微生物修复技术原理范文

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关键词：污水处理、微生物、修复技术

中图分类号：TU992文献标识码： A

一、前言

随着人类农业工业活动的加强大量施用化肥、农药以及工业废弃物的排放，使得许多有毒有害的有机化学污染物进入土壤系统，同时对地下水及地表水造成二次污染。清除环境污染物的传统方法有物理修复法和化学修复法，但是这些方法存在着处理费用高、操作复杂、而且有二次污染的可能性等缺点。

微生物修复技术是近年来新兴的一门环境生物技术，实验结果表明生物修复技术是有效的可行的。目前生物修复技术在清除或减少土壤地表水地下水和废水中的化学物质方面的应用已获得成功。本文介绍了利用微生物对污水进行修复的主要技术。

二、微生物修复原理

微生物修复的基本原理是利用自然界中微生物对污染物的生物代谢作用。实际上，大多数环境中都存在着天然微生物降解净化有毒有害有机物质的过程，只是自然条件下的微生物净化速度很缓慢，因此，能够被广泛应用到环境保护实践中的微生物修复，都是在人为促进条件下进行的，如通过提供氧气，添加氮磷营养盐，接种经过驯化培养的高效微生物等来强化这一过程，迅速去除污染物质，这就是微生物修复的基本思想。

与化学、物理相比，生物修复技术具有下列优点：

(1)原位修复可使污染物在原地被降解清除；

(2)修复时间较短；

(3)操作简便，对周围环境干扰较小；

(4)设施简单，运行经费少；

(5)操作者与污染物直接接触机会减少，不致对人产生危害；

(6)不产生二次污染。

当然微生物修复技术并不是十全十美，它也存在不足：

(1)条件苛刻，微生物修复是一种科技含量较高的处理方法，其运作必须符合污染场地的特殊条件，微生物修复易受环境条件变化的影响：酸碱度、温度以及其他因素等都会影响微生物修复的进程；

(2)由于微生物的专一性，导致对水体修复的宏观效果不佳；

(3)需要对污染环境进行详细和周密的调查研究，前期工作时问较长，花费高；(4)微生物对污染物的降解存在一极限浓度；

(5)修复过程中可能产生有毒物质。

三、微生物修复的影响因素

微生物修复的成功运行，主要是在适宜的环境条件下，微生物对污染物的降解过程能够发生。

3.1营养

微生物的生长需要保持碳、氮、磷营养物质及某些微量营养元素在一定浓度，在生物修复过程中经常会出现缺乏氮、磷菩营养时降解速度变慢的情形。

3.2溶解氧浓度

大多数微生物在降解污染物时需耗氧，因此污染物浓度高时，水体或土壤中的溶解氧往往消耗殆尽，造成污染场所食物链中断，污染物质的降解也随之终止，因此溶解氧水平也是生物修复中的重大影响因素之一。

3.3 pH值

微生物对环境pH值非常敏感，pH值的变化会对微生物降解污染韧的速率和活性产生很大影响。接近中性pH对于大多数微生物都是合适的，一般不需要进行调节，只有在特定地区才需要对环境的pH进行调节。

3.4温度

微生物可生长的温度范围较广，一般而言，微生物生长的最佳温度为25℃～30℃。通常随着温度的下降，生物的活性也降低，接近零度时活动基本停止。

四、微生物修复技术在污水处理中的应用

4.1加入微生物和微生物制剂法

投放微生物和微生物制剂法，即针对不同的水体，向其投加针对该污染环境而事先培养好的微生物或外源微生物制剂，并为之创造良好的生长条件，形成优势菌种，最终做到对污染水体的修复。利用投加微生物和微生物制剂比土著微生物对污染的自然净化的速度快。同时具有针对性，可以对不同程度的水污染能够进行不同程度的净化。

4.2吸附技术

生物吸附法作为一种新兴的废水处理技术，在处理低浓度重金属污染废水方面有着极为广阔的应用前景。从运用情况看，利用微生物吸附废水中的重金属在投资、运行、操作管理和金属回收、回用等方面优越于传统的治理方法。与其他技术相比，生物吸附技术有得天独厚的优点，差别在于运行过程中微生物能不断地增殖，且去除金属离子的量随生物量增加而增加。而离子交换法中离子交换树脂的交换容量有限，达到饱和吸附后，就不能再去除金属离子；化学沉淀法中，作用物的化学计量也是一定的，无增殖的可能。因此，开发和利用生物吸附处理重金属废水，使废水处理的技术向着无毒、无害、无二次污染的方向迈进了一大步。

4.3固定化技术

生物催化剂固定化技术发展到今天，已形成了较为完备的理论与方法。随着环境生物学的发展，固定化在治理污水中越来越受到青睐。固定化技术使生物催化剂具有与其在游离状态下完全不同的优点，例如，与产物分离方便；生物催化剂可回收或循环使用；生物催化剂稳定性大大提高；反应过程可得到严格控制等。这些特点使价格昂贵的生物催化剂的应用成本大大降低，从而使其在大规模工业化生产中得到应用成为可能。

4.4培养微生物技术

培养微生物技术是一种污染水体的微生物修复技术。它通过向水体中投加营养物质、无毒表面活性剂、电子受体或共代谢基质等物质来强化水环境中本身具有降解污染物能力的微生物的生存环境，从而达到激活土著微生物，使土著微生物对污染物的降解能力充分发挥，从而达到水体修复的目的。

4.5投加微生物絮凝剂技术

微生物絮凝剂主要是在菌细胞外分泌的，它是一种具有絮凝功能且能被自然降解的高分子有机物，如糖蛋白、纤维素和DNA等，有些直接利用微生物细胞，如某些大量存在于土壤、活性污泥和沉积物中的细菌、霉菌、放线菌和酵母菌等，本身即可用作絮凝剂。微生物絮凝剂具有高效、无毒和易于生物降解的特点。

五、微生物修复的发展趋势

污染水体的修复是一个牵涉到污染治理、环境生态和水利水文等多学科的系统工程，治理水体污染必须从水体的功能定位、污染整治的日标和水体生态系统平衡的建立等多方面入手。微生物修复与物理修复、化学修复相比虽然有众多突出的优点，但只有与物理修复、化学修复等方法相结合，组成统一的修复技术体系，微生物修复才能在治理水体污染方面发挥出最大的作用。

因此，微生物修复技术今后的研究趋势是：(1)微生物修复与物理化学修复相结合的组合技术；(2)原位和异位相结合的生物修复组合技术；(3)采用现代分子生物学技术研究生物修复的机理以及分离培养高效降解菌和构建基因工程菌以提高微生物降解污染物的效率等。

参考文献：

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要想治理和修复城市水体环境问题，首先要摸清城市水体环境污染物来源和成分。不同地区不同年代的城市水体环境污染物是各不相同的，一般和城市水体的外部环境有关。根据污染物来源不同，城市河道的污染来源分为外源污染和内源污染。外源污染是指污染物来源于水体的外部，主要来自生活污水、工业废水和初期雨水等，是城市水体污染的主要原因，也是城市水体污染治理的最主要的内容。内源污染是指污染物来源于水体内部，主要来自底泥污染物的释放、水生动物代谢产物和水生生物残体等，内源污染在整个污染因素中占的比重比较小，是生态修复所要考虑的问题。

总的来说，城市水体环境治理与修复的思路可分为两条：针对外部污染，要尽可能的减少或阻断外源污染物进入城市水体环境；针对内部污染，要建立合适的种群结构，减缓内源污染的释放速度或增强河水对污染物净化的能力。

二、生物修复技术

河流对于外来的污染物有一定的自净作用，这种自净作用主要是通过河流中的土著微生物的降解作用来实现的，当然微生物的降解能力是有限的，当外界的污染物来源太多超过了微生物的降解能力，河流的水质就会变差，甚至变成黑臭河流，微生物也不适合这种环境下生存，会导致微生物活性降低，严重的会导致微生物群落大量消失，这就更加不利河流的自我恢复。

面对这种情况，在工程技术上一般采用两条途径来改善污染现状，一是向水体中投加营养物质或者曝气增氧，通过这个方式来增加微生物的活性，促进微生物繁殖和生长；二是针对不同的污染物类型，向水体中投放针对性降解能力强的高效降解菌。微生物强化法就是要通过强化微生物，利用微生物的降解能力来修复受污染的水体。常用的强化手段包括增加被污染水体的溶解氧含量，调节水体的pH值，投放营养物质等，来促进水体中微生物的生长和繁殖，增强微生物对污染物的吸附、吸收和降解，提高水体的自净能力。

曝气增氧法是一种重要的微生物强化法，原理是通过曝气增加水体中的含氧量，进而促进微生物的生长和繁殖，这种方法对于黑臭河流的治理效果十分明显。在工程实践中发现，曝气不单单能增加水体中的氧含量，还能通过水体的上下扰动，带动底泥进入水体，使沉积在河流底部难以处理的污染物进入水体实现微生物的降解。对于只遭受生活污水污染的河流，通过曝气增氧可以取得较好的效果。大部分河流还可能存在受到工业废水污染的情况，因此处理难度大，为了提高生物修复效果，常在曝气的同时还向河道投放有利于微生物生长和繁殖的营养物质，进一步提高微生物的活性。总的来看：生物修复技术具有工程量小、成本低、环境友好等特点，是近年来水体环境修复技术发展的主要方向。

三、结语

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【关键词】环境生物技术；生物修复技术；水产养殖废水

1 生物修复技术的基本概念及其原理

生物修复又称生物改良，是指利用生物的生命代谢活动，来减少污染环境中的有毒有害物的浓度或使其无害化，从而使污染了的环境能够部分或完全地恢复到原初状态的过程。

生物修复根据所利用的生物，可以分为植物修复、动物修复、生态修复、微生物修复四类。根据被修复的污染环境，可以分为土壤生物修复、水体生物修复和大气生物修复。而由于生物修复的实施方法不同，又分为原位生物修复和异位生物修复。

1.1 生物修复的基本原理

生物修复技术是通过生物的降解和转化，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。利用生物对环境污染物的吸收、代谢及降解等功能，对环境中污染物的降解起催化作用，加速去除环境中的污染物。

1.2 生物修复技术的特点

生物修复技术具有投资费用低，对环境影响小，使用效果好，使用区域范围广，使用面积大等特点，而且能同时处理受污染的土壤和地下水。在土壤修复中还可以去除环境中的重金属和放射性核素。但其也存在局限性，生物不能降解进入环境中的所有污染物，并且受外部环境的影响较大。

2 生物修复技术在水产养殖废水中的应用

氨氮是水产养殖的最主要危害，但传统的加注新水、曝气、漂白粉或臭氧氧化、使用斜发沸石进行离子交换等方法脱氮效果并不理想[2]。而活性污泥法、生物膜法和稳定塘法等生物处理法存在或伴有污泥产生、反应启动慢、出水水质不稳定等问题。随着生物技术的发展，生物修复技术在水体氨氮污染的处理上被广泛应用。微生物修复技术在水产养殖中主要应用于养殖环境的原位修复中，主要处理底泥的有机污染和水体的富营养化问题。

2.1 生物在水产养殖环境生物修复中的作用机制

水产养殖生态环境中的有益微生物（净水微生物）在池塘连续养殖情况下，能清除因池塘长时间养殖水域底部积累的大量残余饲料、排泄物、动植物残体以及有害气体（氨、 硫化氢等），使之最终分解为CO2、碳酸盐、硫酸盐等物质，起到净化水质的作用。并且能为环境中的单细胞藻类为主的浮游植物提供营养物质，促进藻类等浮游植物的繁殖。这些藻类为主的浮游植物的光合作用，又为池塘内底栖动物、水产养殖动物的呼吸和有机物的分解提供氧气，从而形成一个良性的生态循环，有利于水产养殖动物的迅速生长。同时有益微生物的大量繁殖，在池内形成优势种，可抑制病原微生物的繁殖，减少养殖动物的疾病发生。

2.2 生物对养殖环境的生物修复

2.2.1 微生物对养殖水体氨氮污染的修复

在一般污水处理系统中，硝化细菌的含量很低。因此，研究开发硝化细菌的快速富集培养技术，提高硝化细菌的产率，对氨氮污染水体处理具有重要作用。

现实中，硝化过程主要由自养菌完成，但异养菌也可以参与硝化；氨氧化在有氧条件下可以进行，在厌氧条件下也可以发生。胡宝兰、郑平在Anammox （厌氧氨氧化Anaerobic Ammonia Oxidafion）反应器中分离了6株好氧氨氧化菌，它们不仅具有好氧氨氧化菌的典型特征，而且将其置于厌氧条件下培养也有厌氧氨氧化能力。Robertson和Van Neil分离的Psendomonasspp1、Alcaligenes faecalis和Thiosphaerapantotropha菌株，既表现为好氧反硝化，同时也具有异养硝化能力，因此，Robertson提出了好氧反硝化和异养硝化的工作模型，直接把氨转化为最终的气态产物。光合细菌在养殖水体氨氮污染生物修复中的应用非常广泛[5]。此外，应用属于放线菌的诺卡氏菌属、浮游植物的大型绿藻、席藻、螺旋藻和小球藻以及大型水生植物的伊乐藻、轮叶黑藻去除养殖水体氨氮的研究也有不少报道。

2.2.2 水生植物对养殖水体氨氮污染的修复

水生植物修复是生物方法和生态方法中的通用技术。水生植物按生态类型，可分为沉水植物、飘浮植物、浮叶植物、挺水植物。利用特定技术，还可以将浮游藻类、陆生植物应用于养殖水体修复中。目前国内外学者对植物修复富营养化水体进行了诸多研究，并取得了一定的成就，筛选出了一些优势种。植物系统对养殖水体的净化作用，主要是通过植物的吸收作用，根区微生物的降解作用，植物的吸附、过滤和沉淀作用，植物抑制藻类生长的作用以及作为生态系统的生产者来调节其他生物种类和数量的作用来完成的。其具有以下优势：净化所需的能源由光合作用提供；许多植物具有美学价值，能改善景观生态环境；植物可被收割和利用，创造新的价值；能固定土壤或底泥中的水分，防止污染源进一步扩散；为降解微生物提供了良好的栖息场所，有利于微生物的生存。水生植物庞大的根系为细菌提供多样性的生境，植物可输送氧气至根区，有利于微生物的好氧呼吸。目前，国内外应用较多的水生植物修复技术主要有人工湿地处理技术、生态浮床技术等。

2.2.3 水生动物修复技术

国内外许多学者和研究人员作了大量的研究工作，探讨水生动物对水体中有机污染物和无机污染物的吸收和利用。研究认为，在水体富营养化的防治过程中，除了考虑对藻类等浮游植物进行防治，对浮游动物的防治也不能忽视。防治浮游动物繁盛最有效的方法是放养鳙鱼，而鲢鱼的放养通常是为了消除浮游植物。鲢鳙的放养量以及如何搭配亦值得研究。鲢鳙混养时，鲢鱼大量摄取浮游植物，从而抑制了以浮游植物为食的浮游动物的生长和繁殖；如果鳙鱼的数量放养过多，鳙鱼就得不到足够的食物，生物量受到抑制，放养太少，不能充分利用饵料而影响其产量。合理搭配鲢鳙的放养数量，可充分利用天然饵料，从而减少浮游植物和浮游动物的数量，这样既可治理水体的富营养化，又可提高经济效益，是一项非常值得研究的生物修复技术。武汉东湖的围隔试验证明了链鱼和鳙鱼能有效控制蓝藻水华，并指出当放养的鲢鱼和鳙鱼的有效生物量达到46～50 g/m2时，可有效地抑制水华的发生。

3 生物修复技术的应用前景

生物技术在环境保护中已获得广泛的应用，并取得了显著成效。随着经济的腾飞、人口的膨胀、资源的短缺、环境状况的恶化以及人类环保意识的增强，生物技术的环境保护功能显得越来越重要，其明显的经济效益、环境效益和社会效益引起科技界和企业界的极大关注，呈现良好的发展趋势。

参考文献：

[1]杨秀敏等.生物修复技术的应用及发展[J].2007（16）.

[2]李谷等.硝化细菌富集方法的研究[J]. 淡水渔业，2000（9）.

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关键字：河道治理、生态修复、微生物技术、水体自净

一、总述

由于我国很多地区前期雨污不分流，工业废水直接排放河体。造成城市水体污染，甚至发黑发臭。黑臭成因复杂、影响因素多。其治理路线的核心可归结为“控源截污、内源治理、生态修复”，具体来说就是把“控源截污”作为城市黑臭水体整治工作的根本措施和前提；把“黑臭在水里，根源在岸上，关键在排口，核心在管网”作为中心思想；把“控源为本，截污优先、科学诊断，重在修复、建管并重，强化维护、综合施治，协同推进”作为基本原则。

二、治理思路

1、控源截污

河道污染，大多都有外部污染源，或为生活污水排入，或为工业污水排入，当排入河道污染物总量大于河道的自净能力时，污染物机会积累，积累到一定时候就会发黑发臭，形成黑臭河。所以外部污染源不控制，河道再治理也不能从根本上解决问题。控制外部污染源是一项复杂长久的工作，一般由政府行政主管部门牵头实施。

2、内源治理

内源治分为水体治理、底泥处理。对于水体治理可分为原位修复和异位修复，原位修复技术即在河道中通过一系列技术手段，使水体达到理想的效果；异位修复是通过泵把河水抽吸出来通过一体化设备单独处理，达到理想的效果后再排入河道中。对于底泥处理，一些河道由于污染严重，河底会积累一层底泥，发黑发臭，甚至会冒泡，主要是发生厌氧反应，产生沼气所致。对于污染河道的底泥，一般可通过人工清淤或专性微生物消解来处理。

3、生态修复

河道水体通过内源治理后，需进一步做生态修复。主要措施有利用多孔透水透气性生态材料，如多孔混凝土砖铺设生态岸线、堤岸，道路边坡等辅以根系发达的植物种植。

三、河道治理技术措施

1、河道曝气生态净化

水生生物为主体，辅以适当的人工曝气，建立人工模拟生态处理系统，以高效降解水体中的污染物，改善或艋水质，是人工净化与生态净化相结合的工艺。该工艺实用污染较轻的水体，优点是能快速提高水体中的溶解氧；缺点是曝气工程量大，施工复杂。如采用新型太阳能曝气设备，虽然工程量小了，但设备投资增大，经济性降低。

2、污水稳定床（氧化塘）处理技术

利用重力沉淀、微生物分解转化、水生动植物的吸收多种途径来净化水体。该工艺需要人工修整建成池塘，设置围堤和防渗层，依靠塘内生长的微生物来降解水体中的污染物，主要利用菌藻的共同作用。该工艺工程量较大，需要对河道修整，建设池塘等，投资费用较高。

3、底泥生物氧化技术

该工艺适用于黑臭水体，且有较多底泥沉积。原理是土著微生物定向扩增，就地大量繁殖土著微生物氧化底泥，通过靶向给药技术直接将药物注射到河道底泥表面，对河道黑臭底泥进行生物氧化，通过土著微生物的生物降解作用，净化水质。该工艺优点是不需要人工清淤，节省大量劳动力；缺点是微生物药剂成本较高，微生物消解底泥需要周期较长。

4、多功能河道生态工程修复

将城市河道设计成具有多种自然景观和生物类群，景观与净化功能并存的河道净化系统，是一项利用多功能河道净化水中污染物质的生态工程技术。优点是该工艺基于长效治理，建立稳定的生态系统；缺点是该工艺投资成本高，建设费用也高。

5、异位处理技术

该技术采用一体化处理设备，通过泵把污染水提升至一体化处理设备处理合格后排放回河体。该工艺适用水体总水量不大，污染严重的水体。优点是快速达到效果，缺点是水体总水量受限制，一体化设备投资费用也高。

6、原位选择性激活生态修复技术

该技术是把激活原位微生物所需的各种营养物质--益生元（碳源、微量元素、酶及其他载体）通过纳米技术及微包覆技术制成均匀颗粒，投放在人工建立的繁殖平台上，把这些营养物质提供给水环境中的微生物--益生菌，这些微生物被连续不断激活并因不断被提供能量和营养而可以大量连续繁殖。通过这类微生物进行有氧反硝化、同步硝化反硝化除磷、以及建立高效食物链来降解水体中富营养物质。该工艺的优点是筛选的微生物来自自然水体，不会新引入微生物，对水体安全性较高，不仅可以降低水体中的N、P、COD浓度，而且可以提高水域生态系统的自我修复能力。同时可以去除底泥中的有机物（底泥中的有机物去除率最高可达到50%以上），减少了河床和河底的底泥体积。可以通过控制激活微生物所需营养元素来调控微生物的繁殖速度，以适应不同水环境的生态修复要求。该技术选择激活的是有益微生物，同时抑制其他有害微生物。 原位修复速度快，1-2个月消除水体黑臭、2-3个月恢复水体生态，运行6-12个月后水质可提升一个类别。设备操作运行简单，直接漂浮水面，绳索固定即可。2-3个月检查一次修复剂是否需要投加。投资及运行成本较低，视水体污染程度每平方米每年只需要30-120元。

四、总结

尽管水体修复技术种类较多，但归根到底要达到长效稳定，首先要控源截污，只有把外源污染物截住，才能保证水体不被再次破坏。其次是修复水体，根据水体污染程度选择适合的技术，辅以植物建立良性生态圈，提高水体自净能力。

参考文献：

住房城乡建设部 《城市黑臭水体整治排水口管道及检查井技术指南》（试行）2016.08

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关键词景观水体；修复；处理方法；

前言

近年来，随着社会的不断发展和人们生活条件的不断改善，景观水已经融入了人们的生活，日益关注以水景为主题的小区、园林、城镇等建设。然而，由于污染导致一些景观水的水质已开始发生变化，湖水正在变黑发臭，某些湖泊还出现了观赏鱼大量死亡的现象，水体的富营养化成为景观水体亟待解决的问题。

景观水体的水质维护主要是控制水体中COD、BOD、TN、TP等污染物的含量及藻类等的生长(使其不过度繁殖)，保持水体的清澈、洁净，而景观水体的修复是针对已受污染的水体如何恢复正常功能。任何修复技术必须在可行性研究基础上进行选择，主要考虑的问题包括：技术的有效性；水环境被修复的程度；投资和成本，以及可能的替代方案的有效性与成本比较等[1]。

当前景观水体治理技术可归结为以下几种类型。

1.控制营养物质来源的技术

主要是控制外源性污染：对于工业废水和生活污水这样的点源，应排入城市污水处理系统，严禁排入景观水体；对初期雨水应适当进行处理后，再排入水体；严格控制景

观水体周围化肥农药使用量和使用时间；杜绝生活污水、垃圾进入水体，严禁在河堤、湖岸倾倒堆放垃圾；定期对水面漂浮的树枝败叶及杂物进行清理。只有从根本上控制了外源性污染，才能为内源性污染的治理提供可靠保证。

2.控制藻类的技术

2.1 机械除藻

利用捞藻船、吸藻泵等机械设备捕捞水面上的藻类,间接去除水体氮、磷营养盐。中科院水生生物研究所于2001~2002 年对滇池水华蓝藻进行机械清除,共清除蓝藻360.83t( 干重),相当于从水体中去除了氮37.33t、磷2.71t、有机质200.32t, 水体中的重金属也被部分去除。

2.2 杀菌消毒及除藻技术

为了抑制水中藻类的生长,可加入一定量的硫酸铜 (铜离子含量为1mg/L左右)。当水体滋生了菌类时可向水体中投加氧化剂,如次氯酸钠、液氯、漂白粉、臭氧、异噻唑啉酮等进行杀菌消毒。

药剂杀藻是一种快速见效的技术。昆明世博会期间, 为消除滇池草海蓝藻水华, 采取了一系列应急措施, 包括投加化学药剂杀藻, 基本控制了水华和恶臭，改善了水体景观。

3.生物控制技术

3.1水生生物修复法

水生生物修复法是利用生态系统食物链摄取原理和生物相生相克关系, 通过改变水体的生物群落结构来有效地回收和利用资源,取得水质的净化、资源化和景观效果等综合效益。

3.1.1 水生植物修复法

多种高等水生植物能够有效的吸收水中氮磷等污染物质，抑制藻类的繁殖。水生植物可分为挺水植物、浮叶植物、沉水植物和漂浮植物。南京莫愁湖通过种植莲藕,年产莲藕25万kg ,带出的氮有60多t ,磷达1t多,浮萍在1个月内能将污水中的磷去除90%。北京动物园水体通过种植荷花、水葫芦及芦苇等水生植物，明显提高了水体的透明度和溶解氧，抑制了藻类的生长繁殖，还能带来一定经济效益。利用水生高等植物组建人工复合植被在富营养化水体治理中具有独特优势, 但要注意防止大型植物的过量生长,应及时收割，避免其腐烂。

3.1.2 水生动物修复法

水生动物是以游离细菌、浮游藻类、有机碎屑等为食,通过营养链进行控制，能够在一定程度上调控景观水体的水质。水生动物包括浮游动物、游泳动物和底栖动物。通过定期对游泳动物和底栖动物进行打捞,可以防止其过量繁殖造成的内源污染,同时也将已转化成生物有机体的有机质和氮磷等营养盐从水体中彻底输出。武汉东湖富营养化水体中引入50g/m3的鲢或鳙,使微囊藻水华得到有效抑制。扬州海德公园人工湖、新城河等景观水体内放养了白鲶、螺蛳等能滤食浮游藻类和有机碎屑的水生动物, 用它们摄食水中浮游藻类, 同时还能分泌一些促絮凝物质,使湖水中悬浮物质絮凝,使景观水体透明度提高, 改善了公园内水体水质。

3.2微生物净化技术

景观水体中污染物高效降解菌很少, 补充有益微生物和促进其生长的营养剂可加速水体中污染物的降解,也有助于加快底泥中污染物的分解转化。

3.2.1 投菌法

采用投加菌种方法进行景观水体的生物修复近年来成为国内外研究的热点, 在日本、韩国、澳大利亚等应用较多。人工选育培养出的光合细菌、硝化细菌等复合高效微生物, 能够有效去除氮、磷营养元素和有机污染物, 抑制藻类生长, 增加水体溶解氧, 改善水质。目前较为成熟的投菌技术有美国CBS公司开发研制的CBS技术和日本琉球大学教授比嘉照夫先生开发EM技术。

3.2.2 生物激活法

生物激活法是通过向水体中投加生物促生剂来刺激土著微生物的迅速繁殖,增强水体的自净能力。主要有以下几种投加方式：投加微生物营养盐、投加电子受体与共代谢基质、投加表面活性剂。通过纯天然物质制成的生物激活剂Bio OxidatorTM(Bo)，Nutra Complex TM(Nc)对上海植物园兰室和牡丹园湖水进行修复，结果表明，Bo和Nc对水体COD、BOD、TP、浊度等均有显著的去除效果，并可显著提高水中DO。

5.2.3 水生微生物修复技术

水生微生物修复技术包括生物接触氧化法、曝气生物滤池和膜生物反应器等，其中以生物接触氧化法和曝气生物滤池运用广泛。刘书宇[2]等以沸石和煤渣为主要基质，从土著微生物中筛选驯化优势菌群挂膜于基质内构建复合生态床修复黑龙江省太阳岛天鹅湖富营养化景观水体，结果表明：优势菌群使系统很好完成对氮的循环去除，且优势菌群强化系统离子交换去除率及消化去除率延程均显著提高。陆洪宇[3]采用A/O一体式悬浮曝气生物滤池处理苏州园林景观水, COD、NH3-N、TN和TP的去除率分别为56%左右、90%以上、40%左右和接近30%, 出水浊度低于2NTU。

4 生态控制技术

4.1生态稳定塘

稳定塘是经过人工适当修整，设围堤和防渗层的污水池塘，主要依靠自然净化功能使污水得到净化。何龙[4]采用生态砾石接触氧化/稳定塘处理微污染景观水,COD、浊度、TN、TP和蓝绿藻的去除率分别为56%～68%、80.6%左右、44.8%～48.3%、24.6%～31.4%和85%左右。稳定塘运行成本低,但占地面积大,处理周期长,适于附近有天然池塘可以利用的景观水体。此外，稳定塘内也可种植水生植物、放养水生动物以形成多级食物链，组成复合的生态系统。

4.2 “生态岛”修复法

生态岛法就是往景观水体中投入临时性的人工设施来改善、创造一个完整的生态系统，利用厌氧微生物、好氧微生物以及微小动物、植物等组成的生态系统将有机物进行强化分解，最终成为简单的含C、N、P 等无机物，达到净化水质的目的。目前植物浮岛技术已成功应用于滇池草海水域生态修复工程, 建设了植物浮岛生态区78亩, 用毛竹或水竹制成框架, 其底部用聚乙烯网兜住的围栏形成植物载体,其上种植匍匐茎草本植物如凤眼莲等，挺水植物主要为狭叶香蒲、芦苇及风车草等及藤本植物，具有植物根系密实、抗风浪能力强、净水作用明显、景观效果好、维护管理方便等特点。

4.3人工湿地处理系统

人工湿地是利用土壤填料-微生物-水生动植物复合生态系统进行物理、化学和生物的协同净化,通过过滤、吸附、沉淀、植物吸收和微生物分解实现对营养盐和有机物的去除。美国佛罗里达州大型浅水湖―Apopka湖，利用人工湿地去除湖中的悬浮物、氮、磷等，取得了很好的效果。经过29 个月的运行，主要污染物的去除率分别是：总悬浮物89%~99%，总磷30%~67%，总氮30%～52%[5-6]。TANNER等[7]在使用表面流人工湿地对新西兰北部放牧草地潜水径流处理中发现，占径流面积1%的人工湿地可有效降低径流水体的TN和TP。目前,我国的城市湿地已初具规模，有常德市西洞庭湖青山湖国家城市湿地公园等十数处。城市湿地作为城市稀有的自然落资源, 是城市绿地生态系统的重要组成部分,在提供水资源、调节气候、涵养水源、降低洪水危害、降解污染物、保护生物多样性等方面,发挥着重要作用。

4.4地下渗滤系统

地下渗滤系统主要由潜水泵、布水系统、渗滤池、收集管与草坪等组成。原水在渗滤池中通过砾石层的再分布,在土壤毛细作用下上升至植物根区,经过土壤的物理、化学作用和微生物的生化作用以及植物吸收利用后得到处理和净化。在微生物作用下, 有机污染物被吸附、降解,达到净化除臭的目的,通过表面植草来吸收降解后的营养物质如N、P等, 既满足了自身生长的需要,又去除了水中的污染物质。王绍春[8]等将该系统运用于苏州拙政园景观水，测试表明：出水浊度在4～10NTU之间，高锰酸盐去除率稳定在10%～35%，氨氮及正磷酸盐浓度下降，出水水质可达到园林景观水水质标准的B类。

4.5生物栅技术

生物栅技术是利用植物、微生物、水生动物和底栖动物等生态要素的协同作用来实现生态修复功能，在有限的空问内富集巨大的生物量，以达到快速、高效的处理效果[9]。杨清海[10]等设计的生物栅是一种不需要人工曝气的原位修复水体装置，生物栅的水生植物选用根系发达的黄花美人蕉(Canna indica)，其发达的二级、三级根系与填料纤维交织在一起，起到固定植物、提供强大的生物附着载体以及为其他生态要素提供氧气的重要作用。用该装置处理上海市苏州河支流华东师范大学校园内丽娃河河水(富营养化水体)，在HRT=72h时，TOC、COD、TN和TP的去除率分别为52.2%、57.6%、60.9%和82.4%。NH4+-N在HRT=24h时去除率为32.4%。

5.结论

物化方法净化景观水是目前常规的处理方法,但其前期投资费用相对较高，后期维护费用也较高，且能源消耗较大，并不能从源头上进行控制，是一种治标不治本的方式。且随着耐药性藻类的出现，需要频繁地变换化学药剂，同时药的投加量也会更大，处理费用也较高，且造成二次污染。生物、生态技术则是以生物学以及生态学理论为基础，改善水生生物的生存环境，优化水生生物群落，提高水生态系统的自净能力，维持水生态系统的稳定健康发展，是治理富营养化景观水体的有效途径。生态修复的方法作为一种治理景观水体的新技术，克服了物理、化学方法的不足，因此成为目前景观水处理的应用热点。

参考文献

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[2] 刘书宇，马放，姜钦鹏.生物强化生态床修复景观水过程中氮转化积累研究[J].北京工业大学学报，2008，24(6):642-645.

[3] 陆洪宇.改进型曝气生物滤池对景观水处理的试验研究[D].哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2005.

[4] 何龙.复合生态工艺处理城市景观河流的中试研究[D].上海: 上海交通大学, 2003.

[5] 古滨河.美国Apopka 湖的富营养化及其生态修复[J].Lake Sci（湖泊科学），2005，17（1）：1-8.

[6] Coveney M F，Stites D L，Lowe E F，et a1. Nutrient removal from eutrophic lake water bywetland filtration [J]. Eeol Eng，2002，19：141-159.

[7] TANNER C C，NGUYEN M I，SUKIAS J P S．Nutrient removal by a constructed wetland treating subsurface drainage from grazed dairy pasture[J]．Agriculture Ecosystems & Environment，2005，105(1)：145―162．

[8] 王绍春,费忠民,张维佳.地下渗滤系统处理园林景观水的实验研究[J].苏州科技学院学报( 工程技术版),2007,20(3):45-47.

篇6

【关键词】植物修复;重金属;强化技术

0.引言

土壤是人类赖以生存发展所必需的生产资料，也是人类社会最基本、最重要、不可替代的自然资源之一。然而近年来，我国大部分可用土壤受到工农业污水、生活废水等各方面污染物的污染，重金属在土壤中大量积累。重金属通过食物链被人群吸收，严重影响到我们的饮食健康和安全。

植物修复技术是目前比较可行的方法之一，但它存在着超积累植物具有个体矮小、生长缓慢、根系扩张深度有限、对重金属的选择性、从根部到茎叶的重金属低转移率等缺陷。如何增加植物对重金属绝对吸收量的同时改善植物的生物学性状(如增加生物量、缩短生长周期等)以增加单位面积植物蓄积重金属的总量则是需要改进的方向。由于目前发现的大多数重金属超积累植物在天然条件下有很低的生物量和缓慢的生长速率，种植这样的植物很难在较合理的时间范围内完成污染土壤修复任务。因此突破这一瓶颈是当前植物修复领域研究的热点，也是植物修复技术发展的必由之路。以下将简单介绍几种常用的植物修复强化技术。

1.微生物与植物修复

重金属的生物有效性和植物对土壤重金属的吸收受到土壤中重金属的含量、pH值、氧化还原电势、有机物和根际环境等其他因素的影响。根际微生物可以通过分泌生物表面活性剂，有机酸、氨基酸和酶等来提高根际环境中重金属的生物有效性 。根际微生物能够通过催化金属的氧化还原来改变土壤的生物有效性。一些根际微生物能够通过产生生物表面活性剂，提高重金属的生物有效性，促进重金属在植物中的积累。

2.C02施肥技术与植物修复

2.1原理

张其德等认为CO2浓度升高不仅为光合作用提供了较多的原料，而且提高了1，5一二磷酸核酮糖(RuBP)羧化酶的活性，增强了对CO2的固定能力；郭建平等阎发现CO2浓度倍增能使春小麦生育期缩短2~4天，不同品种的春小麦，生物量增加的程度不同；陈乎平等认为CO2浓度升高降低了气孔蒸腾速率，减少了植物耗水量，提高了水分利用效率。基于众多学者对CO2浓度升高条件下植物响应的研究，唐世荣提出将农业生物工程技术中较为成熟的CO2施肥技术应用到植物修复领域，为突破这一瓶颈提供了一种全新的研究理念。CO2气源广泛，成本较低，其应用一般可以加快植物的生长，提高生物量，从而提高植物吸收和积累污染物的总量，最终提高植物的修复效率。

2.2处理方法

2.2.1燃烧法

燃烧煤、木炭等可燃物，利用生成的CO2通入到施肥装置中，但要注意过滤SO2等其他有害物质。

2.2.2化学反应法

利用稀硫酸和碳酸氢铵的反应，生成CO2气体。

2.2.3微生物法

增施有机肥和稻草秸秆等，在微生物的作用下缓慢释放CO2气体。

2.2.4吊袋式CO2气肥

将CO2发生剂放人带气孔的专用吊袋中，挂在温室中缓慢产生气体。

2.2.5液态CO2法

把气体CO2加压后转变为液态保存到钢瓶中，施肥时打开阀门，通过管道均匀供气。

2.2.6土壤化学法

利用CaCO3粉为基料，与其他添加剂载体、粘结剂一起经过高温处理形成固体颗粒，撒在地表或者埋入表层土中。

3.超富集植物技术

所谓超富集植物指能超量吸收重金属并能将其不断运移到地上部的植物。超富集植物在叶片、茎部可富集大量的重金属的特性，使该种植物尤其适用修复。因此大多数植物修复策略是将超富集植物种植在重金属污染的土壤，收割其地上部分。针对某种或某些重金属，所采用的超富植物比一般的植物更具有重金属耐性、并且体内重金属含量也高出很多，通常可达成百上千倍，从而有效降低土壤中重金属的含量。利用超富集植物将重金属从土壤中清除是植物提取修复的核心内容，也是植物修复的最具代表性的修复方式。不仅对环境具有净化和美化能力，而且还有一定的经济效益。

针对植物修复存在的某些不足，需要不断地对超富集植物进行筛选，并对其进行技术性能强化是今后该领域的研究重点。

4.结论

植物修复不可避免地存在着一些问题：超积累植物存在专一性，而土壤中富含各种重金属，对其它金属则无抗性；植物修复效率低，生长周期厂；修复范围只限于根系周围，一般不超于20m土层厚度等。通过各种植物修复强化技术可以对土壤重金属污染有所缓和，但还存在很多不足还需要通过各种技术加以解决。■

【参考文献】

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【关键词】农药污染；微生物监测；微生物多样性

土壤微生物是农田生态系统的重要组成部分对土壤功能、生态系统的稳定和自然界元素循环等具有重要的意义，保持微生物的多样性对于人类农业生产具有重要意义。我国是一个农业大国，更是一个农药生产和使用大国，因此农药对土壤的污染是一个严重问题。据有关资料表明，我国受农药污染的土壤面积可达1600hm2 主要农产品的农药残留量超标率高达16%-18%[1]。农药污染 会破坏土壤功能影响土壤生态系统的稳定进而威胁到微生物多样性并可最终通过食物链影响人体健康。

1 农药对土壤的污染

农药是防治农业病虫害和控制杂草的化学药品，也是控制某些疾病的病媒昆虫（如蚊、蝇等）的重要药剂。但由于农药种类多，用量大，农药污染已成为环境污染的一个重要方面。农药药对土壤的污染是指人类向土壤环境中投入或排入超过其自净能力的农药而导致土壤环境质量降低以至影响土壤生产力和危害环境生物安全的现象。农药对土壤的污染与施用农药的理化性质、农药在土壤环境中的行为及施药地区自然环境条件密切相关使土壤颗粒与土壤溶液界面上的农药浓度大于土壤本体中农药浓度的现象。吸附会降低农药的活性影响药效的发挥，同时也阻滞了农药在土壤中的迁移和挥发。土壤的有机污染作为影响土壤环境的主要污染物已成为国际上关注的热点有毒、有害的有机化合物在环境中不断积累到一定时间或在一定条件下有可能给整个生态系统带来灾难性的后果，即所谓的“化学定时炸弹”。其他土壤有机污染物还包括氨基甲酸酯类、有机氮类杀虫剂和磺酰脲类除草剂，这些种类的农药毒性较低，但因使用范围扩大，其对土壤造成的污染亦不容忽视。

现有大量科学研究表明，农药污染也已经严重威胁了食品安全和人畜健康。2012年，浙江省农业科学院农产品质量标准研究所和农业部农药残留检测重点实验室等单位对浙江省蔬菜生产中主要使用的78种农药（主要为低毒农药）进行残留检测，发现大量农药残留，主要的残留农药就有28种。而环境中拟除虫菊酯类杀虫剂的残留会导致哺乳动物免疫系统、荷尔蒙、生殖系统疾病，甚至诱发癌症，有机氯农药暴露可能与乳腺癌、阿尔茨海默病、帕金森氏病的发生有关。

2 农药污染对土壤微生物多样性的影响

农药污染通过改变微生物群落结构、影响微生物在农田生态系统物质循环、破坏生态系统稳定等方面最终影响微生物生态多样性。微生物群落是指由一定种类的微生物在一定的生境条件下所构成的有机整体，土壤中包含有四种比较重要的微生物类群：细菌、真菌、放线菌和藻类。土壤受到农药污染后，会扰乱微生物类群的正常秩序，主要表现在微生物生物量、群落结构、群落的物种多样性等方面的影响。微生物群落结构是指群落内各种微生物在时间和空间上的配置状况，优化的配置能增加群落的稳定性，表现为良性发展。但是由于农药污染，就会影响这种良性发展，对群落的结构产生破坏影响。微生物是土壤酶的形成与积累的主要动力，在微生物的生命活动过程中，向土壤分泌大量的胞外酶，在其死亡后，由于细胞的自溶作用把胞内酶也释放到土壤中，因而在土壤生态系统中发挥至关重要的中心作用。土壤微生物的组成和土壤酶活性可以作为污染的重要指标，土壤受到污染后，土壤微生物组成发生变化，土壤酶活性受到抑制，进而影响微生物在物质循环中的功能。

农药污染影响土壤微生物物种多样性，其影响常常表现有直接的或间接的、抑制的或促进的、暂时的或持久的等多种类型。低量施用杀虫剂或除草剂对土壤微生物多样性的影响不大，但是如果大量施用，则会抑制甚至消灭某些敏感微生物，从而对微生物群落的组成起到选择作用。低浓度甲基对硫磷对土壤微生物数量影响不大，添加100和500mg/L甲基对硫磷能明显增加土壤细菌的数量，甲基对硫磷通过抑制或者杀灭某些种类土壤细菌，大大促进土壤生态系统中部分种类细菌的增殖[2]。土壤中结合态甲磺 隆残留物对土壤细菌、真菌具有明显的刺激作用，而对土 壤放线菌有强烈的抑制作用[3]。苯噻草胺能促使好氧细菌数量的增加，但不利于真菌和放线菌的生长[4]。

3 利用农药污染对土壤微生物多样性进行监测

以土壤微生物的种群数量和群落结构的动态变化为主要的观察指标，明确生物多样性与土壤环境质量之间的响应关系，达到环境监测的目的。与此同时，筛选和鉴别具有污染修复功能的微生物种类，将其应用到土壤农药污染的治理当中。在具体的研究过程中，如进行微生物的选择时，不仅包括常规研究较多的细菌、真菌、放线菌种类，还包括了土壤动物――线虫的研究，增加了生物监测结果的可靠性和说服力。在对敏感物种进行鉴定时，不仅应用到常规的形态学方法，还将应用分子生物学鉴定方法，加快了鉴定速度，增加了准确性，可以体现出研究方法的先进性。对污染修复研究中，不仅要关注污染物的修复效果和经济成本，还要对应用过程中的安全性进评价，充分体现出以人为本的理念和注重环境效益、经济效益和社会效益相统一的思想。

综上所述，农药污染可以影响土壤微生物的多样性。通过对农药污染影响土壤微生物多样性的研究，可以尽量减少或者避免农药污染对环境的影响，保持微生物的多样性，从而为农业耕作和农业生产提供科学依据。

4 生物监测的应用前景

生物监测是环境监测领域的新兴技术，主要是利用生物个体、种群或群落对环境污染或变化所产生的反应，从生物学的角度对环境污染状况进行监测和评价。生物监测技术的发展最早可追溯到20世纪初，Koikwitz和Marsson提出的“污水生物系统”，50年代后，该技术逐渐被少数国家用于水质和大气环境污染监测。生物监测技术依靠区别于传统物理化学监测方法的独特优势，如监测的敏感性、长期性、连续性、经济性、非破坏性、综合性等特点，近年来发展迅速。而我国在这方面的研究起步晚，上世纪80年代才开始将该技术应用于环境监测，迄今为止，相关体系仍不标准、不健全，尤其在土壤环境质量的评价和监测中的应用，更是少之又少。利用土壤微生物的种群数量和群落结构的动态变化为主要的观察指标，明确生物多样性与土壤环境质量之间的响应关系，达到环境监测的目的，将为环境污染监测和环境污染物的有效治理提供理论基础。

【参考文献】

[1]周启星，宋玉芳.污染土壤修复原理与方法[M].北京：科学出版社，2004.

[2]曹慧，崔中利，周育，等.甲基对硫磷对红壤地区土壤微生物数量的影响土壤[J].2004，36（6）：654-657.

篇8

随着污染物种类的增加，土壤污染表现出机理上的复杂性、形式的多样性和范围上的扩大化，土壤通过与大气、水的交换以及通过农作物等与人直接或间接的接触对人类的健康产生了极大的威胁。国内外环境工作者对此进行了大量的研究，逐渐认识到土壤中的污染物之间具有伴生性和综合性，即不同污染物之间产生联合作用，如：协同、相加、拮抗等，形成了复合污染。目前，无机-有机复合污染是我国污染土壤的基本特征之一，且土壤中重金属污染一般浓度相对较高，而有机污染物的浓度则比较低。

土壤复合污染研究已成为环境科学发展的重要方向之一，随着研究方法和技术手段的进步，以前研究中探讨不深的污染治理和修复研究也有了较大的进展。近年来，美国、德国、英国、荷兰等国家先后投入巨大的人力和财力，深入开展研究污染土壤修复，在物理、化学、化学和联合修复等方面均取得了相当显著的成果。

重金属污染的主要来源为冶炼业、电镀业，主要重金属污染物为：Pb、Cd、Cu、Cr、Zn，Ni和As。土壤重金属复合污染具有几个特点：①大多数金属的课移动性较差或迁移距离短；②重金属在土壤及生物体内蓄积；③重金属对植物造成的伤害具有潜伏性特征。从污染物的种类出发，土壤中重金属复合污染发生的主要类型有两种，分别是重金属元素之间构成的复合污染和重金属与有机污染物所构成的复合污染。

污染土壤修复是指利用物理、化学和生物手段，转移、吸收、降解和转化土壤中的危险污染物，使其浓度降低到可以接受的标准，或将有毒有害的污染物转化为无毒无害的物质。通过现有重金属污染土壤修复资料表明，对于重金属污染土壤的修复技术有物理修复、化学修复和生物修复、联合修复以及农业生态修复等。

物理修复方法主要有溶液淋洗法、物理工程措施、冻融法、固化稳定法和电动力法。溶液淋洗法是把土壤固相的重金属转移到土壤溶液中，在运用当中，常配合使用表面活性剂以提高淋洗效果。物理工程措施可以用于土壤重金属污染严重的地区，一些发达国家试行了固化技术和挖土深埋包装技术，但这种方法工程量大，并伴有污土的处理问题。电动力法主要是用于重金属污染土壤，在欧美一些国家发展很快，已经进入商业化阶段。其基本方法是将电极插入受污染的土壤场地或地下水区域，通过施加微弱电流，从而形成电场，利用电场产生的各种电动力学效应（包括电渗析、电迁移和电泳等）驱动土壤污染物沿电场方向定向迁移，从而将污染物富集到电极区，然后再进行集中处理或分离。作为一种新兴的原位修复技术，在污染土壤尤其是重金属污染土壤的修复中，电动力学已经显示了其高效性，尤其在传统方法难以治理的细粒致密的低渗性异质土壤以及不能改变地上环境的区域（如受污染区域上部有重要建筑物）修复中有独特的优势，且成本低于传统方法，适和无机/有机污染的饱和或非饱和土壤。

化学修复的原理与物理修复相比，利用了污染物的化学性质达到去除的目的。化学方法主要包括氧化法、还原法、溶剂萃取法和土壤改良剂投加技术等。表面活性剂增效修复（SER）是利用其的增溶-洗脱作用，提高土壤中污染物的溶液浓度，改善其生物可利用性，以达到修复的目的，在修复土壤有机物方面已经有所研究并取得了一定的效果，但是表面活性剂的二次污染和生态安全问题限制了它的广泛使用。

生物修复是指利用土壤中的植物、动物、微生物以及植物与微生物的综合体，吸收、富集或转化土壤中的污染物质，从而最终达到清除土壤中污染物的一类技术总称。生物修复是污染土壤修复方法的主体，其中应用最为广泛的是微生物和植物修复。同物理、化学方法相比，生物修复具有土壤理化特性破坏小、污染物降解高、二次污染小、处理成本低、应用广泛等特点，随着土壤修复要求的逐步提高，生物修复技术的推广得到了迅猛发展。

生物修复技术分为植物修复、动物修复和微生物修复。目前，用于修复的生物主要是植物和微生物，另外还有少量的原生动物。植物修复方法主要是利用了植物对污染物的吸收、降解、转化和挥发等。微生物修复机理包括生物吸附、细胞代谢、表面生物大分子吸收转运、生物吞饮、沉淀和氧化还原等。现在在实际应用中，最常见的是根际修复。根际修复是利用土壤中的微生物、植物、菌根真菌及其相互作用的根际和菌(丝)际环境，有效地降解土壤中的污染物。它克服了微生物修复和植物修复污染土壤的不足，是污染物植物修复的纵深研究，是一种复合的生物修复技术。根际修复具有经济、有效、实用、美观、原位非破坏型、无二次污染、可大面积应用等独特优点而越来越受到人们的重视，是目前最具潜力的土壤生物修复技术之一。

菌根修复是根际修复中的一种，与其它生物修复方法相比，菌根修复的优点有，通过外延菌丝显著增加了菌根与土体的接触面积。据报道外延菌丝与土体的接触面积可超过300m2；菌根和菌丝周围特殊的土体条件，为微生物生长和繁殖提供了良好环境，树木每克外生菌根可分别支持106个好氧细菌和102个酵母；在生物数量方面，菌根际微比周围土体高1000倍。菌根条件下，菌根与土体接触面积的扩大和微生物数量的增多为其修复污染土壤提供了良好基础。丛枝菌根(AM)是丛枝菌根真菌(AMF)与植物根系相互作用的互惠共生体，在自然界中分布最广的一类菌根，AM真菌能与陆地上绝大多数的高等植物共生。

联合修复就是共用多种修复技术或以一种修复技术为主，辅以其他方法将土壤中的污染物去除。目前土壤污染大多属于复合污染，单一修复方法难以解决复合污染土壤修复问题，所以通过不同修复方法的组合可以满足污染土壤修复的实际需求。物理和化学联合修复弥补了某些修复方法存在的不足，提高了污染物降解速率，降低了修复费用；生物修复与物理化学修复联合的方法主要是以一种修复技术为主，其他的为辅来完善修复技术，如微生物进一步降解物理修复中的污染物使其去除效率更高；化学和生物联合修复也是为克服其不足而创造的，它常常利用某些化学物质加快生物降解过程或强化植物对污染物的吸收降解能力等。

篇9

对此，业内水环境治理专家强调，“水是生态环境中的一员，水污染的治理不能仅停留在简单的截污、绿化上面，还应当同整个水环境的恢复和改善紧密结合起来。”

水质反复为哪般？

去年6月，广州市环保局在官方网站上公布了首批50条河涌5月份的水质监测信息。监测信息显示，广州中心城区的31条河涌中仅有荔湾区的大沙河达标。50条河涌的达标率只有22%，且多集中在郊区。

事实上，早在2009年初，广州市政府便定下计划表，承诺至2010年6月底，共投入486.15亿元进行污水治理和河涌综合整治工程，整治工程平均1天吞入资金1亿元。但如今三年过去，整治结果却令人大跌眼镜。此前投入10亿元治理，被广州当做样板工程的东濠涌，亦尴尬地处于劣五类水之列。

淡水河、石马河（以下简称“两河”）的环境污染治理工作一直是广东省水污染防治的重点。2008年，广东省人大常委会相继将“两河”整治工作列入重点督办，加快深、莞、惠三市对河流污染的整治进程，开展了河涌整治、工业污染源治理、生活污水处理、两岸环境美化等一系列措施。经过5年联合综合整治，到2012年底，淡水河水质达到了阶段性目标，石马河水质显著改善。

不过，前不久在广东省人大常委会组织的“两河”流域实地调研时却发现，“一些支流景观做得很不错，但是污水黑臭，形成了强烈反差。” 广东省环境监测中心的监测数据也显示，2013年“两河”部分河涌水质出现反弹。

投入巨资、花费大量人力和物力时间的水环境整治，为何结果总不尽人意呢？“在目前的社会环境和经济条件下，截污、清淤和调水补水这种‘老三样’的治理模式还不能根本消除河道污染、消除黑臭。”广州市振鸿科展环保科技有限公司高级工程师黎赓桓指出。

很多地方治水主要搞两边绿化、硬化，河道非常漂亮，但是并没有考虑水怎么变清的问题。另一方面，专家也提到，面对几十年积累的严重污染，短期内实施高强度、大规模的治水工作，往往只是治标不治本。

利用微生物或为治理良策

面对传统治水方式出现的尴尬局面，很多地方纷纷推陈出新，希望能够寻找到一条行之有效的道路。

2009年，南京市鼓楼区率先实施了微纳米气泡治污法。这种治污方法是通过在水下安装一个微纳米气泡机，气泡机在河道中发出一个个微米纳米级的小气泡，气泡在水里“畅游”直至破灭。气泡在这个“畅游”过程中能够和污染物结合生成CO2、N2和水。然而，使用这种方法，每800米的河段就要花去320万元，这只能作为一个补充治理措施。如果分流工程没有全部完成，污水直接进入河道，治污效果还会大打折扣。鼓楼区临河居住的市民就指出，这个河道尽管治理了，但黑臭依旧。

而一直让人们津津乐道的植物治污，结果又是怎样的呢？秦淮河复成河就是采用植物治污方法来净化水体，但是附近居民却表明，虽然河面上种了美人蕉、鸢尾草，看起来是漂亮了很多，但感觉这些对水体净化没有起到多大的作用，河面还是时不时飘来一些臭味。而且垃圾进入这些植物里就很难被冲出来，后来这些被植物撤除了反而感觉水更干净些。对于这种植物治污法，南京师范大学的湿地专家则表示，也许治污效果远不及景观效果，而且要想让水变清，还需要其他治理方式来搭配。

生物膜法是目前污水处理中较为热门的技术，生物膜上栖息着大量的细菌和真菌类微生物及原生动物。当污水进入滤池，通过滤料表面时，生物膜大量地吸附水中各种有机物，伴随着氧气的溶入，膜上的微生物将有机物分解，其代谢产物随水流走，产生的CO2等气体从水中逸出进入大气中，从而使污水得到净化。不过，当生物膜长到一定厚度时，老化的生物膜活性会降低并脱落，所以生物膜并不是永久的，而是不断地形成，不断地脱落，要不断地更新着。这样的治水方法效果比较理想，但其后期维护费用是相当高的。

事实上，有业内人士就曾提到，按照生态学的方法，治理河道有两点很重要，首先要让水体中有足够的溶解氧，其次就是要有生物载体，能够让各种微生物附着，这些微生物进行新陈代谢作用，吸附、消化、分解污水中的有机和无机污染物，这样出来的水就相对干净了。

根据这一原理，国外一些国家将微生物运用到了治水工作中，实现了水质的不断净化、水生态基本能恢复如初。因为微生物对有机化合物有着强大的分解能力，这些“天然的环境卫士”以污染物为食，像碳水化合物类污染物、蛋白质类污染物，都能被各种微生物分解，为它们的生长繁殖提供能量。

专家指出，微生物的体积小，但相对来说，表面积却很大，繁殖力亦是惊人，能不断与周围环境快速进行物质交换。污水具备微生物生长繁殖的条件，微生物能从污水中获取养分，同时降解和利用有害物质，从而使污水得到净化。这样的技术不仅能带来经济效益，更重要的是，它不会对湖泊造成二次污染。

“土著”微生物为河道减负

2009年4月，一个工程项目在南涌一段约500米的水域进行，经过3个月的治理，南涌这段水域基本消除了黑臭，水质也得到明显改善，顺利通过广州市荔湾区环保局的验收。该项工程就是采用原位生物（生态）综合治理修复技术进行治污，这项工程的成功验收，使得南涌成为了当时的一条“样板河”。负责这一项目的广州市振鸿科展环保科技有限公司负责人向笔者透露，这种原位生物（生态）综合治理修复技术是在河涌的基础上，通过曝气设备及生物巢，发挥多种“土著”微生物的协同、消解等作用，控制和消除河涌外源和内源污染，为河道“减负”。

原位生物（生态）综合治理修复技术，是一种适用于河道消淤和水生生态修复的微生物技术。这一技术在传统治水的基础上，将人工选育出来的高效降解“土著”微生物投入河流、湖泊中，结合增氧富氧技术，形成高效微生物降解体系，快速削减受污染的河流、湖泊中的污染物，使水质快速改善，迅速消除黑臭现象，重建河流、湖泊良性生态平衡。

该工程的技术总监黎赓恒提到，河道污染严重、河底淤泥大量沉积、有机污染物及过剩的营养物质是造成河道黑臭的直接原因之一。因此，利用“土著”微生物分解污染物，恢复水生生态可能成为未来治水的一个发展方向。

业内人士指出，与其他同类技术相比，原位生物（生态）综合治理修复技术更强调原位治理，主要是从河流、湖泊里提取“土著”微生物进行筛选培育，其中活性微生物浓度最高可达到2000亿个/ml，为目前国内最高水平，利用“土著”微生物为主的治理也可避免外来物种入侵，保证生态安全。

篇10

一、我国生态环境现状 二、现代生物技术与环境保护

现代生物技术是以DNA分子技术为基础,包括微生物工程,细胞工程,酶工程,基因工程等一系列生物高新技术的总称。现代生物技术不仅在农作物改良、医药研究、食品工程方面发挥着重要作用,而且也随着日益突出的环境问题在治理污染、环境生物监测等方面发挥着重要的作用。自20世纪80年代以来生物技术作为一种高新技术,已普遍受到世界各国和民间研究机构的高度重视,发展十分迅猛。与传统方法比较,生物治理方法具有许多优点。首先,生物技术处理垃圾废弃物是降解破坏污染物的分子结构,降解的产物以及副产物,大都是可以被生物重新利用的,有助于把人类活动产生的环境污染减轻到最小程度,这样既做到一劳永逸,不留下长期污染问题,同时也对垃圾废弃物进行了资源化利用。其次,利用发酵工程技术处理污染物质,最终转化产物大都是无毒无害的稳定物质,如二氧化碳、水、氮气和甲烷气体等,常常是一步到位,避免污染物的多次转移而造成重复污染,因此生物技术是一种既安全又彻底的手段。再次,生物技术是以酶促反应为基础的生物化学过程,而作为生物催化剂的酶是一种活性蛋白质,其反应过程是在常温常压和接近中性的条件下进行的,所以大多数生物治理技术可以就地实施,而且不影响其他作业的正常进行,与常常需要高温高压的化工过程比较,反应条件大大简化,具有设备简单、成本低廉、效果好、过程稳定、操作简便等优点。所以,当今生物技术已广泛应用于环境监测、工业清洁生产、工业废弃物和城市生活垃圾的处理以及有毒有害物质的无害化处理等各个方面。

三、现代生物技术在环境保护中的应用

(一)污水的生物净化

污水中的有毒物质其成分十分复杂,包括各种酚类、氰化物、重金属、有机磷、有机汞、有机酸、醛、醇及蛋白质等等。微生物通过自身的生命活动可以解除污水的毒害作用,从而使污水中的有毒物质转化为有益的无毒物质,使污水得到净化。当今固定化酶和固定化细胞技术处理污水就是生物净化污水的方法之一。固定化酶和固定化细胞技术是酶工程技术。固定化酶又称水不溶性酶,是通过物理吸附法或化学键合法使水溶性酶和固态的不溶性载体相结合,将酶变成不溶于水但仍保留催化活性的衍生物,微生物细胞是一个天然的固定化酶反应器,用制备固定化酶的方法直接将微生物细胞固定,可催化一系列生化反应的固定化细胞。运用固定化酶和固定化细胞可以高效处理废水中的有机污染物、无机金属毒物等,此方面国内外成功的例子很多,如德国将能降解对硫磷等9种农药的酶,以共介结合法固定于多孔玻璃及硅珠上,制成酶柱,用于处理对硫磷废水,去除率达95%以上;近几年我国在应用固定化细胞技术降解合成洗涤剂中的表面活性剂直链烷基苯磺酸钠(LAS)方面取得较大进展,对于含100mg/L废水,降解率和酶活性保存率均在90%以上;利用固定化酵母细胞降解含酚废水也已实际应用于废水处理。

(二)污染土壤的生物修复

重金属污染是造成土壤污染的主要污染物。重金属污染的生物修复是利用生物(主要是微生物、植物)作用,削减、净化土壤中重金属或降低重金属的毒性。其原理是:通过生物作用(如酶促反应)改变重金属在土壤中的化学形态,使重金属固定或解毒,降低其在土壤环境中的移动性和生物可利用性,通过生物吸收、代谢达到对重金属的削减、净化与固定。污染土壤的生物修复过程可以增加土壤有机质的含量,激发微生物的活性,由此可以改善土壤的生态结构,这将有助于土壤的固定,遏制风蚀、水蚀,防止水土流失。

(三)白色污染的消除

废弃塑料和农用地膜经久不化解,估计是形成环境污染的重要成分。据估计我国土壤、沟河中塑料垃圾有百万吨左右。塑料在土壤中残存会引起农作物减产,若再连续使用而不采取措施,十几年后不少耕地将颗粒无收,可见数量巨大的塑料垃圾严重影响着生态和环境,研究和开发生物可降解塑料已迫在眉睫。利用生物工程技术一方面可以广泛地分离筛选能够降解塑料和农膜的优势微生物、构建高效降解菌;另一方面可以分离克隆降解基因并将该基因导入某一土壤微生物(如:根瘤菌)中,使两者同时发挥各自的作用,将塑料和农膜迅速降解。同时,还需大力推行可降解塑料和地膜的研发、生产和应用。有些微生物能产生与塑料类似的高分子化合物即聚酯,这些聚酯是微生物内源性贮藏物质,可以用发酵方法进行生产,由此形成的塑料和地膜因有可被生物降解、高熔点、高弹性、不含有毒物质等优点而在医学等许多领域有极好的应用前景。为了降低成本、提高产量,人们正在用重组DNA技术对相关的微生物进行改造,此方面目前一个研究热点是采用微生物发酵法生产聚-羟基烷酸(PHAs),研究人员正设法构建出自溶性PHAs生产菌种,即将PHAs重组菌进行发酵,在积累大量的PHAs后,加入信号物质,使裂解蛋白产生,细胞壁破坏,PHAs析出,以简化胞内产物PHAs的提取过程,降低提取成本。