地下水污染现状及微生物修复

我国地下水污染现状及微生物修复彭丽杰王继华*（哈尔滨师范大学生命科学与技术学院黑龙江哈尔滨150025）摘要：由于我国人口的增长、经济的发展，作为淡水资源组成之一的地下水资源遭到了严重的污染，地下水污染的治理迫在眉睫，因此，结合我国的实际情况探讨了微生物修复技术及其对地下水污染的修复。关键词：地下水；污染；微生物修复0引言地下水是相对于地表水而言的，是处于地表以下的水，它与地表水一起共同组成地球上的淡水资源，具有很高的生态价值和经济价值。作为一种可以用于蓄水的介质和一种改善水质的手段，地下水的生态价值主要体现在它具有良好的调蓄功能，可以平衡丰枯年水资源的利用。它跟地表水一样，也始终处于不停流动的状态。大约有10%到20%的雨水流入地下水系；反过来，从全球的角度来看，地下水为江河提供了总流量的大约30%，它对江河起着稳定作用，使雨季和旱季的落差减小到最小程度[1]。同时，它也是一种供水的水源地，因其具有水质优良和便于开采的特点，可以成为满足特定需求的独立水源，也可以作为一种正规的补充水源。在很多地区，它往往与地表水结合在一起，共同满足特定的水量和水质要求，从而成为一种可用于生活、农业和工业的稳定水源。自然界存在着丰富的微生物种群，这些微生物虽然个体微小，但在环境污染净化中却扮演着不容忽视的重要作用。微生物由于自身的生理特性，可以通过自发的或人为的遗传、变异等生物过程适应环境的变化，使之能以各种污染物尤其是有机污染物为营养源，通过吸收、代谢等一系列反应，将环境中的污染物转化为稳定无害的无机物。因而，在生物圈中微生物充当着分解者的角色。微生物不仅是地球生态系统中最重要的分解者，也是开发潜力最大的、人类最宝贵的资源库。在污染物的降解转化、资源的再生利用、无公害产品的生产开发、生态环境的建设保护等方面微生物都发挥重要作用。当今人类所面临的诸如环境污染、资源短缺、生态破坏、健康受害等许多重要问题，都有可能从微生物资源的开发研究中寻找到解决的办法，生物技术对人类社会的持续发展将产生重要影响。1我国地下水污染现状我国水资源总量为28124亿立方米，而多年平均地下水资源量为8186.43亿立方米，其中平原区地下水资源量为1934.15立方米，而且分布极不均匀，南方多，北方少，并且平原区地下水资源量主要分布在北方，山丘区地下水资源量主要分布在南方。随着国家经济建设发展和人口继续增加，城市开发利用地下水日益广泛，迄今地下水已经成为我国城市和工农业用水的主要水源，全国目前有三分之二的城市以地下水作为主要的供水水源，约有四分之一的农田灌溉靠地下水。地下水开采总量超过1000亿立方米，约占全国用水总量的15%--20%[2]。地下水污染程度分为污染严重、污染中等和污染较轻三级，反映的地下水污染组分包括硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮、铅、砷、汞、铬、氰化物、挥发性酚、石油类、高锰酸盐指数等指标。东北地区重工业和油田开发区地下水污染严重。松嫩平原的主要污染物为亚硝酸盐氮、氨氮、石油类等；辽河平原硝酸盐氮、氨氮、挥发性酚、石油类等污染普遍。华北地区地下水污染普遍呈加重趋势。华北地区人类经济活动强烈，从城市到乡村地下黑龙江省自然科学基金项目(C2007-24)；黑龙江省普通高等学校青年学术骨干支持计划项目*通讯作者：王继华（1972-），女，博士，副教授，主要研究方向：环境微生物学。TelE-mail：wanghua333@万水污染比较普光遍，主要污染山组分有硝酸盐躬氮、氰化物、关铁、锰、石油抗类等。此外，或该区地下水总凡硬度和矿化度择超标严重，大拢部分城市和地资区的总硬度超粱标。非西北地区芽地下水受人类叫活动影响相对艳较小污染较轻镰。内陆盆地地胆区的主要污染嘉组分为硝酸盐铁氮；黄河中游恳、黄土高原地辟区的主要污染蠢物有硝酸盐氮旗、亚硝酸盐氮民、铬、铅等，由以点状、线状眉分布于城市和迁工矿企业周边伸地区。启南方地区智地下水局部污俘染严重。西南旗地区的主要污捧染指标有亚硝课酸盐氮、氨氮种、铁、锰、挥果发性酚等，污仓染组分呈点状伙分布于城镇、互乡村居民点，禁污染程度较低轿，范围较小。割中南地区主要垦污染指标有亚乳硝酸盐氮、氨贞氮、汞、砷等狼，污染程度低抢。东南地区主金要污染指标有坦硝酸盐氮、氨刮氮、汞、铬、黎锰等，地下水造总体污染轻微雷，但城市及工蓝矿区局部地域州污染较重。析3稍地下水污染的猛途径和危害蹲3.1告地下水污染的按途径岁3.1.1型工业废水和污渡水凡西由于地表水和畜地下水有密切铜联系，很多地吸表水是地下水灿主要补给来源码，因此地表水颠体受到污染极愿易导致地下水磨的污染。特别老是河流由于流折动大，对于地凶下水的影响也依较大，因此在伪土层渗透条件怜较好的情况下送，往往较短时控间内可以使大雕面积的地下水业受到污染的[3]斯。我国地下水悲主要的污染源老就是工业废水你和生活污水的赖排放，其中工症业废水的污染校占首要地位，拾主要表现在氰卷、砷、汞、铬梨等有害物质的周污染。这些污像废水只在个别米地区有少量是锯经过处理后排捎放的，而绝大配部分是未经处灭理以各种方式则排放，直接或尼间接地污染着瘦城市及其下游刘地区的地下水疮。地下水中勤"睬三氮午"闹和硬度指标呈稿加重趋势，致益使综合超标状规况逐渐加重。博著名泉城济南托市，曾经就是闻因为严重污染鹊的护城河水通陆过干涸泉口进痰入含水层，使堂岩溶水质恶化村，导致细菌数厨超标和铬含量尿剧增夜[3]系。泡3.1.2百污水灌溉及长薯期使用农药和丝化肥帽混农田使用氮肥巧，会有相当于惧氮肥施用量的联12.5%-浓-45%抵的氮从土壤中予流失，下渗并愚污染地下水体垂。有3.1.3塘盐水入侵笛沿海地区肾的地下水与海时洋有水力的联眨系，过量开采咬这些地区的地章下水，往往会余造成海洋咸水恳向沿海淡水层成区域方向的移逃动，即油"争盐水入侵屋"牵。家3.2思地下水污染的陡危害澡据最精确沾的估计，全世龟界每年大约有把2.5番亿人新患上经薯水传染的疾病惩，其中大约闸1000签万人死于非命陷-碗每三年相当于尾一个加拿大澡[1]须。人们饮用被悉硝酸盐污染的点地下水后可以华导致癌症，还推可能引起高铁肉（变性）血红钢蛋白症，而导众致患者死亡争[4]境。甲荃汞（水版俣病）、镉、赵砷、氰化物、狮农药、多氯联方苯等，可引起兰人体中毒。铅宫、钡、氟也可伏对人体造成危况害。这些急性屡和慢性中毒，让是水污染对人估体健康危害的斑主要方面。亩人畜粪便何等生物性污染歉物污染水体，久可能引起细菌服性肠道传染病互，如伤寒、痢她疾、肠炎、霍谜乱等。肠道内陆常见病毒如脊驱髓灰质炎病毒鲁、传染性肝炎新病毒等，都可芳通过水污染引脆起相应的传染荡病。某些寄生附虫病如阿米巴桨痢疾、血吸虫忽病等，以及由忙钩端螺旋体引沉起的钩端螺旋悼体病等，也可语通过水传染。册由于地下恐水的平均循环骗时间很长，在蹄接近水位地方丙的往往是一年肾左右，而在深勾处蓄水层的循询环时间可以长渡达数千年，所煮以一旦被污染段，很难被清除楼，当然更无法着被有效利用。途但是水资源作迅为工业的血液剑和农业的命脉闪，支撑着人类折社会经济的发著展，如果可用由地下水资源受间到严重的污染此，会导致可供岛水源的缺乏，峰严重制约城市雕经济的发展和锋社会的进步。插4未微生物修复浮微生物修摘复技术是险20喊世纪忠80哄年代以来出现日和发展的治理裕环境污染的微舍生物工程技术滔。它以微生物奉的代谢活动为孝基础，通过对爪有毒有害物质票进行降解和转敢化，修复受破大坏的生态平衡盗以达到治理环稳境的目的。微寿生物修复的关哀键是能针对处色理体系中的污倾染物找到相应津的高效降解菌构株。在水污染已治理中，高效验菌株既可以从召长期污染的水担体或废水生物紫装置中筛选、及分离、富集培寨养得到，也可和以通过诱变、井原生质体融合香、基因工程等纠技术来构建。桐因其可以施行纸原位治理，并翠以其技术可行余和成本相对低衔廉而已被人们尝普遍接受伯[5]愤，具有广泛的裂发展前景。怕4.1堆微生物修复技盲术治理污染问卖题的特点渴科技的发德展也充分证明般微生物修复技惠术是环境保护投的理想武器，担这一技术在解凉决环境问题过判程中所显示的槽独特功能和显脑著优越性充分长体现在它是一认个纯生态过程赌。微生物修复某技术在处理环该境污染物方面童具有速度快、劲消耗低、效率弄高、成本低、枣反应条件温和将等显著优点。踢随着生物技术叼研究的进展和均人们对环境问别题认识的深入终，人们已越来月越意识到，现该代生物技术的砌发展，为从根洒本上解决环境闭问题提供了无允限的希望。设目前微生临物修复技术已狗是环境保护中色应用最广的、皱最为重要的单猾项技术，其在汗水污染控制、唤大气污染治理罚、有毒有害物洞质的降解、清道洁可再生能源覆的开发、废物愧资源化、环境别监测、污染环利境的修复和污爱染严重的工业烤企业的清洁生羡产等环境保护市的各个方面，腊发挥着极为重邮要的作用。应村用微生物技术线处理污染物时侧，最终产物大拿都是无毒无害致的、稳定的物韵质，如二氧化求碳、水和氮气兄。利用微生物围方法处理污染辱物避免了污染也物的多次转移蝴，因此它是一旦种消除污染安随全而彻底的方份法。特别是现烦代微生物技术锤的发展，使微伞生物处理具有舱更高的效率，杨更低的成本和把更好的专一性禽，为微生物修通复技术在环境狠保护中的应用美展示了更为广母阔的前景。局4.2授微生物修复技级术喝生物修复邪技术可分为原币位生物修复和升异位生物修复箱两种。原位生避物修复是指对草受污染的介质德（土壤、水体古）不作搬运或月输送，而在原响位污染地进行续的生物修复处尺理，修复过程汤主要依赖于被颜污染地自身微呈生物的自然降叙解能力和人为嫌创造的合适降王解条件；异位杨生物修复是指枣将被污染介质阁（土壤、水体泽）搬动和输送雕到它处进行生唇物修复处理。园但这里的搬动死和输送是低限漠度的，而且更闻强调人为调控赛和创造更加优猎化的降解环境觉。我们主要介觉绍原位生物修胶复技术。让4.2.1防原位生物修复驴4.2.1.迷1四生物通气法劣这是一种斜强迫氧化生物删降解法，用于歉修复地下水上陡部受挥发性有判机物污染的透迁气层土壤。它挥是在污染的土结壤上打至少两龄口井，安装鼓掩风机和抽真空丑机，将空气强辜排入土壤中，捐然后抽出，土皮壤中的挥发性悠有机物也随之僻去除基[6]耕。这种处理系佳统要求污染土翠壤具有多孔结宋构以利于微生局物的快速生长斯。另外，污染航物是挥发性的数，这才适于通沟过真空抽提加菠以去除乎[7]现。径4.2.1.端2芒生物注射法些将空气加净压后注射到污租染地下水的下勉部，气流加速陵地下水和土壤揭中有机物的挥迎发和降解，它勤和生物通气法碑都是在广泛应插用的土壤气提复法的基础上发愚展起来的僚[8]设。控4.2.1.肃3目生物培养法玻定期地向筝污染环境中投因加耽H2O2鬼和营养，以满萝足污染环境中奇已经存在的降下解菌的需要，恒使微生物把污益染环境中的污随染物彻底矿化挡成疏CO2尤和披H2O拿。水4.2.1.竿4并投菌法主直接向污河染的环境中接妈入外源的污染暮降解菌，同时赔提供这些细菌候生长所需的营疏养。冠4.2.1.演5催农耕法梢对污染土美壤进行耕耙处军理，在处理进握程中施入肥料舟，进行灌溉，音加入石灰，使塔其有充足的营蝴养、水分和适劫宜的众PH惨值，从而尽可派能地为微生物辟降解提供一个蜓良好的环境，亮保证污染物降见解在土壤的各摸个层次上都能搞发生奸[9]舅。仅5摊生物修复技术址在污染治理中争的应用薯近年来研冻究人员把煤的筑物理选煤技术码之一的浮选法弱和微生物处理刮相结合，即把呆煤粉碎成微粒罗与水混合，并嘉将微生物加入饿溶液中，让微日生物附着在黄变铁矿表面，使午其表面变成亲案水性，能溶于俯水。在浮选中碗其难以附着在渔气泡上，下沉递至底部，从而浇把煤和黄铁矿尸分开。由于它狸仅处理黄铁矿宫的表面，因此递脱硫时间只需渡数分钟即可，吓从而大幅度缩幼短了处理时间攀，可脱除无机蛇硫约龄70%刺。另外，该法垮在把煤中的黄阔铁矿脱硫时，性灰分也可同时脾沉底，所以也扑具有脱去灰分换的优点。脆漂捏我国造纸行业侄年排放废水量夫达帽40拼亿吨，占全国般工业废水排放面量的胜1/6细，其中有机污锈染物晴(叉以逼BOD炉计踏)冲达辽170珠万吨，约占全畜国工业废水中捧有机污染物总廉量的递1/4圾。在用植物材范料进行化学制货浆与化学漂白烦过程中，含有德大量木质素、庭半纤维素和有尿害物质的废液泻被倾倒入江河令湖泊中，造成旧严重的环境污朋染和生态破坏梦。赏造纸工业凝中的制浆和漂没白工序是污染灶物产生的主要牧工序。磨木浆静的能量消耗很蚕大，而且成品拍纸的强度等质准量性能不如硫杜酸盐浆，因而让限制了这项技彩术的发展。利珠用微生物与微览生物酶类进行伶微生物制浆与勉微生物漂白具常有很大的优势女和潜力，因为昏微生物极易生袭长繁殖，酶催闪化反应具有高匪度专一性，反柜应条件温和，架并且高效无污胡染。士把过氧化底氢作为氧源注野入到受污染地摆下水中，过氧特化氢分解以后葬产生氧以供给个微生物生长。字过氧化氢常常匀要与催化剂一踩起注入，催化帅剂用以控制过惨氧化氢的分解纵速度，使之与都微生物的耗氧戏速度相一致，枕从而缩短处理火时间。持最近，台舌湾学者祸C.M.Ka短o骤和访S.E.Le图i狠又提出了一种禁叫泥炭生物屏皆障的原位生物厅修复技术标[10]犯，该技术能有洋效地降解地下蚀水污染物中广饶泛存在的氯化问污染物如三氯婶乙烯饰(TCE)挑和四氯乙烯兴(PCE)咏等。其原理是仓利用微生物的欺共代谢作用。明因为坐TCE众和伶PCE尤均不能作为微与生物的生长基勾质，所以需要肿为微生物提供捎另外的碳源，丧微生物利用提溪供的碳源生长滔，然后去降解手TCE伞和词PCE仪等污染物。6展望亭地下水不容仅是一种宝贵农的自然资源，贝还是环境构成国的基本要素。将它是自然界水盒循环的重要组根成部分，是人记类赖以生存和以社会发展的重战要基础，与人赴类活动和生存拌息息相关。当蜡前人类开发利韵用地下水资源丰，一方面满足既了自身物质文状明的需要，另篮一方面又在改数变和破坏自然度环境的平衡。早随着生产的发校展，地下水污呼染问题将日益对严重。不仅严呈重影响国民经贩济的发展，而肢且危及人类自姜身的生存。与辫此同时，地下恼水与其周围介袭质的物理化学柔作用过程十分戒复杂，其进程奇往往十分隐蔽锁和缓慢，以上渡不良环境问题询，既不容易及添早发现，又难丰以在较短时间辈内治理奏效。魄为此，怎样合石理开发利用和爽保护地下水资锻源，是当前人土们所关注的社槐会问题。会我国的微叶生物修复技术舅处于刚刚起步缘阶段。在其大案规模应用之前漏，还有一系列置具体问题需要蚁解决。例如，杆在利用微生物台进行地下水环辞境净化过程中届，由于微生物境的生长、死亡答及代谢产物会鉴造成含水层渗牵透性降低甚至反堵塞。再如，数经过微生物脱泳氮作用，地下膀水中氮的含量召降低了，但水泰中细菌的含量傻能否满足用户倦用水要求呢？龙这些问题一旦博得到解决，微劳生物治理地下艇水污染技术就荒会被广泛应用复，从而产生客智观的社会效益陆和经济效益。参考文献征[1]似（加拿大）马腹克削.善德维利耶（冲devil产liers撤）著。严维明福译。水姻--野迫在眉睫的生登存危机扬[M]悲。上海：上海猪译文出版社，然2001哗，四17址，翁54-55赚。安[2]剂王娅。建设可锋持续发展的城鹿市把-"2002讨城市环境管理宏与可持续发展熊"[J]蹄。中国环境报皂，萍2002详，丛5-8惕。浇[3]招陈梦熊，马凤绝山著。中国地亦下水资源与环捡境厦[M]元。北京：地震师出版社，资2002耕，智337-33导8改。最[4]派王琪等编著。旨城市环境问题雄[M]蔑。贵阳：贵阳爆科技出版社，爬2001湾，绸102戚。卷[5]Moh超ammed卫Niaz铃，酱Allay粘laRI隔，狂Nakh炸laGF呆，挡etal漫。再State-吴of-疯artre德viewo味fbio专remedi吹ation缠studi乡es[J]澡。罩Enviro随nSciH胆ealth渗，薯1997徒，习A31(俘7)厦：摄1547-抓1574夜。摇[6]Fre杠dticks葛onJK渗，薄Bolton穿H泻，冷Brockm近onFJ除。弓in-sit扶uand经cn-sit腿ubior液emedia是tion.E筋nviron森mental奥Scien期ceTec御hnolog筋y[J]形。醉1993提，养27(9)味：裂1711-1欧716性。丰[7]Aut娃ryAR策,EILIs径GM.B巧ioreme吸diatio缘n:Ane宿ffecti锋rerem负edial亏altern攀atire凭forpe查troleu梁mhydr降ocarbo调n-cont幼aminat表edsoi冈I[J]盏。导Enriro焰nPrag谅，歪1992绝，钻11(4)莲：辽318-32粗3滥。猎[8]Ma呼odonal瘦dJA脚，摆BE辰。炒Perfor快mance块standa矛rdsfo兽rins份itubi蔬oremed亮iation某[J]之。唤Enriro壳nSci灶Techno撇l麦，欢1993啄，中26(9)裳：黎476-48邀1多。扁[9]您林力。生物整恋治技术进展阶[J]昌。环境科学，巴1997备，多18床（塘3叮）：便67-71柿。柳[10]Ka户oCM富，拉LeiS知E欢。怜Using惜aPeat哑Bioba轰rriert立oReme那diate讨PCE/TC粘ECont搂aminat馆edAqu取ifer[J桶]疼。福WatRe奸s茄，陈2000赏，盐34(3)葱：唯835-84耍5吹。灭Curre逆ntSit漫uation长ofGr捧oundwa废terPo必llutio膝ninC烈hina括套andR伸emedia底tionb计yMicr毕oorgan迁ism抽PengL候i-jie