重金属离子污染修复及治理中微生物的应用分析

杜贵锋

（深圳市惠利权环境检测有限公司，广东 深圳 518000）

基于节能减排和可持续发展的环境，亟待解决重金属污染，否则会严重影响生态效益和经济效益的双赢。从生态学的角度来看，任何不能被生物降解的堆积都会对环境造成一定的污染，而对环境造成严重污染的重金属，当其含量超过一定限度时，也会对水或土壤造成严重损害，甚至会危害着生命体的生存和健康，因此，需要采用科学合理的方式来有效地减少重金属污染，提高环境保护水平。

1 利用微生物修复技术处理重金属污染的原理

1.1 吸附作用

重金属污染中，重金属离子是关键的组成部分，主要是带正电荷的阳离子，而微生物的细胞壁会带有负电荷，因此，使得整个细菌表面呈现负离子状态，由于正电荷、负电荷彼此之间的吸引，导致微生物细胞具备较强的持续性，同时，对阳离子的吸附性也得到了明显提升，此外，微生物细胞壁中，带有具备一定活性的分子结构，这种特征下，能够实现重金属离子向细胞表面的良好整合，最终起到较好的吸附作用[1]。

1.2 转化作用

对于微生物而言，其自身具备较强的转化作用，例如去甲基化反应、甲基化反应以及氧化还原反应等，在多种反应下，可以在一定程度上对有机物与重金属进行溶解，在配位降解反应下，顺利转化重金属，最终形成微生物重金属解毒体系，能够有效降低重金属的毒性，较少有害重金属离子，同时，也能够对重金属毒害污染达到较好的处理效果[2]，见图1。

图1 解磷微生物修复土壤重金属污染作用机理

1.3 代谢作用

土壤存在重金属污染的情况下，若其中含有的中金属离子很难转化或吸附，会大大增加环境处理的难度，针对这些情况，可利用微生物原位修复或是异位修复的方式，一方面能够增加代谢活动，另一方面，也能够有效吸附重金属中一些有毒有害的物质，而这两种基础菌都是向污染物中投入含有磷氮等一系列的营养物质，提供充分的养分，来促进微生物中的新陈代谢活动，从而实现对于重金属的降解，减轻污染[3]。

2 重金属污染现状及微生物修复应用

2.1 污染现状

近年来，在我国社会经济水平不断提升的同时，现代工业化也得以不断成熟发展，不可避免地出现了不同程度的污染，对人们生活产生了一定影响，众多污染中，尤为重要的就是重金属污染，主要发生在河水环境以及土壤环境中。重金属表示的是金属含量密度超过了5 g/m3，较为常见的重金属包括铅、铜以及锰等，基于生态学视角出发，所有无法被生物降解的堆积，同时会在一定程度上造成环境污染的金属，均可以归类为重金属，当其含量超过一定限度，就会对土壤以及环境造成污染，造成经济损失的同时，会对各类生命体健康产生一定危害[4]。若土壤中含有的重金属含量超标，会导致土壤质量下降，还会污染到其中所生长的作物。这种污染方式具备多种特点，例如滞后性以及隐蔽性等，其危害很难被及时、一次性察觉，在重视性方面有所欠缺。相关研究显示，较多地区的农田均在一定程度上存在重金属污染的问题，铅汞污染面积较大，也是较为严重的重金属污染问题。据不完全统计，每年由于重金属污染损失的粮食大约为一千万吨，导致的经济损失则更大。在水环境的重金属污染方面，地下水体、湖泊、河流以及海洋环境中，均在一定程度上存在这一问题，排入至水体中的重金属含量过多，远远超出了水体的自净能力，使水体承担过多负荷，对水环境生物产生较大影响。而在生物积累效应下，对人们的生活环境与身体健康也造成了较大影响，相关部门进行饮用水的水源监测时发现，铅、汞作为重金属污染物十分常见的化学物质在地表饮用水源中存在相对普遍，其中，相关学者在对长江的调查中发现，长江中下游的沉积物含有多种化学物质，且含量严重超标，江河湖底淤泥的严重程度已经在80%左右，其中，太湖底泥中有害物质为轻度污染，黄浦江干流的表层沉积物中，也存在轻度污染的现象。

2.2 修复应用

所谓的微生物修复方式，主要是基于恰当或者特定的环境条件下，通过微生物修复的优势，将其应用到环境治理中，不仅能有效降解重金属，还能降低重金属浓度和某些有毒有害物质的活性，修复重金属污染的微生物及吸附种类分析见表1。

表1 修复重金属污染的微生物及吸附种类分析

2.2.1 细菌修复重金属离子的污染

由于细菌在重金属离子污染的作用更侧重于吸收和富集等方面，有专家学者在研究时采用实验的方式，发现利用细菌修复含有铅、汞离子的重金属污染时，可以有效提高其环境治理效果。这也表明，该细菌是修复重金属离子中的铜离子的理想细菌，尤其是大肠杆菌、枯草芽孢杆菌和酵母。

2.2.2 真菌对于重金属离子污染的修复作用

西方国家的相关专家，早在19世纪就对真菌修复方式进行研究，得出其能够有效治理土壤重金属离子污染问题。通过实际研究发现，主要原理为用真菌自身的对抗性及离子的修复性，随后，许多专家学者也在他们的研究中证明了这一论点，认为真菌对重金属离子具有耐受力。当前更多的专家学者在研究中采用的是青霉菌、黑曲菌等真菌，利用显微技术和生物形态学技术，得知真菌在吸附铅离子后，自身形态会发生变化，进而有效降低溶液中铅离子的含量，会有一些铅离子沉淀于溶液中，这种吸附方法能更有效地降低铅、汞的排放，达到较好的重金属污染治理效果。

2.2.3 放线菌对重金属离子污染的修复作用

一般而言，放线菌的种类和数量较多，并且分布广适应性强，再加上放线菌能够释放出絮状活性分泌物，进而与重金属离子产生反应，最终使重金属离子的含量有所降低。

2.2.4 藻类对重金属离子污染的修复作用

通常情况下，大多数的重金属污染问题，均是由一些工业企业的不合理排放导致的，使得水体中的金属含量超标，对水体产生了严重影响，再加上这些污染主要集中于土壤和水体中，但是一些环境大多适合于藻类的生长和繁殖，因此，利用藻类来处理重金属污染会取得十分理想的效果，这种方式，也是较为常见的一种。多数藻类均属于光合自养型微生物，其自身存在较强的吸附能力，能够有效吸附重金属离子，起到较好的净化效果。现阶段，利用藻类进行重金属污染治理在技术方面虽然尚未成熟，处理重金属污染的效果十分显著，并且有着理想的应用前景，例如绿藻门以及海藻门等。

3 结论

总之，当前土壤重金属污染已经成为我国发展过程中需要重视的一个问题，因此需要加大对于此项问题的重视程度，积极探讨有效的治理措施。微生物物种资源较为丰富，并且具备良好的遗传特性，在重金属处理方面能够获得较好的效果。在分子生物学技术的不断发展下，通过微生物进行重金属污染治理已经不再是无法破解的难题，因此具有十分广阔的发展前景和应用空间。