時文靚，于水利，邱曉霞，趙麗曄
（哈爾濱工業大學市政環境工程學院，哈爾濱。15000）

　　摘　要：生物修復技術是地下水污染治理的有效措施，本文介紹了當今生物修復技術的研究現狀，闡述了工程菌培養和馴化的方法和生物修復工程實現的技術手段，并對該技術的發展趨勢進行了展望。
　　關鍵詞：受污染地下水，生物修復，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，隨著工農業的迅猛發展，同地表水一樣，地下水源也遭遇到嚴重的污染。在我國，多數城市地下水受到一定程度的點狀或面狀污染，局部地區地下水部分水質指標超標^[1]。在一些地區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重的威脅。比如說，淄博地區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到了100mg/L，超過國家標準（＜0.1mg/L）1000倍以上，致使污染區人群的肝腫大和消化系統惡性癌發病率和死亡率均高于對照區，且有逐年升高趨勢。在日本，環境廳對全國地下水進行了調查，結果發現很多地方的地下水中三氯乙烯和四氯乙烯的含量己嚴重超過世界工生組織(WHO)所規定的飲用水水質標準。鑒于地下水污染對人類健康造成的嚴重危害，人們開展了隔離法、吸附法、電化學法等多種技術研究，并借助這些技術手段來治理地下水污染。近年來，隨著生物技術研究的深入，人們開始將生物工程運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技術。

1 生物修復技術概述

1.1生物修復技術的概念及其特點
　　生物修復(Bioremedation)技術是利用特定的生物（植物、微生物或原生動物）吸收、轉化、清除或降解污染物，使其完全無害化，從而使污染了的土壤或地下水能夠部分或完全恢復到初始狀態的生物措施。它是傳統的生物處理方法的延伸，其創新之處在于它治理的對象是較大面積的污染。生物修復包括兩個方面的內容：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污染了的土壤或水體；二是應用生物處理或生物循環過程，通過精心設計與合理應用來阻斷或減少污染源向環境的直接排放^[2]。與生物凈化（biopurification）相比，生物修復更強調人為控制條件下生物技術的應用，而生物凈化則強調自然生態系統中的生物對外源污染物進行的自發清除過程。
　　生物修復技術的主要特點(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，可以使其殘留量達到很低水平：（2）對環境的影響小，無二次污染。生物修復可以礦化地下水中的有機物，使之轉化為對環境無害的水和CO2；(3)可以就地處理。避免了集輸過程的二次污染，節約了處理費用。(4)反應條件簡單，投資省，運行費用低。生物過程是以酶促反應為基礎的，通常是在常溫、常壓下進行；另外，酶對底物有高度的特異性，而使得該過程效率高，副產物少；與需要高溫、高壓條件的化工過程相比，反應條件大大簡化，因而投資省、費用少、消耗低。(5)生物修復過程穩定、操作簡便。
1.2 受污染水源生物修復技術的研究現狀
　　生物修復的基礎研究始于20多年前，最初主要集中在水體、土壤和地下水體的石油類污染物生物降解的實驗室研究。隨后，人們針對受污染的土壤和水體環境的可生物修復性能進行了廣泛的研究。結果表明，采用生物修復技術可以有效地降解多種污染物質，使環境污染降低到最低水平。比如說，高氯乙烯是一類含氯量很高的人工合成有機物。對環境危害很大，迄今為止尚無有效的治
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，從而利用生物修復的方法將地下水中的高氯乙烯礦化分解。Schmitt Reinhard等對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芳烴的地下水進行了聲物降解研究，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，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對人們健康造成嚴重的影響，為了解決這個問題，科研人員發明了一種先進的高氯酸鹽生物修復系統，即采用能夠進行自養代謝的混合微生物培養菌以及一種低成本、相對不易溶解的無機物質來去除高氯酸鹽。在初期試驗中。這種生物修復系統在不到6天的時間內將高氯酸鹽的濃度從50mg/L降至＜1mg/L。在2天的時間內，又將其從1mg/L降至＜10μg/L。目前，地下水的生物修復技術已經得以工程應用，其中最為成功的工程有兩個一個是美國密執安Grayling一個空軍基地柴茶油儲罐管道破裂造成土壤和地下水高濃度有機污染的治理工程，另一個是在弗吉尼亞進行的對受二氯乙烯、三氯乙烯和四氯乙烯污染的地下水的生物修復工程。在分別經過13月和16月的運行以后，地下水中污染物濃度均可滿足密州自然資源局規定的標準。
　　近年來，人們在開展土壤和地下水生物修復技術研究的同時。也對地表水的生物修復技術進行了研究。我國學者徐向陽對含酚地表水的生物修復進行了研究，結果表明，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，可將地表水中酚類的濃度從＜0.5mg/L降低到0.002mg/l以下^[4]。徐亞同等人對上海上澳塘水體進行了生物修復性試驗（試驗規模為3600－5000m³/d，結果表明，生物修復可以消除水體黑臭，可將水中的BOD5從20mg/L降低到3mg/L，CODcr從60-70mg/L降低到30mg/L，溶解氧含量從進水的0.5mg/L左右到出水時的7.8mg/L。透明度由進水時的十幾厘米到出水時的40厘米左右。在國外，地表水生物修復最成功的范例是美國 Jon E. Llidstrom等人在1990年夏到1991年應用投加營養和高效降解菌對阿拉斯加Exxon Valdez王子海灣由于油輪泄漏造成的污染進行的處理，該工程取得了非常明顯的效果，使得近百公里海岸的環境質量得到明顯改善。

2 受污染地下水稻的生勤修復技術措旋

　　受污染水源的生物修復技術利用水體中生息的微生物或向水體中投加的特定微生物，在人為促進工程化條件下，分解污染物，修復受污染的環境。由于地下水深埋于地下，生物修復技術的實施一般應結合污染的具體情況．采取不同的方法。由于現場環境的復雜性，因而產生廠許多不同的治理污染的概念和技術措施。
2.1 工程菌的篩選、培養和馴化
　　微生物降解有機化合物的能力是生維修復的技術關鍵。水體中存在著各種各樣的微生物，在遭受污染后，自然就存在著一個培養和馴化選擇的過程，一些特異的微生物在污染物的誘導下產生分解污染物的酶系，進而將污染物降解。但在許多條件下，土著微生物菌群馴化時間長、生長速度慢、代謝活性不高，再則，由于許多污染物如多環芳烴（PAHs）、重金屬等具有生物毒性，要實現污染水體的生物修復，必須篩選、培養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，對其的培養和馴化可采用異步培養法、同步培養法和接種培養法。異步培養是先將篩選出工程菌在適當的培養基上加以培養，然后在培養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展，不適應的菌種則逐漸淘汰。同步培養是在培養的初期就在培養基中添加污染物并逐漸提高其濃度，該方法可縮短培養和馴化的時間。而接種培養則直接從污染狀況相同的生物修復工程中獲得工程菌，能進一步縮短培養和馴化的時間，提高馴化效果。
2.2 生物修復的工程實現
　　生物修復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量及繁殖速率有關。當受污染水體中很少或甚至沒有降解菌存在，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。以適當的方式引入工程菌，通過一定的工程手段為其生長繁殖創造條件是實現生物修復的關鍵。目前，污染地下水生物修復的工程實現方法有生物注射法、有機粘土祛、抽提地下水系統和回注系統相結合法、生物反應器法等^[5]。
　　生物注射法(biosparging)主要是將加壓后的空氣通過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物的揮發和降解。這種方法可以增加地下水中溶解氧的含量，為工程菌分解有機污染物創造了良好的生態環境。
　　有機粘土法是化學吸附和生物降解有機結合的原位處理方法。向地卜水中注入季銨鹽陽離子表面活性劑；可在現場形成有效的吸附區，控制有排污染物在地下水中的遷移，同時工程菌降解富集在吸附區的有機污染物，從而徹底消除地下水的有機污染。抽提地下水系統和回注系統相結合法是將抽提地下水系統和回注系統（注入空氣或H²O²、營養物和己馴化的微生物）結合起來，促進有機物的生物降解。這種處理方法費用較低、時間短，是修 復污染地下水有效方法。
　　生物反應器法是抽提和回注地下水系統相結合方法的強化。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之中，該處理系統為污染物的生物降解提供包括溶解氧和營養物質在內的良好生態環境；經處理后的地下水通過修灌系統回道到土壤內，同時將營養物、溶解氧和已馴化的工程菌帶入地層，使生物降解過程在土壤及地下水層內容得到加速進行。

3 結論與展望

　　研究表明，生物修復技術是治理大面積水體污染的一種有價值的方法。目前，歐、美的許多國家都在積極推進生物修復技術的研究和應用。在我國，由于地下水體的污染狀況相對而言較為嚴重而開展的研究卻相對較少。因此，受污染地下水的生物修復技術具有重要的研究價值和廣泛的應用價值。

主要參考文獻
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　　[2]王慶仁，劉秀梅，崔巖山等. 土壤與水體有機污染的生物修復及其應用研究進展[J].生態學報，2001,21(1):159-163
　　[3]Schmitt R, Langguth H R, Puettnann W. Aromatic Hydrocarbon degradation and metabolites formation in aquifers of a former gasworks site: Influence of soul and groundwater reclamations[J]. Grundwasser, 1998, 3(2):78-86
　　[4]徐向陽，俞秀娥，鄭平等. 受酚污染地表水生昔修復技術的基礎研究[J]. 浙江大學學報，1999，25(4):409-413
　　[5]李靜，張甲耀，夏盛林等. 污染地下水的生物修復技術[J]. 農業環境保護，1997，16(6)：283-285

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作者簡介：
　　時文歆(1970-)，男，漢族，河南通許人，講師，博士生，研究方向為市政與環境工程。