沉积物中持久性有机污染物生物修复的现状与展望

收 稿 日 期 ：２０１２－０２－２０ 基金项目：国家科 技 重 大 专 项 （２００９ＺＸ０７３１－００６，２００９ＺＸ０７３１－００９）； 上海市优秀学科带 头 人 计 划 （１１ＸＤ１４０２１００），国 家 自 然 青 年 科 学 基 金 （４４１０４５４０）；中 国 博 士 后 科 学 基 金 特 别 资 助 （２０１１０４２４５） 作 者 简 介 ：黄 勤 超（１９８７－），女 ，四 川 雅 安 人 ，硕 士 研 究 生 ，主 要 从 事 水 环境修复与水分析化学研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｈｕａｎｇｑｉｎｃｈａｏａｌｂｅｅ＠１６３．ｃｏｍ。
关 键 词 ：有 机 污 染 物 ；沉 积 物 ；生 物 修 复 ；现 状 与 展 望 中 图 分 类 号 ：Ｘ５２ 文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１６７４－２８４２（２０１２）０２－００３６－０５
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｎｄ Ｐｒｏｓｐｅｃｔ ｏｆ Ｂｉｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｉｎ Ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ
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三 峡 环 境 与 生 态 ３４ 卷
的研究大多集中于高效降解菌的筛选和降解机理等 方面。科研工作者通过富集培养等技术已发现了细 菌、白 腐 真 菌 等 多 种 能 够 降 解 ＰＯＰｓ 的 微 生 物。 Ｄｏｎｎｅｌｌｙ 等 的 ［９］ 研 究 中，一 些 外 生 菌 根 真 菌 降 解 ＰＯＰｓ的能力较白腐真 菌 强，具 有 更 好 的 降 解 ＰＣＢｓ 的能力（见表２），但其降解能力具有 一 定 的 局 限 性， 目前尚无研究表明外生菌根真 菌能降解 ＤＤＴ，值 得 注意的 是，ＤＤＴ 及 其 同 系 物 ＤＤＥ、ＤＤＤ 都 具 有 氯 代芳烃结构。
表 ２ 部 分 ＰＯＰｓ的 降 解 微 生 物［１０－１３］
长期 以 来，沉 积 物 中 ＰＯＰｓ的 污 染 治 理 都 是 一 个 广 为 研 究 的 问 题 ，更 是 一 个 值 得 日 益 深 思 的 问 题 。
２ 期 （总 第 １９７ 期 ）
黄 勤 超 ，等 ：沉 积 物 中 持 久 性 有 机 污 染 物 生 物 修 复 的 现 状 与 展 望
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ （ＰＯＰｓ）ａｒｅ ａ ｆａｍｉｌｙ ｏｆ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ ｔｈａｔ ａｒｅ ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ，ｓｅｍｉ－ ｖｏｌａｔｉｌｅ，ｂｉｏａｃｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｔｏｘｉｃ．Ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ ｓｔａｔｕｓ，ｔｙｐｅｓ ａｎｄ ｓｏｕｒｃｅｓ，ｈａｚ－ ａｒｄｓ，ｐｈｙｓｉｃｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｎｄ ｂｉｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ＰＯＰｓ ｉｎ ｓｅｄｉｍｅｎｔｓ．Ｉｔ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｂｉｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｉｔｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎ ｄｅｔａｉｌ．Ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｂｉｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ，ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ，ａｎｉ－ ｍａｌ ｒｅｐａｉｒ ａｎｄ ｍｏｄｅｒｎ ｂｉｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｉｔ ｐｒｏｖｉｄｅｓ ａ ｓｕｍｍａｒｙ ａｎｄ ｏｕｔｌｏｏｋ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｂｉｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＰＯＰ；ｓｅｄｉｍｅｎｔ；ｂｉｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ；ｓｕｍｍａｒｙ ａｎｄ ｏｕｔｌｏｏｋ
２０ 世 纪 ５０ 年 代 以 来，随 着 工 农 业 的 飞 速 发 展 使人工合成的有机 物 种 类 和 数 量 与 日 俱 增，其 中 持 久 性 有 机 污 染 物 （ｐｅｒｓｉｓｔｅｎｔ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｏｌｌｕｔａｎｔｓ， ＰＯＰｓ），是指具有 持 久 性、生 物 富 积 性、高 毒 性 和 半 挥发性的环境 有 机 污 染 物。 沉 积 物 是 ＰＯＰｓ的 “沉 积库”，是“汇”，也是水体和土壤污染 的内源。ＰＯＰｓ 污染是一个复杂的 化 学 过 程，它 能 够 通 过 生 物 富 集 作用在生物体内达 到 较 高 的 浓 度，从 而 对 生 物 体 产 生 较 强 的 毒 害 作 用 ，这 些 污 染 物 还 能 够 通 过 水／沉 积 物界面的迁移转化作 用 重 新 进 入 水 体，即 在 气 － 水 －生物－沉积物等 多 介 质 环 境 生 物 体 系 中 迁 移、转 化 和 暴 露 ，最 终 在 人 和 动 植 物 体 内 大 量 积 累 ，从 而 对
ＨＵＡＮＧ Ｑｉｎ－ｃｈａｏ１，ＨＵＡＮＧ Ｍｉｎ－ｓｈｅｎｇ１，ＣＨＩ Ｊｉｎ－ｐｉｎｇ２，ＳＯＮＧ Ｌｉ １，ＣＨＥＮ Ｌｉ １
（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｅａｓｔ Ｃｈｉｎａ Ｎｏｒｍａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００６２，Ｃｈｉｎａ； ２．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｚｈｅｊｉａｎｇ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ ３１０００７，Ｃｈｉｎａ）
技术原理
表 １ 主 要 ＰＯＰｓ物 化 处 理 技 术［４］
技术名称
成熟度
投资费用
物理隔离
安全填埋 深井灌注
国内已有 国外较成熟
预处 理 费 用 较 高 场的 选 择 和 评 价 费用较高
物理固化
原位玻璃化 国外较成熟 运行费用高
高温热解
高温焚烧 水泥窑技术
国内较成熟 国内较成熟
投资较高 投资较低
了 ＰＯＰｓ在 沉 积 物 中 的 污 染 状 况、种 类 来 源、危 害、物 化了 生 物 修 复 法 的 应 用 与
发 展 ，其 中 包 括 微 生 物 修 复 、植 物 修 复 、动 物 修 复 和 现 代 生 物 修 复 ，并 对 各 种 生 物 修 复 法 进 行 了 总 结 和 展 望 。
１ 沉积物中 ＰＯＰｓ物化修复技术
实 践 表 明 ，常 规 的 物 理 修 复 技 术 如 土 地 填 埋 ，通 风去污和去表层土等并不能从根 本 上解决 ＰＯＰｓ的 污染问题，只能把 污 染 物 暂 时 转 移，且 成 本 昂 贵，去 除不彻底，一 般 只 能 用 于 土 壤 中 点 污 染 源 的 治 理。 化学方法对底 泥 中 ＰＯＰｓ的 处 置 还 在 不 断 完 善 中， 化学制剂与底泥中 ＰＯＰｓ由于接触不 完全而导致 反 应 不 彻 底 ，产 生 新 的 污 染 性 或 毒 性 更 强 的 物 质 ，造 成 二次污染，且费用 较 高。 表 １ 列 举 了 目 前 国 际 上 已 应用或研究的 ＰＯＰｓ废 物 处 置 技 术 的 适 用 对 象、成 熟程度和处置费用等。
解为二氧化碳、水 或 转 化 为 无 害 物 质。 较 物 化 修 复 方法和生物修复 方 法 成 本 低，能 彻 底 清 除 ＰＯＰｓ，不 会造成二次污染。现将对 ＰＯＰｓ的生 物 修 复 方法 进 行简 要 综 述，为 推 进 ＰＯＰｓ 的 修 复 治 理 提 供 理 论 基础。
图 １ ＰＯＰｓ在 气 － 水 － 生 物 － 底 泥 的 迁 移 转 化
黄 勤 超１，黄 民 生１，池 金 萍２，宋 力１，陈 丽１
（１．华东师范大学环境科学系，上海 ２０００６２；２．浙江省环境保护科学设计院，杭州 ３１０００７）
摘 要：持久性有机污染物（ＰＯＰｓ）是 一 种 具 有 持 久 性、半 挥 发 性、生 物 蓄 积 性 和 高 毒 性 的 环 境 污 染 物。 综 述
第 ３４ 卷 第 ２ 期 （总 第 １９７ 期 ） ２０１２ 年 ３ 月
三 峡 环 境 与 生 态
Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ ａｎｄ Ｅｃｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｈｅ Ｔｈｒｅｅ Ｇｏｒｇｅｓ
Ｖｏｌ．３４ Ｎｏ．２（Ｓｕｍ．Ｎｏ．１９７） Ｍａｒｃｈ．２０１２
沉积物中持久性有机污染物生物修复的现状与展望
２．１ 微 生 物 修 复
微生物修复是指利用微生物机体的代谢活动将 ＰＯＰｓ转化为易降解 的 物 质 甚 至 矿 化。 即 利 用 微 生 物将污染物大分子 转 化 为 小 分 子，实 现 污 染 物 的 分 解和降解［５］。２０世纪８０年代，从 黄 杆 菌（Ｆｌａｖｏｂａｃ－ ｔｅｒｉｕｍｓｐ）和 假 单 胞 菌 （Ｐｓｅｕｄｏｍｏｎａｓ ｄｉｍｉｎｕｔａ）将 有机磷水解酶提纯 出 来 以 来，人 们 就 观 察 到 微 生 物 对有机磷的降解作 用，开 始 尝 试 将 有 机 磷 水 解 酶 用 于有机磷农药的降解 。 ［６］ 李国学等 利 ［７］ 用高 温 堆 肥 降解六六六和 ＤＤＴ，他们发现当对 反 应条 件进行 一 定 的 控 制 时，对 ＤＤＴ 的 降 解 率 甚 至 可 以 达 到 １００％，可见微生物在适宜的条件 下 对 ＰＯＰｓ具有 较 好的降解效果。据报道，２００４年 通 过 中 国 科 学 院 微 生物的研究，获得可 用 于 构 建 高 效 降 解 工 业 废 水 中 氯代芳烃类化合物 的 微 生 物 菌 株 基 因 资 源，并 有 望 进一步推 出 ＰＯＰｓ微 生 物 修 复 技 术 。 ［８］ 目 前，我 国
加热分离
热解析
国外较成熟
作为前处理步骤， 费用较低
化学还原
碱催化脱氮 碱金属还原
国外较成熟 国外较成熟
较高 较低
物理－化学氧化 超临界水氧化 国外较成熟 高
２ 生 物 修 复
生物修复是指 利 用 生 物 （包 括 微 生 物、植 物、动 物）将存在于土壤、地 下 水 和 海 洋 等 环 境 中 有 毒、有 害、难降解的 污 染 物 降 解 为 ＣＯ２ 和 Ｈ２Ｏ 或 其 他 无 毒无害的物质，从而 将 污 染 环 境 修 复 成 正 常 环 境 的 工 程 体 系 。 生 物 修 复 可 分 为 微 生 物 修 复 、植 物 修 复 、 动物修复和现代生物修复。