生物修复考试复习题

生物修复考试复习题 复习题 一、 名词解释 生物修复:利用特定的生物，包括微生物、植物、动物的代谢活动来减少存在于环境中的有毒物质的浓度或使其无害化，从而使污染了的环境能部分或全部恢复到原初状态的过程。 环境污染物:以不当的数量、浓度、速率、形态、途径进入环境后，在环境中扩散、迁移、转化，使环境系统结构和功能发生变化，对人类及其它生物的生存和发展产生不利影响的物质和因子。 共代谢:利用一种容易降解的物质作为支持微生物生长繁殖的营养物质，而同时降解另一种物质，但后一种物质的降解和转化并不能使共代谢的微生物获得能量、碳源或其他任何营养物质。 生物富集:又称生物浓缩，是生物有机体或处于同一营养级上的许多生物种群，从周围环境中蓄积某种元素或难分解化合物，使生物有机体内该物质的浓度超过环境中的浓度的现象。 生物降解:一般指在微生物的作用下，使复杂的化合物结构破坏并分解为简单物质的过程。该过程可在有氧或无氧的条件下进行，前一过程的最后产物是二氧化碳、水、硝酸盐、磷酸盐;后一过程的最后产物是氨、硫化氢和有机酸等。 去毒作用:指使污染物的分子结构发生改变，从而降低或去除其对敏感物种的有害性。敏感物种包括人、动物、植物和微生物，其中最为关注的是人。 土壤的自净作用:进入土壤的污染物，在土壤微生物、土壤动物、土壤有机和无机胶体等的作用下，经过一系列物理。化学、生物化学过程，降低其浓度或改变其形态，从而减小或消除污染物毒性的现象。 根际微生物:根际是指受植物根系生长影响的在物理、化学和生物特性上不同于原土中的土壤微域，是植物-土壤-微生物三者相互作用的场所，是一个特殊的生态系统，一般在5mm以下。生活在其中的微生物即为根际微生物。 超累积植物:指对某些重金属有超强吸收和富集作用的植物，可以用于修复含该重金属污染物的土壤。 面活性剂:是指具有固定的亲水亲油基团，在溶液的表面能定向排列，并能使表面张力显著下降的物质。 临界胶团浓度:表面活性剂分子在溶剂中缔合形成胶团的最低浓度。 固定化菌: 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、污染接触时间等许多因素的综合影响。 挥发性有机化合物:挥发性有机化合物(VOCs)是指在常温下饱和蒸汽压,70Pa，常压下沸点在260?以内的有机化合物。包括:氨气、碳氢化合物、苯及其衍生物、酚及其衍生物、醇类、醛类、酮类和脂肪酸等。 生命周期评价:指对一个产品系统的生命周期中输入、输出及其潜在环境影响的汇编和评价，包括互相联系、不断重复进行的四个步骤:目的与范围的确定、清单分析、影响评价和结果解释。生命周期评价是一种用于评估产品在其整个生命周期中。 生物炭:生物炭是由植物或废弃物原料在无氧或缺氧条件下热解得到的具有细密纹理的炭，其含有大量的有机碳，并具有很强的抗分解能力。 次生代谢物质:植物产生的、与其基本生命活动无关，但对昆虫或其他动物与植物之间的关系起重要作用的非营养性微量代谢产物。 基因工程菌:将目的基因导入细菌体内使其表达，产生所需要的蛋白的细菌称为基因工程菌，如:大肠杆菌。 共沉淀:一种沉淀从溶液中析出时，引起某些可溶性物质一起沉淀的现象。例如，用氯化钡沉淀SO娸时，若溶液中有K+、Fe3+存在，在沉淀条件下本来是可溶性的硫酸钾和硫酸铁，也会有一小部分被硫酸钡沉淀夹带下来，作为杂质混在主沉淀中。 二、 论述题: 1、 什么是优先污染物，简述其特点。 答:优先污染物——对众多有毒污染物进行分级排队，从中筛选出潜在危害大，在环境中出现频 率高的污染物作为监测和控制对象，称为优先污染物。 特点:1、难以降解;2、在环境中有一定残留水平;3、出现频率高;4、具有生物积累性;5、属 于三致物质;6、毒性较大以及现代已有检出方法的。 2、 论述高级氧化技术的概念、特点及分类。 答:高级氧化技术(advanced oxidation process， AOP)就是利用电、光辐射，有时还与氧化剂结合，在反应中产生活性极强的自由基(如•OH)，再通过自由基与有机化合物之间的加合、取代、电子转移、断键等使水体中的难降解的有机物大分子氧化降解成低毒或无毒的小分子物质，甚至直接降解成CO2、H2O，接近完全矿化。 具有以下特点:(1)能产生大量非常活泼的羟基自由基HO••••• ， •OH作为反应中的中间产物可诱发后面的链反应。(2)HO•能无选择地直接与废水中的污染物反应。(3)一个物理-化学过程，很容易加以控制。(4)高级氧化过程既可作为单独处理，又可与其他处理过程相匹配。 现在的高级氧化技术主要包括以下几个方面:Fenton试剂，臭氧氧化法，电化学氧化法，湿式氧化技术，超临界水氧化技术，光催化技术等。 3、 生物修复的原则是什么，概述其优点和局限性。 (1)生物修复的原则:1、适合的生物:具有正常生理和代谢能力，并能降解或转化污染物的生物体系，包括动物、植物、微生物等。2、适合的场所:要有污染物和合适的生物相接触的地点。3、适合的环境条件:控制或改变温度、pH、无机养分等环境条件，使生物代谢生长活动处于最佳状态。 (2)优点:1、费用省，仅为现有环境工程技术的几分之一; 2、环境影响小，不会形成二次污染物;3、可最大限度地降低污染物浓度;4、可用于处理其他技术难以应用的场地，如受污染的土壤和地下水。 (3)局限性:1、微生物不能降解所有进入环境的污染物。2、生物修复需要对污染地区的状况和存在的污染物进行详细而昂贵的现场考察。3、特定的微生物只降解特定类型的化学物质，结构稍有变化的化合物就可能不会被同一微生物酶破坏。4、微生物活性受温度和其他环境条件影响。5、有些情况下，生物修复不能将污染物全部去除，因为当污染物浓度太低不足以维持降解细菌一定数量时，残余的污染物就会留在土壤中。 4、 论述有机污染物进入微生物细胞的过程。 主要包括被动扩散，易化扩散，主动运输，基团转位和胞饮作用。 1、被动扩散:小分子物质顺浓度梯度跨膜转运，运送过程中不需要载体也不需要消耗能量;2、易化扩散:离子和水溶性小分子物质，在细胞膜特殊蛋白质的帮助下，顺电化学梯度进行跨膜转运的过程，需要载体，但是不消耗能量;3、主动运输:逆浓度梯度，需要特异的载体存在，要消耗能量;4、基团转位:一种主动运输方式，有一个复杂的运输系统来完成物质的运输，而物质在运输过程中发生化学变化，主要存在于厌氧型和兼性厌氧型细菌中。需要特异性的载体蛋白和能量。5、胞饮作用:由于细胞膜具有流动性，大分子物质吸附在质膜上，然后通过膜的内折而转移到细胞内。 5、 影响植物修复的环境因素有哪些, 影响植物修复的环境因子:酸碱度、氧化还原电位、共存物质、污染物间的复合效应、植物营养物质、植物激素、生物因子。 A气候因子:气候因子主要包括光照、温度、水:首先，光对植物的生长发育重要性不言而喻，没有正常的光照，植物就不能通过光合作用正常产生植物体所需的能量和有机物质;其次，植物的生长需一定的温度范围;再次，水分也是植物生长的重要因子。水占了植物体重的80%，植物体内含水量也是界定植物生长发育程度的重要依据。 B土壤因子:(1)土壤含水量 植物吸收的水分主要来源于土壤，土壤含水量成为衡量土壤肥力的条件之一。(2)土壤pH值 土壤的酸碱度对植物的生长发育有很大的影响，不同的植物对土壤酸碱度的适应性也不同。植物生物量大小和pH值有着显著的相关性。(3)土壤氧化还原电位 由于植物根系分泌物的存在使得根际土壤的氧化还原电位明显不同于非根际土壤。而氧化还原电位的高低可影响到重金属的植物有效性。(4)各种农艺措施(5)土壤改良措施 6、 染料废水的特点和难点是什么,论述染料废水生物修复的机制。 7、 污染物的生物可利用性对生物修复有什么样的影响, 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、污染接触时间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。 1 污染物的溶解度2 污染物的Kow3 非水相液体4 污染物的吸着5 重金属的生物有效性 8、 论述土壤根际环境中的农药降解。 (1)植物对农药直接吸收和蒸腾作用。一部分农药有机物被植物吸收，在植物体内经过植物代谢活动转化、降解或通过植物叶子的蒸腾作用释放到大气中去。根系对有机物的吸收取决于有机物在土壤中的浓度和植物的吸收率、蒸腾率。 2)植物根系分泌物和酶对农药污染的降解。植物根系能分泌一些营养物质，如糖类、醇、磷酸、( 蛋白质等，供微生物生存;植物根系还能分泌一些特殊的化学物质，如有机酸可以改变土壤环境的pH值等，有利于污染物的分解。 (3)根际微生物的联合降解、矿化作用。土壤中有植物根系存在的微生物的活性和数量比无根系土壤中微生物活性和数量提高很多。微生物与根系联合对土壤中的农药降解去除。 9、 论述植物对重金属的抗性机制。 植物抗重金属表现为两种基本对策即排斥(exclusion)和蓄积(accumulation)。 植物对重金属的排斥有以下几种方式: 1、分泌化合物降低重金属的有效性。2、回避摄人。环境中的重金属浓度很高但植物几乎不吸收重金属。3、限制运输。植物将重金属滞留在根部限制其向地上部分转移。4、排出体外。原生质膜溢泌有主动排出金属离子的作用。 植物对重金属的蓄积是指植物吸收大量的重金属。植物的重金属蓄积又有几种不同的抗性机理。?细胞壁和液泡扣留，避免其进入细胞质，从而减轻该重金属对植物的直接毒害。?酶系统的作用。重金属胁迫下，植物保护酶系统也会发生适应性变化。?重金属结合蛋白的解毒作用。重金属离子进入细胞质中，由存在于细胞质中的一些金属络合体承担。与重金属结合形成无毒或低毒的络合物，从而消除重金属的毒害作用。 10、 论述植物对重金属超常吸收的研究意义。 重金属超富集植物的潜在应用:植物修复和植物采矿 (1)植物修复:利用重金属超累积植物提取土壤中的重金属，从而净化受污染的土壤。(2)植物采矿:从被重金属污染和富含重金属的土壤中采集有价值的重金属，从而从收割的植物体中获取它们得到收益。 但是现在大部分超富集植物提取元素的单一性、生物量小、根系较浅、生长缓慢、生物修复时间较长和修复率低等缺点，近期研究工作做要集中在一下领域:? 寻找、选培育超累积植物? 深化应用基础理论研究? 分子生物学和基因工程技术的应用? 组合修复技术 11、 论述生物多样性在污染环境植物修复中的意义。 (1)物种多样性为植物修复提供了大量的资源 在运用植物修复的方法治理土壤重金属污染的研究中，超富集植物的筛选一直是人们关注的热点，同时也是植物修复的难点。 世界上植物多种多样，已知植物种的总数就有约50多万种。它们从水生到陆生，由低等到高等，由简单到复杂，形成了一个丰富多彩的植物资源库，为超富集植物的筛选提供了充足的资源。 (2)遗传多样性为转基因植物的研究提供了庞大的基因库 超富集植物一般生长缓慢并且生物量小，在实际应用中还存在许多限制。一个可行的方法是对快速生长的植物进行基因改良来提高其重金属耐受和富集能力，而遗传的多样性就为基因的改良提供了大量可用的基因库。我们可以通过寻找可用于植物修复的资源，然后鉴定其特征基因序列，再通过转基因技术构造修复植物，从而培养出生长速度快、生物量大的超富集植物。 12、 多环芳烃类化合物的性质、环境中的分布及其降解途径。 多环芳烃(Polycyclic Aromatic Hydrocarbons，PAHs)是指两个以上苯环以稠环形式相连的化合物，是目前环境中普遍存在的污染物质。 (1)性质:1、难溶于水2、易溶于有机溶剂;3、化学致癌性:4、光致毒性: 同时暴露于PAHs和紫外照射下会加速具有损伤细胞组成能力的自由基形成，破坏细胞膜损伤DNA。 (2)分布 目前已知的PAHs约有200多种，它们广泛存在于人类生活的自然环境如大气、水体、 土壤中。 1、水中:水体中PAHs呈三种状态:吸附于悬浮固体上、溶解于水、呈乳化状态。随着苯环数量的增加，其水溶性降低，脂溶性增强，致癌性增强。PAHs在环境中存在时间越长，遗留毒性越高。 2、大气中:大气中的PAHs主要以气相和吸附在颗粒物的形式存在。四环及四环以下的 PAHs如菲、蒽、荧葸、芘等主要以气相形态存在，五环以上的则大部分集中在颗粒物上或散布于大气飘尘中。 3、土壤中:土壤中PAHs主要来源于大气中的PAHs干湿沉降、地表径流的PAHs入渗、 农用污水污泥、地下蓄油装备的渗漏等。 (3)降解:1、光化学降解:在紫外线的照射下，PAH吸收了光能从基态跃迁到激发态，经过一系列反被应氧化后形成内过氧化物，最终形成醌，其产物具有强的致癌性。2、微生物降解:不同的微生物对各类多环芳烃有不同的降解能力，所以降解多环芳烃的途径就有较大的差别。 研究表明，微生物降解多环芳烃一般有两种方式:一种是以多环芳烃为唯一碳源和能源;另一种是将多环芳烃与其他有机质进行共代谢。 13、 试论基因工程技术在植物修复技术中的应用前景。 通过转基因技术将重金属耐性基因引进到优质植物细胞中 (1)由于大多数自然超累积植物都存在生长慢、生物量少、生长条件严格等缺陷，于是我们可以将重金属耐性基因导入生物量大且生长快的理想植株中。通过分泌特定的转运蛋白，有利于重金属离子进入细胞并进行运输;还可以编码特定的氧化还原酶，转化重金属的化合价，从而起到解毒的作用等等。(2)通过基因工程来发展超累积作物(如小麦、玉米、水稻) 超累积作物取代超累积植物的原因:由于我国的耕地资源有限，人口众多，加上去除重金属所需时间也比较长。所以种植一些非农作物仅仅用来去除土壤中的重金属，同时耗费大量的耕地和时间，这是不切实际的。超累积作物的发展就解决了这一难题，可以在去除重金属的同时获得一定的作物产量。 超累积作物也就是通过转基因技术将外源抗性基因引入到农作物中。只要重金属不积累在可食部位就不会影响农作物的产量和质量。 14、 试论我国垃圾填埋的现状及其生态环境问题。 填埋技术作为生活垃圾的传统和最终处理方法，目前仍然是我国大多数城市解决生活垃圾出路的最主要方法，全国共建有450多座生活垃圾填埋场，85%以上的城市生活垃圾采用填埋处理。根据环保措施(主要有场底防渗、分层压实、每天覆盖、填埋气导排、渗沥液处理、虫害防治等)是否齐全、环保标准能否满足来判断，大致可分为简易填埋场、受控填埋场和卫生填埋场三个等级。 填埋技术作为生活垃圾的传统和最终处理方法，目前仍然是我国大多数城市解决生活垃圾出路的最主要方法，2005年，全国共建有356座生活垃圾卫生填埋场，90%(含简易填埋)以上的城市生活垃圾采用填埋处理。根据环保措施(主要有场底防渗、分层压实、每天覆盖、填埋气导排、渗沥液处理、虫害防治等)是否齐全、环保标准能否满足来判断，填埋场大致可分为简易填埋场、受控填埋场和卫生填埋场三个等级。 填埋场问题:大多数填埋场的设计、建设和运营仍存在很多问题，表现在:(1)占用了大量土地资源;(2)缺乏防渗措施;(3)渗滤液产量大、浓度高，地下水污染地表水的污染事故不断出现;(4)填埋气体引起了温室效应，造成安全隐患，产生恶臭;(5)封场一般都未进行生态恢复，缺乏封场和后续管理标准，缺乏相应的政策和法规，已经终场的生活垃圾堆体不能够合理地安全封场和持续维护。 15、 阐述人工湿地去除重金属的去除机理是什么, 人工湿地处理系统是一种集物理、化人工湿地处理系统是一种集物理、化一个独特的土壤、植物、微生物综合生态系统，其对污水的净化有着非常复杂的机理过程。(1)物理作用机制:包括两个方面即沉降和过滤。沉降是指比重较大的固体颗粒在植物根系及介质中沉积，从而从流动向的水体中去除。过滤是指利用植物根系庞大的表面积和对颗粒的强大吸附能力或利用沉水植物的整个植株来吸附废水中的部分污染物， 同时使可沉降及可絮凝固体也被阻截而去除的过程。(2)化学作用机制:化学作用机制是指废水中的污染物通过化学反应发生转化然后被去除的过程。包括沉淀、吸附和分解。1、沉淀是指废水中某些污染物在植物根系或微生物中，通过化学反应形成难溶 解化合物沉淀而去除。2、吸附是指重金属及某些小分子有机污染物被吸附在植物根系或者沉水植物植株的表面或者吸附在填充的介质中从而被去除;3、分解是指由于太阳光紫外线辐射，氧化还原等反应过程，使难降解有机物分解或变成稳定性较差的化合物。(3)植物作用机制:植物是生态系统中的生产者，对全球生态平衡的维持起着十分重要的作用。湿地植物是水陆交错地带中的一个重要部分，在水体修复，维持生态平衡和生物多样性上具有重要作用。在人工湿地的污水处理系统中湿地植物也起着非常重要的作用。主要包括一下几个方面:1植物吸收:植物根系是植物的吸收器官，沉水植物整株植物体都有吸附和吸收的功能;2植物代谢:植物吸收的物质在体内经过新陈代谢过程的合成和转化作用最终在体内积累下来，最终可以通过收割植物转移掉污染 )微生物作用机制:物;3传输氧气:人工湿地系统中植物可以代替传统工艺中的曝气机输氧。(4人工湿地在处理污水之前， 各类微生物的数量与自然湿地基本相同。但随着污水不断进入人工湿地系统，某些微生物的数量将逐渐增加，并逐渐达到稳定。微生物的作用机制主要是利用寄生于根系中的微生物的代谢作用， 微生物的代谢能将凝聚性固体、可溶性固体颗粒进行好氧、厌氧分解，最终降解成无机物，微生物还能通过消化,反消化作用去除氮、通过有机磷的矿化作用沉淀基质中的无机盐，达到去除重金属的目的。 16、 如何解决低温对人工湿地处理率低及潜流人工湿地易堵塞的问题, 17、 论述原位生物沉淀处理技术的原理。 18、 如何利用纳米铁对地下水污染物进行修复,提高其修复效率的机制是什么, a.纳米铁粒子注射井 纳米粒子通过压力注射到被污染的水体中使其与纳米粒子相接处从而实现对污染物质的去除。 入没有移动性的纳米粒子 b.注 这种低移动性的纳米粒子形成了稳定的反应处理区域。 c.注入移动性的纳米粒子 注入的纳米粒子被地下水水流搬运到污染区域实现对污染物的去除。 为了达到的高效的原位处理，会考虑各种地质 环境 等问题来确定具体的注射。 19、 什么是膜分离技术,论述纳米材料在其中的应用。 膜分离技术:是利用天然或人工合成膜,以外界能量或化学位差作推动力,对混合物进行分离、提纯和富集。 纳米技术在膜制造中的应用既可以对膜污染有很高的控制程度，又能生产出需要的结构。分为陶瓷膜和高分子膜。纳米粒子对膜产生的影响主要是，增加外层厚度，更高的表面性多孔性，抑制大孔隙的形成，更高的膜渗透性。应用纳米粒子的主要目的是抑制膜污染，有时也是为了增加膜通量。其中膜污染又分为有机物污染和生物污染。 1，抑制高分子膜的有机物污染:对于有机物的污染通常使用的是含TiO2 纳米粒子的膜，含Al2O3纳米粒子的膜:被应用于含油废水的处理，表现出了很好的抗污染性，尤其是在用表面活性剂清洗后，通量恢复能达到100%。 2，抑制陶瓷膜的有机物污染研究:含硅纳米粒子的陶瓷膜用来脱盐淡化，关于其应用于水的净化研究中，由单层碳纳米管制成纤维复合膜,在其表面覆盖一层均一的TiO2纳米粒子，这提高了膜的渗透性和光催化活性。碳纳米纤维复合膜会将颗粒或生物材料截留在碳纳米纤维中，从而提高了膜的渗透性和反冲洗效率。 3，抑制高分子膜的生物污染的研究 防止生物污染是通过使用杀菌性的纳米粒子而实现的。银是典型的杀菌性粒子，使用银纳米粒子陶瓷膜对大肠杆菌的处理中，在24小时的接触后，没有细菌被检测到。杀菌作用的机理:从膜上释放的银离子对微生物活性的抑制作用。当银离子附到带负电的细胞上，细菌壁能改变渗透性导致细胞溶解死亡。 20、 论述生物炭的特性。