石油污染生物修复研究进展

石油污染多见于油田附近的土壤污染和海上油轮泄漏造成的海域污染,自1970s便出现了利用微生物降解石油污染物的生物修复研究,总结了1970s至今的相关文献发现石油污染生物修复技术受到越来越多的关注,其目前的主要研究方向包括:添加辅助营养物质或辅助乳化剂、石油污染降解过程的生物标记研究、菌株具体降解途径、工程示范研究.而由于石油污染成分复杂,不同微生物可利用的石油底物不同,降解途径也不同,因此传统的石油污染生物修复研究存在效率不高、难以维持等问题,而随着1990s以来分子生物学技术的迅速发展,其在石油污染生物修复中得到越来越多的应用,并有效地提高了修复效率.其应用主要包括以下两方面:(1)在掌握已有石油污染物生物降解途径和降解基因的基础上,研究针对石油污染不同底物的高效降解菌株,构建高效基因工程菌或功能互补的混合菌剂.譬如石油污染物的生物降解过程中,一系列的加氧酶/羟化酶起着最重要的作用,其中包括了单加氧酶和双加氧酶等.它们一般作用于降解的加羟基或后续的开环过程.而不同的脱氢酶、脱羧基酶、辅酶A连接酶等,则对底物加氧后的降解起着重要作用.因此本文重点分析整理了一系列典型石油污染物降解途径中的加氧酶及其参考菌株.(2)由于下游多态性分析方法的进步,越来越多的研究利用PCR对修复过程中群落的重要降解基因进行扩增,譬如对芳烃开环有重要作用的儿茶酚1,2-双加氧酶(C120)、儿茶酚2,3-双加氧酶(C23O)以及对长链烷烃降解起作用的alkB,alkM等基因,并进而应用rDNA扩增及限制性位点分析、梯度凝胶电泳、末端限制性片段长度多态性分析等方法监测研究石油污染的生物降解过程.本文总结了近年来石油污染修复中应用上述方法的研究,为今后的石油污染生物修复工作提供参考.     

难降解有机物污染底质原位修复技术研究进展

随着水环境外污染源得到有效控制,底质污染逐渐成为人们关注的焦点.底质中的污染物尤其是难降解有机物可通过生物富集和生物放大等过程,进一步影响陆生生物和人类的健康.因此,对底质中难降解有机物的修复是目前所迫切需要解决的环境问题之一.基于异位修复成本较高易造成二次污染等缺点,文章针对难降解有机物污染底质,探讨了原位修复技术的研究进展,自然修复成本较低,对生态环境不产生干扰,但不适用于高浓度污染底质;植物修复操作简单,能有效防止污染底质再悬浮,但对高浓度难降解有机物耐受性较低;微生物修复适用范围广,修复效果较为显著,但菌体易流失,对环境的适应性较差.于是,固定化修复技术应运而生,固定化技术能解决传统的微生物修复存在的很多问题,但固定化载体的重复可利用性和再生性问题仍有待解决.文章最后对今后难降解有机物污染底质的研究方向进行了展望,由于污染底质多为复合污染,各取所长的联合修复技术将成为未来的研究热点.     

典型POPs的生物降解修复技术研究与发展

生物吸附与降解是解决持久性有机污染物（POPs）最有潜力的方法之一,有必要介绍利用微生物把目标污染物转化为易降解的物质甚至矿化的POPs修复原理及其技术。对此,概述了近年来国内外基于微生物通过膜融合、胞质融合和核融合形成能够降解POPs的杂种细胞的细胞融合技术;基于降解性质粒的相容性,把能够降解不同污染物的质粒组合到一个菌种中,形成多质粒的新菌种,使微生物由于代谢途径的改变能够矿化POPs的基因工程菌构建技术;基于通过某些载体把酶固定于其中实现活性稳定、可以回收及可重复利用的酶固定化技术,以及基于降解菌活性酶分子亚基置换、降解菌活性酶的定点突变、降解酶的体外定向进化这几方面的酶构建技术;进一步分析基于分子生物学提高POPs生物修复能力的原理,指出经生物技术改造的工程菌和固定化酶未能进入实际应用的障碍所在。以多溴联苯醚（PBDEs）的微生物细胞吸收和降解机理作为典型POPs生物修复的案例,强调生物降解的过程强化需要建立多尺度上功能方面的适合;提出了分子生物学与基因工程学的结合在解决POPs环境污染方面未来的基础科学问题与研究思路。综合上述,典型POPs的生物修复技术的构建需要考虑宏观污染物协同降解的工艺理论,在基因水平、分子水平、反应器水平及工程水平上追求更高功能方面的适合。     

污染土壤中菲的修复技术研究进展

菲是多环芳烃中的代表性物质,具有"三致"效应,而且菲的蒸汽压小,辛醇-水分配系数高,生物可利用性低,是一种持久性有机污染物。随着化石燃料的大量使用,受菲污染的土壤越来越多,研究菲的修复技术对污染土壤的再利用具有重要意义。结合目前国内外研究进展,综述了污染土壤中菲的修复方法,包括物理修复、化学修复和生物修复。针对各种修复方法,阐述了其原理、修复条件、实例应用和优缺点,重点论述了植物修复和微生物修复方法的降解机理和应用,分析了微生物性质,包括氧、营养物、温度、土壤理化性质、共存污染物等环境因素对生物降解的影响。由于溶解性的菲有较好的迁移转化能力,因此表面活性剂的助溶作用适用于各种修复方法,选择合适的表面活性剂可以提高修复效果。在各种修复技术中,物理修复是通过物理技术实现菲的解吸与富集,无污染,但是去除率低;化学修复是使用氧化剂将菲氧化分解成无毒易降解的小分子物质或通过添加化学淋洗剂增加菲的溶解性,提高迁移转化能力,用时短,但是引入其他试剂,容易造成二次污染;植物修复是通过植物的提取、降解和固定等过程实现菲的修复,尤其是植物的根际环境为微生物的生长提供有利的条件;微生物修复以菲可作为微生物生长的碳源为基础,在分解酶的作用下实现菲的降解,但是生物修复周期长,可利用的生物少,而且可能生成毒性更高的中间代谢产物。因此,寻找合适的修复物种,采用基因技术提高生物的修复能力或多法联用、取长补短可提高修复效率。最后,在共降解理论的基础上,结合重金属和有机污染物共存时,一种物质的存在对另一种物质的降解有促进作用,提出了协同降解的概念,寻求对多种污染物有协同降解或共降解作用的修复方法是今后发展的主要方向。     

有机污染土壤电动-微生物修复过程中的影响因素及优化措施

生物修复技术因其费用低、对环境不产生二次污染而被视为是一项具有广阔发展前景的技术。然而,一些强疏水性的有机污染物,生物可利用性很差,严重阻碍了其生物降解效率。电动与微生物联合修复技术(电动-微生物修复),在顽固性有机污染物的去除方面表现出巨大潜力。电场的施加可向土壤中分散外源物质、营养物质和微生物;或通过增强土壤中有机污染物与降解菌的传质过程,提高难降解有机物的生物可利用性;还可诱使土壤中的污染物产生电化学反应,增强污染物的去除效果。文章对有机污染土壤的电动-微生物修复过程的影响因素及优化措施进行了综述。文章认为,影响电动-微生物修复效率的因素主要有电场强度、污染物的生物可利用性、污染物结构和性质、微生物种群以及环境因素(如土壤pH值、土壤类型、营养物质、含水量等)。因此,在实施修复的过程中应根据污染场址的电化学特性选择合适的电流或电压梯度;另外,可通过施加表面活性剂、助溶剂或螯合剂,构建微生物群落,以及优化土壤环境条件,如调整土壤pH、提供营养物质、电子受体、共代谢基质等方式优化有机污染土壤电动-微生物修复的过程。深入研究有机污染土壤电动-微生物修复过程中的影响因素和优化措施,有望为电动-微生物修复技术在有机污染土壤的场地修复及过程调控中的应用提供一定的理论依据。     

生物强化技术及其在污水处理中应用研究评述

在传统废水生物处理过程中,难降解有机污染物的存在和外界环境的变化会抑制土著微生物的活性,从而影响废水处理效果。生物强化技术是向生物处理系统中引入特定的高效降解功能微生物,通过微生物自身所具备的降解机制对污染物质进行降解,达到有效处理废水的目的。相较于传统生物处理法,生物强化技术能更好地提高难降解污染物处理效果,维持系统的稳定性,减少污泥的产生,缩短系统的启动时间,并可以使系统表现出良好的抗冲击负荷能力。目前生物强化技术研究主要集中在高效菌群对难降解有机污染物的高效降解作用和优势菌种对于极端环境的耐受能力等方面。文章综述了生物强化技术的作用机理,主要有高效菌通过自身携带的降解基因或分泌的降解酶对污染物质的直接降解作用、微生物的共代谢作用和群体感应作用;介绍了生物强化技术中优势菌种的3种获取方式,分别是从自然界中直接进行驯化筛选、构造基因工程菌以及通过水平基因转移获取的方式;论述了生物强化技术的作用形式,包括直接将微生物投加到目标水体中、应用微生物固定化技术和研制生物强化菌剂进行投加的3种方式;另外还总结了近几年来生物强化技术在景观水体、土壤修复、产能和水处理等方面的应用,最后阐述了生物强化技术研究存在问题和新路径。     

环境中六溴环十二烷的修复技术研究进展

六溴环十二烷（hexabromocyclododecane,HBCD）是一种非芳香的溴代环烷烃,作为阻燃剂被广泛应用于塑料、泡沫、纤维、纺织品、电子产品及其他有机材料中,也可以作为聚乙烯、聚碳酸酯、不饱和聚酯等塑料的阻燃添加剂。HBCD作为一种持久性有机污染物,能够在环境中长期积累、迁移和转化,对人类和环境构成潜在的的危害。随着全球 HBCD 用量的增加,HBCD造成的水体及土壤的污染也越来越严重,因此环境中HBCD修复技术的研究也日益成为各个国家和地区研究的热点之一。文章综述了近年来国内外关于 HBCD 的去除或降解技术,包括物理修复、化学修复和生物修复,同时阐述了各个修复方法的原理、条件及优缺点。重点介绍了光降解和微生物降解这两种修复方法：光降解是一种利用光照和催化剂使水体中 HBCD 发生降解的修复方法,该方法去除效率高、清洁环保,但发生条件高,并且成本较高;微生物降解是指利用环境中的某种微生物来实现HBCD降解的,HBCD在厌氧条件下的降解效率明显高于好氧的条件,微生物降解具有不产生二次污染、降解彻底等优点,但相关研究还很少,发展还不成熟。目前开展 HBCD 植物修复研究的报道也很少,因此探讨利用植物修复HBCD的研究应该成为今后此类工作的研究重点之一。关于未来HBCD修复研究的方向,作者认为光降解和微生物降解仍然是 HBCD 修复的主要研究重点;还可以尝试采用两种或两种以上的修复方法联用以达到满意的修复效果;另外,微生物共代谢等修复方法也是今后发展的主要方向。     

微生物细胞色素P450酶及其对异源物质的代谢研究进展

细胞色素P450是一类广泛存在于动植物和微生物中的亚铁血红素-硫醇盐蛋白超家族,参与外源物质如药物、除草剂、杀虫剂和许多持久性难降解有机污染物等的生物氧化和降解.基于近年来文献综述P450酶的命名及分类、结构和催化机制,并总结微生物来源的P450酶在代谢和降解异源物质方面取得的研究进展.P450基因超家族主要依赖于氨基酸序列一致性进行统一命名和分类;P450酶结构虽较为保守,但其对底物的识别位点缺乏保守性,是构成其催化多样性的结构基础;细菌和真菌来源的部分P450酶能够代谢和降解异源物质,如多环芳烃、除草剂等,但效率较低,实际应用可能性较小.未来结合各种组学,需继续挖掘高效降解异源物质的P450酶资源,并对已有对异源物质有降解作用的P450酶进行蛋白分子改造,提高其活性并实现污染环境的生物修复.     

土壤甲胺磷抗性细菌种群特征脂肪酸生物标记的分析（Characteristics of PLFA Biomarkers for Acephatemet Resistant Bacteria Isolated from the Soils）

应用高浓度甲胺磷培养基,对农药厂排污口土壤微生物进行分离,鉴定出21株细菌,分属13个细菌属.对甲胺磷抗性细菌脂肪酸的分析,共测定到38个脂肪酸生物标记(PLFA),这些生物标记分为4种类型,即1)高频次分布的生物标记,普遍存在于细菌类群,属于细菌总体类群(Bacteriaingeneral)的生物标记;2)中频次分布的生物标记,在细菌种出现概率中等,可以用于代表细菌属类群(Bacteriumgenus)识别生物标记;3)低频次分布的生物标记,在细菌中的分布概率较小,可以用于指示特定细菌种间差异的生物标记;4)微频次分布的生物标记,这种生物标记仅在一种细菌种类出现,是细菌种特征生物标记.利用脂肪酸生物标记分析同属细菌不同种的差异,可将假单胞杆菌属分为2类,第1类包括了铜绿假单胞菌、荧光假单胞菌、丁香假单胞菌,其特征为17:0CYCLO生物标记含量小于3.60%;第2类包含了伞菌假单胞菌、威隆假单胞菌、恶臭假单胞菌、温哥华假单胞菌,其特征为17:0CYCLO生物标记含量大于5.99%.利用脂肪酸生物标记的差异对甲胺磷抗性细菌种的聚类分析,能有效地将细菌类群分为3类,微生物群落中存在着稳定的生物标记和受环境影响的生物标记,论文提供了一种脂肪酸生物标记的分析方法,结合细菌的生物学特性研究,可以解释微生物在环境中的变化,对于土壤微生物群落的研究具有重要意义.     

与环境污染物转化相关的细菌厌氧呼吸研究动态

基于细菌呼吸理论为基础的环境有毒物质降解为环境污染治理提供了新的策略和方法,是近年来研究的热点问题.细菌呼吸是自然界中一个最基本、最重要的生物代谢过程,具有很大的灵活性和多样性,且与生态环境密切相关.在厌氧条件下,细菌利用环境中多种有毒物质作为呼吸链末端电子受体进行厌氧呼吸,在有毒物质被还原甚至降解的同时实现电子在呼吸链上的传递,形成跨膜的质子浓度电势梯度,进而转化为其生长代谢所需的能量.细菌以环境有毒物质为电子受体的厌氧呼吸不断被发现,这对于深入理解细菌呼吸的本质具有重要的理论意义,同时对于有毒物质的降解及元素的生物地球化学循环具重要的环境学意义,对于提高对地球表面有毒物质污染生物修复策略的认识具有重要的现实意义.图1表1参45     

虾池环境生物修复作用菌的分离与筛选

为修复对虾养殖环境，从山东各地虾池底泥中分离出331株细菌，通过测定其对对虾饵料降解能力，筛选到虾池有机污染物降解菌10株，这些菌能以对虾饣料为唯一碳源和氮源生长，对对虾配合饵料和蛤蜊肉具有较强降解能力（72h内CODMn去除率分别在60％和70％以上），并可在虾池环境条件下良好生长，对养殖动物安全性试验证明，这些菌株对养殖对虾没有致病作用，且其中6株可提高对虾的成活率，这些降解菌具有快速消除虾池底部有机污染、修复对虾养殖环境的潜力。     

虾池环境生物修复作用菌的模拟应用

在模拟条件下，研究了虾池环境生物修复作用菌对对虾养殖环境中虾池有机物的降解过程，结果表明，虾池环境生物修复作用菌能明显改善虾池环境，降低有机物的含量（4d后CODMn的去除率为43.52%)。将大分子的有机物降解为小分子的无机氮等；对虾养殖池中作用菌的使用量以262.5kghm^-2为宜。图3参13     

水体和沉积物中毒害污染物的生态风险评价方法体系研究进展

人类活动导致大量毒害污染物进入水体和沉积物,从而对水生生物产生诸多不利影响.开展毒害污染物的生态风险评价,筛选高风险毒害污染物,是毒害污染物风险管控和生态系统保护的基础.对美国和欧盟等发达国家和地区毒害污染物的生态风险评价方法进行了综述.水体和沉积物中毒害污染物风险评价的基本方法首先是采用预测或测定环境浓度(PEC或M...     

生物修复中有机污染物的生物可利用性

论述了土壤和地下水生物修复中有机污染物的生物可利用性。污染物的可利用性对生物修复速率和生物强化效率有重要影响。生物可利用性是指土壤和地下水中的微生物或其胞外酶对有机污染物的可接近性，它受土壤理化性质、污染物和微生物性质、污染接触时问等许多因素的综合影响。污染物的介质吸附、多相分配、老化和形成非水相基质，以及土壤微生物的吸附、过滤和沉降作用降低了污染物的可利用性。促进土壤中污染物和微生物的解吸附，增强非水相基质的溶解，加速土壤污染物与微生物之间的质量传递，可以增强污染物的可利用性和生物降解的速率。施用表面活性剂和电动力学方法可有效地增强污染物的生物可利用性。     

Effect of pH on the sonochemical degradation of organic pollutants

An increasing number of organic compounds are manufactured, consumed, and discarded every year. Incomplete destruction of these compounds in wastewater treatment plants leads to pollution of natural waters, posing great health and ecological concerns. Ultrasound, as an emerging advanced oxidation technology, can quickly and effectively degrade organic pollutants in waters. To improve removal efficiency of organic pollutants in an ultrasonic system, operational parameters, especially pH, have been frequently evaluated and optimized. This review show that pH-induced changes in volatility, hydrophobicity and Coulombic force between the target compound and cavitation bubbles leads to higher degradation at acidic pH for most compounds. In addition, pH also changes free radical formation and reactivity in water during sonication, thereby altering degradation kinetics of target compounds. However, the influence of pH is not always consistent for various organic pollutants covering a broad range of physicochemical properties and reactivities. A systematic investigation on the pH effect is necessary to elucidate how pH alters cavitation bubble dynamics and collapse, radical yield and reactivity, distribution of target compounds in the vicinity of cavitation bubbles, water matrices transformation, and ultimately the degradation kinetics of organic pollutants. This first systematic review provides valuable insight into the pH effects on organic pollutant sonolysis, helps to improve our mechanistic understanding of the sonochemical system, and sheds light on future application of ultrasound in water engineering.     

生物修复技术研究进展

生物修复在治理受有毒有害有机物污染的环境的作用日益突出，因而生物修复的研究愈加受到重视。文中对生物修复的发展情况进行了综述，涉及生物通气法、生物注射法、污染地下水及其上部污染土壤的生物修复系统、地耕处理、植物生物修复、堆肥法、生物反应器和厌氧处理等方面．同时就遗传工程微生物系统等方面研究对发展生物修复技术的意义作了展望．     

城市景观河道不同类型驳岸界面微生物生态研究

对某景观河道鹅卵石驳岸、泥岸、石砌驳岸和砼仿木桩驳岸4种类型驳岸的河水/河床界面上覆水质及界面功能微生物生态多样性进行了研究.结果表明:4种驳岸的界面上覆水质以鹅卵石驳岸和泥岸较好,而石砌驳岸和砼仿木桩驳岸较差;界面上覆水和界面泥样的功能微生物菌群数量都以鹅卵石驳岸最多,泥岸次之,砼仿木桩驳岸最少.在鹅卵石驳岸上鹅卵石的堆砌增加了水体与驳岸的接触面积,为微生物提供了更多的生存空间.泥岸对污染物的吸附能力较强,为微生物提供了有利的生存环境,微生物数量较大.     

Identifying human-induced influence on microbial community: A comparative study in the effluent-receiving areas in Hangzhou Bay

Microbial compositions showed high differences in two study areas. COD was the key anthropogenic indicator in the coastal wastewater disposal area. Distinctive microbes capable of degrading toxic pollutants were screened. Microbial communities in effluent-receiving areas followed “niche theory”. Microbial community structure is affected by both natural processes and human activities. In coastal area, anthropegenetic activity can usually lead to the discharge of the effluent from wastewater treatment plant (WWTP) to sea, and thus the water quality chronically turns worse and marine ecosystem becomes unhealthy. Microorganisms play key roles in pollutants degradation and ecological restoration; however, there are few studies about how the WWTP effluent disposal influences coastal microbial communities. In this study, sediment samples were collected from two WWTP effluent-receiving areas (abbreviated as JX and SY) in Hangzhou Bay. First, based on the high-throughput sequencing of 16S rRNA gene, microbial community structure was analyzed. Secondly, several statistical analyses were conducted to reveal the microbial community characteristics in response to the effluent disposal. Using PCoA, the significant difference of in microbial community structure was determined between JX and SY; using RDA, water COD and temperature, and sediment available phosphate and ammonia nitrogen were identified as the key environmental factors for the community difference; using LDA effect size analysis, the most distinctive microbes were found and their correlations with environmental factors were investigated; and according to detrended beta-nearest-taxon-index, the sediment microbial communities were found to follow “niche theory”. An interesting and important finding was that in SY that received more and toxic COD, many distinctive microbes were related to the groups that were capable of degrading toxic organic pollutants. This study provides a clear illustration of eco-environmental deterioration under the long-term human pressure from the view of microbial ecology.     

全氟化合物污染现状及风险评估的研究进展

全氟化合物(polyfluorinated compounds,PFCs)是近年来受到广泛关注的一类新型持久性有机污染物。PFCs因具有优良的化学稳定性、耐热性以及高表面活性,而被广泛应用于生活消费和工业生产等领域。PFCs具有难降解、生物富集和长距离迁移等特点,已在大气、土壤和水体等环境介质及生物体中检出。在生态环境中,PFCs能够通过食物链不断传递放大,其具有的多种毒性效应已对生态系统和人类造成了一定的威胁。本文主要综述了PFCs在各类环境介质的污染现状、生物的毒性效应、人类摄入健康风险评估以及PFCs的降解研究,以期为未来PFCs的研究提供参考。