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土壤修復技術介紹——微生物修復技術
 
點擊:1034 次 發布時間:2016-7-18  

土壤微生物修復技術是一種利用土著微生物或人工馴化的具有特定功能的微生物,在適宜環境條件下,通過自身的代謝作用,降低土壤中有害污染物活性或降解成無害物質的修復技術。相較于化學修復技術和物理修復技術,微生物修復技術應用成本較低,對土壤肥力和代謝活性負面影響小,可以避免因污染物轉移而對人類健康和環境產生影響。
 
土壤微生物修復原理
 
        重金屬污染土壤的微生物修復原理主要包括生物富集和生物轉化等作用方式,生物富集主要表現在胞外絡合、沉淀以及胞內積累等三種形式,生物轉化的主要機理包括微生物對重金屬的生物氧化和還原、甲基化與去甲基化以及重金屬的溶解和有機絡合配位降解轉化重金屬,改變其毒性,從而形成某些微生物對重金屬的解毒機制。
 
        微生物降解有機污染物主要依靠兩種作用方式:其一,通過微生物分泌的胞外酶降解;其二,污染物被微生物吸收至其細胞內后,由胞內酶降解。微生物從胞外環境中吸收攝取物質的方式主要有主動運輸、被動擴散、促進擴散、基團轉位及胞飲作用等。微生物降解和轉化土壤中有機污染物,通常依靠氧化作用、還原作用、基團轉移作用、水解作用等基本反應模式來實現的。
 
土壤微生物修復技術方法

        從修復場地來分,土壤微生物修復技術主要分為兩類,即原位微生物修復和異位微生物修復。
 
        原位微生物修復不需將污染土壤搬離現場,直接向污染土壤投放氮、磷等營養物質和供氧,促進土壤中土著微生物或特異功能微生物的代謝活性,降解污染物。原位微生物修復技術主要有生物通風法(改變生物降解環境條件,將空氣強制注入土壤中,然后抽出土壤中的揮發性有機毒物)、生物強化法(改變生物降解中微生物的活性和強度)、土地耕作法(盡可能地為微生物降解提供一個良好的環境)和化學活性柵修復法(摻入污染土壤的化學修復劑與污染物發生氧化、還原、沉淀、聚合等化學反應,從而使污染物得以降解或轉化為低毒性或移動性較低的化學形態)等幾種。
 
        異位微生物修復是把污染土壤挖出,進行集中生物降解的方法。主要包括預制床法(農耕法的延續,使污染物的遷移量減至最低)、堆制法(利用傳統的堆肥方法,將污染土壤與有機廢棄物質等混合起來,使用機械或壓氣系統充氧,同時加入石灰以調節pH值,經過一段時間依靠堆肥過程中微生物作用來降解土壤中有機污染物)及泥漿生物反應器法(將污染土壤轉移至生物反應器,加水混合成泥漿,調節適宜的pH,同時加入一定量的營養物質和表面活性劑,底部鼓入空氣充氧,滿足微生物所需氧氣的同時,使微生物與污染物充分接觸,加速污染物的降解,降解完成后,過濾脫水)。
 
        總之,在選擇污染土壤微生物修復技術時,應充分考慮各種修復方法的優缺點,結合污染物的類型、污染場地、污染狀況等因素,充分發揮每種微生物修復方法的長處,加以靈活運用。
 
土壤微生物修復技術的問題與局限性
 
        首先,與其他方法相比,這一技術治理污染土壤的時間相對較長。由于微生物遺傳穩定性差、易發生變異,一般不能將污染物全部去除,很多情況下去除率也不如其他方法。
 
        其次,特定的微生物只能降解特定化學物質,一旦化合物狀態有所改變,就可能不會被同一微生物酶所降解,而在實際應用過程中土壤中的污染物形態種類各異且可能并不穩定。
 
        最后,微生物對重金屬的吸附和累積容量有限,而且須與土著菌株競爭,受環境影響顯著。而微生物體內吸收的污染物可能會因為其新陳代謝或死亡等原因又釋放到環境中。
 
土壤微生物修復技術在我國的發展現狀及其未來的發展方向
 
        目前,在中國已構建了農藥高效降解菌篩選技術、微生物修復劑制備技術和農藥殘留微生物降解田間應用技術;也篩選了大量的石油烴降解菌,復配了多種微生物修復菌劑,研制了生物修復預制床和生物泥漿反應器。近年來,我國也開展了很多有機砷和持久性有機污染物如多氯聯苯和多環芳烴污染土壤的微生物修復技術工作。目前已成功分離到能將PAHs 作為唯一碳源的微生物如假單胞菌屬、黃桿菌屬等,以及可以通過共代謝方式對4 環以上PAHs 加以降解的如白腐菌等。建立了菌根真菌強化紫花苜蓿根際修復多環芳烴的技術和污染農田土壤的固氮植物——根瘤菌——菌根真菌聯合生物修復技術。

        總體上,微生物修復研究工作主要體現在篩選和馴化特異性高效降解微生物菌株,提高功能微生物在土壤中的活性、壽命和安全性,修復過程參數的優化和養分、溫度、濕度等關鍵因子的調控等方面。微生物固定化技術因能保障功能微生物在農田土壤條件下種群與數量的穩定性和顯著提高修復效率而受到青睞。

        在未來,土壤微生物修復技術還需要加強以下幾個方面:

        (1)在挖掘現有高效微生物資源的基礎上,繼續篩選和馴化新的降解菌株,開展典型污染物微生物降解的基因組研究,以揭示其微生物遺傳多樣性與功能基因,在全面掌握污染物降解菌生理生化、遺傳學特性基礎上,重組構建污染物降解關鍵酶和功能優化的基因工程菌等。
 
        (2)由于土壤復合污染的普遍性、復雜性和特殊性,往往需要多途徑、多方式的修復手段,發展微生物修復與其他現場修復工程的嫁接和移植技術,以達徹底修復之目的,在重金屬和有機污染土壤的修復中顯示出很好的應用前景。
 
        (3)實驗室的微生物修復研究因修復條件較為理想化,被干擾因素極少,其修復可能很好,而放大到現場條件下,干擾因素復雜。因此,微生物修復技術的工程化應用必須融合環境工程、水利學、環境化學及土壤學等多學科知識,構建出一套因地因時的污染土壤田間修復工程技術,并設計出針對性強、高效快捷、成本低廉的微生物修復設備,以實現微生物修復技術的工程化應用。

 
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