微生物修复技术

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。




1 陈红艳,王继华 .受污染土壤的微生物修复技术. 环境 科学与管理，2008,33（8）：114-116 2 薛高尚,胡丽娟,田云等.微生物修复技术在重金属污染 治理中的研究进展.中国农学通报，2012,28(11):266-271 3 李晓楼.影响污染土壤微生物修复技术的因素分析.吉林 农业,2012,264:79-80 4 黄春晓.重金属污染土壤原位微生物修复技术及其研究 进展.中原工学院学报,2011,22(3):41-44
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。

Reddy K R,Cutright T J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。

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。

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
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
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。

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。

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。
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。
“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。
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》 (2012-08-14 B1 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。

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
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。


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。
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。

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。