環(huán)境污染的生物修復(fù)省公開課一等獎(jiǎng)全國(guó)示范課微課金獎(jiǎng)?wù)n件

第四章污染環(huán)境化學(xué)修復(fù)生物修復(fù)概述微生物修復(fù)植物修復(fù)生物修復(fù)工程設(shè)計(jì)1/1421生物修復(fù)概述1.1生物修復(fù)定義1.1.1定義狹義定義：利用微生物催化降解有機(jī)污染物，從面修復(fù)被污染環(huán)境或削除環(huán)境中污染物過程；另一表述為，生物修復(fù)是利用土著微生物或引入微生物代謝過程或其產(chǎn)物，消除或富集污染物生物學(xué)過程。2/142廣義定義：利用細(xì)菌、真菌、水生藻類、陸生植物或其它生物生理代謝、行為活動(dòng)或其代謝與行為產(chǎn)物，改變污染物化學(xué)或物理特征而影響它們?cè)诃h(huán)境中遷移、轉(zhuǎn)化和降解速率，進(jìn)而降低污染物濃度、降解其毒性。3/1421.1.2名詞比較相同概念：生物恢復(fù)、生物去除、生物再生、生物補(bǔ)救與生物整改近似概念：生物凈化自然環(huán)境系統(tǒng)利用本身固有生物體自發(fā)降解、去除環(huán)境中污染物過程；區(qū)分：生物凈化是自發(fā)過程生物修復(fù)是人為控制或人為引發(fā)過程，更強(qiáng)調(diào)人有意識(shí)地利用生物體進(jìn)行污染物無(wú)害化，即人為條件下生物技術(shù)一個(gè)應(yīng)用方式

4/1421.2生物修復(fù)特點(diǎn)5/1421.3生物修復(fù)技術(shù)類型1.3.1按修復(fù)主體分類微生物修復(fù)：生物修復(fù)狹義定義包含范圍，即利用微生物催化降解有機(jī)污染物，從而修復(fù)被污染環(huán)境或消除環(huán)境中污染物過程一株可同時(shí)有效降解有機(jī)氮和有機(jī)硫微生物6/142植物修復(fù)：利用植物萃取、穩(wěn)定、根際修復(fù)與過濾、轉(zhuǎn)化與揮發(fā)等能力，降低環(huán)境中污染物濃度或去除動(dòng)物修復(fù)：利用動(dòng)物行為或其行為產(chǎn)物，直接或間接地降低環(huán)境中污染物濃度或去除7/1421.3.2按修復(fù)場(chǎng)所分類原位生物修復(fù)：在基本不破壞土壤和地下水自然環(huán)境條件下，對(duì)受污染對(duì)象不做搬運(yùn)或輸送而在原場(chǎng)直接采取生物修復(fù)技術(shù)特點(diǎn)：成本低廉，適合于大面積、低污染負(fù)荷污染環(huán)境異位生物修復(fù)：指將受污染環(huán)境介質(zhì)搬運(yùn)或輸送到其它場(chǎng)所，借助于生物反應(yīng)器進(jìn)行集中修復(fù)特點(diǎn)：修復(fù)效果好，適合小范圍內(nèi)、污染程度高環(huán)境，成本高

8/1421.3.3生物修復(fù)工作程序9/142修復(fù)效果評(píng)價(jià)技術(shù)效果評(píng)價(jià)：經(jīng)濟(jì)效果評(píng)價(jià)：修復(fù)一次性基建投資與服役期運(yùn)行成本10/1421.4生物修復(fù)產(chǎn)生與發(fā)展1.4.1生物修復(fù)發(fā)展史首次：1972年美國(guó)利用生物修復(fù)技術(shù)去除賓夕法尼亞州汽油管線泄漏污染環(huán)境；興起：歐洲發(fā)達(dá)國(guó)家從20世紀(jì)80年代中期普遍碩士物修復(fù)；大規(guī)模應(yīng)用：1989年，美國(guó)利用生物修復(fù)技術(shù)治理阿拉斯加受石油污染大面積海域；我國(guó)生物修復(fù)處于剛才起步階段11/1421.4.2生物修復(fù)發(fā)展方向強(qiáng)化和改進(jìn)傳統(tǒng)廢物處理系統(tǒng)，提升對(duì)污染物降解能力；加強(qiáng)針對(duì)性，不一樣污染底封和水體，及有機(jī)污染物全球性環(huán)境污染生物修復(fù)12/1421.5生物與生態(tài)系統(tǒng)概述1.5.1定義生物體：可進(jìn)行新陳代謝，生長(zhǎng)、發(fā)育和生殖以及應(yīng)激性和適應(yīng)性事物生態(tài)系統(tǒng)：在一定空間中共同棲居著全部生物（即生物群落）與其環(huán)境之間因?yàn)椴煌５剡M(jìn)行物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)過程而形成統(tǒng)一整體13/1421.5.2生物特征新陳代謝同化：合成有機(jī)物儲(chǔ)存能量異化：分解有機(jī)物釋放能量14/142生長(zhǎng)、發(fā)育和生殖生長(zhǎng)：生物體經(jīng)過同化環(huán)境中物質(zhì)來(lái)增加本身物質(zhì)重量單細(xì)胞生長(zhǎng)：體積和重量增加多細(xì)胞生長(zhǎng)：除體積和重量外，數(shù)量增加發(fā)育：生物體結(jié)構(gòu)和機(jī)能一系列改變過程，即由幼體形成一個(gè)與親體相同成熟個(gè)體，并經(jīng)過衰老練死亡總過程生殖：生物體產(chǎn)生類似本身個(gè)體過程15/142應(yīng)激性和適應(yīng)性應(yīng)激性：生物體對(duì)刺激物，或內(nèi)部或外部環(huán)境改變作出應(yīng)答。比如：植物根向水性、葉向光性、昆蟲趨光性適應(yīng)性：生物體隨外界環(huán)境改變而改變本身特征或生活方式經(jīng)過長(zhǎng)久自然選擇經(jīng)，長(zhǎng)時(shí)間形成。如仙人掌針狀葉16/142遺傳、變異與進(jìn)化遺傳：生物體繁殖時(shí)，產(chǎn)生與其本身基本相同后代現(xiàn)象變異：后代與親代之間以有后代各個(gè)體之間所顯示出差異進(jìn)化：生物體結(jié)構(gòu)、功效低級(jí)到高級(jí)、由簡(jiǎn)單到復(fù)雜逐步演變因?yàn)檫z傳種族才能穩(wěn)定因?yàn)樽儺惡妥儺愡z傳才有物種進(jìn)化17/1421.5.3生命物質(zhì)基礎(chǔ)組成生物元素30各種元素，不以單質(zhì)存在，而以化合物存在組成生物無(wú)機(jī)物水占生物體重65%－95%，溶劑（運(yùn)輸作用）、參加代謝反應(yīng)、調(diào)整體溫作用無(wú)機(jī)鹽占身體干重2%－5%，參加生物大分子形成（PO43－）、組成生物體結(jié)構(gòu)（Ca2+）、參加調(diào)整體內(nèi)滲透壓和酸堿度、維持生物體內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定18/142組成生物有機(jī)物糖類、脂類、蛋白質(zhì)、核酸和維生素蛋白質(zhì)：蛋白質(zhì)分子由一條或幾條多肽鏈聚合形成，包含著上百個(gè)乃到上千個(gè)氨基酸肽：一個(gè)氨基酸羥基和另一個(gè)氨基酸氨基縮合，脫去一個(gè)水分子，形成肽鍵，組成二肽三肽；三個(gè)氨基酸脫去兩個(gè)水分子多肽：依次類推催化（生物酶）、激素、運(yùn)輸儲(chǔ)備、免疫、生物膜、表示遺傳信息19/142核酸：脫氧核糖核酸（DNA）和核糖核酸（RNA）攜帶遺傳信息：控制蛋白質(zhì)合成和生物體生長(zhǎng)、遺傳、變異20/1421.5.4生命結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)：細(xì)胞細(xì)胞：生物體基本結(jié)構(gòu)和功效單位：細(xì)胞壁、細(xì)胞膜、細(xì)胞質(zhì)、細(xì)胞核21/142細(xì)胞器線粒體：異化物質(zhì)釋放能量核糖體：合成蛋白質(zhì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)：物質(zhì)運(yùn)輸高爾基體：參加蛋白質(zhì)加工和分泌，形成纖維素液泡：細(xì)胞營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和廢物儲(chǔ)存器葉綠體（綠色植物）：光合作用中心體（動(dòng)物）：與遺傳相關(guān)22/1421.5.5生物分類五大界原核生物界、原生生物界、真菌界、植物界、動(dòng)物界23/14224/1421.5.5生態(tài)系統(tǒng)特征：生物與環(huán)境相互作用特征：層次性、開放性、動(dòng)態(tài)性生物與環(huán)境作用：生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)、物質(zhì)循環(huán)和信息傳遞載體25/142生態(tài)系統(tǒng)能量流動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)能量存在形式輻射能：日光能是地球上一節(jié)生物最終能源化學(xué)能：化合物中儲(chǔ)存能量，生命活動(dòng)基本能量形式機(jī)械能：動(dòng)物運(yùn)動(dòng)賴于肌肉收縮產(chǎn)生機(jī)械能電能：電子轉(zhuǎn)移對(duì)生物體能量轉(zhuǎn)化非常主要生物能：參加生命活動(dòng)任何形式能量，均稱生物能26/142能流綠色植物和藻類光合作用每年生產(chǎn)約1700億噸有機(jī)物，各類生物以初級(jí)生產(chǎn)量為起點(diǎn)，能量按食物鏈次序流動(dòng)27/14228/14229/14230/14231/142生態(tài)系統(tǒng)中物質(zhì)循環(huán)物質(zhì)循環(huán)相關(guān)概念生物地球化學(xué)循環(huán)：有生態(tài)系統(tǒng)及至生物圈內(nèi)，各種化學(xué)元素沿特定路徑，從環(huán)境到生物體，又從生物體再回歸到環(huán)境，這種不停流動(dòng)和循環(huán)過程：包含水循環(huán)、氣體循環(huán)（碳、氧、氮循環(huán)）、沉淀循環(huán)（鈣、鉀、納、磷等鹽類循環(huán)）32/14233/14234/142生物富集作用：生態(tài)系統(tǒng)中同一營(yíng)養(yǎng)級(jí)上眾各種群或個(gè)體，從環(huán)境中積蓄某種元素或難于分解化合物，致使生物體內(nèi)該物質(zhì)濃度超出環(huán)境中濃度現(xiàn)象。如DDT富集35/14236/14237/142生態(tài)系統(tǒng)中信息傳遞信息流（傳遞、接收和感應(yīng)）存在于不一樣組織水平，是長(zhǎng)久進(jìn)化結(jié)果。生態(tài)系統(tǒng)中信息各類物理信息：聲、光、電、熱等化學(xué)信息：代謝分泌物、植物次生代謝物等營(yíng)養(yǎng)信息：影響生物遷徙等行為信息生態(tài)系統(tǒng)中信息傳遞特征含有可傳擴(kuò)性、永續(xù)性；含有時(shí)效性、分享性與轉(zhuǎn)化性38/14239/14240/14241/1422微生物修復(fù)微生物修復(fù)定義：生物修復(fù)狹義定義利用微生物催化降解有機(jī)污染物，從面修復(fù)被污染環(huán)境或削除環(huán)境中污染物過程、即利用土著微生物或引入微生物代謝過程或其產(chǎn)物，消除或富集污染物生物學(xué)過程。42/142定義：微生物是全部形體微小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單低等生物總稱；非生物學(xué)上名詞43/14244/142微生物特點(diǎn)形態(tài)微小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單代謝旺盛、繁殖快速適應(yīng)性強(qiáng)、易變異種類繁多、分布廣泛45/1422.1微生物基礎(chǔ)代謝過程2.2微生物生態(tài)學(xué)概要2.3微生物修復(fù)污染環(huán)境原理

2.3.1微生物參加物質(zhì)循環(huán)

2.3.2污染物微生物降解性

2.3.3微生物對(duì)污染物降解轉(zhuǎn)化路徑2.4微生物修復(fù)污染環(huán)境技術(shù)2.4.1用于生物修復(fù)微生物

2.4.2微生物對(duì)有機(jī)污染物修復(fù)

2.4.3微生物對(duì)重金屬污染物作用2.5影響微生物修復(fù)效率原因

2.5.1微生物種類

2.5.2環(huán)境原因

2.5.3污染物特征46/1422.1微生物代謝過程新陳代謝：生物從環(huán)境中獲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，經(jīng)過生物體一系列生理生化反應(yīng)，轉(zhuǎn)化合成生命體所需物質(zhì)并儲(chǔ)存能量同化過程；或者將體內(nèi)物質(zhì)分解并釋放能量異化過程47/1422.1.1微生物營(yíng)養(yǎng)微生物組成大量元素：C、H、O、N、P、S、K、Ca、Mg、Na等微量元素：Zn、Cu、Mn、Mo、Co等48/142微生物營(yíng)養(yǎng)：碳源、氮源、無(wú)機(jī)鹽碳源自養(yǎng)型微生物：能利用無(wú)機(jī)碳源CO2、CO或CO32－微生物；異養(yǎng)型微生物：不能利用無(wú)機(jī)碳源，只能利用環(huán)境所提供有機(jī)碳化物作為碳源，并經(jīng)過代謝有機(jī)碳化合物而取得生長(zhǎng)所需碳源和能量。兼性型微生物：反硝化硫桿菌，或稱為混合型49/142氮源合成生物體蛋白質(zhì)主要原料：N2、NO3－、NH4+、尿素和腐爛蛋白質(zhì)無(wú)機(jī)鹽無(wú)機(jī)離子，主要為磷元素等；組成細(xì)胞組成部分、維持微生物酶系統(tǒng)活性、調(diào)整滲透壓營(yíng)養(yǎng)元素之間基本百分比C：N：P＝25：5：1；百分比不妥會(huì)限制微生物生長(zhǎng)和種群增加50/1422.1.2酶及其作用酶定義細(xì)胞產(chǎn)生蛋白質(zhì)，含有高催化效率，高度專一生物催化劑酶作用機(jī)理酶在代謝過程中，首先與代謝底物結(jié)合，底物經(jīng)過酶結(jié)合，底物分子或底物分子某個(gè)基團(tuán)被酶激活，從而加速了底物代謝反應(yīng)；酶在代謝反應(yīng)中并不參加反應(yīng)，但控制反應(yīng)速度酶分類單成份酶：酶蛋白；雙成份酶：酶蛋白+輔基（輔酶）酶性質(zhì)專一性、高效性與一定程度必須性51/142酶活性影響原因酶反應(yīng)速率受抑制劑、激活劑、酶濃度、底物濃度、溫度、pH等原因影響抑制劑和激活劑對(duì)酶活性影響抑制劑：一切有毒物質(zhì)多為酶抑制劑，重金屬離子、殺菌劑；激活劑：能夠在一定條件下加速酶促反應(yīng)物質(zhì)，如Mg2+52/142溫度對(duì)酶作用影響53/142pH對(duì)酶作用影響54/142底物濃度對(duì)酶作用影響55/142酶濃度對(duì)酶作用影響56/1422.1.3微生物分解（呼吸）代謝類型：包含有氧呼吸、無(wú)氧呼吸和發(fā)酵好氧呼吸在有氧條件下，以分子氧作為電子受體生物氧化作用57/142三羧酸循環(huán)58/142無(wú)氧呼吸不以氧作為最終電子受體呼吸過程59/142發(fā)酵以中間代謝產(chǎn)物為電子受體不徹底氧化反應(yīng)60/142EMP路徑1.已糖激酶2.磷酸已糖異構(gòu)酶3.磷酸果糖激酶4.醛縮酶5.磷酸丙糖異構(gòu)酶6.磷酸甘油酸脫氫酶7.磷酸甘油酸激酶8.磷酸甘油酸變位酶9.稀醇化酶10、丙酮酸激酶61/142微生物基礎(chǔ)代謝過程小結(jié)62/1422.1.4微生物合成代謝類型：包含光合作用、化能自養(yǎng)、產(chǎn)甲烷代謝光合作用63/142化能自養(yǎng)合成代謝化能自養(yǎng)型微生物經(jīng)過氧化環(huán)境中一些物質(zhì)取得化學(xué)能，并同化CO264/142產(chǎn)甲烷合成代謝產(chǎn)甲烷菌在利用有機(jī)物產(chǎn)生CO2和CH4時(shí)，會(huì)產(chǎn)生能量，并以ATP形式貯存；該能量和產(chǎn)甲烷代謝中間產(chǎn)物用于產(chǎn)甲烷菌合成蛋白質(zhì)、脂肪或者其它細(xì)菌生長(zhǎng)所需物質(zhì)。65/1422.2微生物生態(tài)學(xué)概要生態(tài)學(xué)：碩士命體與其環(huán)境之間相互關(guān)系、相互作用學(xué)科2.2.1微生物主要環(huán)境原因2.2.2微生物種群生物學(xué)特征2.2.3微生物群落特征2.2.4微生物種間關(guān)系66/1422.2.1微生物主要環(huán)境原因溫度、滲透壓、酸堿性、抗生素、輻射和化學(xué)物質(zhì)、氧溫度改變微生物代謝速率67/142酸堿性68/142滲透壓影響環(huán)境中某種離子濃度與微生物細(xì)胞體內(nèi)該離子濃度差造成微生物生理改變；等滲環(huán)境為微生物最適生長(zhǎng)環(huán)境而低滲環(huán)境或高滲環(huán)境均可造成微生物代謝紊亂69/142氧影響好氧微生物：缺氧將造成死亡；厭氧微生物：代謝過程中不需要氧，或者是不直接需要氧；專性厭氧菌：遇氧死亡；兼性厭氧微生物：可進(jìn)行有氧呼吸、無(wú)氧呼吸或發(fā)酵，代謝路徑隨環(huán)境中氧含量改變而改變70/142抗生素影響抗生素：由微生物（包含細(xì)菌、真菌、放線菌屬）或高等動(dòng)植物在代謝過程中產(chǎn)生可干擾其它生命生長(zhǎng)、發(fā)育化學(xué)物質(zhì)

微生物向環(huán)境釋放抗生素抑制其它微生物代謝，包含破壞其它微生物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)，造成細(xì)胞膜滲透性改變，進(jìn)而使細(xì)胞內(nèi)環(huán)境改變，最終使得其它微生物生理紊亂而死亡；或者直接干擾或抑制蛋白質(zhì)和核酸代謝71/142輻射和化學(xué)物質(zhì)影響太陽(yáng)輻射：一些光譜則對(duì)微生物產(chǎn)生不利影響，如紫外線化學(xué)物質(zhì)：不利于微生物生長(zhǎng)物質(zhì)，包含重金屬離子和一些對(duì)微生物有毒害作用化合物。72/1422.2.2微生物種群生物學(xué)特征種群：在一定時(shí)間內(nèi)占據(jù)一定空間同種生物全部個(gè)體。這些個(gè)體并不是機(jī)械地集合在一起，而是彼此能夠交配，并經(jīng)過繁殖將各自基因傳給后代73/142生長(zhǎng)：微生物從環(huán)境中獲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和能量，經(jīng)過代謝過程，取得生長(zhǎng)所需物質(zhì)和能量，使微生物個(gè)體不停增大繁殖：在一定空間上，微生物個(gè)體數(shù)量從少到多，不停增加至環(huán)境容納量種群大?。悍N群中個(gè)體數(shù)量種群密度：?jiǎn)挝幻娣e、單位體積或單位生境中個(gè)體數(shù)目環(huán)境容納量：對(duì)某種生物而言，某一特定環(huán)境范圍內(nèi)可最多承載數(shù)量，即這一環(huán)境對(duì)這一生物容納量74/142種群增加早期指數(shù)增加中后期邏輯斯蒂方程增加75/142曲線I：在理想環(huán)境中個(gè)體數(shù)量呈指數(shù)增加模型，曲線呈“J”型曲線II：個(gè)體數(shù)量增加受到資源限制，種群數(shù)量呈邏輯斯蒂方程增加，“S”曲線；曲線平滑上升并漸近環(huán)境容納量值（K）76/142邏輯斯蒂方程r:種群增加率（出生率減去死亡率；而出生率與死亡率是某一段時(shí)間內(nèi)出生與死亡個(gè)體與種群中個(gè)體總數(shù)量百分比）；N：種群個(gè)體數(shù)量；a:參數(shù)，取決于種群起始個(gè)體數(shù)量；K：環(huán)境容納量77/142環(huán)境容納量（K）確定時(shí)，每增加一個(gè)個(gè)體，產(chǎn)生1/K抑制影響，即某一空間僅能容納K個(gè)個(gè)體，每一個(gè)體利用了1/K資源，N個(gè)體利用了N/K空間，而可供種群繼續(xù)增加“剩下資源”，就只有（1－N/K)了。容納量制約造成種群增加率伴隨密度增加而降低，造成種群增加呈邏輯斯蒂方程增加78/14279/14280/142邏輯斯蒂曲線可分為5個(gè)時(shí)期開始期：種群個(gè)體數(shù)極少，密度增加遲緩；加速期：隨個(gè)體數(shù)量增加，密度增加逐步加緊；轉(zhuǎn)折期：當(dāng)個(gè)體數(shù)到達(dá)K/2時(shí)，密度增加最快；減速期：個(gè)體數(shù)超出K/2以后，密度增加逐步變慢；飽和期：種群個(gè)體數(shù)到達(dá)K而飽和在理想狀態(tài)下，飽和期最大種群能夠長(zhǎng)久維持；但隨營(yíng)養(yǎng)逐步缺乏，密度開始下降造成種群衰老。81/1422.2.3微生物群落特征生物群落：在相同時(shí)間聚焦在同一環(huán)境中（地理范圍）各物種種群集合；群落中各種群之間以及種群與環(huán)境之間是相互作用、相互制約關(guān)系82/142土壤環(huán)境83/142水環(huán)境84/142大氣環(huán)境85/1422.2.4微生物種間關(guān)系種間關(guān)系：組成群落物種種群間相互作用方式與程度；兩個(gè)或多個(gè)物種在種群動(dòng)態(tài)上相互影響，即相互動(dòng)態(tài)、或彼此在進(jìn)化過程和方向上相互作用，即協(xié)同進(jìn)化八種類型：中性共棲、偏利共棲、偏害共棲、協(xié)同共棲、共生、競(jìng)爭(zhēng)、寄生、捕食86/142中性共棲：兩個(gè)微生物種群間不發(fā)生相互作用現(xiàn)象偏利共棲：兩個(gè)微生物種群共同生長(zhǎng)，一方存在有利于另一方生長(zhǎng)、繁殖而受益，而受益方并沒有使它方對(duì)應(yīng)受益偏利共生實(shí)例87/142偏害共棲：兩微生物種群，一方抑制另一方生長(zhǎng)，通常是一方產(chǎn)生抑制物質(zhì)抑制另一方生長(zhǎng)協(xié)同共棲：兩個(gè)微生物種群在一起時(shí)能夠相互受益，但它們之間關(guān)系不是一個(gè)專性固定關(guān)系，雙方能夠在自然辦單獨(dú)存在，又稱互養(yǎng)共棲，即兩種或兩種以上微生物協(xié)同共棲進(jìn)行某一代謝過程，彼此相互提供所需營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)88/142共生：兩個(gè)種群相互作用相互受益而形成專性關(guān)系，它們是協(xié)同共棲作用延伸共生實(shí)例89/142互利：兩個(gè)微生物種群共同生長(zhǎng)，雙方存在都有利于另一方生長(zhǎng)、繁殖而受益競(jìng)爭(zhēng)：兩個(gè)種群共同生存時(shí)，為取得營(yíng)養(yǎng)、能源、空間而相互抑制對(duì)方生長(zhǎng)與繁殖，競(jìng)爭(zhēng)雙方均受到不利影響90/142寄生：寄生微生物從寄主微生物體內(nèi)取得營(yíng)養(yǎng)，而對(duì)寄主產(chǎn)生不得影響捕食：一微生物能夠吞食另一個(gè)微生物，捕食者從被捕食者得到營(yíng)養(yǎng)，而對(duì)被捕食者產(chǎn)生不得影響91/142微生物種群關(guān)系總結(jié)92/1422.3微生物修復(fù)污染環(huán)境原理2.3.1微生物參加物質(zhì)循環(huán)主要類型：碳循環(huán)、氮循環(huán)、硫循環(huán)93/142碳循環(huán)94/142碳循環(huán)95/142氮循環(huán)96/142硫循環(huán)97/14298/1422.3.2微生物對(duì)污染物降解轉(zhuǎn)化污染物進(jìn)入微生物體內(nèi)過程微生物對(duì)污染物質(zhì)吸收：生物主動(dòng)過程，生物體在與污染物質(zhì)接觸過程中，主動(dòng)以某種方式獲取該物質(zhì)包含：主動(dòng)運(yùn)輸、被動(dòng)擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散、基團(tuán)轉(zhuǎn)位，胞飲作用99/142主動(dòng)運(yùn)輸、被動(dòng)擴(kuò)散、促進(jìn)擴(kuò)散與基團(tuán)轉(zhuǎn)位特征比較100/142胞飲作用：細(xì)胞外液體微滴或物質(zhì)吸附在質(zhì)膜上，經(jīng)過質(zhì)膜內(nèi)陷形成小囊泡而被消化吸收過程。包含：經(jīng)過疏水表面突出物作用把烷烴吸附到細(xì)胞表面、烷烴經(jīng)過孔和溝穿透堅(jiān)硬酵母細(xì)胞壁，而聚焦在細(xì)胞質(zhì)表面、經(jīng)過末修飾烷烴胞飲作用把烷烴轉(zhuǎn)移到細(xì)胞內(nèi)烷烴氧化部位，如內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、微體101/142微生物降解污染物基本反應(yīng)類型微生物在代謝活動(dòng)過程中，經(jīng)過污染物發(fā)生化學(xué)或生物化學(xué)反應(yīng)引發(fā)污染物結(jié)構(gòu)改變包含：水解、基團(tuán)轉(zhuǎn)移、氧化、還原、共代謝、酯化、甲基化、縮合、氨化、乙酰化、雙鍵斷反應(yīng)、鹵原子移動(dòng)、微生物吸附、微生物累積、共代謝102/142氧化作用：轉(zhuǎn)化具還原性污染物醇氧化、醛氧化、甲基氧化、氨氧化、亞硝酸氧化、硫氧化、鐵氧化、β－氧化、氧化去烷基化、硫醚氧化、過氧化、苯環(huán)羥基化、芳環(huán)裂解、雜環(huán)裂解、環(huán)氧化還原作用：轉(zhuǎn)化具氧化性污染物乙烯基還原、醇還原、醌類還原、芳環(huán)羥基化、雙鍵還原作用、三鍵還原作用103/142基團(tuán)轉(zhuǎn)移作用脫羧作用、脫氨基作用、脫鹵作用、脫烴反應(yīng)、脫氫鹵脫水反應(yīng)水解作用酯類水解、氨類水解、磷酸酯水解、腈水解、鹵代烴水解104/142甲基化作用105/142共代謝又稱協(xié)同代謝。微生物不能利用基質(zhì)作為能源和組分元素有機(jī)物轉(zhuǎn)化方式。一些難降解污染物，經(jīng)過微生物作用被改變結(jié)構(gòu)，但微生物不能將這些污染物作為碳源和能源，而必須從其它底物獲取大部分或全部碳源和能源共代謝微生物不能從輔助底物氧化過程中取得有用能量，降解污染速度也低于降解生長(zhǎng)底物速度106/142共代謝形式：靠降解其它有機(jī)物提供能源或碳源、經(jīng)過與其它微生物協(xié)同作用，發(fā)生共代謝，降解污染物、由其它物質(zhì)誘導(dǎo)產(chǎn)生對(duì)應(yīng)對(duì)應(yīng)酶系，發(fā)生共代謝作用107/142微生物吸附吸附：在兩相介質(zhì)界面上發(fā)生沉淀，包含吸持和吸收。吸持指污染物從一個(gè)介質(zhì)向固體介質(zhì)表面遷移運(yùn)動(dòng)；吸收是指污染物質(zhì)抵達(dá)固相表面后，因?yàn)殪o電、絡(luò)合、化學(xué)鍵或沉淀作用等與表面粘著作用吸附平衡：當(dāng)解吸附速率與吸附速率相等時(shí)，吸附抵達(dá)了動(dòng)態(tài)平衡，該平衡就稱為吸附平衡108/142微生物吸附：微生物細(xì)胞壁表面一些含有金屬絡(luò)合、配位能力基團(tuán)與污染物離子形成離子鍵或共價(jià)鍵固定污染物離子微生物可吸附污染物原因：細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)特征微生物細(xì)胞壁多孔結(jié)構(gòu)使活性化學(xué)配位體在細(xì)胞表面合理排列，使細(xì)胞易于與污染物離子結(jié)合；細(xì)胞外多糖（EPS），該物質(zhì)在微生物吸附污染物離子過程含有固定等作用微生物吸附機(jī)理：靜電吸附，共價(jià)吸附，絡(luò)合鰲合，離子交換和無(wú)機(jī)微沉淀109/142靜電吸附：指污染物離子可代替質(zhì)子，以及結(jié)合到分子上其它離子；離子交換：細(xì)胞質(zhì)結(jié)合離子，被另一些結(jié)合能力更強(qiáng)污染物離子代替；絡(luò)合作用：在微生物體內(nèi)或表面，金屬離子與配基以配位鍵結(jié)合形成復(fù)雜離子或分子過程；鰲合作用：在微生物體內(nèi)或表面，一個(gè)配基上同時(shí)有兩個(gè)以上配位原子與金屬結(jié)合而形成含有環(huán)狀結(jié)構(gòu)配合物過程；無(wú)機(jī)微沉淀：污染物離子在微生物體內(nèi)或表面形成無(wú)機(jī)沉淀物過程110/142微生物累積：利用生物新陳代謝作用產(chǎn)生能量，經(jīng)過單價(jià)或二價(jià)離子轉(zhuǎn)移系統(tǒng)把污染物輸送到體內(nèi)，并在體內(nèi)不停積累過程細(xì)菌、真菌和藻類都有從周圍環(huán)境富集重金屬能力，然而至今仍沒有一個(gè)經(jīng)濟(jì)有效方法從污染環(huán)境中回收寫信了污染物微生物111/142112/1422.4微生物修復(fù)污染環(huán)境技術(shù)環(huán)境生物修復(fù)三類技術(shù)：利用微生物代謝能力；活化微生物分解能力；添加含有高速分解能力特定微生物113/1422.4.1用于生物修復(fù)微生物土著微生物、外來(lái)微生物、基因工程微生物、其它微生物及其代謝產(chǎn)物土著微生物：指出現(xiàn)在其自然分布區(qū)及其自然傳輸范圍內(nèi)（即在其自然占領(lǐng)或無(wú)需人類直接或間接引種也能占領(lǐng)分布區(qū)）物種、亞種或更低分類單元外來(lái)微生物：從原產(chǎn)地因偶然傳入或人為有意引入到新地域并定殖微生物種114/142基因工程微生物：將不一樣起源基因按特定目標(biāo)，在微生物體外構(gòu)建新DNA分子后導(dǎo)入微生物體內(nèi)，以改變其原有遺傳特征、取得新微生物種基因工程微生物優(yōu)點(diǎn)：適應(yīng)能力強(qiáng)、對(duì)自然界微生物和高等生物不組成威脅、適應(yīng)期比土著種馴化期要短得多，能夠重復(fù)接種115/142其它微生物：包含藻類和微型動(dòng)物等；在污染水體生物修復(fù)中，經(jīng)過藻類放氧，使嚴(yán)重污染后缺氧水體恢復(fù)至溶解氧含量較高狀態(tài)，為微生物降解污染物提供了良好電子受體，使好氧性異養(yǎng)細(xì)菌對(duì)污染物降解能順利進(jìn)行；微型動(dòng)物則經(jīng)過吞噬過多藻類和一些病原微生物，間接對(duì)水體起凈化作用。116/1422.4.2微生物對(duì)有機(jī)污染物修復(fù)微生物修復(fù)有機(jī)污染物污染環(huán)境方式：經(jīng)過微生物分泌胞外酶降解；改變有機(jī)物化學(xué)結(jié)構(gòu)，提升降解性污染物被微生物吸收到微生物細(xì)胞內(nèi)后，在胞內(nèi)降解

即微生物對(duì)有機(jī)污染物降解轉(zhuǎn)化，污染物以不一樣方式進(jìn)入微生物體內(nèi)后發(fā)生不一樣降解反應(yīng)117/142在好氧條件下，它能將有機(jī)污染物徹底氧化，分解成CO2、H2O、SO42－、PO43－、NO2－、NO3－等無(wú)機(jī)物；在厭氧條件下，能將有機(jī)物降解，轉(zhuǎn)化成小分子有機(jī)酸、CO2、H2、CH4等118/142微生物降解有機(jī)污染物類型119/1422.4.3微生物對(duì)重金屬污染物修復(fù)微生物轉(zhuǎn)化金屬離子方式：氧化、還原、甲基化、吸附與累積120/142微生物氧化、還原與甲基化金屬離子特征比較121/142微生物吸附與累積重金屬離子特征比較微生物狀態(tài)：微生物吸附可由死亡微生物進(jìn)行；生物累積必需由生活微生物去除重金屬離子作用影響原因：微生物吸附與其細(xì)胞壁結(jié)構(gòu)、成份相關(guān)；生物積累則與生物新陳代謝及影響其新陳代謝溫度、pH值相關(guān)122/142微生物吸附金屬離子細(xì)胞壁成份與結(jié)構(gòu)比較123/1422.4.4慣用微生物修復(fù)技術(shù)充氣式污染土壤微生物修復(fù)技術(shù)124/142污染地下水循環(huán)微生物修復(fù)技術(shù)125/142地下水曝氣－抽提組合微生物修復(fù)技術(shù)126/142微生物活性攔截修復(fù)技術(shù)127/142厭氧－好氧－共代謝微生物組合修復(fù)技術(shù)128/1422.5影響微生物修復(fù)效率原因主要影響原因：污染物性質(zhì)、微生物種類以及環(huán)境原因129/1422.5.1優(yōu)先污染物與目標(biāo)污染物確實(shí)定生物修復(fù)工作程序第一步污染物發(fā)覺、第二步污染確認(rèn)即確定污染物質(zhì)與范圍優(yōu)先污染物：