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水中PAHs的微生物修复技术研究

2019/07/18 中广微生物

1.前言

PAHs(polycyclic aromatic hydrocarbon)作为有毒难自然降解有机污染物的代表物质之一,是天然环境中化学性致癌物质中最大的一类,隶属全球污染物,且位于黑名单之首。PAHs广泛分布于水体环境中,具有一些潜在的生物毒性、致癌、致畸、致突变性。水体中的PAHs常常通过生物累积影响效应传递到人类,导致人体一系列健康和遗传类缺陷,对人类健康和生态系统造成威胁。目前,这已引起国内外相关科学家的高度重视,治理PAHs污染已逐渐成为行业研究热点和环境科学的前沿课题。

微生物修复技术由于对环境影响小、次生污染少以及修复成本较低,已成为PAHs污染修复治理的首选技术。筛选高效降解菌株是微生物修复技术发展的第一步,所筛选获得的高效降解微生物需要对特定污染物有相对较高的适应性和耐受力,且需对污染物有较高的降解效率,并不影响环境中土著微生物的多样性。另外,复合污染问题作为一种涉面极广的全球性问题,逐渐成为研究重点。将优势有机物降解菌种联合构建成混合菌群并研究菌群间的互相作用意义重大。

2.多环芳烃污染的微生物修复进展

2.1微生物修复技术定义与应用

微生物修复是指通过微生物的代谢作用对环境中的污染物进行去除或使其完全无害化,从而使污染环境部分或全部恢复的过程。微生物修复技术被认为是在自然界中去除的主要途径,该方法因具有经济、安全、所能处理的低阈值和残留少等优点,应用前景十分广阔。

最近十多年来,有不少国家,例如美国、加拿大和英国等都在有关海洋微生物降解石油经方面积极地开展研究工作而大规模应用生物修复技术。这些成功的修复案例,再次印证了微生物修复技术应用于实际的可行性和高效性,也决定了它在解决环境污染问题的重要地位。

2.2微生物修复技术核心

PAHs污染土壤微生物修复技术的核心是选育PAHs高效降解微生物和充分发挥降解微生物的降解作用,长期PAHs污染的土壤中存在PAHs高效降解菌,但由于土壤中残留PAHs浓度逐渐降低,且难以为生物所利用,高效降解菌数量少且活性低。因此,对于低浓度PAHs污染土壤,可通过以下两种手段加强微生物对PAHs的降解:1)改善微生物生存环境,保持微生物长期活性;2)提高污染物的生物可利用性[1]。

2.3 PAHs降解菌的筛选

微生物降解是自然环境中去除PAHs的主要途径,Wang[2]等的研究表明,受PAHs污染的沉积物中的微生物比未受污染的降解PAHs的能力高,故常采用多级富集筛选的方法从多环芳烃污染的湿地沉积物中筛选出目标污染物的优势降解菌。许多细菌、真菌和藻类均具有降解的能力,降解菌的筛选已经成为环境生物技术领域研究的热点。

3.构建混合菌群

3.1 机理

单一的细菌或者真菌因产生酶的种类比较少并且浓度较低,因此一般只能降解少数特定烃类或者只能降解到某一阶段,复杂烃类物质的彻底降解往往需要多种微生物的协同联合作用。不同的微生物对不同 PAHs 有不同的降解能力,或在降解过程中起到不同的作用,经研究发现将多种降解菌混合投加后,降解率有存著的提高,李凤梅[3]等也观察到同样的现象。由此可见研究混合菌群的特性和菌种组成也是研究微生物修复技术的一个重要方面。

3.2 菌群构建条件

通过组合菌群,优势菌群的降解效率可比单一降解菌的效率提高10%~20%左右。将多种菌株集中起来共同降解时,效果较单一菌种或好或坏,这是因为微生物之间具有相互作用[5],微生物之间的这种关系对于培养混合菌株进行PAHs降解极为重要。

在培养混合菌株时应注意的因素:1)不同菌株生长所需的外部条件、培养空间以及营养物质等应尽可能接近;2)不同菌株之间不能存在对培养条件或营养物质的竞争;3)菌株之间没有拮抗作用[4]。

4.总结

生物修复技术具有广阔的应用前景,但是,受限于研究的不完善、技术的不成熟,还需要进行大量的探索,从而找出高校菌群和成本低、无污染、高效率的生物修复技术。另,由于环境中复合污染的普遍、复杂和特殊可以通过多途径、多方式的修复手段将其融合起来构成一个复合污染修复技术体系,发挥各自优势,摒弃各自缺点。

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