微生物修复技术

微生物修复技术主要内容1研究背景2土壤重金属污染的微生物修复技术3研究热点4现存问题及研究趋势微生物生态修复技术难挑大梁《中国科学报》(2012-08-14B1生物周刊)8月13日，第30届夏季奥运会顺利闭幕。有谁曾想到，6年前位于东伦敦的奥林匹克主体育场“伦敦碗”竟然曾是当地污染最为严重的垃圾填埋场。为了净化这片“毒地”，伦敦奥组委搬来五台装满各种微生物的土壤清洗机，有毒土壤被放置在这些大家伙“肚子”里，经过微生物的降解排毒，一段时间后又可以被重新利用。“这种利用微生物技术修复土壤的方法，最大的优势就是环境友好、安全生态，不会造成二次污染。”中国科学院生态环境研究中心研究员陈保冬说。而国内还没有大规模使用微生物技术进行土壤修复，那些被欧美国家抛弃的异地填埋或焚烧手段，在中国仍是主流。“看不见的污染”2004年，北京市宋家庄地铁工程建筑工地，由于地处农药厂污染地段，未经处理的土壤中含有大量废气，导致三名工人探井时集体中毒。2006年，武汉一个地产项目开工，工人在桩基作业时接触到深土层之后就出现呕吐、头晕等中毒现象，调查结果是：土地已被农药化学物质严重污染。2008年，原广州氮肥厂部分地块，未经修复就被规划为经济适用房用地。媒体曝光后，广州市政府只好花费600万元进行土壤修复，这也被称为广州土壤修复第一案。国内“我国土壤修复技术没有国外那么发达，基本上仍然采用传统的异地填埋和焚烧手段，微生物修复技术还仅仅处于实验室阶段。”污染场地修复属生态学、土壤学、微生物学、生态毒理学、环境化学、工程学等十几个学科交叉融合的领域，是当前整个环境科学与技术研究的前沿。微生物对污染物的降解需要有一个适应的过程，对比物理、化学方法，微生物修复效率还很低。微生物修复不需要多高的运输成本，费用相对低廉，但是它对环境要求却相当苛刻。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,还具有巨大的潜在环境修复功能,且快速、安全、费用低。重金属污染土壤微生物修复原理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。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)。研究表明,许多微生物,包括细菌、真菌和藻类可以生物积累和生物吸着环境中的多种重金属。一些微生物,如动胶菌、蓝细菌、硫酸盐还原菌以及某些藻类,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。微生物修复的实质是生物降解,即微生物对物质(特别是环境污染物)的分解作用。它与传统的分解在本质上是一样的,但又有分解作用所没有的新特征(如共代谢作用、降解质粒等),因此可视为是分解作用的扩展和延伸。由于微生物个体小、繁殖快、适应性强、易变异,所以可随环境变化产生新的自发突变株,也可能通过形成诱导酶产生新的酶系,具备新的代谢功能以适应新的环境,从而降解和转化那些“陌生”的化合物。微生物对土壤中的有毒污染物的降解主要包括氧化反应、还原反应、水解反应和聚合反应等从修复场地来分,土壤微生物修复技术主要分为两类：原位修复和异位修复原位修复不需要将土壤挖走,直接向污染土壤中投加N、P等营养物质和供氧。这种方法不仅操作简单、成本低、而且不破坏植物生长所需要的土壤环境,污染物氧化安全、无二次污染、处理效果好,是一种高效、经济和生态可承受的清洁技术。异位修复是把污染土壤挖出进行集中生物降解。它的方法主要有预制床法、堆制法及生物反应器法等。该方法在PCP、杂酚油、石油、农药等污染土壤的修复中已获得了一些成功的案例。影响因素1微生物的种类和性质2微生物营养盐3溶解氧4共代谢基质5污染土壤的性质6污染物的物理、化学性质7微生物的环境因子1种类和性质污染土壤微生物修复技术中，对修复起核心作用的是微生物。选择优良的微生物菌种，是污染土壤微生物修复取得良好效果的前提。用作污染土壤微生物修复的微生物有土著微生物,外来微生物，基因工程菌（GEM）三大类。2营养盐及共代谢基质保证污染土壤微生物修复过程中微生物的生长和对污染物的充分降解及有效转化，一定要保证氧的供给。微生物对环境中污染物质之所以有强大的降解与转化能力，除了因为它本身个体小，比表面积大，种类多，分布广，适应力强，代谢类型多样，代谢速率快外，还有一个重要的特点，就是微生物具有共代谢作用。在污染土壤中添加化学结构与污染物类似的共代谢基质，一方面，可以富集共代谢微生物；另一方面共代谢基质能促使微生物对难降解污染物的分解。因此共代谢基质的种类和数量是影响污染土壤微生物修复技术效果的一个很重要因素。土壤性质土壤可分为气体、水分、无机固体和有机固体四个组分，有机固体能吸附阻留有机污染物，降低其在土壤中的运动性，同时这种固定化分延长微生物对有机污染物的降解与转化。污染土壤中污染物的物理化学性质也是影响污染土壤微生物修复技术的一个重要因素。主要包括淋失与吸附、挥发、生物降解和化学反应四个方面的性质。了解污染土壤污染物的性质是判断能否采用微生物修复以及采取相应的对策，强化微生物修复过程。应用前景污染土壤微生物修复技术具有耗资少，处理效果好等优点，引起许多国家的重视，我国也成立了专门的机构，旨在研究和推动污染土壤的修复工作。通过研究人员的努力，污染土壤微生物修复技术已走出实验室，并在许多受有毒有害有机污染物污染的土壤修复计划中得到应用。一些工程技术如原位处理、生物通风、挖掘堆置处理、反应器处理等已经比较成熟，随着土壤污染问题的日益严峻，随着国家对环保的日趋重视，随着国民环保意识的增强，污染土壤微生物修复技术必将展现更广的应用前景研究热点1根际微生物影响植物吸收重金属的研究进展科技创新导报2010年根际土壤中微生物的数量和活性远大于非根际土壤。这些微生物的活动对根际土壤重金属污染物影响较大,其主要是通过细胞外沉淀和络合、细胞内束缚及转化等起作用,将重金属转化为无毒或低毒的形态。研究背景：根土界面不足1mm到几mm范围的微区土壤称为根际,是植物根系与土壤接触的微域环境。根际微生物与植物根系组成一个特殊的生态系统,可引起重金属在根际中的分布、迁移机制和生物有效性的改变,进而影响植物对重金属的吸收和积累。因此,根际微生物对重金属活性的影响,对植物吸收重金属及利用植物-微生物修复污染的土壤有重要的意义。2生物刺激技术生物刺激即向污染的土壤中添加微生物生长所需的氮、磷等营养元素以及电子受体，刺激土著微生物的生长来增加土壤中微生物的数量和活性。ReddyKR,CutrightTJ对铬污染土壤的微生物修复进行的研究表明，限制铬污染场地修复进程的一个共同因素是污染场地通常缺乏足够的营养以供引进的外来微生物或土著微生物生长，以至这些微生物自身具备的还原Cr6+的潜力得不到充分发挥;为使其潜力得到充分发挥,需向其生活的环境中投加营养物质来刺激铬还原菌的新陈代谢和繁殖,促进铬污染土壤的修复。3生物强化技术生物强化技术即向重金属污染土壤中加入一种高效修复菌株或由几种菌株组成的高效微生物组群来增强土壤修复能力的技术.所加入的高效菌株可通过筛选培育或通过基因工程构建,也可以通过微生物表面展示技术表达重金属高效结合肽,从而得到高效菌株。现存的问题(1)修复效率低，不能修复重污染土壤。(2)加入到修复现场中的微生物会与土著菌株竞争，可能因其竞争不过土著微生物，而导致目标微生物数量减少或其代谢活性丧失。(3)重金属污染土壤原位微生物修复技术大多还处于研究阶段和田间试验与示范阶段，还存在大规模实际应用的问题。(4)微生物个体微小，难以从土壤中分离；重金属回收困难。研究趋势1、加强具有高效修复能力的微生物的研究；2、加强微生物修复技术与其他环境修复技术有效的集成；3、做大量的野外试验以获得准确的试验参数与室内试验结果相比较，以期微生物修复技术的推广；4、研究固定化微生物用于重金属污染土壤修复,以克服微生物颗粒小、机械强度低、难以分离微生物和回收重金属的缺点。虽然金属重污染土壤的原位微生物修复技术还存在一定的问题，目前的应用和市场还很有限,但是这种方法具有物理和化学方法所不及的经济上和生态上的双重优势，潜力巨大.微生物修复将成为一种广泛应用、环境良好和经济有效的重金属污染土壤修复方法，为重金属污染土壤的治理开辟了一条新途径。主要参考文献1陈红艳,王继华.受污染土壤的微生物修复技术.环