物技術應用
環境生物技術是21世紀國際生物技術的一大熱點，兼有基礎科學和應用科學的特點，在環境污染治理中，主要利用微生物、少部分利用植物作為污染控制的生物，是環境保護中應用最廣的、最為重要的單項技術，其處理污染物通常能一步到位，最終產物大都是無毒無害、穩定的物質。在水污染控制、大氣污染治理、有毒有害物質的降解、清潔可再生能源的開發、廢物資源化、環境監測、環境污染的修復和重污染工業企業的清潔生產等各個方面，環境生物技術都發揮著極為重要的作用。
隨著細胞融合、基因工程、分子生物等技術的發展，環境生物技術得到了進一步的開發，研究領域不斷擴大，已成為一種經濟效益和環境效益俱佳的解決環境污染問題的有效手段之一。同時，隨著人們環境意識和生態概念的不斷加強，市場對生物技術、生物產品的需要明顯增多，政府也更加重視生物技術的發展，環境生物技術本身也將更加成熟。
一、環境生物技術
在廢氣及大氣污染治理中的應用采用生物技術控制和處理廢氣，將廢氣中的有機污染物或惡臭物質降解或轉化為無害或低害類物質，從而凈化空氣，是一項空氣污染控制的新技術。目前采用的方法主要有生物過濾、生物洗滌和生物吸附法等，所采用的生物反應器為生物凈氣塔、滲濾器和生物濾池等。
（一）生物過濾法
生物濾池內部填充活性填料，廢氣經加壓預濕后從底部進入生物濾池，氣體中的無機污染物、有機污染物或惡臭物質與填料上附著生成的生物膜（微生物）接觸，被生物膜吸收，最終被降解為水和二氧化碳或其它成分，處理過的氣體從生物濾池的頂部排出。該方法的特點是設備少、操作簡單、不需外加營養物、投資運行費用低、去除效率高，但反應條件較難控制、占地面積較大。
（二）生物洗滌法
生物洗滌法分為廢氣吸收和懸浮液再生兩個階段，通常由一個裝有填料的洗滌器（吸收設備）和一個裝有活性污泥或生物膜的生物反應器（再生反應器）構成廢氣從吸收設備底部進入，向上流動，與頂部噴淋向下的生物懸浮液在填料床中相互接觸，經傳質過程進入液相，再進入微生物細胞內或經微生物分泌的胞外酶作用分解，凈化后的氣體從吸收設備頂部排出。吸收了廢氣的生物懸浮液從再生反應池的底部進入，通入空氣充氧，廢氣被微生物氧化利用的過程也就是懸浮液的再生過程，再生后的懸浮液再進入吸收設備進行頂部噴淋，吸收與再生兩個過程反復進行。該方法的特點是反應條件易控制、壓降低、填料不易堵塞，但設備較多，需外加營養，成本較高，對溶解度小的化合物難以處理。
二、環境生物技術在水污染治理中的應用
環境生物技術中利用微生物的降解作用來處理水中污染物的方法，通常被稱為生化處理方法或生物降解法，以植物吸收為主來凈化土壤與水體的方法有土地生物修復、生物塘和人工濕地技術等。
（一）生化處理技術
由于生化反應的過程、條件和參與反應的微生物種類的不同，生化處理技術可簡單地分為好氧與厭氧降解兩類，兩類生化反應的基本過程如下：好氧降解：有機物+氧氣+好氧微生物/酶水+二氧化碳+無機養分+能量。厭氧降解：有機物+厭氧與兼氧微生物/酶降解的有機產物+無機養分+能量。
（二）生物自然凈化技術
生物自然凈化技術體系主要包括水體生物處理系統的生物塘（厭氧塘和氧化塘）和土地處理系統的人工濕地。生物自然凈化技術投資少，運行費用低，但占地面積大，出水水質不易控制。
生物塘以太陽能為初始能源，通過在塘中種植水生植物，利用植物吸收等方式帶走污染物以凈化水體。氧化塘中除選育合適的水生植物外，還增加了曝氣，以促進水體中生物的好氧降解。傳統的生物塘占地面積大，污水停留時間長，處理效率較差。目前通過培育高效水生凈化植物（水葫蘆、蘆葦、水萵苣等），建立組合曝氣、水生植物、水產養殖為一體的復合生態系統，增強了生物塘的處理功能，促進了水體生物處理技術的發展。
三、環境生物技術在固體廢棄物處理中的應用
利用生物技術處理固體廢棄物中的城市生活垃圾和農業廢棄物，主要方法是衛生填埋、堆肥和發酵沼氣。
（一）衛生填埋。衛生填埋是將城市生活垃圾存積在大坑或低洼地的衛生填埋場，填埋場下層應有不透水的自然隔水基質或人工隔水層，在填埋場設置排氣口和監測系統，每天填入的垃圾壓實后鋪蓋一層土壤，并通過科學管理來恢復地貌和維護生態平衡。其原理是利用微生物將垃圾中的有機物分解。垃圾通過衛生填埋還可產生沼氣。
（二）堆肥。堆肥是固體基質在有效的低溫條件下的發酵過程，適用于生活垃圾的處理。其基本步驟是：廢棄物―預處理―堆肥―后處理―存放。對堆肥處理器進行足夠的通氣是堆肥成功的關鍵。該技術安全性高，成本低廉。
（三）發酵產生沼氣。主要利用畜禽糞便、農作物秸稈、生活污水等。其原理是微生物厭氧發酵使有機質降解，產生沼氣，此法在農村有著廣闊的發展前景，沼氣不但可用作照明和燃料，還可建成以沼氣工程為紐帶的“豬、沼、果”生態農場等生態農業模式。
