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土壤修复技术-微生物修复技术

2020-06-10 20:10来源:未知浏览:
   土壤微生物修复技术是一种利用土著微生物或人工驯化的具有特定功能的微生物,在适宜环境条件下,通过自身的代谢作用,降低土壤中有害污染物活性或降解成无害物质的修复技术。相较于化学修复技术和物理修复技术,微生物修复技术应用成本较低,对土壤肥力和代谢活性负面影响小,可以避免因污染物转移而对人类健康和环境产生影响。
土壤修复
 
土壤微生物修复原理
 
重金属污染土壤的微生物修复原理主要包括生物富集和生物转化等作用方式,生物富集主要表现在胞外络合、沉淀以及胞内积累等三种形式,生物转化的主要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。
 
微生物降解有机污染物主要依靠两种作用方式:其一,通过微生物分泌的胞外酶降解;其二,污染物被微生物吸收至其细胞内后,由胞内酶降解。微生物从胞外环境中吸收摄取物质的方式主要有主动运输、被动扩散、促进扩散、基团转位及胞饮作用等。微生物降解和转化土壤中有机污染物,通常依靠氧化作用、还原作用、基团转移作用、水解作用等基本反应模式来实现的。
 
土壤微生物修复技术方法
 
从修复场地来分,土壤微生物修复技术主要分为两类,即原位微生物修复和异位微生物修复。
 
 原位微生物修复不需将污染土壤搬离现场,直接向污染土壤投放氮、磷等营养物质和供氧,促进土壤中土著微生物或特异功能微生物的代谢活性,降解污染物。原位微生物修复技术主要有生物通风法(改变生物降解环境条件,将空气强制注入土壤中,然后抽出土壤中的挥发性有机毒物)、生物强化法(改变生物降解中微生物的活性和强度)、土地耕作法(尽可能地为微生物降解提供一个良好的环境)和化学活性栅修复法(掺入污染土壤的化学修复剂与污染物发生氧化、还原、沉淀、聚合等化学反应,从而使污染物得以降解或转化为低毒性或移动性较低的化学形态)等几种。
 
异位微生物修复是把污染土壤挖出,进行集中生物降解的方法。主要包括预制床法(农耕法的延续,使污染物的迁移量减至最低)、堆制法(利用传统的堆肥方法,将污染土壤与有机废弃物质等混合起来,使用机械或压气系统充氧,同时加入石灰以调节pH值,经过一段时间依靠堆肥过程中微生物作用来降解土壤中有机污染物)及泥浆生物反应器法(将污染土壤转移至生物反应器,加水混合成泥浆,调节适宜的pH,同时加入一定量的营养物质和表面活性剂,底部鼓入空气充氧,满足微生物所需氧气的同时,使微生物与污染物充分接触,加速污染物的降解,降解完成后,过滤脱水)。
 
 
总之,在选择污染土壤微生物修复技术时,应充分考虑各种修复方法的优缺点,结合污染物的类型、污染场地、污染状况等因素,充分发挥每种微生物修复方法的长处,加以灵活运用。
 
土壤微生物修复技术的问题与局限性
首先,与其他方法相比,这一技术治理污染土壤的时间相对较长。由于微生物遗传稳定性差、易发生变异,一般不能将污染物全部去除,很多情况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学物质,一旦化合物状态有所改变,就可能不会被同一微生物酶所降解,而在实际应用过程中土壤中的污染物形态种类各异且可能并不稳定。
 
最后,微生物对重金属的吸附和累积容量有限,而且须与土著菌株竞争,受环境影响显著。而微生物体内吸收的污染物可能会因为其新陈代谢或死亡等原因又释放到环境中。
 
土壤微生物修复技术在我国的发展现状及其未来的发展方向
 
目前,在中国已构建了农药高效降解菌筛选技术、微生物修复剂制备技术和农药残留微生物降解田间应用技术;也筛选了大量的石油烃降解菌,复配了多种微生物修复菌剂,研制了生物修复预制床和生物泥浆反应器。近年来,我国也开展了很多有机砷和持久性有机污染物如多氯联苯和多环芳烃污染土壤的微生物修复技术工作。目前已成功分离到能将PAHs 作为唯一碳源的微生物如假单胞菌属、黄杆菌属等,以及可以通过共代谢方式对4 环以上PAHs 加以降解的如白腐菌等。建立了菌根真菌强化紫花苜蓿根际修复多环芳烃的技术和污染农田土壤的固氮植物——根瘤菌——菌根真菌联合生物修复技术。
 总体上,微生物修复研究工作主要体现在筛选和驯化特异性高效降解微生物菌株,提高功能微生物在土壤中的活性、寿命和安全性,修复过程参数的优化和养分、温度、湿度等关键因子的调控等方面。微生物固定化技术因能保障功能微生物在农田土壤条件下种群与数量的稳定性和显著提高修复效率而受到青睐。
 
 
  在未来,土壤微生物修复技术还需要加强以下几个方面:
 
(1)在挖掘现有高效微生物资源的基础上,继续筛选和驯化新的降解菌株,开展典型污染物微生物降解的基因组研究,以揭示其微生物遗传多样性与功能基因,在全面掌握污染物降解菌生理生化、遗传学特性基础上,重组构建污染物降解关键酶和功能优化的基因工程菌等。
 
(2)由于土壤复合污染的普遍性、复杂性和特殊性,往往需要多途径、多方式的修复手段,发展微生物修复与其他现场修复工程的嫁接和移植技术,以达彻底修复之目的,在重金属和有机污染土壤的修复中显示出很好的应用前景。

(3)实验室的微生物修复研究因修复条件较为理想化,被干扰因素极少,其修复可能很好,而放大到现场条件下,干扰因素复杂。因此,微生物修复技术的工程化应用必须融合环境工程、水利学、环境化学及土壤学等多学科知识,构建出一套因地因时的污染土壤田间修复工程技术,并设计出针对性强、高效快捷、成本低廉的微生物修复设备,以实现微生物修复技术的工程化应用。

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