生態(tài)修復(fù)的影響因素

1、A comprehensive overview of elements in bioremediation1主要內(nèi)容：影響生物修復(fù)的因素10.3 金屬10.4 有毒化合物10.5 水分含量和地質(zhì)特征10.6 養(yǎng)分利用率10.7 對(duì)外電子可用性10.8 污染物的生物利用能力210.3 金屬金屬能抑制各種細(xì)胞過程及其影響常常是因?yàn)闈舛纫蕾囆?。金屬微生物毒性通常?huì)涉及特定的化學(xué)反應(yīng)。如銅，銀，汞等金屬，通常具有很強(qiáng)的毒性，特別是離子的毒性;而如鉛，鋇，鐵金屬，對(duì)微生物水平的向良性具有一定的影響。在植物和肥沃的土壤微生物體內(nèi)可以找到一定數(shù)量的金屬營養(yǎng)元素。生物生長必需的主要是無機(jī)氮和磷等營養(yǎng)物質(zhì)，但

2、微量的鉀、鈣、硫、鎂、鐵、錳也是生物生長必需的。對(duì)于微生物來說，這些金屬的可用性和/或毒性，通常依賴于pH值，在pH值較高時(shí)，這些金屬變得越來越具有移動(dòng)性/可用性。3生物活性物質(zhì)從體系中去除金屬離子的方法細(xì)胞壁上的金屬離子交換細(xì)胞壁上的絡(luò)合反應(yīng)細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外的絡(luò)合反應(yīng) 在大多數(shù)細(xì)菌上發(fā)現(xiàn)，生物活性物質(zhì)去除金屬主要通過吸收細(xì)胞表面或者多糖涂層上的金屬離子基團(tuán)。4金屬吸附金屬離子受到官能團(tuán)的交換或者聚合物的吸附的限制。因此，吸附是工業(yè)污水處理過程中的一個(gè)選擇，并且是當(dāng)生物修復(fù)受污染水質(zhì)時(shí)保護(hù)環(huán)境的一個(gè)重要工具。眾所周知，天然聚合物及其衍生物的吸附能力可以去除水中的污染物。關(guān)于改性多糖的吸附有毒化合

3、物的出版物越來越多，已顯示了在廢水處理中越來越多新的低成本吸附劑正得到關(guān)注。在這種情況下，Crini曾在合成含有多糖吸附劑，特別是改性甲殼素，殼聚糖，淀粉和環(huán)糊精衍生生物聚合物方面做了一個(gè)優(yōu)秀的最新事態(tài)發(fā)展的評(píng)論。Crini描述了新的多糖類基礎(chǔ)材料并且充分討論了它們?cè)谌コ鬯械奈廴疚锓矫娴膬?yōu)勢(shì)。510.4 有毒化合物無論是低濃度或者是高濃度的污染物，都會(huì)給生物修復(fù)帶來困難。毒性可以阻礙或者減緩代謝反應(yīng)。影響毒性程度和機(jī)制的因素：毒物的種類、濃度和所接觸的微生物。生物受有毒化合物影響機(jī)制： 生物生理活動(dòng)受到阻礙細(xì)胞停止工作細(xì)胞結(jié)構(gòu)或者毒物代謝所需要的酶遭到破壞生物中毒或死亡 6對(duì)生物有毒性的化

4、合物 有機(jī)物：除草劑，殺蟲劑，殺鼠劑，殺菌劑和殺蟲劑等。 無機(jī)物：氰化物，疊氮化物等。 但是，在微生物適應(yīng)后，這些化合物可能會(huì)被降解。在這方面，某些研究也顯示了，可以生物降解氰化物的真菌和微生物已經(jīng)適應(yīng)了這類有毒化合物。7示例 1. Dumestre等人鑒定確定了 Fusarium solani IHEM 8026 在堿性條件下對(duì)氰化物的生物降解具有很大的潛力。 2. Shah and Aust 已經(jīng)證明，氰化鉀或者其它鹽類氰化物被白腐菌降解的速率大約是0.17 mmol/L/day。 3. P. chrysosporium也利用玉米棒子（10毫克/升/天）作為營養(yǎng)物質(zhì)來降解受含C14的氰化物

5、的土壤。 4 . Gurbuz等人已經(jīng)證明氰化物廢水可以被Scenedesmus obliquus降解。利用含有77.9毫克/升氰化物的廢水來喂養(yǎng)一批S. obliquus 可以檢測(cè)其降解氰化物的能力。在77個(gè)小時(shí)內(nèi)，氰化物的濃度降到6毫克/升。Gurbuz等人指出，細(xì)菌已經(jīng)很好的適應(yīng)了較高的pH和含有氰化物和金屬的廢水。 5 .氯化芳香族化合物是難生物降解的，尤其是2,4,5-三氯苯酚比其它芳香族化合物更加難以生物降解。在這方面，Marsolek等人已經(jīng)指出，好氧微生物群落對(duì)2,4,5-三氯苯酚具有特別的適應(yīng)性。810.5 水分含量和地質(zhì)特征水分含量： 水分含量，尤其是水的供應(yīng)能力，影響著生

6、物修復(fù)速率。李等人指出，生物修復(fù)效果不佳的原因可能是土壤水分的吸收。因此，這項(xiàng)研究利用植物生長情況來研究土壤-水分的關(guān)系是生物修復(fù)土壤的最重要因素之一。土壤或沉積物中的水分是不能被微生物利用的，因?yàn)樗畷?huì)被固體物質(zhì)吸收或者被溶質(zhì)結(jié)合成結(jié)合水。地質(zhì)特征： 一般情況下，當(dāng)土壤為顆粒狀或者具有相對(duì)較高的滲透性和均一多孔結(jié)構(gòu)時(shí)，原位降解速率會(huì)有所提高。多巖石的，低滲透，復(fù)雜的礦物質(zhì)和多水分或干旱的情況是不利于生物修復(fù)的。9示例Vinas等人已經(jīng)研究了細(xì)菌在高焦油污染土壤中經(jīng)歷一系列生物修復(fù)治療過程中，群落動(dòng)態(tài)和生物降解的情況。在生物修復(fù)中監(jiān)測(cè)了真菌、細(xì)菌的群落動(dòng)態(tài)，多環(huán)芳烴降解菌的總數(shù)，以及總石油碳?xì)浠?/p>

7、合物的濃度。雖然TPH和多環(huán)芳烴在所有處理中都有明顯被降解，但是Vinas等人堅(jiān)持認(rèn)為水分含量和空氣是降解多環(huán)芳烴的關(guān)鍵因素。Holden等人早前量化了基質(zhì)和溶質(zhì)水勢(shì)對(duì)Pseudomonasputida mt-2，一種原本從土壤中分離出來的細(xì)菌，生物降解甲苯甲苯的影響。經(jīng)發(fā)現(xiàn)，單位質(zhì)量的細(xì)胞對(duì)甲苯的利用率在沒有水電位的時(shí)候達(dá)到最高，并且溶質(zhì)電位對(duì)其沒有影響。1010.6 養(yǎng)分利用率 在土壤、沉積物、地表水和地下水的原位和異位生物修復(fù)時(shí)補(bǔ)充養(yǎng)分可以提高生物修復(fù)的速率，營養(yǎng)需求取決于污染物的性質(zhì)和該污染區(qū)對(duì)農(nóng)業(yè)用途的重要程度。11示例石油烴污染場地的補(bǔ)救通常需要氮，磷。陳等人的報(bào)告說，過量的三價(jià)鐵

8、結(jié)合少量的硝酸可以促進(jìn)在含水層中苯、甲苯、乙苯、二甲苯異構(gòu)體的原位生物修復(fù)，并且可能促進(jìn)其它受碳?xì)浠衔镂廴緟^(qū)域的生物修復(fù)。周等人利用紫花苜蓿和高羊茅兩種植物研究了在它們根際的菌根處磷濃度對(duì)多環(huán)芳烴耗散的影響，其主要發(fā)現(xiàn)是在高水低磷處理時(shí)菌根植物對(duì)高分子量的多環(huán)芳烴降解具有積極影響。El-Bestawy and Albrechtsen調(diào)查了在不同營養(yǎng)的作用下一組土壤細(xì)菌對(duì)苯氧除草劑（MCPP）的礦化和/或降解情況。發(fā)現(xiàn)了五種假單細(xì)胞菌對(duì)MCPP的強(qiáng)礦化和/或降解能力，它們是P. paucimobilis, P. aeruginosa, P. mallei, P. pseudomallei, a

9、nd P. pickettii。Rike利用在受碳?xì)浠衔镂廴竞蜆O度缺乏營養(yǎng)物質(zhì)的北極土壤中增加鹽度（離子強(qiáng)度）、使用不同濃度的營養(yǎng)和水分來研究十六烷降解。據(jù)發(fā)現(xiàn)，在所有濃度下，比較有氨氮的土壤樣品和沒有氨氮的樣品，發(fā)現(xiàn)含有氨氮的樣品可以強(qiáng)化十六烷的降解，并且發(fā)現(xiàn)當(dāng)土壤中含有50到200氨氮/千克土，含水率為10%的時(shí)候降解速率最大，為50到58十六烷/千克/天。1210.7 對(duì)外電子可用性通常用生物刺激基板的方法來支持共代謝生物降解過程。增加基板的刺激可以加快細(xì)菌生長和加強(qiáng)新陳代謝過程中電子供體和電子受體的轉(zhuǎn)移。氧可以作為電子受體，用以增加生物修復(fù)活動(dòng)。許多厭氧細(xì)菌，如反硝化細(xì)菌和甲烷菌，利

10、用酸、鐵和鉬可以破壞許多種脂肪族和芳香族有機(jī)化合物，包括天然的和人工的。人們正在努力嘗試?yán)脜捬跫?xì)菌來消除有硝酸鹽存在的受石油污染的地下水。苯，甲苯，乙苯，二甲苯（苯系物）和氯化脂肪族和芳香族化合物已可以成功去除。產(chǎn)甲烷細(xì)菌能夠降解氯代如四氯乙烷，三氯乙烷，二氯乙烷，氯乙烯，四氯化碳，氯仿，四氯化碳，烷基苯和一部分氯化芳香族化合物。BTEX的生物修復(fù)項(xiàng)目往往集中在如何克服無機(jī)養(yǎng)分和電子受體供應(yīng)不足這兩個(gè)方面。13示例Dou等人指出，從受汽油污染的土壤中濃縮出來的混合細(xì)菌在硝酸鹽和硫酸鹽存在的條件下可以有效的生物降解BTEX。降解速率是甲苯乙苯二甲苯鄰二甲苯苯二甲苯。Drzyzga等人做了一個(gè)沉

11、積柱的研究，來證明在硫酸鹽還原條件下氯污染和鎳污染沉積物的生物修復(fù)。利用補(bǔ)充硫酸鹽作為電子受體來刺激硫酸鹽還原菌的活性，得以維持以乳酸為電子受體（有或沒有甲醇）的復(fù)雜的厭氧活動(dòng)，成功地將PCE和TCE完全脫鹵成甲烷和乙烷。繼續(xù)添加硫酸鹽后硫化物的含量增加，這表明了硫酸鹽還原菌活性的增加。因此，可以推論，在還原硫酸鹽的條件下刺激微生物的活性對(duì)重金屬的沉淀和有機(jī)氯的完全脫氯有積極作用。關(guān)于在生物修復(fù)中以硝酸鹽作為刺激物，Lee等人指出，磷酸三乙酯（TEP）和硝酸根離子，對(duì)柴油的生物降解最有效，所需條件是TEP能夠被有效地傳遞到目標(biāo)區(qū)域且少于磷酸二氫鉀磷流失。1410.8 污染物的生物利用能力生物學(xué)

12、在生物修復(fù)中的應(yīng)用，是指生物吸收和代謝污染物的內(nèi)在能力，基質(zhì)效應(yīng)，包括通過土壤中生物和污染物之間的相互作用來影響生物降解的方式。土壤中的細(xì)菌主要附著在土壤顆粒上，并因此受限制于這種附著和表面的物理化學(xué)性質(zhì)。污染物影響土壤通常是阻礙其對(duì)生物的可用性，其方式是通過復(fù)雜的吸附和傳質(zhì)阻力。例如，人工合成的有機(jī)高聚合物，如聚苯乙烯、聚氯乙烯因其不溶性和缺乏在胞外的能夠催化解聚的微生物酶而很難被降解。不過，非聚合物降解細(xì)菌和放線菌可以降解由真菌分解木質(zhì)素聚合物而產(chǎn)生的低聚聚苯乙烯碎片和低分子量的木質(zhì)素碎片。在土壤和沉積物中，低水溶性和吸附顆粒物性是嚴(yán)格限制許多有機(jī)沉積污染物，如多氯聯(lián)苯和多環(huán)芳烴沉積物的原

13、位生物降解的因素。因此，在水相中可以通過在受污染區(qū)域增加表面活性劑（無論是生物表面活性劑還是合成洗滌劑）來提高污染物的解吸速率和溶解速率。另外一種有希望提高生物修復(fù)速率的方法是添加可生物降解的溶劑，以增加可吸附污染物的生物降解的速率。15生物表面活性劑定義：生物表面活性劑是微生物或植物在一定條件下培養(yǎng)時(shí)，在其代謝過程中分泌出的具有一定表面活性的代謝產(chǎn)物，如糖脂多糖脂脂肽或中性類脂衍生物等。 結(jié)構(gòu)：與合成表面活性劑相類似，生物表面活性劑的分子結(jié)構(gòu)主要由兩部分組成：一部分是疏油親水的極性基團(tuán)，如單糖、聚糖、磷酸基等；另一部分是由疏水親油的碳?xì)滏溄M成的非極性基團(tuán)，如飽和或非飽和的脂肪醇及脂肪酸等。疏

14、水基一般為脂肪?；?極性親水基則有多種形式,如中性脂的酯或醇官能團(tuán)。 應(yīng)用 ：生物表面活性劑由于其良好的增溶、乳化、降低表面活性劑以及環(huán)境友好性等性能，在環(huán)境修復(fù)、化妝品、采油工業(yè)中得到了廣泛地應(yīng)用。 16示例花生油餅（2%）作碳源的3升的發(fā)酵罐中可以利用Bacillus megaterium生產(chǎn)生物表面活性劑，此時(shí)可以得到最佳的產(chǎn)量。土壤和沉積物中的微生物產(chǎn)生的生物表面活性劑已經(jīng)被證實(shí)可以提高生物降解速率。在實(shí)驗(yàn)室條件下，Jain等人作了研究，以評(píng)估加入Pseudomonas aeruginosa UG2細(xì)胞或者由這種在20的條件下孵化兩個(gè)月的微生物生產(chǎn)的生物表面活性劑對(duì)混合有油類的烴類化

15、合物的生物降解的影響。Tiehm等人指出不僅表面活性劑由于增溶性可以加強(qiáng)多環(huán)芳烴在液相中的吸附傳質(zhì)速率，還可以使表面活性劑在生物降解中更容易被利用。17最近，Whang等人已經(jīng)調(diào)查了在兩種生物表面活性劑，surfactin (SF) and rhamnolipid (RL), 對(duì)受柴油污染的水和土壤生物降解的潛在應(yīng)用。據(jù)推測(cè)，隨著生物表面活性劑的增加，這兩種生物表面活性劑都可以增加柴油的溶解度。Lai等人最近開發(fā)出了一種篩選方法，以評(píng)估生物表面活性劑的除油能力。他們利用兩種生物表面活性劑來處理從重石油污染區(qū)收集來的土壤。他們的研究結(jié)果表明，生物表面活性劑去除石油類碳?xì)浠衔锏哪芰Ρ热斯ず铣傻谋砻婊钚詣└钊诵欧?。Lai等人還表示，TPH的去除率隨著生物表面活性劑濃度的增加而增加（from 0 to 0.2 mass %）。Zoller and Reznik制定了一個(gè)表面活性劑/表面活性劑-營養(yǎng)的組合，用以加強(qiáng)可持續(xù)的生物修復(fù)方法，這樣可以原位生物修復(fù)受燃料污染的水層。18番茄紅素是一種紅色的飲食類胡蘿卜素，是一種重