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。     

土壤有机污染物生物修复技术研究进展

现代农业的发展改变了自然界的原有状况,为追求高产而大量使用的化肥、农药导致土壤有机物污染日趋严重。此外,工业生产、石油开采、交通运输、畜禽养殖及居民生活等也产生了大量有机污染物,使土壤有机物污染进一步加剧,土壤有机物污染的修复日益迫切。土壤污染修复是指通过物理的、化学的和生物的方法,吸收、降解、转移和转化土壤中的污染物,使污染物浓度降低到可以接受的水平,或将有毒有害的污染物转化为无害物质的过程。包括污染土壤的物理修复技术、化学修复技术以及生物修复技术3种方式。在污染土壤修复技术中,生物修复技术因其安全、无二次污染及修复成本低等优点而受到越来越多的关注。因污染物修复主体的不同,有机污染物污染土壤生物修复技术可分为植物修复技术、动物修复技术、微生物修复技术及其联合修复技术。污染土壤微生物修复技术是土壤污染生物修复的重要技术之一,是最具应用和发展前景的生物修复环保技术。文章重点阐述了国内外有机污染物污染土壤的生物修复技术及其原理、取得的研究进展及存在的优缺点,并对污染土壤的动物修复技术研究进行了初步展望,可为土壤有机污染物的生物修复研究提供参考。     

土壤多环芳烃污染根际修复研究进展

多环芳烃(polycyclicaromatichydrocarbons,PAHs)是环境中普遍存在的具有代表性的一类重要持久性有机污染物,具“三致性”、难降解性,在土壤环境中不断积累,严重危害着土壤的生产和生态功能、农产品质量和人类健康。修复土壤多环芳烃污染已成为研究的焦点。根际修复是利用植物-微生物和根际环境降解有机污染物的复合生物修复技术,是目前最具潜力的土壤生物修复技术之一。对国内外学者近年来在土壤多环芳烃污染根际修复的效果、根际修复机理和根际修复的影响因素方面的研究进展作了较系统的综述,并分别分析了单作体系、混作体系、多进程根际修复系统和接种植物生长促进菌根际修复系统对土壤多环芳烃的修复效果。指出根际环境对PAHs的修复主要有3种机制:根系直接吸收和代谢PAHs;植物根系释放酶和分泌物去除PAHs,增加根际微生物数量,提高其活性,强化微生物群体降解PAHs。并讨论了影响根际修复PAHs的环境因素如植物、土壤类型、PAHs理化性质、菌根真菌以及表面活性剂等。植物-表面活性剂结合的根际修复技术、PAHs胁迫下根际的动态调节过程、运用分子生物学技术并结合植物根分泌物的特异性筛选高效修复植物以及植物富集的PAHs代谢产物进行跟踪与风险评价将成为未来研究的主流。     

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。     

土壤原位修复技术研究与应用进展

土壤原位修复技术是指不经挖掘,直接在污染场地就地修复污染土壤的土壤修复技术,具有投资低,对周边环境影响小的特点,是土壤修复的研究热点。土壤原位修复技术主要有淋洗,气相抽提（SVE）,多相抽提（MPVE）,气相喷射（IAS）,生物降解,原位化学氧化（ISCO）,原位化学还原,污染物固定,植物修复等。淋洗法主要用于治理高渗透性土壤中的重金属和难挥发降解的有机物。土壤气相抽提和喷射技术适用于处理土壤中的易挥发污染物,并有常与加热技术,生物处理技术等联用,可以起到促进污染物挥发,增氧促分解的作用。多相抽提法主要用于治理存在大量非水相流体的污染场地,可将土壤中有机相污染物直接抽出。生物降解有生物好氧降解、生物厌氧降解、生物还原降解多种,降解方式由污染物种类和地质条件决定。化学方法可将污染物氧化或还原为低毒无毒物质,周期一般较短。固定污染物可以直接加入药剂反应生成沉淀,也可制造合适条件使微生物生成可沉淀重金属的离子。植物修复主要用于富集重金属,成本低廉,但富集了重金属的植物体的有效利用尚待进一步研究。土壤原位修复需要因地制宜,灵活结合工期、污染情况、地质条件、地面设施等,得出最经济实用的修复方法,并在辅助提高技术上展开更多研究,使原位修复技术更经济有效。     

石油污染土壤的微生物修复及土壤微生物活性变化

为快速有效地测定石油污染土壤中功能性微生物的活性变化,分别以石油烃、正十六烷烃、多环芳烃为自定义碳源,应用Biolog法研究油污土壤生物修复过程中石油烃、烷烃、多环芳烃降解菌的代谢活性.结果显示,向油污土壤中投加混合降解菌群进行生物强化修复处理,可以有效去除土壤中的石油烃,修复13周土壤中石油烃去除率达到42.3%;生物刺激和自然修复对土壤石油烃的去除率分别为28.3%和20.5%.Biolog测定结果表明,生物强化法修复初期的土壤微生物群落对石油烃、烷烃两种碳源的代谢能力较强,而生物刺激法修复后期的土壤微生物群落对烷烃有较强的代谢能力;不同处理的土壤微生物群落比较偏好、利用率较高的碳源是石油烃,其次是烷烃,而对多环芳烃几乎不利用;土壤中石油烃、烷烃降解菌的活性越大,土壤微生物对石油烃的去除效率越高.上述研究结果说明,通过利用Biolog法测定土壤微生物活性变化可有效指示土壤中石油烃的去除效果.     

石油烃污染土壤联合修复技术研究进展

随着石油的开采和使用,土壤石油烃污染的问题已经十分严峻,研究绿色、高效、低成本的修复技术对于污染土壤修复具有重要意义.通过总结了物理、化学和生物修复技术对石油烃污染土壤的修复效果、影响因素以及优缺点,并针对以上技术的局限性,归纳整理电动-化学氧化、电动-微生物修复、表面活性剂淋洗-生物修复、预氧化-生物修复、植物-微生...     

强化微生物修复石油污染海洋的研究进展

海洋石油污染使石油烃(Petroleum hydrocarbons,PHCs)成为海洋重要有机污染物.快速有效清除石油污染物是当前急需解决的海洋环境问题之一.利用石油烃降解菌(Petroleum hydrocarbon-degrading bacteria,PHDB)进行的原位微生物修复是一种对环境友好且较经济的清除石油污染场所和管理海洋表面溢油的有效技术.本文综述了石油烃降解菌的特性和对环境的适应性.重点分析探讨了引入外源微生物,投加生物表面活性剂、添加营养物质和增加溶解氧含量、采用微生物固定化技术等方法强化原位微生物修复石油污染海洋的机制和研究进展.展望了海洋石油污染微生物修复领域的研究前景.     

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.     

微生物修复石油污染土壤的生态毒性指示

发光菌的相对发光度和植物光合色素含量以及土壤酶活性是土壤石油污染程度和生态毒性强弱的综合反映。为探究不同生物指示方法对石油污染土壤生态毒性的指示效果以及污染土壤在生物修复过程中毒性的变化规律,采用前期筛选分离的三株对石油烃具有良好降解效果的降解菌构建混合菌体系,开展石油污染土壤模拟微生物修复实验。文章首先以明亮发光杆菌为指示生物考察不同修复时期土壤生态毒性,并以高等植物毒性试验以及土壤酶活性试验结果作为辅助证据从生态学角度揭示修复过程中石油污染土壤生态毒性的变化,并分析了以上3种指示方法的一致性。结果表明,该混合菌能高效降解对石油烃污染物,污染土壤经40 d修复后,石油烃污染物浓度从5 000 mg·kg-1降到1 781 mg·kg-1,去除率达到64%。高等植物生态毒性试验、土壤酶活性试验与发光菌生态毒性试验结果呈现良好的一致性,石油污染土壤的生态毒性随着微生物修复过程的进行呈先上升后下降的趋势。具体而言,修复初期的土样对小麦光合色素含量的抑制作用最大,叶绿素a含量相对于对照组降低了39.3%,仅为(1.36±0.04)mg·g-1;土壤过氧化氢酶酶活性与石油烃残留量呈极显著负相关关系(-0.973);污染土壤生态毒性在修复的第8天达到最大,其二氯甲烷/二甲基亚砜浸提液中发光菌的相对发光度为18.1%,与0.187 mg·L-1 Hg Cl2的毒性相当。明亮发光杆菌的相对发光度和小麦光合色素含量以及土壤过氧化氢酶活性能较好地指示石油污染土壤在生物修复过程中的生态毒性,可作为石油污染土壤微生物修复效果的指示生物。     

超声波强化电动-膨润土吸附处理土壤镉污染的研究

电动修复和吸附技术广泛应用于土壤中重金属镉的去除。为提高电动修复土壤镉污染的去除效率、解决修复过程中引起的土壤pH突变、降低处理成本,该研究将超声波强化与电动力修复-吸附技术结合起来。实验结果表明:钠基膨润土是一种非常良好的吸收材料,对重金属镉具有很强的吸附特性,吸附速率非常快,一般35min就能吸附完成。在电动修复处理过程中采用的电场强度、土壤的pH值是影响镉去除效果的主要因素,电压强度1 V·cm~(-1),每隔2 d周期切换电极条件下,镉的去除率能达到69.5%;最终处理结束后,土壤pH值仅比初始值略有降低。进一步实验表明,超声波强化后能显著提高电动-膨润土吸附修复装置对镉的去除率,在同样电压强度1 V·cm~(-1)、超声波装置功率100 W条件下,土壤中的镉具有更高的去除率,能达到84.8%,比不施加超声波强化时镉的去除率提高了15.3%,并在一定程度了节约了能耗;超声波强化电动-膨润土吸附联合修复技术,不使用有机酸等化学淋洗剂,基本保持原有土壤环境,是一种对环境友好的原位土壤重金属镉去除技术。     

微生物修复土壤多环芳烃污染的研究进展

多环芳烃是一类具有致癌、致畸、致突变性质的持久性有机污染物,主要来源于煤、石油等燃料的不完全燃烧,易吸附于固体颗粒表面和有机腐殖质,化学结构稳定,能长期存在于自然环境,给人类健康和生态环境带来很大的危害。中国土壤多环芳烃污染严重,因此急需寻求有效的修复方法进行治理。在众多的多环芳烃污染修复方法中,微生物修复因其低成本、高效、污染少等优点成为研究热点。科学家们从自然界中分离出了多种细菌、真菌等具有降解多环芳烃能力的微生物,并对多环芳烃的降解机理进行了探索,结果表明,微生物在代谢活动过程中能够产生酶来实现对土壤中多环芳烃的降解。细菌主要通过产生双加氧酶来催化多环芳烃的加氧反应,而真菌可以通过分泌木质素降解酶系或单加氧酶来氧化多环芳烃。两种途径均是首先通过降低多环芳烃的稳定性,使之容易被进一步降解。目前,微生物修复技术正逐步应用于PAHs污染土壤的实地修复,且已取得一定成效。文章简要介绍了降解多环芳烃的微生物,对多环芳烃的微生物降解机制进行了综述,讨论了影响微生物修复过程的因素,列举了常见的微生物修复相关技术,展望了今后的研究趋势。     

土壤铬（VI）污染及微生物修复研究进展（Progress on Microbial Remediation of Chromium-Contaminated Soil）

在总结国内外相关研究基础上,介绍了土壤环境中铬(Cr)的污染来源、现状及其对生物的危害,阐述了Cr在土壤中的存在形态和转化机理,并重点综述了土壤重金属Cr(VI)污染的微生物修复机理:土壤中的Cr(VI)可以在微生物还原作用、生物吸附、富集等作用下降低其生物可利用性和毒性,从而达到Cr污染土壤修复的目的.此外,针对微生物修复过程中存在的问题,提出了提高微生物修复Cr污染土壤效果的措施,并对土壤Cr污染微生物修复的发展趋势进行了展望.     

菌根真菌对土壤有机污染物的生物降解

利用土壤真菌和植物的结合体菌根真菌修复土壤,尤其是修复有机污染的根际土壤.正作为一个新的研究方向开始受到广泛关注。菌根真菌作为土壤真菌的一种,与放线菌和细菌等微生物相比,对土壤中有机污染具有更大的忍耐能力.并且能将许多持久性有机污染物(POPs)做为碳源来获取能量。文章通过总结近20年菌根真菌与土壤有机污染物关系的研究,列出了43种能分解POPs的菌根真菌,并探讨了菌根真菌通过直接分解和共代谢的方式降解土壤有机污染物的可能性,为进一步研究菌根真菌生物降解土壤中持久性有机污染物,利用菌根植物生物修复有机污染土壤提供信息。     

固定化毛霉对工业和农田污染土壤中多环芳烃的降解和生物有效性评价

为了探讨微生物修复不同类型多环芳烃污染土壤的可行性,应用固定化毛霉对多环芳烃污染工业土壤及农田土壤进行微生物修复,用羟丙基-β-环糊精(HPCD)提取模拟评价多环芳烃的微生物可利用性,并分析多环芳烃微生物降解和生物可利用性的相关关系.焦化厂污染土壤中多环芳烃的30 d降解率为77.6%,沈抚灌区污染土壤中多环芳烃的30 d降解率为54.2%,焦化厂土壤和污灌区农田土壤中多环芳烃降解差异明显.焦化厂土壤和污灌区土壤中多环芳烃的30 d降解量和多环芳烃的环糊精可提取量具有相关性,各环数多环芳烃的环糊精可提取量变化解释了焦化厂和污灌区土壤中多环芳烃降解的差异机制,说明可用环糊精提取量预测微生物降解土壤多环芳烃的情况.     

土壤中总石油烃污染（TPH）的微生物降解与修复研究进展

微生物降解和修复是处理土壤中总石油烃(TPH)污染最简单、有效的方法之一.论文阐述了土壤TPH污染的产生、危害以及物理、化学、生物等修复方法的各自特点,其中重点介绍了微生物修复方法,论述了土壤中TPH在微生物表面的吸附、转运,在微生物体内的降解以及相关降解酶及基因;详细介绍了电子受体、温度、pH、营养元素等外界因素对微生物修复TPH污染的影响,在此基础上对土壤TPH污染的微生物修复现状和发展趋势进行了讨论.     

表面活性剂强化油菜-微生物联合修复滴滴涕污染农田土壤研究

为了提高设施农业滴滴涕(DDTs)污染土壤的修复效果,通过田间实验研究不同浓度的混合化学表面活性剂(SDBS-TW80)和生物表面活性剂鼠李糖脂(RL)对油菜和甲基营养型芽孢杆菌(Bacillus methylotrophicus)联合去除设施农业土壤中DDTs的强化作用。结果表明,1个月后,单种油菜处理、接种降解菌和油菜-降解菌联合处理土壤中DDTs降解率分别为12.0%、38.2%和43.1%,显著高于对照处理。SDBS-TW80和RL均能不同程度地强化油菜-微生物对土壤中滴滴涕的去除效果。SDBS-TW80施加量为40 mg·kg~(-1)时设施农业土壤中滴滴涕降解率最高(56.5%),RL施加量为5 mg·kg~(-1)时降解率最高(65.7%),RL比SDBS-TW80更有利于提高DDTs污染土壤的生物修复效果。此外,当RL施加量为5 mg·kg~(-1)时对于毒性较强的p,p'-DDE也具有较好的降解效果,降解率高达69.5%。结果证实利用表面活性剂强化油菜联合甲基营养型芽孢杆菌现场修复DDTs污染土壤是可行的。考虑到修复效率和毒害作用,实际应用中应优先选用5 mg·kg~(-1)RL组合。     

邻苯二甲酸酯降解细菌的多样性、降解机理及环境应用

邻苯二甲酸酯(phthalic acid esters,PAEs)是一类对人体内分泌系统有干扰作用的持续性有机污染物(persistent organic pol utants,POPs)。PAEs在环境介质如水体、底泥和土壤中长期赋存会对生物体产生毒害效应,其分布广、浓度高和难降解等特点是限制有效环境治理的主要因素。作为环境的重要组成部分,微生物对污染物有很强的适应能力和高效的降解能力,这为PAEs的生物修复提供了可能。与物理化学修复法相比,微生物修复技术具有可控性强、修复面广和灵活性高等优势。本文综述了已报道的大部分PAEs降解细菌的种类及其代谢机制,并分析了其在PAEs污染水体和土壤修复中的应用现状与前景,以期为PAEs环境行为与生物修复研究提供参考。     

基因工程菌在石油污染修复中的研究进展与前景

构建基因工程菌（genetically engineered microorganisms,GEMs）是石油污染生物修复的重要发展方向.目前,通过基因编辑、过表达和定向进化等手段改造微生物的石油污染物降解和调控途径,可以提高微生物的环境适应能力和污染物降解能力,用于石油污染物的生物降解和监测.本文概述了石油污染物降解基因工程菌的主要构建策略,包括选择和改造宿主菌、改造与优化石油污染物关键酶和代谢通路、开发微生物全细胞传感器和构建基因工程菌的自毁程序.此外,基因工程菌也可用于石油污染的酶修复、微生物菌群修复和细菌-植物联合修复.随着系统生物学和合成生物学在降解微生物中的应用,基因工程菌在石油污染修复中展现出良好的研究和应用前景.     

硝基酚、六氯苯污染土壤的微波修复

以典型有机污染物4-硝基酚(4-nitrophenol,4-NP)和六氯苯(hexachlorobenzene,HCB)污染土壤为处理对象,采用高效吸收微波且保温性能良好的碳化硅材料制成圆柱状装土容器,研究以微波为热源、碳化硅为热传导材料的微波修复设备对污染土壤的修复效果.结果表明,该设备对土壤中有机污染物有较好的去除效果,30 min内去除率均可达到90%以上.有机物的去除不仅是由于碳化硅被加热后的热传递效应,且透过容器的部分微波也可直接作用于污染土壤.实验考察了微波辐照时间、污染物初始浓度、土壤量及含水率、敏化剂等因素对修复效果的影响.辐照时间、土壤量和含水量显著影响土壤升温行为和污染物去除率,而污染物初始污染浓度对去除率影响较小.与马弗炉加热处理效果进行了比较,表明微波加热修复技术在土壤的升温速率及有机物去除率方面均有显著优势.