微生物除了通过好氧呼吸作用转化、降解污染物外，在整个讲解过程中也包括利用变异微生物转化污染物。变异允许微生物在异常环境下繁衍并降解有毒物质或降解对其他微生物无益的化合物。
3.2.2 重金属污染土壤的微生物修复机理
1.微生物对重金属的溶解
微生物对重金属的溶解主要是通过各种代谢活动直接或间接地进行的。土壤微生物的代谢作用能产生多种低分子量的有机酸，如甲酸、乙酸、丙酸和丁酸等。真菌可以通过分泌氨基酸、有机酸以及其他代谢产物溶解重金属及含重金属的矿物 。
2.微生物对重金属的转化
一些微生物可对重金属进行生物转化，其主要作用机理是微生物能够通过氧化、还原、甲基化和脱甲基化作用转化重金属，改变其毒性，从而形成某些微生物对重金属的解毒机制。
自养细菌如硫-铁杆菌类能氧化As、Cu、Mo、Fe等。假单孢杆菌能使As、Fe、Mn等发生氧化。微生物的氧化作用能使这些重金属元素的活性降低。微生物可以通过对阴离子的氧化 ，释放与之结合的重金属离子。如氧化铁—硫杆菌能氧化硫铁矿、硫锌矿中的负二价硫，使元素Fe、Zn、C0、Au等以离子的形式释放出来。
3.微生物对重金属的固定
微生物对重金属的生物固定作用主要表现在胞外络合作用、胞外沉淀作用以及胞内积累3种作用方式上。
由于微生物对重金属具有很强的亲合吸附性能，有毒金属离子可以沉积在细胞的不同部位或结合到胞外基质，或被轻度鳌合在町溶性或不溶性生物多聚物上。一些微生物如动胶菌、蓝细菌、硫酸还原菌以及某些藻类，能够产生胞外聚合物如多糖、糖蛋白等具有大量的阴离子基团，与重金属离子形成络合物。
3.2.3 有机物污染土壤的微生物修复机理
污染土壤环境中的有机物，主要有人工合成的有机农药、酚类物质、氰化物、
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石油、多环芳烃、洗涤剂以及高浓度耗氧有机物的等。这些有机化合物一般具有较高的土壤-水分配系数，一旦进入土壤以后，其绝大多数积聚在土壤里，尤其是有机氯农药，、有机汞制剂、多环芳烃等，由于其不仅难降解，而且毒性大，造成严重的污染危害。
微生物是自然界中的分解者，在好氧条件下，它能将有机污染物彻底氧化，分解成二氧化碳、水、硫酸根、磷酸根、亚硝酸根、硝酸根等无机物。在厌氧条件下，能将有机物降解，转化成小分子有机酸、水、氢气和甲烷等。因此，微生物是生物修复中有机污染物降解的主力军。
微生物对有机污染物的降解主要是通过微生物酶的作用。参与污染有机物生物降解的各种微生物酶，可分为组成酶和诱导酶，又可分为胞内酶和胞外酶。
微生物对某些污染物有去毒作用，所谓去毒作用是指微生物使污染物的分子结构发生改变 ，从而降低或去除其对敏感物的有害性。去毒作用导致钝化作用，即在毒理学上具有活性的物质转化为无活性的物质。例如，有毒性的杀草剂醚草通在微生物的作用下脱氨形成对植物无毒害的产。
3.3.微生物修复技术
污染土壤的微生物修复技术主要有3类：生物反应器(Bioreactor)、原位生物处理技术(In-situ)和地上处理技术(Above-ground)或称异位生物处理技术。
3.3.1 生物反应器处理技术
这种方式是将受污染的土壤挖掘起来，和水混合后，在接种了微生物的生物反应器装置内进行处理，其类似污水的生物处理方法，处理后的土壤与水分离后，脱水处理再运回原地。
这种处理技术是污染土壤生物修复技术中最有效的处理技术。但它对高分子量 PAHs的修复效果不理想且运行费用较高，目前仅作为实验室内研究生物降解速率及影响因素的生物修复模型使用。
有人用规格为 0. 45 m×0.28m×0.31m的聚氯乙烯反应器对装有768kg的含油污染土壤进行处理，其结果显示，经28d生物降解后，C-C 直链烷烃去除率分别为 35.3%、88.3%，支链烷烃去除率达59.4%~100%，该技术在实际中已得到应
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用。
3.3.2 原位生物修复技术
土壤污染的原位生物修复技术是在污染的土壤中引入氧化剂（如空气、水等），某些情况下也同时引进其他营养物质甚至接种外来微生物，使有关的微生物繁殖并通过生物化学作用降解有机污染物，达到修复的目的。
特点：该法适用于渗透性好的不饱和土壤的生物修复。在处理污染的过程中土壤的结构基本不受破坏，对周围环境影响小，生态风险小；工艺路线和处理过程相对简单，不需要复杂的设备，处理费用较低；但是整个处理过程难于控制。
表3-1 常用的土壤原位修复技术特点及适用范围
类型 投菌法 技术方法描述 直接向污染土壤接入外源的污染降解适用范围 不同的菌种可处理不同菌，同时提供这些细菌生长所需营养 的污染物质 生物通风法 在不饱和土壤中通入空气，并注入营养适用于挥发/半挥发性、液，为微生物降解提供充足的氧气、碳含卤和非卤和多环芳烃源和能源，促进其最大限度地降解 生物搅拌法 向土壤饱和部分注入空气，从土壤不饱适于无机污染物、腐蚀性和部分吸出空气，加大气体流动性为微和爆炸性污染物 生物供氧，促进其最大限度地降解 工程螺钻法 用工程螺钻系统使表层污染土壤混合，适用于杀虫剂/除草剂，并注入含有营养和氧气的溶液，促进微挥发/半挥发性、含卤和生物最大限度地降解 非卤有机污染物、多环芳烃、二垩英/呋喃、多氯联苯等有机污染物 泵出生物法 是将污染场地的地下水抽 出经地表处适用于处理污染时间较理后与营养液按一定 比例配比后注入长、状况已基本稳定的地土壤 ， 促进微生物最大限度地降解 区或受污染面积较大的地区 等有机污染物 15
慢速渗滤法 通过污染土壤区内布设垂直井网，将营 养液和氧气缓慢注入土壤表层，促进微生物最大限度地降解 农耕法 对污染土壤进行耕耙处理，在处理进程土壤污染较浅, 污染物中施入肥料，进行灌溉, 加入石灰, 从又较易降解时可以选用 而为微生物降解提供良好的环境
3.3.2.1 生物通风法
生物通风工艺是—种强化污染物生物降解的修复工艺。一般是在受污染的土壤中至少打两口并，安装鼓风机和真空泵，将新鲜空气强行排人土壤中，然后再抽出，土壤中的挥发性毒物也随之去除。
图3-1 生物通风系统示意图
3.3.2.2 投菌法
投菌法是直接向遭受污染的土壤接入外源的污染降解菌, 同时提供这些细菌生长所需氧源（多为H2O2）和营养。以满足降解菌的需要, 以便使土壤微生物通过代谢将污染物彻底矿化成CO2和H2O。Ellis等在斯德歌尔摩中部的一个废弃的木材防腐油生产区，对高浓度低分子量多环芳烃和高分子量的多环芳烃污染进行就地投菌处理。污染土壤经过4个月处理，所有多环芳烃的降解都很明显 。
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