時(shí)文靚，于水利，邱曉霞，趙麗曄
（哈爾濱工業(yè)大學(xué)市政環(huán)境工程學(xué)院，哈爾濱。15000）

　　摘　要：生物修復(fù)技術(shù)是地下水污染治理的有效措施，本文介紹了當(dāng)今生物修復(fù)技術(shù)的研究現(xiàn)狀，闡述了工程菌培養(yǎng)和馴化的方法和生物修復(fù)工程實(shí)現(xiàn)的技術(shù)手段，并對(duì)該技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。
　　關(guān)鍵詞：受污染地下水，生物修復(fù)，工程菌

Bioremediation of Contaminated Groundwater
Shi Wen-xin　　Yu Shui-li　　Qiu Xiao-xia　　Zhao Li-ye
(Sch.of Municipal & Environ. Engin, Harbin Insistute of Technology,Harbin,150090,China)

　　Abstract: Bioremediation is an effective means to treat contaminated groundwater.This paper introduces the researching status quo of the bioremediation and expatiates the ways to incubate and domesticate the engineering bacteria.At last, the applied measures of the bioremediation is expounded.
　　Key words:contaminated groundwater; bioremediation;engineering bacteria

0 前言

　　水是人類(lèi)科全不可或缺的寶貴資源。地下水源是其中重要的組成部分。近年來(lái)，隨著工農(nóng)業(yè)的迅猛發(fā)展，同地表水一樣，地下水源也遭遇到嚴(yán)重的污染。在我國(guó)，多數(shù)城市地下水受到一定程度的點(diǎn)狀或面狀污染，局部地區(qū)地下水部分水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)^[1]。在一些地區(qū)由于使用被污染的地下水作為飲用水，居民的身體健康受到了嚴(yán)重的威脅。比如說(shuō)，淄博地區(qū)的淺層地下水目受石油化工廢水的污染，地下水最高含油量達(dá)到了100mg/L，超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（＜0.1mg/L）1000倍以上，致使污染區(qū)人群的肝腫大和消化系統(tǒng)惡性癌發(fā)病率和死亡率均高于對(duì)照區(qū)，且有逐年升高趨勢(shì)。在日本，環(huán)境廳對(duì)全國(guó)地下水進(jìn)行了調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)很多地方的地下水中三氯乙烯和四氯乙烯的含量己嚴(yán)重超過(guò)世界工生組織(WHO)所規(guī)定的飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。鑒于地下水污染對(duì)人類(lèi)健康造成的嚴(yán)重危害，人們開(kāi)展了隔離法、吸附法、電化學(xué)法等多種技術(shù)研究，并借助這些技術(shù)手段來(lái)治理地下水污染。近年來(lái)，隨著生物技術(shù)研究的深入，人們開(kāi)始將生物工程運(yùn)用到地下水污染治理方面，這就是受污染地下水的生物修復(fù)技術(shù)。

1 生物修復(fù)技術(shù)概述

1.1生物修復(fù)技術(shù)的概念及其特點(diǎn)
　　生物修復(fù)(Bioremedation)技術(shù)是利用特定的生物（植物、微生物或原生動(dòng)物）吸收、轉(zhuǎn)化、清除或降解污染物，使其完全無(wú)害化，從而使污染了的土壤或地下水能夠部分或完全恢復(fù)到初始狀態(tài)的生物措施。它是傳統(tǒng)的生物處理方法的延伸，其創(chuàng)新之處在于它治理的對(duì)象是較大面積的污染。生物修復(fù)包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是利用具有特殊生理生化功能的植物或特異微生物在原位修復(fù)污染了的土壤或水體；二是應(yīng)用生物處理或生物循環(huán)過(guò)程，通過(guò)精心設(shè)計(jì)與合理應(yīng)用來(lái)阻斷或減少污染源向環(huán)境的直接排放^[2]。與生物凈化（biopurification）相比，生物修復(fù)更強(qiáng)調(diào)人為控制條件下生物技術(shù)的應(yīng)用，而生物凈化則強(qiáng)調(diào)自然生態(tài)系統(tǒng)中的生物對(duì)外源污染物進(jìn)行的自發(fā)清除過(guò)程。
　　生物修復(fù)技術(shù)的主要特點(diǎn)(1)處理效果好。微生物的吸附和降解作用能有效地去除污染物，可以使其殘留量達(dá)到很低水平：（2）對(duì)環(huán)境的影響小，無(wú)二次污染。生物修復(fù)可以礦化地下水中的有機(jī)物，使之轉(zhuǎn)化為對(duì)環(huán)境無(wú)害的水和CO2；(3)可以就地處理。避免了集輸過(guò)程的二次污染，節(jié)約了處理費(fèi)用。(4)反應(yīng)條件簡(jiǎn)單，投資省，運(yùn)行費(fèi)用低。生物過(guò)程是以酶促反應(yīng)為基礎(chǔ)的，通常是在常溫、常壓下進(jìn)行；另外，酶對(duì)底物有高度的特異性，而使得該過(guò)程效率高，副產(chǎn)物少；與需要高溫、高壓條件的化工過(guò)程相比，反應(yīng)條件大大簡(jiǎn)化，因而投資省、費(fèi)用少、消耗低。(5)生物修復(fù)過(guò)程穩(wěn)定、操作簡(jiǎn)便。
1.2 受污染水源生物修復(fù)技術(shù)的研究現(xiàn)狀
　　生物修復(fù)的基礎(chǔ)研究始于20多年前，最初主要集中在水體、土壤和地下水體的石油類(lèi)污染物生物降解的實(shí)驗(yàn)室研究。隨后，人們針對(duì)受污染的土壤和水體環(huán)境的可生物修復(fù)性能進(jìn)行了廣泛的研究。結(jié)果表明，采用生物修復(fù)技術(shù)可以有效地降解多種污染物質(zhì)，使環(huán)境污染降低到最低水平。比如說(shuō)，高氯乙烯是一類(lèi)含氯量很高的人工合成有機(jī)物。對(duì)環(huán)境危害很大，迄今為止尚無(wú)有效的治
理方法。Alphenaar PA等利用厭氧微生物先將高氯乙烯降解為二氯乙烯，再用好氧微生物將工氯乙烯降解，從而利用生物修復(fù)的方法將地下水中的高氯乙烯礦化分解。Schmitt Reinhard等對(duì)液化氣工廠主要含一些苯、甲苯、乙苯、二甲苯和低分子量的多環(huán)芳烴的地下水進(jìn)行了聲物降解研究，在加氧的條件下。芳香烴被氧化為特異的芳香族有機(jī)酸^[3]。再如，在靠近固體火箭燃料、炸藥和煙火等制造廠的地區(qū)，地下水中的污染物高氯酸鹽含量較高。而高氯酸鹽的毒性會(huì)對(duì)人們健康造成嚴(yán)重的影響，為了解決這個(gè)問(wèn)題，科研人員發(fā)明了一種先進(jìn)的高氯酸鹽生物修復(fù)系統(tǒng)，即采用能夠進(jìn)行自養(yǎng)代謝的混合微生物培養(yǎng)菌以及一種低成本、相對(duì)不易溶解的無(wú)機(jī)物質(zhì)來(lái)去除高氯酸鹽。在初期試驗(yàn)中。這種生物修復(fù)系統(tǒng)在不到6天的時(shí)間內(nèi)將高氯酸鹽的濃度從50mg/L降至＜1mg/L。在2天的時(shí)間內(nèi)，又將其從1mg/L降至＜10μg/L。目前，地下水的生物修復(fù)技術(shù)已經(jīng)得以工程應(yīng)用，其中最為成功的工程有兩個(gè)一個(gè)是美國(guó)密執(zhí)安Grayling一個(gè)空軍基地柴茶油儲(chǔ)罐管道破裂造成土壤和地下水高濃度有機(jī)污染的治理工程，另一個(gè)是在弗吉尼亞進(jìn)行的對(duì)受二氯乙烯、三氯乙烯和四氯乙烯污染的地下水的生物修復(fù)工程。在分別經(jīng)過(guò)13月和16月的運(yùn)行以后，地下水中污染物濃度均可滿足密州自然資源局規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。
　　近年來(lái)，人們?cè)陂_(kāi)展土壤和地下水生物修復(fù)技術(shù)研究的同時(shí)。也對(duì)地表水的生物修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了研究。我國(guó)學(xué)者徐向陽(yáng)對(duì)含酚地表水的生物修復(fù)進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，分離的菌株能夠以苯酚為唯一的碳源和能源。在充氧或不充氧的條件下，可將地表水中酚類(lèi)的濃度從＜0.5mg/L降低到0.002mg/l以下^[4]。徐亞同等人對(duì)上海上澳塘水體進(jìn)行了生物修復(fù)性試驗(yàn)（試驗(yàn)規(guī)模為3600－5000m³/d，結(jié)果表明，生物修復(fù)可以消除水體黑臭，可將水中的BOD5從20mg/L降低到3mg/L，CODcr從60-70mg/L降低到30mg/L，溶解氧含量從進(jìn)水的0.5mg/L左右到出水時(shí)的7.8mg/L。透明度由進(jìn)水時(shí)的十幾厘米到出水時(shí)的40厘米左右。在國(guó)外，地表水生物修復(fù)最成功的范例是美國(guó) Jon E. Llidstrom等人在1990年夏到1991年應(yīng)用投加營(yíng)養(yǎng)和高效降解菌對(duì)阿拉斯加Exxon Valdez王子海灣由于油輪泄漏造成的污染進(jìn)行的處理，該工程取得了非常明顯的效果，使得近百公里海岸的環(huán)境質(zhì)量得到明顯改善。

2 受污染地下水稻的生勤修復(fù)技術(shù)措旋

　　受污染水源的生物修復(fù)技術(shù)利用水體中生息的微生物或向水體中投加的特定微生物，在人為促進(jìn)工程化條件下，分解污染物，修復(fù)受污染的環(huán)境。由于地下水深埋于地下，生物修復(fù)技術(shù)的實(shí)施一般應(yīng)結(jié)合污染的具體情況．采取不同的方法。由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的復(fù)雜性，因而產(chǎn)生廠許多不同的治理污染的概念和技術(shù)措施。
2.1 工程菌的篩選、培養(yǎng)和馴化
　　微生物降解有機(jī)化合物的能力是生維修復(fù)的技術(shù)關(guān)鍵。水體中存在著各種各樣的微生物，在遭受污染后，自然就存在著一個(gè)培養(yǎng)和馴化選擇的過(guò)程，一些特異的微生物在污染物的誘導(dǎo)下產(chǎn)生分解污染物的酶系，進(jìn)而將污染物降解。但在許多條件下，土著微生物菌群馴化時(shí)間長(zhǎng)、生長(zhǎng)速度慢、代謝活性不高，再則，由于許多污染物如多環(huán)芳烴（PAHs）、重金屬等具有生物毒性，要實(shí)現(xiàn)污染水體的生物修復(fù)，必須篩選、培養(yǎng)和馴化出能夠降解污染物的高效工程菌。工程菌通常從受污染的土壤或水體中篩選，對(duì)其的培養(yǎng)和馴化可采用異步培養(yǎng)法、同步培養(yǎng)法和接種培養(yǎng)法。異步培養(yǎng)是先將篩選出工程菌在適當(dāng)?shù)呐囵B(yǎng)基上加以培養(yǎng)，然后在培養(yǎng)基中逐漸提高污染物的濃度，使能夠分解污染物的菌種得到繁殖和發(fā)展，不適應(yīng)的菌種則逐漸淘汰。同步培養(yǎng)是在培養(yǎng)的初期就在培養(yǎng)基中添加污染物并逐漸提高其濃度，該方法可縮短培養(yǎng)和馴化的時(shí)間。而接種培養(yǎng)則直接從污染狀況相同的生物修復(fù)工程中獲得工程菌，能進(jìn)一步縮短培養(yǎng)和馴化的時(shí)間，提高馴化效果。
2.2 生物修復(fù)的工程實(shí)現(xiàn)
　　生物修復(fù)作用的成功與否很大程度上與降解微生物群落在水體中的數(shù)量及繁殖速率有關(guān)。當(dāng)受污染水體中很少或甚至沒(méi)有降解菌存在，引入工程菌是最佳的選擇。然而引入的菌株不管是天然分離菌種或基因工程菌(GEMs)受pH、溫度或氧的供給等許多因素的影響。以適當(dāng)?shù)姆绞揭牍こ叹?，通過(guò)一定的工程手段為其生長(zhǎng)繁殖創(chuàng)造條件是實(shí)現(xiàn)生物修復(fù)的關(guān)鍵。目前，污染地下水生物修復(fù)的工程實(shí)現(xiàn)方法有生物注射法、有機(jī)粘土祛、抽提地下水系統(tǒng)和回注系統(tǒng)相結(jié)合法、生物反應(yīng)器法等^[5]。
　　生物注射法(biosparging)主要是將加壓后的空氣通過(guò)空氣井注射污染地下水的下部，氣流加速地下水和土壤中有機(jī)物的揮發(fā)和降解。這種方法可以增加地下水中溶解氧的含量，為工程菌分解有機(jī)污染物創(chuàng)造了良好的生態(tài)環(huán)境。
　　有機(jī)粘土法是化學(xué)吸附和生物降解有機(jī)結(jié)合的原位處理方法。向地卜水中注入季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑；可在現(xiàn)場(chǎng)形成有效的吸附區(qū)，控制有排污染物在地下水中的遷移，同時(shí)工程菌降解富集在吸附區(qū)的有機(jī)污染物，從而徹底消除地下水的有機(jī)污染。抽提地下水系統(tǒng)和回注系統(tǒng)相結(jié)合法是將抽提地下水系統(tǒng)和回注系統(tǒng)（注入空氣或H²O²、營(yíng)養(yǎng)物和己馴化的微生物）結(jié)合起來(lái)，促進(jìn)有機(jī)物的生物降解。這種處理方法費(fèi)用較低、時(shí)間短，是修 復(fù)污染地下水有效方法。
　　生物反應(yīng)器法是抽提和回注地下水系統(tǒng)相結(jié)合方法的強(qiáng)化。從地下抽出的受污染的地下水被送入建立在地面的污水處理系統(tǒng)之中，該處理系統(tǒng)為污染物的生物降解提供包括溶解氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在內(nèi)的良好生態(tài)環(huán)境；經(jīng)處理后的地下水通過(guò)修灌系統(tǒng)回道到土壤內(nèi)，同時(shí)將營(yíng)養(yǎng)物、溶解氧和已馴化的工程菌帶入地層，使生物降解過(guò)程在土壤及地下水層內(nèi)容得到加速進(jìn)行。

3 結(jié)論與展望

　　研究表明，生物修復(fù)技術(shù)是治理大面積水體污染的一種有價(jià)值的方法。目前，歐、美的許多國(guó)家都在積極推進(jìn)生物修復(fù)技術(shù)的研究和應(yīng)用。在我國(guó)，由于地下水體的污染狀況相對(duì)而言較為嚴(yán)重而開(kāi)展的研究卻相對(duì)較少。因此，受污染地下水的生物修復(fù)技術(shù)具有重要的研究?jī)r(jià)值和廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

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作者簡(jiǎn)介：
　　時(shí)文歆(1970-)，男，漢族，河南通許人，講師，博士生，研究方向?yàn)槭姓c環(huán)境工程。