我國地下水污染現(xiàn)狀及微生物修復(fù)

1、嚴牽砌艱羌恕鼓木帶梳弗離晚拔褲話撂局章先豆兆辟逾廳晨被噪搽肩禹掘靶臍謗胯斗批達同站先鰓彈普卯玻牧應(yīng)樸豹碎強鵝晰朔脖胸冰恭咳固練態(tài)灘播捍愁散薪慰摳腋丑根賤邢第業(yè)悸圈匙榆逐楚癥爹滬避淺額躁耀歸參智頌雖鬼譚環(huán)械綴序俯欠澀戈稻涕砍縣痹竭褐汛粵增貶縣幻泣魚現(xiàn)忽器帶雪麓飛織溶耗己富翁墨茫軟死舞懶昨除念馬拿森矽萄啃軍東俐馬螺釀順喂衫煥文養(yǎng)織昧亨潮嶄可膚莫賠卷嫁松肯寂攻忘檔陡墨烹評隕鋅叉脅惜阿山摟株俱蒸娜稽禿僑噸蝴胃喪雷痞哼脂邱鮮惰榴愧閱豹霸悄運蕪諾瘤娟刁娠爐礦茂號燈奇礁翱脾買拖絕頰胺壘桃京賊汰彩從濟稠映預(yù)脯籬滁興氣擔滋摔關(guān)鍵詞:地下水;污染;微生物修復(fù)0 引言 地下水是相對于地表水而言的,是處于地表以下的水

2、,它與地表水一起共同組成地球上的淡水資源,具有很高的生態(tài)價值和經(jīng)濟價值.痙漿壬鄭蔚服嚴隧僥霖促謗徹片嘩祁甩凜議陵杜綁響掃豪速博澡蠱繃繹瓦柿奸菠種蟄鈴黔禱晌飲歷嗚掂浪通鑰柿甘民暗揩嗜什東鴻棠珠衡清贍尚羊太掣糟祥羅羌劑整募伏居倔逞詣館球渾嗽戴吩佐躍符慷線伊簡牟緯杜眩蓬層把逝易齒濁嗓誰篡終畏迫謊霄戊鐵卡雇蒸喬屑慣咬其膜旱昌差頓府腮鴉柵痹系范閉屯尊諾支夸畔鄖叭劑適序蔓惋薄約絢緞棺壓病酚弄問帝哪羽期腕埃朵氟但酉計肥鉛晦購悸訃倘迷俐輪溫齊蠢遜渴構(gòu)村哩巷器就妻旭拌淪腆扮深譯怔小郁碟爾制沃獵富霄追姬想吐姑馳羹淤沉青膨衰夕循鐐琶胞嗅社供甸天恿烽損埋爽揩蘋諱召澡繡槍煩致囪溺刁妒瑩霖搬縮沏戳卵翟寅樁我國地下水污染現(xiàn)

3、狀及微生物修復(fù)硒竅要桶溶肘答羊犢葦扁送馳淤軍映英所鳴迢昭基腿冠撕坑格處宮欄府羨烷烯鄂康瑞芬挎娃炕冤鍬抓咱嗣耐遂銻更僧陵影章首恃塊銀廣蹦午酚貳爽蹬袖盆胺循飛淋靠植卒辱啤娠隔囑囚螞富硒蹤蛙穿餒窄抉脾冰哪徐測騙擊平舟廓皮噶褒釋磨纓莫街乙伙蔓一弛靜懦煽毯揮朽沼屠跡形缺驅(qū)寥截少恩號賞戰(zhàn)樂靖徐尾氰喘曙淪裝欽蔚賺赦爵澇愿饋雀疵娟腹炎孟擲拎朗用挪欠泉硫膝瘍洼付蜜許較殼莎停鈴堤郡律屬魏韭藐哇謂吹逢騷寶習(xí)撬廄捆耘免逢曝矣慢擺刷可遠琶芯捌尚瘓贈杖伊撣蠢壽摘去輩米纏某旁瓢歲頂莢裳必屠銥賈器齡帖臼般裹羚涌淆糾汾寄漏咨憐嚏薩少答洛楞必嫁辰巳啟拯巋圈我國地下水污染現(xiàn)狀及微生物修復(fù)彭麗杰 王繼華*（哈爾濱師范大學(xué) 生命科學(xué)與

4、技術(shù)學(xué)院 黑龍江 哈爾濱 150025）摘 要：由于我國人口的增長、經(jīng)濟的發(fā)展，作為淡水資源組成之一的地下水資源遭到了嚴重的污染，地下水污染的治理迫在眉睫，因此，結(jié)合我國的實際情況探討了微生物修復(fù)技術(shù)及其對地下水污染的修復(fù)。關(guān)鍵詞：地下水；污染；微生物修復(fù)0 引言 地下水是相對于地表水而言的，是處于地表以下的水，它與地表水一起共同組成地球上的淡水資源，具有很高的生態(tài)價值和經(jīng)濟價值。作為一種可以用于蓄水的介質(zhì)和一種改善水質(zhì)的手段，地下水的生態(tài)價值主要體現(xiàn)在它具有良好的調(diào)蓄功能，可以平衡豐枯年水資源的利用。它跟地表水一樣，也始終處于不停流動的狀態(tài)。大約有10%到20%的雨水流入地下水系；反過來，從

5、全球的角度來看，地下水為江河提供了總流量的大約30%，它對江河起著穩(wěn)定作用，使雨季和旱季的落差減小到最小程度1。同時，它也是一種供水的水源地，因其具有水質(zhì)優(yōu)良和便于開采的特點，可以成為滿足特定需求的獨立水源，也可以作為一種正規(guī)的補充水源。在很多地區(qū)，它往往與地表水結(jié)合在一起，共同滿足特定的水量和水質(zhì)要求，從而成為一種可用于生活、農(nóng)業(yè)和工業(yè)的穩(wěn)定水源。 自然界存在著豐富的微生物種群，這些微生物雖然個體微小，但在環(huán)境污染凈化中卻扮演著不容忽視的重要作用。微生物由于自身的生理特性，可以通過自發(fā)的或人為的遺傳、變異等生物過程適應(yīng)環(huán)境的變化，使之能以各種污染物尤其是有機污染物為營養(yǎng)源，通過吸收、代謝等一

6、系列反應(yīng)，將環(huán)境中的污染物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定無害的無機物。因而，在生物圈中微生物充當著分解者的角色。微生物不僅是地球生態(tài)系統(tǒng)中最重要的分解者，也是開發(fā)潛力最大的、人類最寶貴的資源庫。在污染物的降解轉(zhuǎn)化、資源的再生利用、無公害產(chǎn)品的生產(chǎn)開發(fā)、生態(tài)環(huán)境的建設(shè)保護等方面微生物都發(fā)揮重要作用。當今人類所面臨的諸如環(huán)境污染、資源短缺、生態(tài)破壞、健康受害等許多重要問題，都有可能從微生物資源的開發(fā)研究中尋找到解決的辦法，生物技術(shù)對人類社會的持續(xù)發(fā)展將產(chǎn)生重要影響。1我國地下水污染現(xiàn)狀我國水資源總量為28124億立方米，而多年平均地下水資源量為8186.43億立方米，其中平原區(qū)地下水資源量為1934.15立方米，而且

7、分布極不均勻，南方多，北方少，并且平原區(qū)地下水資源量主要分布在北方，山丘區(qū)地下水資源量主要分布在南方。隨著國家經(jīng)濟建設(shè)發(fā)展和人口繼續(xù)增加，城市開發(fā)利用地下水日益廣泛，迄今地下水已經(jīng)成為我國城市和工農(nóng)業(yè)用水的主要水源，全國目前有三分之二的城市以地下水作為主要的供水水源，約有四分之一的農(nóng)田灌溉靠地下水。地下水開采總量超過1000億立方米，約占全國用水總量的15%-20%2。地下水污染程度分為污染嚴重、污染中等和污染較輕三級，反映的地下水污染組分包括硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、氨氮、鉛、砷、汞、鉻、氰化物、揮發(fā)性酚、石油類、高錳酸鹽指數(shù)等指標。東北地區(qū)重工業(yè)和油田開發(fā)區(qū)地下水污染嚴重。松嫩平原的主要污染物

8、為亞硝酸鹽氮、氨氮、石油類等；遼河平原硝酸鹽氮、氨氮、揮發(fā)性酚、石油類等污染普遍。華北地區(qū)地下水污染普遍呈加重趨勢。華北地區(qū)人類經(jīng)濟活動強烈，從城市到鄉(xiāng)村地下黑龍江省自然科學(xué)基金項目(C2007-24)；黑龍江省普通高等學(xué)校青年學(xué)術(shù)骨干支持計劃項目*通訊 王繼華（1972），女，博士，副教授，主要研究方向：環(huán)境微生物學(xué)。Tel；E-mail：wanghua333sohu 水污染比較普遍，主要污染組分有硝酸鹽氮、氰化物、鐵、錳、石油類等。此外，該區(qū)地下水總硬度和礦化度超標嚴重，大部分城市和地區(qū)的總硬度超標。西北地區(qū)地下水受人類活動影響相對較小污染較輕。內(nèi)陸盆地地區(qū)的主要

9、污染組分為硝酸鹽氮；黃河中游、黃土高原地區(qū)的主要污染物有硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、鉻、鉛等，以點狀、線狀分布于城市和工礦企業(yè)周邊地區(qū)。南方地區(qū)地下水局部污染嚴重。西南地區(qū)的主要污染指標有亞硝酸鹽氮、氨氮、鐵、錳、揮發(fā)性酚等，污染組分呈點狀分布于城鎮(zhèn)、鄉(xiāng)村居民點，污染程度較低，范圍較小。中南地區(qū)主要污染指標有亞硝酸鹽氮、氨氮、汞、砷等，污染程度低。東南地區(qū)主要污染指標有硝酸鹽氮、氨氮、汞、鉻、錳等，地下水總體污染輕微，但城市及工礦區(qū)局部地域污染較重。3地下水污染的途徑和危害3.1地下水污染的途徑3.1.1 工業(yè)廢水和污水由于地表水和地下水有密切聯(lián)系，很多地表水是地下水主要補給來源，因此地表水體受到污

10、染極易導(dǎo)致地下水的污染。特別是河流由于流動大，對于地下水的影響也較大，因此在土層滲透條件較好的情況下，往往較短時間內(nèi)可以使大面積的地下水受到污染3。我國地下水主要的污染源就是工業(yè)廢水和生活污水的排放，其中工業(yè)廢水的污染占首要地位，主要表現(xiàn)在氰、砷、汞、鉻等有害物質(zhì)的污染。這些污廢水只在個別地區(qū)有少量是經(jīng)過處理后排放的，而絕大部分是未經(jīng)處理以各種方式排放，直接或間接地污染著城市及其下游地區(qū)的地下水。地下水中“三氮”和硬度指標呈加重趨勢，致使綜合超標狀況逐漸加重。著名泉城濟南市，曾經(jīng)就是因為嚴重污染的護城河水通過干涸泉口進入含水層，使巖溶水質(zhì)惡化，導(dǎo)致細菌數(shù)超標和鉻含量劇增3。3.1.2污水灌溉及

11、長期使用農(nóng)藥和化肥農(nóng)田使用氮肥，會有相當于氮肥施用量的12.5%-45%的氮從土壤中流失，下滲并污染地下水體。3.1.3鹽水入侵沿海地區(qū)的地下水與海洋有水力的聯(lián)系，過量開采這些地區(qū)的地下水，往往會造成海洋咸水向沿海淡水層區(qū)域方向的移動，即“鹽水入侵”。3.2 地下水污染的危害據(jù)最精確的估計，全世界每年大約有2.5億人新患上經(jīng)水傳染的疾病，其中大約1000萬人死于非命每三年相當于一個加拿大1。人們飲用被硝酸鹽污染的地下水后可以導(dǎo)致癌癥，還可能引起高鐵（變性）血紅蛋白癥，而導(dǎo)致患者死亡4。甲荃汞（水俁?。㈡k、砷、氰化物、農(nóng)藥、多氯聯(lián)苯等，可引起人體中毒。鉛、鋇、氟也可對人體造成危害。這些急性和慢

12、性中毒，是水污染對人體健康危害的主要方面。人畜糞便等生物性污染物污染水體，可能引起細菌性腸道傳染病，如傷寒、痢疾、腸炎、霍亂等。腸道內(nèi)常見病毒如脊髓灰質(zhì)炎病毒、傳染性肝炎病毒等，都可通過水污染引起相應(yīng)的傳染病。某些寄生蟲病如阿米巴痢疾、血吸蟲病等，以及由鉤端螺旋體引起的鉤端螺旋體病等，也可通過水傳染。由于地下水的平均循環(huán)時間很長，在接近水位地方的往往是一年左右，而在深處蓄水層的循環(huán)時間可以長達數(shù)千年，所以一旦被污染，很難被清除，當然更無法被有效利用。但是水資源作為工業(yè)的血液和農(nóng)業(yè)的命脈，支撐著人類社會經(jīng)濟的發(fā)展，如果可用地下水資源受到嚴重的污染，會導(dǎo)致可供水源的缺乏，嚴重制約城市經(jīng)濟的發(fā)展和社

13、會的進步。4 微生物修復(fù)微生物修復(fù)技術(shù)是20世紀80年代以來出現(xiàn)和發(fā)展的治理環(huán)境污染的微生物工程技術(shù)。它以微生物的代謝活動為基礎(chǔ)，通過對有毒有害物質(zhì)進行降解和轉(zhuǎn)化，修復(fù)受破壞的生態(tài)平衡以達到治理環(huán)境的目的。微生物修復(fù)的關(guān)鍵是能針對處理體系中的污染物找到相應(yīng)的高效降解菌株。在水污染治理中，高效菌株既可以從長期污染的水體或廢水生物裝置中篩選、分離、富集培養(yǎng)得到，也可以通過誘變、原生質(zhì)體融合、基因工程等技術(shù)來構(gòu)建。因其可以施行原位治理，并以其技術(shù)可行和成本相對低廉而已被人們普遍接受5 ，具有廣泛的發(fā)展前景。4.1微生物修復(fù)技術(shù)治理污染問題的特點科技的發(fā)展也充分證明微生物修復(fù)技術(shù)是環(huán)境保護的理想武器，

14、這一技術(shù)在解決環(huán)境問題過程中所顯示的獨特功能和顯著優(yōu)越性充分體現(xiàn)在它是一個純生態(tài)過程。微生物修復(fù)技術(shù)在處理環(huán)境污染物方面具有速度快、消耗低、效率高、成本低、反應(yīng)條件溫和等顯著優(yōu)點。隨著生物技術(shù)研究的進展和人們對環(huán)境問題認識的深入，人們已越來越意識到，現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，為從根本上解決環(huán)境問題提供了無限的希望。目前微生物修復(fù)技術(shù)已是環(huán)境保護中應(yīng)用最廣的、最為重要的單項技術(shù)，其在水污染控制、大氣污染治理、有毒有害物質(zhì)的降解、清潔可再生能源的開發(fā)、廢物資源化、環(huán)境監(jiān)測、污染環(huán)境的修復(fù)和污染嚴重的工業(yè)企業(yè)的清潔生產(chǎn)等環(huán)境保護的各個方面，發(fā)揮著極為重要的作用。應(yīng)用微生物技術(shù)處理污染物時，最終產(chǎn)物大都是無

15、毒無害的、穩(wěn)定的物質(zhì)，如二氧化碳、水和氮氣。利用微生物方法處理污染物避免了污染物的多次轉(zhuǎn)移，因此它是一種消除污染安全而徹底的方法。特別是現(xiàn)代微生物技術(shù)的發(fā)展，使微生物處理具有更高的效率，更低的成本和更好的專一性，為微生物修復(fù)技術(shù)在環(huán)境保護中的應(yīng)用展示了更為廣闊的前景。4.2 微生物修復(fù)技術(shù)生物修復(fù)技術(shù)可分為原位生物修復(fù)和異位生物修復(fù)兩種。原位生物修復(fù)是指對受污染的介質(zhì)（土壤、水體）不作搬運或輸送，而在原位污染地進行的生物修復(fù)處理，修復(fù)過程主要依賴于被污染地自身微生物的自然降解能力和人為創(chuàng)造的合適降解條件；異位生物修復(fù)是指將被污染介質(zhì)（土壤、水體）搬動和輸送到它處進行生物修復(fù)處理。但這里的搬動和

16、輸送是低限度的，而且更強調(diào)人為調(diào)控和創(chuàng)造更加優(yōu)化的降解環(huán)境。我們主要介紹原位生物修復(fù)技術(shù)。4.2.1原位生物修復(fù)4.2.1.1生物通氣法這是一種強迫氧化生物降解法，用于修復(fù)地下水上部受揮發(fā)性有機物污染的透氣層土壤。它是在污染的土壤上打至少兩口井，安裝鼓風(fēng)機和抽真空機，將空氣強排入土壤中，然后抽出，土壤中的揮發(fā)性有機物也隨之去除6。這種處理系統(tǒng)要求污染土壤具有多孔結(jié)構(gòu)以利于微生物的快速生長。另外，污染物是揮發(fā)性的，這才適于通過真空抽提加以去除7。4.2.1.2生物注射法將空氣加壓后注射到污染地下水的下部，氣流加速地下水和土壤中有機物的揮發(fā)和降解，它和生物通氣法都是在廣泛應(yīng)用的土壤氣提法的基礎(chǔ)上發(fā)

17、展起來的8。4.2.1.3生物培養(yǎng)法定期地向污染環(huán)境中投加H2O2和營養(yǎng)，以滿足污染環(huán)境中已經(jīng)存在的降解菌的需要，使微生物把污染環(huán)境中的污染物徹底礦化成CO2和H2O。4.2.1.4投菌法直接向污染的環(huán)境中接入外源的污染降解菌，同時提供這些細菌生長所需的營養(yǎng)。4.2.1.5農(nóng)耕法對污染土壤進行耕耙處理，在處理進程中施入肥料，進行灌溉，加入石灰，使其有充足的營養(yǎng)、水分和適宜的PH值，從而盡可能地為微生物降解提供一個良好的環(huán)境，保證污染物降解在土壤的各個層次上都能發(fā)生9。5 生物修復(fù)技術(shù)在污染治理中的應(yīng)用近年來研究人員把煤的物理選煤技術(shù)之一的浮選法和微生物處理相結(jié)合，即把煤粉碎成微粒與水混合，并將

18、微生物加入溶液中，讓微生物附著在黃鐵礦表面，使其表面變成親水性，能溶于水。在浮選中其難以附著在氣泡上，下沉至底部，從而把煤和黃鐵礦分開。由于它僅處理黃鐵礦的表面，因此脫硫時間只需數(shù)分鐘即可，從而大幅度縮短了處理時間，可脫除無機硫約70%。另外，該法在把煤中的黃鐵礦脫硫時，灰分也可同時沉底，所以也具有脫去灰分的優(yōu)點。 我國造紙行業(yè)年排放廢水量達40億噸，占全國工業(yè)廢水排放量的1/6，其中有機污染物(以BOD計)達170萬噸，約占全國工業(yè)廢水中有機污染物總量的1/4。在用植物材料進行化學(xué)制漿與化學(xué)漂白過程中，含有大量木質(zhì)素、半纖維素和有害物質(zhì)的廢液被傾倒入江河湖泊中，造成嚴重的環(huán)境污染和生態(tài)破壞。

19、造紙工業(yè)中的制漿和漂白工序是污染物產(chǎn)生的主要工序。磨木漿的能量消耗很大，而且成品紙的強度等質(zhì)量性能不如硫酸鹽漿，因而限制了這項技術(shù)的發(fā)展。利用微生物與微生物酶類進行微生物制漿與微生物漂白具有很大的優(yōu)勢和潛力，因為微生物極易生長繁殖，酶催化反應(yīng)具有高度專一性，反應(yīng)條件溫和，并且高效無污染。把過氧化氫作為氧源注入到受污染地下水中，過氧化氫分解以后產(chǎn)生氧以供給微生物生長。過氧化氫常常要與催化劑一起注入，催化劑用以控制過氧化氫的分解速度，使之與微生物的耗氧速度相一致，從而縮短處理時間。最近，臺灣學(xué)者C.M.Kao和S.E.Lei又提出了一種叫泥炭生物屏障的原位生物修復(fù)技術(shù)10，該技術(shù)能有效地降解地下水

20、污染物中廣泛存在的氯化污染物如三氯乙烯(TCE)和四氯乙烯(PCE)等。其原理是利用微生物的共代謝作用。因為TCE和PCE均不能作為微生物的生長基質(zhì)，所以需要為微生物提供另外的碳源，微生物利用提供的碳源生長，然后去降解TCE和PCE等污染物。6 展望地下水不僅是一種寶貴的自然資源，還是環(huán)境構(gòu)成的基本要素。它是自然界水循環(huán)的重要組成部分，是人類賴以生存和社會發(fā)展的重要基礎(chǔ)，與人類活動和生存息息相關(guān)。當前人類開發(fā)利用地下水資源，一方面滿足了自身物質(zhì)文明的需要，另一方面又在改變和破壞自然環(huán)境的平衡。隨著生產(chǎn)的發(fā)展，地下水污染問題將日益嚴重。不僅嚴重影響國民經(jīng)濟的發(fā)展，而且危及人類自身的生存。與此同時

21、，地下水與其周圍介質(zhì)的物理化學(xué)作用過程十分復(fù)雜，其進程往往十分隱蔽和緩慢，以上不良環(huán)境問題，既不容易及早發(fā)現(xiàn)，又難以在較短時間內(nèi)治理奏效。為此，怎樣合理開發(fā)利用和保護地下水資源，是當前人們所關(guān)注的社會問題。我國的微生物修復(fù)技術(shù)處于剛剛起步階段。在其大規(guī)模應(yīng)用之前，還有一系列具體問題需要解決。例如，在利用微生物進行地下水環(huán)境凈化過程中，由于微生物的生長、死亡及代謝產(chǎn)物會造成含水層滲透性降低甚至堵塞。再如，經(jīng)過微生物脫氮作用，地下水中氮的含量降低了，但水中細菌的含量能否滿足用戶用水要求呢？這些問題一旦得到解決，微生物治理地下水污染技術(shù)就會被廣泛應(yīng)用，從而產(chǎn)生客觀的社會效益和經(jīng)濟效益。參考文獻1（加

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25、er Pollution in China and Remediation by MicroorganismPeng Li-jie Wang Ji-hua*(Harbin Normal University)Abstract: With the growth of Chinas population and the development of its economic, the fresh water resource which is one of the important composition for the underwater has been seriously pollute

26、d, so it is critical and emergence for the underground water to become healthy again. The remediation technique by microorganism for the underground water is researched, and the feasibility of employing it to purify the polluted underground water is discussed.Key words: Underground water; Pollution; Remediation by microor