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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。与物理化学修复相比,微生物修复具有高效率、低成本、非破坏、绿色化、适用广等特点,已成为污染土壤生物修复技术的重要组成部分和生力军。
重金属污染土壤的微生物修复
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)等作用方式。
微生物对重金属的生物积累和生物吸着主要表现在胞外络合、沉淀以及胞内积累等三种形式,其作用方式有以下几种:(1)金属磷酸盐、金属硫化物沉淀;(2)细菌胞外多聚体;(3)金属硫蛋白、植物螯合肽和其他金属结合蛋白;(4)铁载体;(5)真菌来源物质及其分泌物对重金属的去除。由于微生物对重金属具有很强的亲合吸附性能,有毒金属离子可以沉积在细胞的不同部位或结合到胞外基质上,或被轻度螯合在可溶性或不溶性生物多聚物上。
重金属进入细胞后,可通过“区域化作用”分配于细胞内的不同部位,体内可合成金属硫蛋白(MT),MT可通过Cys残基上的巯基与金属离子结合形成无毒或低毒络合物。研究表明,微生物的重金属抗性与MT积累成正相关,这使细菌质粒可能有抗重金属的基因。
重金属污染土壤中存在一些特殊微生物类群,它们对有毒重金属离子不仅具有抗性,同时也可以使重金属进行生物转化。其主要作用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。
微生物也可通过改变重金属的氧化还原状态,使重金属化合价发生变化,改变重金属的稳定性。在细菌作用下氧化还原是最有希望的有毒废物生物修复系统。
有机污染土壤的微生物修复
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,通常依靠以下基本反应模式来实现的:
(一)氧化作用
(二)还原作用
(三)基团转移作用
(四)水解作用
(五)其它反应类型
污染土壤的微生物修复技术与应用
土壤微生物修复技术是在适宜条件下利用土著微生物或外源微生物的代谢活动,对土壤中污染物进行转化、降解与去除的方法。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。
(1)污染土壤的原位微生物修复技术
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、生物强化法、土地耕作法和化学活性栅修复法等几种。
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