污染土壤的微生物修复原理与技术进展

《污染土壤的微生物修复原理与技术进展》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、污染土壤的微生物修复原理与技术进展    土壤污染已经成为全球性的重要环境问题之一。近20年来，随着社会经济的高速发展和高强度的人类活动，我国土壤的污染面积在不断扩大，土壤质量持续恶化加剧，危害更加严重，已经影响到全面建设小康社会和实现可持续发展的战略目标，未来15年将面临着更为严峻的挑战。在这一形势下，发展污染土壤的治理与修复技术在我国显得尤为必要而紧迫，尤其是生物修复技术。   土壤微生物是土壤生态系统的重要生命体，它不仅可以指示污染土壤的生态系统稳定性，而且还具有巨大的潜在环境修复功能。由此，污

2、染土壤的微生物修复理论及修复技术便应运而生。微生物修复是指利用天然存在的或所培养的功能微生物群，在适宜环境条件下，促进或强化微生物代谢功能，从而达到降低有毒污染物活性或降解成无毒物质的生物修复技术，它已成为污染土壤生物修复技术的重要组成部分和生力军。至此，本文以土壤中污染物(重金属及典型有机污染物1为对象，从土壤微生物与污染物质的相互作用入手，较为系统地综合评述污染土壤的微生物修复原理与技术。1 重金属污染土壤的微生物修复原理   土壤微生物种类繁多、数量庞大，是土壤的活性有机胶体，比表面大、带电荷和

3、代谢活动旺盛，在重金属污染物的土壤生物地球化学循环过程中起到了积极作用。微生物可以对土壤中重金属进行固定、移动或转化，改变它们在土壤中的环境化学行为，可促进有毒、有害物质解毒或降低毒性，从而达到生物修复的目的。因此，重金属污染土壤的微生物修复原理主要包括生物富集(如生物积累、生物吸着)和生物转化(如生物氧化还原、甲基化与去甲基化以及重金属的溶解和有机络合配位降解)等作用方式。1.1 微生物对重金属的生物积累和生物吸着   微生物对重金属的生物积累和生物吸着主要表现在胞外络合、沉淀以及胞内积累等3种形式

4、，其作用方式有以下几种：①金属磷酸盐、金属硫化物沉淀；②细菌胞外多聚体；③金属硫蛋白、植物螯合肽和其他金属结合蛋白；④铁载体；⑤真菌来源物质及其分泌物对重金属的去除。由于微生物对重金属具有很强的亲合吸附性能，有毒金属离子可以沉积在细胞的不同部位或结合到胞外基质上，或被轻度螯合在可溶性或不溶性生物多聚物上。研究表明，许多微生物，包括细菌、真菌和藻类可以生物积累(bioaccumulation)和生物吸着(biosorption)环境中多种重金属和核烈引。一些微生物如动胶菌、蓝细菌、硫酸盐还原菌以及某些藻

5、类，能够产生胞外聚合物如多糖、糖蛋白等具有大量的阴离子基团，与重金属离子形成络合物。Macaskie等分离的柠檬酸细菌属(Citrobacer)，具有一种抗Cd的酸性磷酸酯酶，分解有机的2-磷酸甘油，产生HP042-与Cd2+形成CdHP04沉淀。Bargagli在Hg矿附近土壤中分离得到许多高级真菌，一些菌根种和所有腐殖质分解菌都能积累Hg达到100mg/㎏埏干重。重金属进入细胞后，可通过“区域化作用”分配于细胞内的不同部位，体内可合成金属硫蛋白(MT)，MT可通过Cys残基上的巯基与金属离子结合形

6、成无毒或低毒络合物。研究表明，微生物的重金属抗性与MT积累呈正相关，这使细菌质粒可能有抗重金属的基因，如丁香假单胞菌和大肠杆菌均含抗Cu基因，芽孢杆菌和葡萄球菌含有抗Cd和抗Zn基因，产碱菌含抗Cd、抗Ni及抗Co基因，革兰氏阳性和革兰氏阴性菌中含抗As和抗Sb基因。Hirokit61发现在重金属污染土壤中加入抗重金属产碱菌可使得土壤水悬浮液得以净化。可见，微生物生物技术在净化污染土壤环境方面具有广泛的应用前景。1.2微生物对重金属的生物转化作用   重金属污染土壤中存在一些特殊微生物类群，它们对有毒

7、重金属离子不仅具有抗性，同时也可以使重金属进行生物转化。其主要作用机理包括微生物对重金属的生物氧化和还原、甲基化与去甲基化以及重金属的溶解和有机络合配位降解转化重金属，改变其毒性，从而形成某些微生物对重金属的解毒机制。在细菌对重金属抗性和生物修复的可行性研究中，人们多关注Hg的脱甲基化和还原挥发、亚砷酸盐氧化和铬酸盐还原以及Se的甲基化挥发等。细菌对Hg的抗性归结于它所含的两种诱导酶：一种Hg还原酶和一种有机Hg裂解酶，其机制是通过Hg-还原酶将有机的Hg2+化合物转化成低毒性挥发态Hg。也有研究表明

8、，土壤中分布着多种可以使铬酸盐和重铬酸盐还原的微生物，如产碱菌属(Alcaligenes)、芽孢杆菌属、棒杆菌属(Corynebacterium)、肠杆菌属、假单胞菌属和微球菌属(Micrococus)等，这些菌能将高毒性的Cr6+，还原为低毒性的Cr3+。可见，利用无机和有机Hg化合物还原及挥发，铬酸盐还原和亚砷酸盐氧化特性，可应用于重金属污染土壤的微生物修复。   微生物也可通过改变重金属的氧化还原状态，使重金属化合价发生变化，改变重金属的稳定性。S