重金屬離子污染修復(fù)及治理中微生物的應(yīng)用分析

杜貴鋒

（深圳市惠利權(quán)環(huán)境檢測有限公司，廣東 深圳 518000）

基于節(jié)能減排和可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境，亟待解決重金屬污染，否則會嚴(yán)重影響生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益的雙贏。從生態(tài)學(xué)的角度來看，任何不能被生物降解的堆積都會對環(huán)境造成一定的污染，而對環(huán)境造成嚴(yán)重污染的重金屬，當(dāng)其含量超過一定限度時(shí)，也會對水或土壤造成嚴(yán)重?fù)p害，甚至?xí)：χw的生存和健康，因此，需要采用科學(xué)合理的方式來有效地減少重金屬污染，提高環(huán)境保護(hù)水平。

1 利用微生物修復(fù)技術(shù)處理重金屬污染的原理

1.1 吸附作用

重金屬污染中，重金屬離子是關(guān)鍵的組成部分，主要是帶正電荷的陽離子，而微生物的細(xì)胞壁會帶有負(fù)電荷，因此，使得整個(gè)細(xì)菌表面呈現(xiàn)負(fù)離子狀態(tài)，由于正電荷、負(fù)電荷彼此之間的吸引，導(dǎo)致微生物細(xì)胞具備較強(qiáng)的持續(xù)性，同時(shí)，對陽離子的吸附性也得到了明顯提升，此外，微生物細(xì)胞壁中，帶有具備一定活性的分子結(jié)構(gòu)，這種特征下，能夠?qū)崿F(xiàn)重金屬離子向細(xì)胞表面的良好整合，最終起到較好的吸附作用[1]。

1.2 轉(zhuǎn)化作用

對于微生物而言，其自身具備較強(qiáng)的轉(zhuǎn)化作用，例如去甲基化反應(yīng)、甲基化反應(yīng)以及氧化還原反應(yīng)等，在多種反應(yīng)下，可以在一定程度上對有機(jī)物與重金屬進(jìn)行溶解，在配位降解反應(yīng)下，順利轉(zhuǎn)化重金屬，最終形成微生物重金屬解毒體系，能夠有效降低重金屬的毒性，較少有害重金屬離子，同時(shí)，也能夠?qū)χ亟饘俣竞ξ廴具_(dá)到較好的處理效果[2]，見圖1。

圖1 解磷微生物修復(fù)土壤重金屬污染作用機(jī)理

1.3 代謝作用

土壤存在重金屬污染的情況下，若其中含有的中金屬離子很難轉(zhuǎn)化或吸附，會大大增加環(huán)境處理的難度，針對這些情況，可利用微生物原位修復(fù)或是異位修復(fù)的方式，一方面能夠增加代謝活動，另一方面，也能夠有效吸附重金屬中一些有毒有害的物質(zhì)，而這兩種基礎(chǔ)菌都是向污染物中投入含有磷氮等一系列的營養(yǎng)物質(zhì)，提供充分的養(yǎng)分，來促進(jìn)微生物中的新陳代謝活動，從而實(shí)現(xiàn)對于重金屬的降解，減輕污染[3]。

2 重金屬污染現(xiàn)狀及微生物修復(fù)應(yīng)用

2.1 污染現(xiàn)狀

近年來，在我國社會經(jīng)濟(jì)水平不斷提升的同時(shí)，現(xiàn)代工業(yè)化也得以不斷成熟發(fā)展，不可避免地出現(xiàn)了不同程度的污染，對人們生活產(chǎn)生了一定影響，眾多污染中，尤為重要的就是重金屬污染，主要發(fā)生在河水環(huán)境以及土壤環(huán)境中。重金屬表示的是金屬含量密度超過了5 g/m3，較為常見的重金屬包括鉛、銅以及錳等，基于生態(tài)學(xué)視角出發(fā)，所有無法被生物降解的堆積，同時(shí)會在一定程度上造成環(huán)境污染的金屬，均可以歸類為重金屬，當(dāng)其含量超過一定限度，就會對土壤以及環(huán)境造成污染，造成經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)，會對各類生命體健康產(chǎn)生一定危害[4]。若土壤中含有的重金屬含量超標(biāo)，會導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降，還會污染到其中所生長的作物。這種污染方式具備多種特點(diǎn)，例如滯后性以及隱蔽性等，其危害很難被及時(shí)、一次性察覺，在重視性方面有所欠缺。相關(guān)研究顯示，較多地區(qū)的農(nóng)田均在一定程度上存在重金屬污染的問題，鉛汞污染面積較大，也是較為嚴(yán)重的重金屬污染問題。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，每年由于重金屬污染損失的糧食大約為一千萬噸，導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失則更大。在水環(huán)境的重金屬污染方面，地下水體、湖泊、河流以及海洋環(huán)境中，均在一定程度上存在這一問題，排入至水體中的重金屬含量過多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了水體的自凈能力，使水體承擔(dān)過多負(fù)荷，對水環(huán)境生物產(chǎn)生較大影響。而在生物積累效應(yīng)下，對人們的生活環(huán)境與身體健康也造成了較大影響，相關(guān)部門進(jìn)行飲用水的水源監(jiān)測時(shí)發(fā)現(xiàn)，鉛、汞作為重金屬污染物十分常見的化學(xué)物質(zhì)在地表飲用水源中存在相對普遍，其中，相關(guān)學(xué)者在對長江的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，長江中下游的沉積物含有多種化學(xué)物質(zhì)，且含量嚴(yán)重超標(biāo)，江河湖底淤泥的嚴(yán)重程度已經(jīng)在80%左右，其中，太湖底泥中有害物質(zhì)為輕度污染，黃浦江干流的表層沉積物中，也存在輕度污染的現(xiàn)象。

2.2 修復(fù)應(yīng)用

所謂的微生物修復(fù)方式，主要是基于恰當(dāng)或者特定的環(huán)境條件下，通過微生物修復(fù)的優(yōu)勢，將其應(yīng)用到環(huán)境治理中，不僅能有效降解重金屬，還能降低重金屬濃度和某些有毒有害物質(zhì)的活性，修復(fù)重金屬污染的微生物及吸附種類分析見表1。

表1 修復(fù)重金屬污染的微生物及吸附種類分析

2.2.1 細(xì)菌修復(fù)重金屬離子的污染

由于細(xì)菌在重金屬離子污染的作用更側(cè)重于吸收和富集等方面，有專家學(xué)者在研究時(shí)采用實(shí)驗(yàn)的方式，發(fā)現(xiàn)利用細(xì)菌修復(fù)含有鉛、汞離子的重金屬污染時(shí)，可以有效提高其環(huán)境治理效果。這也表明，該細(xì)菌是修復(fù)重金屬離子中的銅離子的理想細(xì)菌，尤其是大腸桿菌、枯草芽孢桿菌和酵母。

2.2.2 真菌對于重金屬離子污染的修復(fù)作用

西方國家的相關(guān)專家，早在19世紀(jì)就對真菌修復(fù)方式進(jìn)行研究，得出其能夠有效治理土壤重金屬離子污染問題。通過實(shí)際研究發(fā)現(xiàn)，主要原理為用真菌自身的對抗性及離子的修復(fù)性，隨后，許多專家學(xué)者也在他們的研究中證明了這一論點(diǎn)，認(rèn)為真菌對重金屬離子具有耐受力。當(dāng)前更多的專家學(xué)者在研究中采用的是青霉菌、黑曲菌等真菌，利用顯微技術(shù)和生物形態(tài)學(xué)技術(shù)，得知真菌在吸附鉛離子后，自身形態(tài)會發(fā)生變化，進(jìn)而有效降低溶液中鉛離子的含量，會有一些鉛離子沉淀于溶液中，這種吸附方法能更有效地降低鉛、汞的排放，達(dá)到較好的重金屬污染治理效果。

2.2.3 放線菌對重金屬離子污染的修復(fù)作用

一般而言，放線菌的種類和數(shù)量較多，并且分布廣適應(yīng)性強(qiáng)，再加上放線菌能夠釋放出絮狀活性分泌物，進(jìn)而與重金屬離子產(chǎn)生反應(yīng)，最終使重金屬離子的含量有所降低。

2.2.4 藻類對重金屬離子污染的修復(fù)作用

通常情況下，大多數(shù)的重金屬污染問題，均是由一些工業(yè)企業(yè)的不合理排放導(dǎo)致的，使得水體中的金屬含量超標(biāo)，對水體產(chǎn)生了嚴(yán)重影響，再加上這些污染主要集中于土壤和水體中，但是一些環(huán)境大多適合于藻類的生長和繁殖，因此，利用藻類來處理重金屬污染會取得十分理想的效果，這種方式，也是較為常見的一種。多數(shù)藻類均屬于光合自養(yǎng)型微生物，其自身存在較強(qiáng)的吸附能力，能夠有效吸附重金屬離子，起到較好的凈化效果?，F(xiàn)階段，利用藻類進(jìn)行重金屬污染治理在技術(shù)方面雖然尚未成熟，處理重金屬污染的效果十分顯著，并且有著理想的應(yīng)用前景，例如綠藻門以及海藻門等。

3 結(jié)論

總之，當(dāng)前土壤重金屬污染已經(jīng)成為我國發(fā)展過程中需要重視的一個(gè)問題，因此需要加大對于此項(xiàng)問題的重視程度，積極探討有效的治理措施。微生物物種資源較為豐富，并且具備良好的遺傳特性，在重金屬處理方面能夠獲得較好的效果。在分子生物學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展下，通過微生物進(jìn)行重金屬污染治理已經(jīng)不再是無法破解的難題，因此具有十分廣闊的發(fā)展前景和應(yīng)用空間。