污染地下水系統(tǒng)是一種最難凈化的環(huán)境系統(tǒng),。在所有生物作用過程中,，最古老的要屬在無氧情況下微生物的新陳代謝,，這種作用過程在解決污染地下水這一現(xiàn)代問題方面,，初步顯示出巨大的潛力,。
由于需要抽出和處理大量污染水,，常常無法消除污染水,。再者，在抽取污染水之后,，污染物仍會從沉積物中不斷淋濾出來,，并污染更多的地下水,。
要想在原地處理污染地下水，可以在地下設(shè)置反應(yīng)屏蔽層,，用來去除地下水中的污染物,。但是，這種做法只對處理有限的淺部污染區(qū)才可行,，而且經(jīng)濟(jì)合算,。地下天然生存的微生物也可使污染物降解、解毒或固定,，這種作用過程稱作原位生物治理,。
直到最近，對原位生物治理的實(shí)際應(yīng)用主要集中在喜氧微生物上,，這類微生物通過將有機(jī)化合物氧化成二氧化碳而獲取能量,，其中氧作為電子受體，當(dāng)?shù)叵麓嬖谘鯐r,，喜氧微生物可將有機(jī)污染物氧化成二氧化碳,，從而使污染地下水凈化。
然而,，這種方法效果有限,，尤其是因?yàn)檠鯇ο惭跷⑸锸遣豢苫蛉钡模谠S多污染的地下環(huán)境中是缺乏的,。溶解在地下水中的氧的數(shù)量少,，而且由上覆不飽和土壤通過擴(kuò)散供氧的速率低。在受到石油或從回填土地中淋濾出的物質(zhì)等有機(jī)污染物污染的地下環(huán)境中,，喜氧細(xì)菌會自動將這些污染物氧化成二氧化碳,，在這一作用過程中消耗掉已有的溶解氧。通常,，含水層污染最嚴(yán)重的部分很快將氧耗盡,；氧只見于污染物流的邊緣上。
由于許多受污染的地下環(huán)境中缺乏氧,，引起人們對厭氧微生物原位生物治理潛力的興趣,，這些微生物生長在無氧條件下。厭氧微生物還可將有機(jī)化合物氧化成二氧化碳,，但利用的是硝酸鹽,、硫酸鹽或Fe3＋氧化物等電子受體，而不是氧,。
厭氧微生物不同的新陳代謝能力,，體現(xiàn)出對抗地下水污染的潛在效力。在地下缺氧環(huán)境中,，烴類污染物的天然降解程度大大高于原先的想象,。例如，在地下石油污染方面,，苯常常是最受關(guān)注的污染物,，因?yàn)樗扇苡谒⒂卸静⑶铱赡苤掳?。最新研究表明,，從地下提取的厭氧微生物可使苯降解。在某些污染含水層中,，曾?jīng)觀測到天然大量去除缺氧帶內(nèi)苯及其他芳香烴的現(xiàn)象,。
在某些情況下，利用厭氧和喜氧微生物進(jìn)行天然降解,，可限制污染擴(kuò)散,；如果威脅不到重要的水源，就可能不必進(jìn)行進(jìn)一步治理了,。如果污染物天然降解速率太慢,，則增高硫酸鹽或硝酸鹽含量可加快厭氧微生物對污染物的降解速率。這與更常見的將氧加入地下以增強(qiáng)喜氧微生物活動性的做法是相似的,。
加氧在技術(shù)上有困難,，而且費(fèi)用很高，因?yàn)檠醯娜芙舛鹊?，并可與缺氧地下水中的還原組分（如二價鐵）發(fā)生反應(yīng),。因此，加入足夠氧以有效刺激喜氧微生物常常是困難的,。硫酸鹽和硝酸鹽等電子受體沒有這些限制因素,，因?yàn)樗鼈內(nèi)芙舛雀撸也粫环巧镒饔眠^程所消耗,。在受到苯嚴(yán)重污染并無法通過加氧來凈化的地下環(huán)境中,，加入硫酸鹽很容易去除苯。
另一個生物治理問題是受到氯化溶劑污染的地下環(huán)境,。在含水層常見的條件下,，喜氧微生物通常無法降解氯化污染物，如全氯乙烯（PCE）和三氯乙烯（TCE）,。在淺而有氧的含水層中持續(xù)保存有這些溶劑,，除非由于存在像石油這類共同污染物導(dǎo)致缺氧條件的發(fā)育。
某些厭氧微生物可利用這些化合物作為電子受體,，使有機(jī)化合物或氫發(fā)生缺氧氧化,，從而使PCE 和TCE 降解。在理想條件下,，這種還原作用可從污染物中去除氯原子,，作為最終產(chǎn)品生成乙烯,；氯是以氯化物的形式釋放的。因此,，對PCE 和TCE 污染,，可通過向地下加入有機(jī)化合物來治理。所加入的有機(jī)物發(fā)生有氧降解,，導(dǎo)致形成缺氧條件因此,，脫氯的厭氧微生物可利用所加入的有婦L 物使污染物脫氯，從而去除其毒性,。
硝酸鹽污染是由于使用化肥或使廢物進(jìn)入地下而造成的,，對這種污染可用類似的方式來處理。具有脫硝酸鹽作用的地下微生物,，可使所加入的有機(jī)物或氫發(fā)生氧化,，將硝酸鹽還原成無害的氮分子。
有毒金屬和準(zhǔn)金屬常?？扇苡谒?，因此在有氧地下水中是活動的。然而,，在缺氧條件下,，微生物可將它們還原成不可溶形式，從而從地下水中沉淀下來,。這樣可將這些金屬和準(zhǔn)金屬固化,，限制它們擴(kuò)散和對水資源的威脅?？捎眠@種方式固定的元素包括鈾,、鉻、錫,、鉆和硒,。
雖然這些用于原位生物治理的無氧策略很有前景，但是在能夠?qū)⑺鼈冎腥魏我环N用于常規(guī)工作之前,，還要開展大量研究工作,。業(yè)已通過為數(shù)有限的野外研究對在缺氧條件下進(jìn)行原位天然或受激生物治理進(jìn)行過評價。這些野外研究表明,，厭氧微生物作用過程雖然在某些情況下是有效的,，但是在其他情況下卻是無效的。即便在同一含水層的不同帶內(nèi)也能觀察到這種效果上的差異,。尚未搞清的是,，這種效果上的差異反映的是厭氧微生物分布不均還是控制它們活動性的環(huán)境因素不同。
要回答這些問題,，我們需要知道哪些微生物可在原位發(fā)生生物治理反應(yīng),。結(jié)合Fe3 ＋還原,、還原脫氯和受激金屬還原，對烴類進(jìn)行的原位生物治理研究表明,，與含水層中這些作用過程有關(guān)的厭氧微生物,，與實(shí)驗(yàn)室為在純培養(yǎng)液中進(jìn)行這些生物治理反應(yīng)的微生物密切相關(guān)。
這些純培養(yǎng)液的基因組是可以獲得的,。因此，應(yīng)當(dāng)確定哪些基因與所研究的生物治理反應(yīng)有關(guān),，哪些基因可以使微生物在地下環(huán)境中茁壯成長,。甚至可以培養(yǎng)出引起其他原位生物治理作用過程的厭氧微生物。
一旦解讀出其基因的功能,，即可真正開始對原位厭氧微生物治理進(jìn)行研究,。借助最近研制出的克隆大段環(huán)境DNA 的方法，確定與地下生命密切相關(guān)的厭氧微生物基因的功能將成為可能,。對地下樣品中mRNA（信使核糖核酸）顯示的測定結(jié)果表明,，利用環(huán)境樣品進(jìn)行與當(dāng)前利用純培養(yǎng)液開展的分析相類似的整個基因組顯示分析是可以做到的。
結(jié)合適當(dāng)?shù)牡厍蚧瘜W(xué)和水文學(xué)研究,，這一信息有助于了解與原位生物治理有關(guān)的厭氧微生物的活動性,。這將加深對自然去毒速率的了解，并促進(jìn)制定加速治理地下水的合理戰(zhàn)略,。
（張秋明摘譯自Science,2001 )
