土壤污染生物修复的影响因素

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1、ｓｕｎｓｈｉｎｅ土壤污染生物修复的影响因素安淼，周琪，李晖同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海200092摘要：从污染物特征、微生物的降解能力和环境因子三个方面对土壤污染生物修复技术中的主要影响因素进行了综合评述，重点分析了修复过程中涉及的物理、化学及生物作用机理，并介绍了消除影响的对策和目前的研究进展。关键词：影响因素；生物修复；土壤；污染中图分类号：X53文献标识码：A文章编号：1008-181X（2002）04-0397-04ｓｕｎｓｈｉｎｅｓｕｎｓｈｉｎｅ随着我国工农业的迅速发展，各种农药及化学品的数量、种类剧增，其不合

2、理的使用、处置或突发性泄漏，往往造成严重的土壤污染。被污染的土壤通过对地表水和地下水造成二次污染或经土壤-植物系统由食物链进入人体，危害人体健康。因此，土壤污染治理技术的研究和应用已经引起人们普遍的关注。近年来开发的污染土壤治理方法主要有物理法、化学法和生物修复技术（Bioremediation）。其中生物修复技术具有成本低、处理效果好、环境影响小、无二次污染等优点，被认为最有发展前景。但在另一方面，由于污染物质的种类繁多、土壤生态系统的复杂性以及环境条件的千变万化，使得生物修复技术的应用受到极大的限制。往往在一个地点有效的修复技术在另一个

3、地点不起作用。因此这些影响因素的确定和消除成为决定生物修复技术效果的关键。目前，国外在生物修复技术的应用及影响因素方面开展了广泛的研究并取得了一些进展。我国在这方面的研究尚处于起步阶段。因此本文从污染物的特征、微生物的降解能力和环境因子三个方面对影响生物修复的主要因素及其作用机理进行综合评述，以便推动该技术在我国土壤污染治理中的应用。1污染物特征1.1污染物的化学结构不同的污染物具有不同的化学结构。污染物的化学结构包括其分子排列、空间结构、功能团、分子间的吸引和排斥等特征，并由此决定其生物降解性。一般来讲，结构简单的污染物比结构复杂的容易降

4、解，分子量小的污染物比分子量大的容易降解。这是因为聚合物和高分子化合物难以通过微生物的细胞膜而进入细胞内，微生物的胞内酶不能对其发生作用，同时也因其分子较大，微生物的胞外酶也不能靠近并破坏化合物分子内部敏感的反应键。以石油烃为例，许多研究表明，微生物能够降解石油中的饱和烃和轻质芳香烃组分，而其中的高分子重质芳香烃、树脂等则难以降解[1]。通常情况下芳香族化合物的生物降解性较脂肪族差，而且化合物所含苯环数目越多，稳定性越强，可生物降解性越差。Zappi等学者[2]的研究表明：受污染土壤中的单环烷烃和和链烷烃能够被微生物氧化利用而被去除，但芳香

5、烃和环烷烃由于难以降解而常常滞留在土壤中。化学官能团的类型和取代位置对污染物的降解性能也有很大的影响。部分官能团如羟基、氨基等的取代作用能够提高芳香烃的可降解性，但氯取代基、硝基的取代作用却会产生相反的影响。在氯代芳香化合物生物降解方面的研究发现[3~5]：高电负性的氯原子强烈吸附苯环上的电子，使苯环成为一个疏电子环而难以被微生物氧化。氯取代基数量越多，氯代芳香化合物的生物降解性越差。取代基的相对位置也可造成生物降解性能的差异。在三种二氯苯中，存在邻位＞间位＞对位的关系。受污土壤中有机污染物大多数是人工合成的外源性物质(xenobiotic

6、s)，由于本身化学结构的复杂性和生物陌生性，通常不易被生物降解。迄今为止，众多学者对于外源性物质的降解性评价、降解机理、降解菌株分离等方面进行了大量研究，并取得了许多有益的成果[2,6]。1.2污染物的生物可利用性ｓｕｎｓｈｉｎｅｓｕｎｓｈｉｎｅ它指的是土壤环境中的污染物能够被微生物利用或降解部分的数量大小。生物可利用性大小的不同可以产生以下三种情况。（1）污染物的生物可利用性太小会导致微生物不能获得足够物质和能量供应而无法维持代谢的需求，这时生物降解就不会发生。（2）当存在一个较低的可利用的污染物浓度时，微生物能够维持自身的生存。这时会出

7、现污染物被降解的情况，但是由于没有新细胞的产生而使降解速率受到限制。（3）当有足够可利用的污染物时，微生物不断增殖，可以使降解速率达到最大。这是生物修复中所希望出现的最佳情况。由于污染物的生物可利用性决定了生物降解进行的速率，因此被认为是影响生物修复最重要的因素之一[7,8]。污染物的疏水性，土壤颗粒的吸附以及微孔排斥作用都会影响污染物的生物可利用性。低水溶性的物质形成独立的非水相，微生物不能直接利用，而且这种非水相容易产生生物毒害。疏水性的污染物还容易被土壤颗粒吸附。目前的研究表明：被吸附的污染物通常难以被微生物利用[9]。因此当解吸所需

8、的时间超过生物降解所需的时间时，解吸速率便成为整个反应的限速步骤。许多研究者发现土壤被污染的时间越长，越难以被修复[10,11]。这是因为随着污染时间的延长，污染物逐渐扩散到一些