污染水体的生物修复技术研究进展

1、污染水体的生物修复技术研究进展    摘要 介绍了污染水体生物修复技术的特点，概述了近年来国内外水体生物修复技术的研究和应用现状，并评价水体生物修复技术存在的问题和污染水体生物修复的研究方向。关键词 污染水体；生物修复；研究进展中图分类号 X52 文献标识码A文章编号1007-5739（2008）17-0331-03随着工农业生产的迅速发展及人口的增多，大量的工矿业废水、生活污水及农业污水排入江河湖海，造成土壤、地表水及地下水受重金属、有机毒物、油类及氮、磷营养盐等的严重污染。据报道，近20年来，我国有害的赤潮事件就有300多起，仅1998年全年发生赤潮

2、22起，直接经济损失超过10亿元 1，比如，2000年东海发生的特大赤潮、2006年松花江流域化学污染事件、2007年太湖蓝藻事件等都严重地影响了人们的生产生活。因此，水体污染的预防治理，特别是污染水体的修复已经成为当务之急。目前，污染水体修复的方法主要有：物理方法。包括截污治污、挖泥法、换水稀释法等。化学方法。包括投加除藻剂、投加治磷剂等。设置人工湖、水系综合整治等其他方法。生物方法。包括水体曝气、投加微生物、种植水生植物、养殖水生动物、湿地技术等。其中，物理方法和化学方法能减少污染负荷，增加环境容量，特别是截污治污等控制污染源的方法，起着治本的作用，能有效保证“净化水质”。与传统方法物理修

3、复法和化学修复法相比，生物修复技术具有下列优点：污染在原位被降解解除；修复时间短；操作简便、对周围环境干扰小；费用低，仅为物理化学修复经费的30%50%；不产生二次污染等2。因此，生物方法为主要手段的生物修复技术，日益成为环保工作者的研究重点和热点。1生物修复研究进展生物修复技术是指利用生物特别是微生物，将存在于土壤、地下水和海洋等环境中的有毒有害的污染物降解为二氧化碳和水，或转化为无害物质，从而使污染生态环境修复为正常生态环境的工程技术体系3。生物修复的概念最初来源于微生物对污染环境的治理，但是，随着近年来环境生物技术的发展，植物修复技术在污染环境治理中的作用逐渐受到重视。生物修复技术的基础

4、研究始于30多年前，集中于水体、土壤和地下水环境中是由生物的实验室研究。20世纪80年代以后基础研究的成果逐渐应用于大范围的环境污染治理，并取得了成功，从而发展成为一种新的生物治理技术。目前生物修复技术在清除或减少土壤、地表水、地下水、废水、污泥、工业废弃物及气体中的化学物质方面的应用已获得成功4。2污染水体生物修复技术种类及研究现状生物修复技术方法主要包括土著微生物培养法、接种微生物法和高等生物修复法等，根据工程实施方法分为：原位修复技术、异位修复技术和原位异位联合修复技术。原位生物修复顾名思义是原地进行生物修复处理而对受污染的土壤或水体介质不做搬迁，修复过程主要依赖于土著微生物或外源微生物

5、的降解能力及合适的降解条件。异位生物修复是将被污染的介质搬动或输送到它处进行的生物修复处理，一般受污染土壤较浅，而且易于挖掘，或污染场地化学特性阻碍原位生物修复就采用异位生物修复。生物修复技术利用的生物包括微生物（细菌、真菌）、原生动物和高等动、植物等多种生物，其中微生物对水体中污染物的降解起主要作用，针对受污染河流、湖泊等大水体的特点和治理技术工程实施的可行性，采用原位修复技术则更具经济和技术合理性。2.1培养土著微生物技术这是一种污染水体的微生物强化修复技术，它通过向水体中投加营养物质、无毒表面活性剂、电子受体或共代谢基质来激活水环境中本身具有降解污染物能力的微生物（即土著微生物），充分发

6、挥土著微生物对污染物的降解能力，从而达到水体修复的目的5。据报道，当与荧蒽共存时，海水中菲的降解率达99.98%，但是当以菲单独作为碳源时，其降解率则明显低于与其他多环芳烃共存时的情况，这说明水体中多环芳烃的降解存在共代谢作用。除含PCP·TCE和PAHs外，含有氯苯、多氯联苯和甲硝基苯等难降解有机污染物的水体，在厌氧环境中均可通过共代谢手段加以修复。Aly等16在研究阴离子表面活性剂的生物降解时发现，在有机污染物如蔡、十六烷共存的情况下，表面活性剂的生物降解均得到强化。2.2接种微生物技术这种技术是从清除海洋石油污染开始的。是指通过向污染水环境中引入菌种来实现的11。适用于当水体中

7、污染物的降解菌没有或者很少，在现场富集培养降解菌存在一定难度时的情况。引入菌种主要来源：从污染水体中土著微生物中富集；从其他自然生态分离；使用基因工程菌。根据投加微生物的来源分为土著微生物、外来微生物和基因工程菌。例如，可以从受石油污染水体中分离出高效除油菌株，这些菌株经过驯化、富集、筛选和培养后可制成生物制剂用于海洋及淡水水域有机污染物的生物修复12。AprilTM等13从石油污染土壤中分离出4株能够降解石油的Pseud a lleschena boy d ii菌，其中3株菌能够降解线形脂肪族石油烃，另一株菌能降解挥发性的链烷烃，如乙烷、丙烷、丁烷等。陈亚丽等14从湖北沙市地区农药污染土样中

8、分离出1株有机磷农药降解细菌Pseud om onoas sp.WBC23，该菌在单纯无机盐培养基中能耐受800mg/L的甲基对硫磷，并能以甲基对硫磷作为唯一碳源、氮源，将其作为生长基质彻底降解。美国CBS（Central Biological System）公司的科学家针对城市内陆河的有机污染，开发研制了CBS水体生物修复技术，用喷洒微生物的方法把被污染河道水体中有机物转化为无机物，这种CBS微生物生态系统主要包括光合细菌、乳酸菌、放线菌和酵母菌等含有多个属、几十个具备各种功能的微生物，构成了降解功能强大的微生物菌群，它不仅可以去除水体中有机污染物、消除恶臭和解决水体富营养化问题，而且对底泥

9、有一定的消化作用，国内采用这种生物制剂修复重庆桃花溪水体。随着环境微生物技术的发展，基因工程菌在污染水体的修复方面愈来愈显示出其优势。基因工程菌是将不同细菌的降解基因进行重组，将分属于不同细菌个体中的污染物代谢途径组合起来以构建具有特殊降解功能的超级降解菌，可以有效地提高微生物的降解能力，从而提高生物修复效果。早在1970年，美国就有以铜绿假单胞菌（P.aeruginosa）作为宿主微生物，将恶臭假单胞菌（P.putida ）等微生物携带的降解质粒转入其中的基因表达，构建了同时带有多种降解性质粒的“超级微生物”，将其用于修复海上溢油污染，几个小时内便可去除浮油，而在自然条件下这些浮油需要1年时

10、间才能被降解15。此外，崔中利等16分离到1株假单胞菌P3（P seud om onas sp.），该菌能够以对硝基苯酚为唯一的碳源和氮源进行生长，通过接合转移的手段将甲基对硫磷水解酶基因mpd克隆至P3菌后，获得的基因工程菌PM能够以甲基对硫磷为唯一碳源进行生长。3其他生物修复技术在生物修复技术处理污染水体中，除了利用微生物的降解作用进行生物修复以外，也可以通过向污染水体添加原生动物、种植高等植物和利用藻类、驯养高等动物等手段来修复净化水体。3.1水生植物修复技术水生植物具有很强的纳污、治污生态功能。充分利用它们的这种能力，可以有效地对污染水体进行修复17。由文辉等18选择水雍菜和水芹菜作为

11、受试植物，通过静态试验与现场试验，对这2种水生经济植物净化受污染水体的效果进行了研究。静态试验结果显示，2种植物对河水都有较好的净化能力。对TN、TP、DP、NO3-的去除率都达到80%以上。现场试验显示：水生植物不仅可以去除污染物质、改善水体状况，还可以美化水体环境，提高生物多样性，而且其经济效益也相当可观。3.2原生动物修复技术原生动物的影响主要体现在微生物修复法中。细菌与原生动物之间存在着密切的关系，原生动物的存在可以促进污染水体的净化。在水质监测的过程中还可以利用原生动物与细菌的这种相关性，直接观察原生动物的种类组成和生长，以此反映细菌的生长状况，并做到间接的评价生物修复处理的结果。3

12、.3藻类修复技术罗加等19试验了利用藻类法治理河道污染，解决黑臭问题，结果发现可使河水中DO得到不同程度的增高，COD、BOD、氨氧也有一定的降解，但该法是否会造成水体在黑臭问题得到缓解后而引起富营养化问题，还需进一步的研究。4存在问题和发展前景污染水体的生物修复技术经过多年的发展，已经取得了巨大的进展，为水体的修复做出了巨大的贡献。但是生物修复技术还存在一定的局限性：由于污染物分布的不均异性使得生物修复对地点状况的前期考察及可行性分析往往费时费钱；生物难降解污染物（如重金属）的存在导致水体修复困难；由于微生物对污染物降解的专一性使得并非进入环境的所有污染物都能被生物去除；微生物的活性受温度、

13、酸碱性等环境因素的影响较大；微生物对污染物的降解存在极限浓度，超过这个浓度，微生物的降解能力就显得明显不足。总之，受污染地表水体的修复是一个极为复杂的系统工程，目前，我国水体的污染状况均较为严重，采用单一的生物修复技术很难达到理想的修复效果。因此，生物修复技术在研究微生物群体结构及其对环境变化的反应动力学；分析污染物的有氧和厌氧降解的生物机理；通过遗传学手段对菌种进行改造以提高其降解能力；对新的生物修复技术进行中试研究，以考察其实施费用及应用的可行性研究的基础上，今后努力的方向主要集中在：微生物修复与物理化学修复相结合的组合技术；原位和异位相结合的生物修复组合技术；采用现代分子生物学技术研究生

14、物修复的机理以及分离培养高效降解菌和构建基因工程菌以提高微生物降解污染物的效率等。5参考文献2 王家玲，李鹏顺，黄正. 环境微生物学（第二版）M.北京：高等教育出版社，2004.3 马文漪，杨柳燕.环境微生物工程M.南京：南京大学出版社，1998.4 王建龙，文湘华.现代环境生物技术M.北京：清华大学出版社，2001.5 王庆仁，刘秀梅，崔岩山，等.土壤与水体有机污染的生物修复及其应用研究进展J.生态学报，2001，21（1）:159-163.6 郭楚玲，郑天凌，洪华生.多环芳烃的微生物降解与生物修复J.海洋环境科学，2000，19（3）：24-29.7 徐亚同，史家裸，张明.污染控制微生物工

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