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@水污染比较普遍，主要污染组分有硝酸盐氮、氰化物、铁、锰、石油类等。此外，该区地下水总硬度和矿化度超标严重，大部分城市和地区的总硬度超标。姑西北地区漂地下水受人类赔活动影响相对逼较小污染较轻百。内陆盆地地骂区的主要污染战组分为硝酸盐税氮；黄河中游鹊、黄土高原地伸区的主要污染多物有硝酸盐氮季、亚硝酸盐氮摸、铬、铅等，时以点状、线状尘分布于城市和蛾工矿企业周边课地区。献南方地区户地下水局部污菠染严重。西南员地区的主要污备染指标有亚硝问酸盐氮、氨氮虫、铁、锰、挥延发性酚等，污鬼染组分呈点状洞分布于城镇、掏乡村居民点，以污染程度较低做，范围较小。捐中南地区主要柄污染指标有亚卵硝酸盐氮、氨暴氮、汞、砷等请，污染程度低逃。东南地区主锋要污染指标有串硝酸盐氮、氨餐氮、汞、铬、歪锰等，地下水恭总体污染轻微椅，但城市及工狡矿区局部地域禾污染较重。疯3胖地下水污染的挣途径和危害本3.1瓣地下水污染的没途径绑3.1.1系工业废水和污物水达由于地表水和仙地下水有密切赏联系，很多地喝表水是地下水非主要补给来源弦，因此地表水垮体受到污染极季易导致地下水叨的污染。特别良是河流由于流械动大，对于地日下水的影响也古较大，因此在失土层渗透条件梢较好的情况下射，往往较短时润间内可以使大距面积的地下水区受到污染掠[3]慌。我国地下水崖主要的污染源返就是工业废水虑和生活污水的招排放，其中工甚业废水的污染半占首要地位，优主要表现在氰诊、砷、汞、铬禾等有害物质的买污染。这些污稻废水只在个别侨地区有少量是繁经过处理后排灵放的，而绝大黑部分是未经处奶理以各种方式法排放，直接或鼠间接地污染着活城市及其下游式地区的地下水嫌。地下水中弃"董三氮改"钉和硬度指标呈革加重趋势，致详使综合超标状寇况逐渐加重。还著名泉城济南券市，曾经就是瞧因为严重污染抗的护城河水通距过干涸泉口进垄入含水层，使春岩溶水质恶化新，导致细菌数殿超标和铬含量驰剧增豆[3]嘱。椒3.1.2低污水灌溉及长范期使用农药和忠化肥埋农田使用氮肥狠，会有相当于悬氮肥施用量的魄12.5%-于-45%拔的氮从土壤中逐流失，下渗并翠污染地下水体奉。绍3.1.3世盐水入侵理沿海地区您的地下水与海鼻洋有水力的联工系，过量开采嘉这些地区的地役下水，往往会事造成海洋咸水酷向沿海淡水层坛区域方向的移记动，即怎"惨盐水入侵次"剑。链3.2前地下水污染的冬危害析据最精确溪的估计，全世郑界每年大约有粱2.5效亿人新患上经暖水传染的疾病尸，其中大约纸1000愚万人死于非命壤-覆每三年相当于赴一个加拿大管[1]澡。人们饮用被张硝酸盐污染的欠地下水后可以伞导致癌症，还磁可能引起高铁上（变性）血红迟蛋白症，而导弯致患者死亡森[4]糠。甲荃汞（水让俣病）、镉、世砷、氰化物、揪农药、多氯联立苯等，可引起域人体中毒。铅枣、钡、氟也可舞对人体造成危趁害。这些急性贤和慢性中毒，虾是水污染对人损体健康危害的壮主要方面。烘人畜粪便尽等生物性污染俊物污染水体，贵可能引起细菌膀性肠道传染病续，如伤寒、痢犁疾、肠炎、霍拿乱等。肠道内钢常见病毒如脊朴髓灰质炎病毒状、传染性肝炎杨病毒等，都可缓通过水污染引挠起相应的传染千病。某些寄生程虫病如阿米巴注痢疾、血吸虫乱病等，以及由盖钩端螺旋体引甲起的钩端螺旋原体病等，也可魔通过水传染。鲁由于地下渐水的平均循环偷时间很长，在隆接近水位地方殊的往往是一年贱左右，而在深餐处蓄水层的循适环时间可以长凉达数千年，所模以一旦被污染次，很难被清除箩，当然更无法唱被有效利用。亮但是水资源作挤为工业的血液丘和农业的命脉晚，支撑着人类会社会经济的发西展，如果可用严地下水资源受袖到严重的污染巨，会导致可供凤水源的缺乏，搜严重制约城市岩经济的发展和水社会的进步。伐4胁微生物修复铜微生物修坏复技术是弄20先世纪行80妖年代以来出现萄和发展的治理椅环境污染的微尽生物工程技术财。它以微生物世的代谢活动为冻基础，通过对弄有毒有害物质驱进行降解和转凤化，修复受破峰坏的生态平衡拴以达到治理环华境的目的。微护生物修复的关及键是能针对处愤理体系中的污门染物找到相应晋的高效降解菌殖株。在水污染遭治理中，高效薪菌株既可以从堆长期污染的水宇体或废水生物总装置中筛选、掩分离、富集培纳养得到，也可落以通过诱变、吐原生质体融合往、基因工程等红技术来构建。懂因其可以施行偶原位治理，并架以其技术可行肯和成本相对低至廉而已被人们郊普遍接受锻[5]餐，具有广泛的置发展前景。冲4.1寻微生物修复技轰术治理污染问你题的特点哲科技的发忌展也充分证明秆微生物修复技真术是环境保护斑的理想武器，链这一技术在解迫决环境问题过顺程中所显示的液独特功能和显骨著优越性充分户体现在它是一崖个纯生态过程零。微生物修复杂技术在处理环煎境污染物方面榨具有速度快、边消耗低、效率辽高、成本低、宇反应条件温和酸等显著优点。肿随着生物技术失研究的进展和靠人们对环境问译题认识的深入侍，人们已越来是越意识到，现鼓代生物技术的劝发展，为从根洪本上解决环境劳问题提供了无摘限的希望。乌目前微生吹物修复技术已市是环境保护中丸应用最广的、幻最为重要的单奥项技术，其在烟水污染控制、夜大气污染治理粘、有毒有害物恶质的降解、清欢洁可再生能源腰的开发、废物衔资源化、环境蚀监测、污染环涌境的修复和污膀染严重的工业暂企业的清洁生蛇产等环境保护氏的各个方面，掏发挥着极为重止要的作用。应炭用微生物技术限处理污染物时扛，最终产物大哪都是无毒无害蚂的、稳定的物仙质，如二氧化牌碳、水和氮气初。利用微生物他方法处理污染化物避免了污染雕物的多次转移股，因此它是一妖种消除污染安梢全而彻底的方两法。特别是现踢代微生物技术爽的发展，使微销生物处理具有旺更高的效率，足更低的成本和帝更好的专一性侨，为微生物修洒复技术在环境蹈保护中的应用历展示了更为广读阔的前景。痛4.2臂微生物修复技论术护生物修复检技术可分为原裤位生物修复和驻异位生物修复冲两种。原位生刃物修复是指对盼受污染的介质宜（土壤、水体犹）不作搬运或全输送，而在原溪位污染地进行尚的生物修复处威理，修复过程欺主要依赖于被促污染地自身微株生物的自然降决解能力和人为莲创造的合适降支解条件；异位碧生物修复是指匆将被污染介质附（土壤、水体绝）搬动和输送钥到它处进行生腾物修复处理。汉但这里的搬动碰和输送是低限祖度的，而且更州强调人为调控炭和创造更加优钞化的降解环境布。我们主要介缸绍原位生物修衔复技术。迟4.2.1螺原位生物修复匹4.2.1.创1摇生物通气法尼这是一种田强迫氧化生物碌降解法，用于料修复地下水上柏部受挥发性有膊机物污染的透登气层土壤。它石是在污染的土揭壤上打至少两扰口井，安装鼓押风机和抽真空负机，将空气强夺排入土壤中，伶然后抽出，土凤壤中的挥发性适有机物也随之缺去除睛[6]剧。这种处理系轧统要求污染土汁壤具有多孔结颜构以利于微生蚀物的快速生长四。另外，污染缝物是挥发性的编，这才适于通胃过真空抽提加板以去除奇[7]浓。泡4.2.1.肌2铃生物注射法绞将空气加剑压后注射到污缩染地下水的下刮部，气流加速带地下水和土壤婚中有机物的挥叶发和降解，它鹰和生物通气法很都是在广泛应藏用的土壤气提项法的基础上发丢展起来的凶[8]岂。创4.2.1.红3李生物培养法福定期地向便污染环境中投搞加组H2O2投和营养，以满低足污染环境中忽已经存在的降垦解菌的需要，缸使微生物把污免染环境中的污堤染物彻底矿化傍成摄CO2捷和向H2O领。绝4.2.1.售4住投菌法故直接向污来染的环境中接决入外源的污染逢降解菌，同时冻提供这些细菌秩生长所需的营构养。群4.2.1.悬5坦农耕法暖对污染土毙壤进行耕耙处披理，在处理进献程中施入肥料凑，进行灌溉，召加入石灰，使玻其有充足的营槽养、水分和适矮宜的库PH茎值，从而尽可柔能地为微生物矩降解提供一个括良好的环境，肤保证污染物降摘解在土壤的各诸个层次上都能治发生煎[9]刷。屑5谢生物修复技术助在污染治理中升的应用果近年来研跑究人员把煤的剪物理选煤技术文之一的浮选法衣和微生物处理碍相结合，即把湖煤粉碎成微粒鸽与水混合，并共将微生物加入往溶液中，让微巷生物附着在黄庭铁矿表面，使窝其表面变成亲请水性，能溶于药水。在浮选中闷其难以附着在肿气泡上，下沉野至底部，从而怪把煤和黄铁矿六分开。由于它省仅处理黄铁矿疯的表面，因此贺脱硫时间只需骗数分钟即可，便从而大幅度缩扬短了处理时间格，可脱除无机顽硫约荐70%凯。另外，该法积在把煤中的黄信铁矿脱硫时，活灰分也可同时革沉底，所以也柔具有脱去灰分碎的优点。自我国造纸行业隐年排放废水量议达拴40趟亿吨，占全国您工业废水排放鹿量的脚1/6励，其中有机污李染物丹(弓以氧BOD粮计波)肥达栋170恢万吨，约占全航国工业废水中循有机污染物总地量的毯1/4附。在用植物材键料进行化学制倾浆与化学漂白纸过程中，含有图大量木质素、规半纤维素和有普害物质的废液劈被倾倒入江河趣湖泊中，造成臂严重的环境污墙染和生态破坏熔。铜造纸工业慢中的制浆和漂意白工序是污染披物产生的主要树工序。磨木浆股的能量消耗很贤大，而且成品柴纸的强度等质部量性能不如硫连酸盐浆，因而丸限制了这项技眠术的发展。利拔用微生物与微龙生物酶类进行栽微生物制浆与滚微生物漂白具炮有很大的优势词和潜力，因为轨微生物极易生南长繁殖，酶催诚化反应具有高绪度专一性，反孟应条件温和，光并且高效无污洽染。紧把过氧化犹氢作为氧源注辣入到受污染地长下水中，过氧葡化氢分解以后她产生氧以供给桑微生物生长。夏过氧化氢常常羞要与催化剂一诱起注入，催化握剂用以控制过名氧化氢的分解钓速度，使之与益微生物的耗氧真速度相一致，汁从而缩短处理毫时间。衡最近，台等湾学者险C.M.Ka栋o葵和困S.E.Le槐i孕又提出了一种询叫泥炭生物屏勇障的原位生物酬修复技术升[10]柜，该技术能有川效地降解地下陪水污染物中广逆泛存在的氯化量污染物如三氯脸乙烯伙(TCE)酒和四氯乙烯柔(PCE)齿等。其原理是培利用微生物的月共代谢作用。贴因为员TCE麦和眼PCE委均不能作为微敢生物的生长基嫂质，所以需要陆为微生物提供虽另外的碳源，斜微生物利用提芒供的碳源生长弊，然后去降解伐TCE哈和边PCE目等污染物。6展望惰地下水不观仅是一种宝贵匠的自然资源，垃还是环境构成缠的基本要素。航它是自然界水廊循环的重要组齿成部分，是人葬类赖以生存和刻社会发展的重饥要基础，与人罚类活动和生存袭息息相关。当凭前人类开发利歇用地下水资源贷，一方面满足友了自身物质文临明的需要，另黎一方面又在改裙变和破坏自然乱环境的平衡。析随着生产的发完展，地下水污持染问题将日益挠严重。不仅严肥重影响国民经幼济的发展，而足且危及人类自留身的生存。与基此同时，地下肥水与其周围介榨质的物理化学播作用过程十分笨复杂，其进程桂往往十分隐蔽具和缓慢，以上猎不良环境问题笼，既不容易及姐早发现，又难乳以在较短时间赛内治理奏效。冲为此，怎样合飞理开发利用和披保护地下水资幻源，是当前人舟们所关注的社墓会问题。陈我国的微对生物修复技术品处于刚刚起步香阶段。在其大饶规模应用之前辛，还有一系列誓具体问题需要糟解决。例如，牌在利用微生物研进行地下水环己境净化过程中进，由于微生物骂的生长、死亡杏及代谢产物会接造成含水层渗镇透性降低甚至弦堵塞。再如，犯经过微生物脱嗽氮作用，地下掉水中氮的含量午降低了，但水舰中细菌的含量脖能否满足用户削用水要求呢？幕这些问题一旦班得到解决，微弊生物治理地下博水污染技术就饰会被广泛应用苗，从而产生客榜观的社会效益郑和经济效益。参考文献慎[1]疲（加拿大）马横克戏.准德维利耶（线devil用liers帖）著。严维明贵译。水婶--严迫在眉睫的生奖存危机纯[M]恐。上海：上海伶译文出版社，占2001脆，僚17搬，侮54-55失。蔬[2]拖王娅。建设可造持续发展的城骤市钓-"2002勾城市环境管理效与可持续发展鹊"[J]炎。中国环境报奖，南2002肺，胳5-8衔。爹[3]或陈梦熊，马凤晨山著。中国地硬下水资源与环萍境旬[M]烫。北京：地震孟出版社，键2002喇，朵337-33正8羊。览[4]督王琪等编著。制城市环境问题券[M]界。贵阳：贵阳洪科技出版社，宏2001蛾，肆102堡。虑[5]Moh环ammed桐Niaz愿，有Allay树laRI灭，多Nakh雁laGF片，葛etal壮。惯State-晒of-漂artre既viewo呀fbio址remedi功ation河studi耐es[J]凯。誓Enviro性nSciH伟ealth吗，否1997岁，秃A31(滴7)炎：陷1547-奴1574眨。己[6]Fre敬dticks灭onJK叮，岁Bolton罗H塑，漆Brockm假onFJ睡。瘦in-sit焦uand乔cn-sit伴ubior砌emedia简tion.E性nviron钢mental殿Scien扯ceTec羊hnolog娇y[J]既。穿1993歌，偶27(9)井：戒1711-1推716袭。滋[7]Aut振ryAR害,EILIs驴GM.B深ioreme凝diatio脚n:Ane金ffecti越rerem斑edial督altern躁atire安forpe绵troleu迟mhydr灰ocarbo耗n-cont鹰aminat阵edsoi勿I[J]享。留Enriro首nPrag讽，蓬1992盒，搭11(4)趋：紧318-32尊3医。仆[8]Ma赤odonal示dJA哑，团BE植。简Perfor押mance骗standa芽rdsfo直rins慧itubi美oremed禽iation恰[J]灯。脂Enriro术nSci罢Techno份l烘，偏1993劲，贪26(9)播：恼476-48煮1背。获[9]普林力。生物整衣治技术进展凶[J]悔。环境科学，库1997鼻，喊18墨（活3诱）：雕67-71硬。客[10]Ka租oCM胁，恳LeiS津E尺。关Using献aPeat捧Bioba们rriert抽oReme显diate饱PCE/TC燥ECont档aminat哀edAqu您ifer[J终]糕。帽WatRe胡s谨，谢2000恶，匠34(3)蛙：饱835-84历5边。顷Curre周ntSit蒜uation纪ofGr岔oundwa废terPo网llutio满ninC碰hina盏争andR茄emedia死tionb侧yMicr咳oorgan述ism忧PengL奔i-jie这W