微生物修復(fù)技術(shù)

微生物修復(fù)技術(shù)主要內(nèi)容1研究背景2土壤重金屬污染的微生物修復(fù)技術(shù)3研究熱點4現(xiàn)存問題及研究趨勢微生物生態(tài)修復(fù)技術(shù)難挑大梁《中國科學(xué)報》(2012-08-14B1生物周刊)8月13日，第30屆夏季奧運會順利閉幕。有誰曾想到，6年前位于東倫敦的奧林匹克主體育場“倫敦碗”竟然曾是當(dāng)?shù)匚廴咀顬閲?yán)重的垃圾填埋場。為了凈化這片“毒地”，倫敦奧組委搬來五臺裝滿各種微生物的土壤清洗機，有毒土壤被放置在這些大家伙“肚子”里，經(jīng)過微生物的降解排毒，一段時間后又可以被重新利用?！斑@種利用微生物技術(shù)修復(fù)土壤的方法，最大的優(yōu)勢就是環(huán)境友好、安全生態(tài)，不會造成二次污染?！敝袊茖W(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心研究員陳保冬說。而國內(nèi)還沒有大規(guī)模使用微生物技術(shù)進行土壤修復(fù)，那些被歐美國家拋棄的異地填埋或焚燒手段，在中國仍是主流?！翱床灰姷奈廴尽?004年，北京市宋家莊地鐵工程建筑工地，由于地處農(nóng)藥廠污染地段，未經(jīng)處理的土壤中含有大量廢氣，導(dǎo)致三名工人探井時集體中毒。2006年，武漢一個地產(chǎn)項目開工，工人在樁基作業(yè)時接觸到深土層之后就出現(xiàn)嘔吐、頭暈等中毒現(xiàn)象，調(diào)查結(jié)果是：土地已被農(nóng)藥化學(xué)物質(zhì)嚴(yán)重污染。2008年，原廣州氮肥廠部分地塊，未經(jīng)修復(fù)就被規(guī)劃為經(jīng)濟適用房用地。媒體曝光后，廣州市政府只好花費600萬元進行土壤修復(fù)，這也被稱為廣州土壤修復(fù)第一案。國內(nèi)“我國土壤修復(fù)技術(shù)沒有國外那么發(fā)達(dá)，基本上仍然采用傳統(tǒng)的異地填埋和焚燒手段，微生物修復(fù)技術(shù)還僅僅處于實驗室階段?！蔽廴緢龅匦迯?fù)屬生態(tài)學(xué)、土壤學(xué)、微生物學(xué)、生態(tài)毒理學(xué)、環(huán)境化學(xué)、工程學(xué)等十幾個學(xué)科交叉融合的領(lǐng)域，是當(dāng)前整個環(huán)境科學(xué)與技術(shù)研究的前沿。微生物對污染物的降解需要有一個適應(yīng)的過程，對比物理、化學(xué)方法，微生物修復(fù)效率還很低。微生物修復(fù)不需要多高的運輸成本，費用相對低廉，但是它對環(huán)境要求卻相當(dāng)苛刻。土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要生命體,它不僅可以指示污染土壤的生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性,還具有巨大的潛在環(huán)境修復(fù)功能,且快速、安全、費用低。重金屬污染土壤微生物修復(fù)原理微生物修復(fù)是指利用天然存在的或所培養(yǎng)的功能微生物群,在適宜環(huán)境條件下,促進或強化微生物代謝功能,從而達(dá)到降低有毒污染物活性或降解成無毒物質(zhì)的生物修復(fù)技術(shù)。重金屬污染土壤的微生物修復(fù)原理主要包括生物富集(如生物積累、生物吸著)和生物轉(zhuǎn)化(如生物氧化還原、甲基化與去甲基化以及重金屬的溶解和有機絡(luò)合配位降解)。研究表明,許多微生物,包括細(xì)菌、真菌和藻類可以生物積累和生物吸著環(huán)境中的多種重金屬。一些微生物,如動膠菌、藍(lán)細(xì)菌、硫酸鹽還原菌以及某些藻類,能夠產(chǎn)生胞外聚合物如多糖、糖蛋白等具有大量的陰離子基團,與重金屬離子形成絡(luò)合物。微生物修復(fù)的實質(zhì)是生物降解,即微生物對物質(zhì)(特別是環(huán)境污染物)的分解作用。它與傳統(tǒng)的分解在本質(zhì)上是一樣的,但又有分解作用所沒有的新特征(如共代謝作用、降解質(zhì)粒等),因此可視為是分解作用的擴展和延伸。由于微生物個體小、繁殖快、適應(yīng)性強、易變異,所以可隨環(huán)境變化產(chǎn)生新的自發(fā)突變株,也可能通過形成誘導(dǎo)酶產(chǎn)生新的酶系,具備新的代謝功能以適應(yīng)新的環(huán)境,從而降解和轉(zhuǎn)化那些“陌生”的化合物。微生物對土壤中的有毒污染物的降解主要包括氧化反應(yīng)、還原反應(yīng)、水解反應(yīng)和聚合反應(yīng)等從修復(fù)場地來分,土壤微生物修復(fù)技術(shù)主要分為兩類：原位修復(fù)和異位修復(fù)原位修復(fù)不需要將土壤挖走,直接向污染土壤中投加N、P等營養(yǎng)物質(zhì)和供氧。這種方法不僅操作簡單、成本低、而且不破壞植物生長所需要的土壤環(huán)境,污染物氧化安全、無二次污染、處理效果好,是一種高效、經(jīng)濟和生態(tài)可承受的清潔技術(shù)。異位修復(fù)是把污染土壤挖出進行集中生物降解。它的方法主要有預(yù)制床法、堆制法及生物反應(yīng)器法等。該方法在PCP、雜酚油、石油、農(nóng)藥等污染土壤的修復(fù)中已獲得了一些成功的案例。影響因素1微生物的種類和性質(zhì)2微生物營養(yǎng)鹽3溶解氧4共代謝基質(zhì)5污染土壤的性質(zhì)6污染物的物理、化學(xué)性質(zhì)7微生物的環(huán)境因子1種類和性質(zhì)污染土壤微生物修復(fù)技術(shù)中，對修復(fù)起核心作用的是微生物。選擇優(yōu)良的微生物菌種，是污染土壤微生物修復(fù)取得良好效果的前提。用作污染土壤微生物修復(fù)的微生物有土著微生物,外來微生物，基因工程菌（GEM）三大類。2營養(yǎng)鹽及共代謝基質(zhì)保證污染土壤微生物修復(fù)過程中微生物的生長和對污染物的充分降解及有效轉(zhuǎn)化，一定要保證氧的供給。微生物對環(huán)境中污染物質(zhì)之所以有強大的降解與轉(zhuǎn)化能力，除了因為它本身個體小，比表面積大，種類多，分布廣，適應(yīng)力強，代謝類型多樣，代謝速率快外，還有一個重要的特點，就是微生物具有共代謝作用。在污染土壤中添加化學(xué)結(jié)構(gòu)與污染物類似的共代謝基質(zhì)，一方面，可以富集共代謝微生物；另一方面共代謝基質(zhì)能促使微生物對難降解污染物的分解。因此共代謝基質(zhì)的種類和數(shù)量是影響污染土壤微生物修復(fù)技術(shù)效果的一個很重要因素。土壤性質(zhì)土壤可分為氣體、水分、無機固體和有機固體四個組分，有機固體能吸附阻留有機污染物，降低其在土壤中的運動性，同時這種固定化分延長微生物對有機污染物的降解與轉(zhuǎn)化。污染土壤中污染物的物理化學(xué)性質(zhì)也是影響污染土壤微生物修復(fù)技術(shù)的一個重要因素。主要包括淋失與吸附、揮發(fā)、生物降解和化學(xué)反應(yīng)四個方面的性質(zhì)。了解污染土壤污染物的性質(zhì)是判斷能否采用微生物修復(fù)以及采取相應(yīng)的對策，強化微生物修復(fù)過程。應(yīng)用前景污染土壤微生物修復(fù)技術(shù)具有耗資少，處理效果好等優(yōu)點，引起許多國家的重視，我國也成立了專門的機構(gòu)，旨在研究和推動污染土壤的修復(fù)工作。通過研究人員的努力，污染土壤微生物修復(fù)技術(shù)已走出實驗室，并在許多受有毒有害有機污染物污染的土壤修復(fù)計劃中得到應(yīng)用。一些工程技術(shù)如原位處理、生物通風(fēng)、挖掘堆置處理、反應(yīng)器處理等已經(jīng)比較成熟，隨著土壤污染問題的日益嚴(yán)峻，隨著國家對環(huán)保的日趨重視，隨著國民環(huán)保意識的增強，污染土壤微生物修復(fù)技術(shù)必將展現(xiàn)更廣的應(yīng)用前景研究熱點1根際微生物影響植物吸收重金屬的研究進展科技創(chuàng)新導(dǎo)報2010年根際土壤中微生物的數(shù)量和活性遠(yuǎn)大于非根際土壤。這些微生物的活動對根際土壤重金屬污染物影響較大,其主要是通過細(xì)胞外沉淀和絡(luò)合、細(xì)胞內(nèi)束縛及轉(zhuǎn)化等起作用,將重金屬轉(zhuǎn)化為無毒或低毒的形態(tài)。研究背景：根土界面不足1mm到幾mm范圍的微區(qū)土壤稱為根際,是植物根系與土壤接觸的微域環(huán)境。根際微生物與植物根系組成一個特殊的生態(tài)系統(tǒng),可引起重金屬在根際中的分布、遷移機制和生物有效性的改變,進而影響植物對重金屬的吸收和積累。因此,根際微生物對重金屬活性的影響,對植物吸收重金屬及利用植物-微生物修復(fù)污染的土壤有重要的意義。2生物刺激技術(shù)生物刺激即向污染的土壤中添加微生物生長所需的氮、磷等營養(yǎng)元素以及電子受體，刺激土著微生物的生長來增加土壤中微生物的數(shù)量和活性。ReddyKR,CutrightTJ對鉻污染土壤的微生物修復(fù)進行的研究表明，限制鉻污染場地修復(fù)進程的一個共同因素是污染場地通常缺乏足夠的營養(yǎng)以供引進的外來微生物或土著微生物生長，以至這些微生物自身具備的還原Cr6+的潛力得不到充分發(fā)揮;為使其潛力得到充分發(fā)揮,需向其生活的環(huán)境中投加營養(yǎng)物質(zhì)來刺激鉻還原菌的新陳代謝和繁殖,促進鉻污染土壤的修復(fù)。3生物強化技術(shù)生物強化技術(shù)即向重金屬污染土壤中加入一種高效修復(fù)菌株或由幾種菌株組成的高效微生物組群來增強土壤修復(fù)能力的技術(shù).所加入的高效菌株可通過篩選培育或通過基因工程構(gòu)建,也可以通過微生物表面展示技術(shù)表達(dá)重金屬高效結(jié)合肽,從而得到高效菌株?，F(xiàn)存的問題(1)修復(fù)效率低，不能修復(fù)重污染土壤。(2)加入到修復(fù)現(xiàn)場中的微生物會與土著菌株競爭，可能因其競爭不過土著微生物，而導(dǎo)致目標(biāo)微生物數(shù)量減少或其代謝活性喪失。(3)重金屬污染土壤原位微生物修復(fù)技術(shù)大多還處于研究階段和田間試驗與示范階段，還存在大規(guī)模實際應(yīng)用的問題。(4)微生物個體微小，難以從土壤中分離；重金屬回收困難。研究趨勢1、加強具有高效修復(fù)能力的微生物的研究；2、加強微生物修復(fù)技術(shù)與其他環(huán)境修復(fù)技術(shù)有效的集成；3、做大量的野外試驗以獲得準(zhǔn)確的試驗參數(shù)與室內(nèi)試驗結(jié)果相比較，以期微生物修復(fù)技術(shù)的推廣；4、研究固定化微生物用于重金屬污染土壤修復(fù),以克服微生物顆粒小、機械強度低、難以分離微生物和回收重金屬的缺點。雖然金屬重污染土壤的原位微生物修復(fù)技術(shù)還存在一定的問題，目前的應(yīng)用和市場還很有限,但是這種方法具有物理和化學(xué)方法所不及的經(jīng)濟上和生態(tài)上的雙重優(yōu)勢，潛力巨大.微生物修復(fù)將成為一種廣泛應(yīng)用、環(huán)境良好和經(jīng)濟有效的重金屬污染土壤修復(fù)方法，為重金屬污染土壤的治理開辟了一條新途徑。主要參考文獻(xiàn)1陳紅艷,王繼華.受污染土壤的微生物修復(fù)技術(shù).環(huán)