许多重金属是生命必需的物质或元素

许多重金属是生命必需的物质或元素，但是当它们在环

境中的浓度超过了限度就成了毒物，微生物可对它们进行固 定、移动或转化．改变它们在土壤中的环境化学行为，从而 达到生物修复的目的。重金属污染的微生物修复原理主要包 括生物吸附和生物转化。

1．1微生物对重金属离子的生物吸附

细胞壁带有负电荷而使整个细菌表面呈现阴离子特

性。通过细菌细胞中均聚物或杂聚物上的羰基或磷酰基等 阴离子作用可以增加金属离子的吸附。此外，细胞壁中的分 子结构也具有活性，可以将金属螯合在细胞表面。细菌可以 通过细胞表面的络合作用而阻止某些重金属进入细胞内部 敏感区域．而对于那些细胞化学反应需要的金属则可以通 过细胞壁运输到原生质中特定位点。真菌对重金属的吸附 方式主要有2种：一是细胞壁上的活性基团(如琉基、羧基、 羟基等) 与重金属离子发生定量化合反应(如离子交换、配 位结合或络合等) 而达到吸收的目的；二是物理性吸附或形 成无机沉淀而将重金属污染物沉积在自身细胞壁上。细胞 通过螯合作用吸附重金属已被证明和真菌细胞壁结构有

关。如细胞壁的多孔结构使其活性化学配位体在细胞表面 合理排列并易于和金属离子结合。此外，胞壁多糖可提供氨 基、羧基j 羟基、醛基以及硫酸根等官能团，它们对金属离子 有着较强的络合能力。

微生物对重金属进行生物转化主要作用机理包括微

生物对重金属的生物氧化和还原、甲基化与去甲基化以及 重金属的溶解和有机络合配位降解转化重金属，改变其毒 性．从而形成某些微生物对重金属的解毒机制【” 。细菌对 Hg 的抗性归结于它所含的2种诱导酶：Hg 还原酶和有机

Hg 裂解酶，其机制是通过Hg 一还原酶将有机的H 矿+化合物

转化成低毒性挥发态Hg 。微生物也可通过改变重金属的氧化还原状态，使重金属化合价发生变化，改变重金属的稳定性

重金属污染的来源

1: 工业污染源排放

据研究，煤、石油中含有Ce 、Cr 、Pb 、Hg 、Ti 等

金属，因此，火力发电厂排放的废气和汽车排放的

尾气中含有大量的重金属，随烟尘进入大气，其中

10% ~30% 沉降在距排放源十数公里的范围内。

据估算，全世界约有1600t/a 的Hg 通过煤和其他

石化燃料的燃烧而排放到大气中。另外，电镀、机

械制造业仍是重金属污染的一大来源。

2: 废旧电池的污染

《中国环境报》记者王娅于1999年12 月9日

报道，1998 年中国电池的产量以及消费量高达

140亿节，占世界总量的1/3，每年报废的数百亿节废电池绝大部分没有回收，废电池中含有大量的

Hg 、Cd 、Pb 、Cr 、Ni 、Mn 等重金属有害物质，泄漏到 环境中，造成了极大的污染和危害。1节1号废干

电池可使1㎡ 的土地失去利用价值，1粒纽扣电

池可污染600m ³ 的水。

3： 城市化的问题

城市化的夜景缤纷灿烂，然而损坏的高压汞

灯、霓虹灯、日光灯管等未能很好地处置，成为重

金属污染的又一大来源；遍街的塑钢门窗、不锈

钢等的切割、打磨粉末碎屑，或随垃圾混装，或入

下水道排入江河，造成污染；汽车修理业废弃蓄

电池与电池液造成铅严重污染；含铅汽油虽已停

止使用，但铅对环境的污染危害仍有一个相当长

的滞后效应。

生物修复法

目前国内外利用生物修复水体重金属污染的

研究很多，根据所用的生物对象不同，可分为以下

三种：

（*）植物修复法：是利用重金属积累或超重金

属积累水生植物，将水体中的重金属提取出来，富

集输运到植物体内，然后通过收割植物将重金属从

水体清除出去。目前，人们已经发现许多水生植物

能够较好地吸收水中的重金属离子，水浮莲、印度

葵、香蒲和芦苇都已被用来处理污水［

（+）微生物和藻类修复法：利用水体中的微生

物或者向污染水体中补充经驯化的高效微生物，在

优化的条件下经过生物还原反应，将重金属离子还

原或吸附成团沉淀，以此完成对重金属污染水体的

修复。目前，Chlorella vulgaris 和Spirulina platensis

等藻类已经应用到水体重金属污染的治理当中。

与传统的物理化学修复技术相比，生物修复技术具有以下优点：(1)费用省，仅为现有环境工程技术的几分之一，如采用生物

清淤比机械清淤费用将节省80％ 以上；(2)环境影响小，不会形成二次污染或导致污染物的转移；

(3)可最大限度地降低污染物浓度；(4)可用于处理常规污染治理技术难以应用的场地，如受污染的地面水体、受石油污染的洋面、受污染的土壤和地下水 。

微生物是地球生态系统中最重要的分解者，其对环境中污染物的代谢作用是生物修复的技术基础，因此，环境中微生物群落对其中污染物的去除起着决定性的作用。水质恶化的水体中污染物之所以难以降解的主要

原因是环境体系中不存在或存在少量可降解污染物的微生物，即使存在少量可降解污染物的微生物，也会由于竞争和捕食作用等微生物的生态关系使其很难大量繁殖并发挥降解污染物的能力；水体的温度、pH 、盐度、溶解氧及营养等外部环境条件不适的情况下也不利于微生物降解能力的发挥；加之在自然条件下微生物对水体的自净速度 是很慢的，必须采取人为的强化措施才能加快这一进程，所以，通常所说的生物修复一般是指人为强化条件下的生物修复 针对城市内陆河的有机污染，美国

CBS(CentralBiological System)公司的科学家开发研制了CBS 水体生物修复技术，在流动水体中，无固定设备和完全自然状态下，用喷洒微生物的方法把被污染河道水 体中有机物转化为无机物，这种CBS 微生物生态系统主要包括光合细菌、乳酸菌、放线菌和酵母菌等含有多个属、几十个具备各种功能的微生物，构成了降解功能强大的微生物菌群，它不仅可以去除水体中有机污染物、消除恶臭和解决水体富营养化问题，而

且对底泥有一定的消化作用，采用该种生物制剂修复重庆桃花溪水体，取得了较好的试验效果。Numata[8 3培养出一种含假单胞菌和硝化细菌的新

型微生物，可在24 h内降解30 mg／L 的三氯乙烯，可用于修复被三氯乙烯等有机卤代化合物和芳香烃污染的水体。Vandenberg 等 发明了保藏假单胞菌的生物制剂，可以很好地保存菌种，含有活性假单胞菌的液体制剂可用于水环境的现场修复。

中国科学院淡水渔业研究中心采用光合细菌修复鳗鱼养殖池水，水中氨氮下降

57．1％ ，溶解氧增加54．6％ ，对虾养殖池投放光合细菌后，氨氮去除率达58％ ，硫化氢去除率为50％ ，溶解氧增加

13．6％ 。陈繁忠等从淡水养鱼池底泥分离出一种光合细菌，在实验室研究了菌种投加量、光照条件、温度、盐度和常用水产杀虫剂，如硫酸铜、敌百虫用量等条件对净化养殖池水质效果的影响，取得了优化的试验效果。