1、污染環境的生物修復環境污染的生物修復途徑包括兩個方面: 一是應用生物處理或生物循環過程,通過精心設計與合理應用阻斷或減少污染源向環境的直接排放;二是利用具有特殊生理生化功能的植物或特異微生物來修復污染場所(土壤或水體,降解效率可以通過改變土壤理化條件(包括溫度、濕度、pH、供氧量及營養添加等來完成,也可接種特殊馴化與構件的工程微生物提高降解速率。1 生物修復生物修復是指人為控制條件下利用生物的生命代謝活動,使污染環境中有毒有害物減量化或使其完全無害化, 實現環境凈化、生態效應恢復的新興生物技術。包括微生物修復和植物修復。對無機(主要是重金屬污染的生物修復主要是通過植物修復,而對有機污染的生物修

2、復則主要靠微生物的降解、吸收與轉化等途徑。生物修復的主要優點有:(1 處理費用低,如污染土壤生化治理費用約為焚燒處理的1/21/3;(2 處理效率高,經過生化處理,污染物殘留量可達到很低水平;(3 對環境影響小, 無二次污染, 生化治理最終產物為CO2、水和脂肪酸,對人類無害;(4可以就地處理,避免了技術過程的二次污染,節約了處理費用;(5不破壞生物生長所需要的土壤環境;(6便于應用。生物修復技術雖然已經取得了長足的發展,但受生物特性的限制, 生物修復技術還存在著許多的局限性:(1微生物不能降解污染環境中的所有污染物。污染物的難生物降解性、不溶性以及污染物土壤腐殖質或泥土結合在一起,常使生物修

3、復難以進行。營養物的添加配比菌對碳、氫及各種微量元素的需求。氮、磷元素的缺乏是影響細菌生長繁殖的主要原因。(2生物修復要求對地點狀況的工程前考察往往費時、費錢。(3一些低滲透性土壤往往不宜采用生物修復技術。(4特定的微生物只降解特定的化合物類型,化合物形態一旦變化就難以被原有的微生物酶系降解。(5微生物活性受溫度和其他環境條件的影響。(6有些情況下,生物修復不能將污染物全部去除,因為當污染物濃度太低不足以維持一定數量的降解菌時,殘余的污染物就會留在土壤中。2 生物修復技術主要有原位修復技術和異位修復技術, 還有原位-異位聯合修復技術等。原位修復技術是指在受污染的地區直接采用生物修復技術,不需將

4、污染物挖掘和運輸,一般采用土著微生物, 有時也加入經過馴化和培養的微生物以加速處理,常常需要用各種工程化措施進行強化。關鍵是激活土著微生物群落的降解活性、接種外源微生物種、添加營養成分如N、P 等、在厭氧條件下提供外源電子受體、篩選出高效吸收或降解污染物的生物突變體,能在污染土壤、沉積物、地表水或地下水中表現出對有機污染物較高的吸收能力或降解效率。異位修復技術是指將被污染的土壤或地下水從被污染地挖掘或抽取出來,經運輸后,再將污染物移入具有一定生物反應條件的容器、池塘中或進行生物堆積進行治理的技術。異位修復技術也是一個好氧過程,通常采用固相或流體系統進行。土壤或沉積物若采用生物堆積時,需添加一定

5、的堆積輔料,如秸稈、碎木片等,以增加堆積物對水分、空氣的保持力,同時也可改善其物理性能而便于操作。對規模較大的工程性堆積,往往需要設置專用管道通入堆積物中以定時注入空氣。必要時還需補充養分并接種高效微生物菌種。3 微生物條件生物修復主要是利用土著微生物代謝能力、活化土著微生物降解能力或者添加具有高速分解難降解化合物能力的特定微生物, 針對不同的污染環境, 可利用不同的修復微生物及改善其生長條件14。3.1 土著微生物對于污染環境的修復, 低處理成本是技術開發的首要條件, 因此利用土著微生物的污染物代謝能力是設計生物修復的關鍵環節, 如地下水的原位生物修復多依靠天然生物修復作用。對具有高效降解能

6、力的土著微生物特性研究始終是環境生物技術領域的研究重點。目前對通過添加外源性物質促進土著微生物生長的強化生物修復技術研究較多。如生物激活劑法是指通過向受污染水體中投加無毒且不含菌種的可促進土著微生物生長的水體凈化促進液的方法, 是目前地表水體修復常用的一種生物強化法, 一般這種制劑含有降解污染物的多種酶和促進微生物生長的有機酸、微量元素、維生素等成分, 可加速水體凈化過程中微生物生長的演替。用于地下水有機污染修復的生物通氣法則是將加壓后的空氣注射到污染地下水的下部, 氣流加速地下水中有機物的揮發和降解, 通過增加或延長停留時間促進生物降解, 提高修復效率。最為有效的用于石油污染土壤異位生物修復

7、的預制床堆腐工藝原理是在被污染土壤中加入膨松劑后于預制床上堆成條狀或圓柱狀, 通過人工補充營養、空氣, 并加以適度攪拌, 保證好氧條件而實現土著微生物對有機污染物的降解16。使用電動力學技術強化生物修復也是一種有效的手段。它是利用電滲析、電遷移和電泳等電動力學效應加速污染環境中有機污染物和微生物運動,利用電極反應和電流熱效應為地下生物降解創造有利條件。研究表明, 電動力學技術能有效地強化原位生物修復, 而且該技術不破環生態環境, 安裝和操作簡單, 具有廣闊的應用前景。3.2 微生物的適應性機制研究證明, 當微生物暴露于一種有機物時,它不僅可以獲得對該種有機物的適應性, 同時對其它具有相似結構的

8、有機物也具有適應性。在預先暴露于某一污染環境后, 降解該環境中特有污染物的微生物數量及其占總異養微生物群體的比例將大大增加, Bauer 等將這種現象稱為“交叉馴化”。目前對微生物的適應性機理還不十分清楚, 其可能的機制有3 種: 特定酶的誘導和抑制; 基因突變產生新的代謝群體; 有機體的選擇性富集9。對生物修復而言, 微生物的適應性對環境中的污染物降解十分重要, 微生物的適應性機制研究對污染物的無害化生物降解具有重要指導作用。3.3 微生物的表面展示技術微生物表面展示技術作為一種新的技術平臺在重金屬污染環境生物修復中的應用日趨成熟。表面展示技術是利用基因工程手段將外源基因或一組一定長度的隨機

9、寡核苷酸片段克隆到特定的表達載體中, 使其表達產物與外膜蛋白或噬菌體外殼蛋白以融合蛋白的形式呈現在細胞表面或噬菌體表面。革蘭氏陰性菌、革蘭氏陽性菌和酵母中已建立多個表面展示短肽和蛋白質的系統。在微生物細胞表面展示外源蛋白對污染環境的生物修復有著重要的意義, 展示金屬結合蛋白( 肽 的微生物可用于污染土壤和工業廢水的凈化, 展示有機磷水解酶的微生物將用于有機磷污染物的脫毒。微生物表面展示技術將成為污染環境生物修復的有效策略, 但這一技術的研究還是一個新領域, 要使其得到應用還有許多問題需要解決。4 結論與展望生物修復作為環境生物技術的核心部分, 因其本身具有快速、高效及費用低廉的優點, 被稱為是

10、一種環境友好替代技術, 近年來在基礎和應用研究上取得了重大進展, 顯現出良好的開發前景, 在國內受到日益廣泛的重視。然而, 在實驗室條件下成功的生物修復技術, 并不表明在污染處理現場能得到成功應用, 其中存在技術放大的問題, 如微生物的降解效率問題, 干擾因素的影響評估問題等。一般說來, 實驗室進行的微生物降解研究, 大多是在很好的人為調控的理想狀態下以單組分純種微生物進行, 被干擾因素極少, 因此很容易對結果做出解釋; 而現場的污染物與其他的物質混雜在一起, 污染物的降解是包括土著微生物在內的多種微生物聯合作用的結果, 而且干擾生物降解的因素很多, 實驗室得出的所謂最佳條件在現場條件下可能根本無法實施 , 或即使實施 也得不到同樣的結果27。此外, 對生物修復技術的現場放大除了微 生物技術外, 還涉及如環境地學、水利學、環境化學及土壤學等多學 科知識, 因此生物修復技術的應用是一項復雜的系統工程