环境污染的生物修复思维导图

U928752412

2023-04-22

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环境污染

生物修复

专业知识

环境污染的生物修复

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思维导图大纲

生物修复的概念与技术

利⽤特定的⽣物吸收、转化、清除或降解环境污染物，实现环境净化、⽣态效应恢复的⽣物措施。

原位⽣物修复

应用于污染物的降解，饱和土壤和地下水

⽣物衰减

⽣物刺激

⽣物强化

⽣物曝⽓

将空⽓(或氧⽓)和营养物注⼊饱和带，提⾼饱和带⼟壤微⽣物的⽣物活性，从⽽促进饱和带有机污染物发⽣⽣物降解的技术

⽣物通风

通过加压(并可适当加温)对污染⼟壤进⾏曝⽓，使⼟壤中的氧⽓浓度增加，从⽽促进好氧微⽣物的活性，提⾼⼟壤中污染物的降解效果。

大众可接受的

这是一种低成本的太阳能清洁技术。

它在污染程度较低的场地最有用

它可用于处理大量环境污染物。

与机械清理方法相比，它更有效。

它适用于受污染的大面积表面

异位⽣物修复

属于受污染的土壤或抽取地下水以促进微生物降解

⼟耕法

挖掘受污染的土壤并将其散布在陆地上

定期对土壤进行耕作以提高通气性

由于当地微生物的存在，可进行补救

以及化学和物理过程通常局限于10-35厘米的表层土壤可以降低监测和维护成本

堆肥法

将受污染的土壤与无害的有机改良剂（如粪肥或农业废弃物）混合

⽣物堆法

填埋与堆肥相结合

通过浸出控制污染物的物理损失和挥发

⽣物反应器

从受污染的地方抽上来的土壤和水羽流并通过工程安全壳系统

生物反应器中的降解通常大于因为包含的环境更可控和可预测

合成微⽣物体系

指在特征良好且受控的环境中，将两个或多个微⽣物种群组合在⼀起，通过⾃下向上的⽅法构建的合理的微⽣物群落。

合成微⽣物体系的特征

稳定性

模式化

鲁棒性

可预测性

可伸缩性

微⽣物单群体

⾃然界中的微⽣物并不是单独存在的，⽽是处于复杂的、动态的群落中，正是它们的相互作⽤推动了群落的稳定、功能及进化

合成微⽣物体系

通过构建具有理想特性的微⽣物群落，形成合成微⽣物体系，可为剖析微⽣物群落内部的作⽤机制提供新的途径，并为开拓微⽣物资源提供新的⻅解

合成微⽣物体系在实际中的应⽤

疾病治疗

植物⽣⻓与抗逆

⼯业⽣产

环境治理与⽣态修复

⽔污染的⽣物修复

水体富营养化

⽔体富营养化过程的原因和机制

磷点源污染

氮磷扩散污染

⽔体富营养化的修复

方法手段

减少水停留时间或使水柱分层

化学杠杆

人为地给环境重新充氧或帮助磷沉淀

生态杠杆

根除症状（除藻），或通过引入物种来影响食物网结构的生物操作。

⽔体富营养化的⽣物修复

微⽣物菌剂

经济性

⾼效低耗能

⽆⼆次污染

能够⾼效降解或矿化⽬标污染物

功能微⽣物在⽔体中形成局部优势菌群，可制腐败菌和病源菌的增殖，对改善⽔质和提⾼⽔⽣⽣物多样性有明显的促进作⽤

微⽣物菌剂的作⽤机理

微⽣物菌剂

微⽣物共⽣群落

复杂有机物/有毒物质

微⽣物菌剂的筛选与复配

菌株的培养与筛选

菌株鉴定：形态学和⽣理⽣化鉴定；分⼦⽣物学鉴定

菌剂制备：颉颃性试验；复合菌剂的复配⽐例

微⽣物菌剂修复中存在的问题

微⽣物菌剂中各种微⽣物菌群间相互作⽤关系⾮常复杂，导致对微⽣物菌剂去除污染物的机理研究难度加⼤。

投加的微⽣物菌剂⼀般是不连续的并以游离的状态存在于⽔体中，⽔流的冲刷容易引起菌剂⽣物量的流失，功能菌在⾃然条件下难以形成优势菌群，导致菌剂投加量⼤，但稳定性差、去除效果不明显。

微⽣物菌剂投加到⽔体中，会对⼈体健康和⽣态环境安全造成很⼤的不确定性，限制了微⽣物菌剂的推⼴和应⽤。

⼈⼯生物浮床

在漂浮处理湿地（FTW）系统中(挺⽔植物) 插入浮力垫中(浮⼒垫)悬浮在漂浮的支撑物中，树冠和枝条生长在水位以上，而根系生长在水柱深处。

FTW位于传统的人工湿地系统和池塘之间。

大型植物

生物活性表面积

根系释放的氧气

修剪时间较长

重金属去除

水力停留时间（HRT）

FTW大型植物支持系统

浮筏材料

垫子的表面覆盖率和植物的密度

抗⽣素和抗⽣素抗性基因的⽣物修复

对环境的负面影响

对微生物、植物和脊椎动物的毒性

通过抑制重要细胞功能以及细胞膜更新来破坏微生物生长(更新) 和修复

抗生素驱动微生物种群中抗生素抗性基因（ARGs）的选择，从而增加ARGs在环境中的发生

最大风险

最小抑制浓度

阻止易感细菌生长所需的抗生素或其他物质的最低浓度

最小选择性浓度

抗生素的最低浓度对耐药细菌比对易感细菌有利

最小持续浓度增加

抗生素浓度低于MSCs，其中ARBs的相对丰度相对于易感细菌增加。

预测无影响环境浓度

最低浓度会导致环境变化和微生物群落或微生物生理学的变化

⼟壤污染的⽣物修复

污染⼟壤修复技术

热脱附技术

⼟壤蒸⽓浸提技术

超声/微波加热技术

固定/稳定化技术

淋洗/浸提技术

化学氧化-还原技术

光催化降解技术

电动⼒学修复技术

植物修复技术

微⽣物修复技术

动物修复技术

污染⼟壤⽣物修复技术

广义的植物修复

利⽤⼟壤中的各种⽣物（包括植物、动物和微⽣物）吸收、降解和转化⼟壤中的污染物，使污染物含量降低到可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

狭义的微⽣物修复

利⽤⼟壤微⽣物将有机污染物作为碳源和能源，将⼟壤中有害的有机污染物降解为⽆害的⽆机物（CO2和 H2O）或其他⽆害物质的过程。

植物修复技术

利⽤植物忍耐和超量积累某种或某些化学元素的功能，或利⽤植物及其根际微⽣物体系将污染物降解转化为⽆毒物质的特性，通过植物在⽣长过程中对环境中的⾦属元素、有机污染物以及放射性物质等的吸收、降解、过滤和固定等功能来净化环境污染的技术。

微⽣物修复技术

利⽤天然存在的或筛选培养的功能微⽣物群（⼟著微⽣物、外源微⽣物和基因⼯程菌），并在⼈为优化的适宜环境条件下，促进或强化微⽣物代谢功能，从⽽达到降低有毒污染物活性或降解成⽆毒物质以修复受污染⼟壤的修复技术。

动物修复技术

通过⼟壤动物群的直接（吸收、转化和分解）或间接作⽤（改善⼟壤理化性质、提⾼⼟壤肥⼒、促进植物和微⽣物的⽣长）⽽修复⼟壤污染的过程。

重⾦属污染⼟壤修复策略

植物-微⽣物联合修复

利⽤⼟壤-植物-微⽣物组成的复合体系来共同降低污染物含量、缓解污染物的⼀种新兴的⽣物修复技术。

植物-细菌联合修复：植物⽣长促进菌 (PGPB)

植物-菌根真菌联合修复：丛枝菌根 (AM)；外⽣菌根 (ECM)

植物-基因⼯程菌联合修复

⼟壤动物与重⾦属

⾃⾝对重⾦属的吸收和富集

⾃⾝的活动可改善⼟壤中重⾦属的活化能⼒，促进植物富集

体内和体外微⽣物的作⽤

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