重金属污染控制极其生态修复技术研究

重金属污染控制极其生态修复技术研究（精选10篇）

重金属污染控制极其生态修复技术研究 篇1

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以土壤－水－植物系统为主线，结合生物地球化学、环境生态学、土壤环境化学、植物生理学和环境分析化学等多学科，深入调查和研究南丹、环江和泗顶等典型矿区及周边土壤重金属污染现状；筛选出的最具潜力的超富集植物/耐性植物，研究目标重金属的累积特征、分布规律和存在形态，探讨植物对重金属的吸收、转运和累积机制；种植超富集植物并收割带走土壤中的重金属，对土壤和植物中的重金属含量实施动态监测，研究最佳的修复植物及其组合、轮作和套种等方式对多金属污染的土壤实现联合修复；通过不同钝化剂、不同条件的控制实验，研究修复改良后基质的pH、有效态重金属含量、脲酶和磷酸酶活性。

2、岩溶石山区水质保障理论及技术研究

针对岩溶地区及北部湾临海经济区的地表水和地下水环境系统将面临污染等问题，进行相关污染防治技术研究：如石油类废水高效处理技术集成研究、土壤环境中石油类污染物的运移与归宿研究、地表水-地下水系统中石油类污染物运移数值模拟与归宿机理研究、地下水环境中石油类污染物的控制与生物修复技术研究；针对广西制糖、淀粉业、印染、垃圾渗滤液等产业的高浓度有机废水和难生物降解有机废水，研究与开发出处理高浓度和难生物降解有机废水的新方法、新技术及成套组合设备，并进行一定规模的示范；对排放标准达不到国家一级标准的城市污水处理工艺进行技术升级改造和关键技术研究，并进行工程示范，形成城市污水升级改造全面、系统的共性关键技术体系，为区内外同类城市污水处理工艺的技术改造和升级提供技术支持。

重金属污染控制极其生态修复技术研究 篇2

1 重金属的危害

重金属污染是指铜、锰、镉、汞、锌、砷等重金属对于土壤的污染, 重金属对于人体健康影响巨大, 主要的危害有致癌、致疾、致突变。随着世界工业化的发展, 在世界范围内也发生了多例重金属污染事件, 例如日本发生的“水俣病”, 就是因为重金属“镉”的超标, 从而造成了人体肝脏的损伤, 进而造成骨质疏松和软化, 从而危机生命。当前我国的重金属污染较为严重, 发生过多起重金属中毒事件, 而且重金属在土壤中的潜伏时间较长, 具有很强的隐蔽性、不可降解性, 从而对于土壤的破坏时间较长。土壤中的重金属可以通过作物被吸收到人体内, 从而在人体内积累, 造成肝脏等气管的中毒衰竭。

2 污染土壤取样分析

修复重金属土壤污染的首要措施就是进行污染区域的采样工作, 通过试验分析评价土壤的受污染程度, 并确定土壤取样中的重金属种类.通常会采用内梅罗污染指数法对土壤的污染状况进行评价, 明确造成污染的污染源, 同时研究各个重金属元素的存在形态和土壤的物理化学性质, 再制定相应的土壤生态修复方案。

3 金属污染土壤生态修复方法

3.1 物理修复法

物理修复法是采用物理措施对于重金属污染物进行清除, 从而降低地域土壤的重金属含量。例如可以采用填埋的方式来降低金属的暴露, 防止重金属污染物的进一步扩散, 或者利用水泥灌注的方法, 把土壤中流动的重金属物固化, 降低土壤中重金属的移动性。或者利用机械挖掘的方式把深层的土壤挖掘出来, 是土壤中的重金属含量更低。但是物理修复法有局限性, 不能彻底地解决重金属污染的问题, 同时土壤的挖掘、运输费用较高, 对于修复场地的要求较高。

3.2 化学修复法

化学修复法往往运用于重金属污染面积较大的区域, 同时化学修复法可以彻底的解决重金属污染的问题, 降低了土壤生态修复过程中的环境破坏。最常用的修复技术有化学还原、化学氧化、化学淋洗、电化学修复等, 化学淋洗法是采用化学溶剂把土壤中的重金属迁移出来, 为重金属的去除提供方便, 化学氧化、还原修复主要采用化学氧化剂、还原剂与重金属产生氧化、还原反应, 降低重金属的毒性及在土壤中的移动性。原位修复是化学氧化、还原修复的主要方式。此外, 还可将直流电通入污染土壤中, 采用的电化学法去除污染土壤中的重金属离子。

3.3 微生物修复法

生物修复发是当前使用最广泛的修复技术之一, 主要是利用微生物的分解作用来降低土壤中重金属的含量。微生物作为生态环境的重要组成部分, 能够有效地吸附固定土壤中的重金属物, 同时也可以改变重金属的价态、形态, 提高重金属降低的效率, 例如采用具有氧化还原能力微生物可以把重金属沉淀出来、但是微生物修复技术有明显的缺点, 微生物对于生存环境的要求较高, 如果土壤环境较为恶劣, 就会造成微生物的死亡, 其吸附固定的重金属又重新返回土壤。因此在一些重金属污染较为严重的矿区, 微生物修复方法具有很强的局限性, 采用植物生态修复法更为方便有效。

3.4 植物修复法

植物修复方法是指利用植物的作用把土壤中的重金属固定、吸收、分解等, 并修复当地土壤的生态环境。植物修复方法包括: (1) 植物提取, 利用积累植物吸收土壤中的重金属, 并在地面上进行累积, 通过作物的收割把重金属从土壤中分离出来, 通常采用持续性植物萃取技术, 直接从土壤中吸收重金属, 或者是采用诱导性制备萃取技术, 在累积重金属的同时添加各种活化物质, 提高重金属的萃取效率; (2) 植物固定法, 是指利用植被的扩展根系把重金属固定住, 植物根部通常会分泌出一些粘性分泌物, 可以把土壤中的重金属吸附固定, 同时可以改变土壤的性质。植物修复技术具有双重的优势, 可以降低修复过程中对于环境的破坏, 同时其修复范围较广, 其次是修复成本低廉, 可以把吸附的重金属回收利用, 此外制备修复可以环境的美化程度, 更有助于改善生态环境。但是制备修复技术也有缺点, 即一种植物只能处理一种重金属, 同时修复的周期较长。

4 结语

当前我国的生态环境不容乐观, 尤其是土壤的重金属污染为人民健康带来了极大的危害, 因此开展土壤重金属污染生态修复工作迫在眉睫, 需要结合具体情况综合利用多种修复手段来处理土壤重金属污染。

摘要：随着我国经济的发展, 生态环境造成的破坏也越来越严重, 尤其是重金属污染威胁着居民的身体健康, 已经引起了各方的广泛关注, 但是重金属污染的治理较为困难, 需要采取各种方式联合使用才能取得良好的修复效果。本文阐述了重金属污染土壤的危害性, 并提出了几种土壤污染的生态修复策略。

关键词：重金属污染,土壤生态修复

参考文献

[1]赖发英, 郭成志.重金属污染土壤生态修复和利用的初步研究[J].江西科学, 2009, (3) .

重金属污染控制极其生态修复技术研究 篇3

关键词：农田土壤；重金属；污染现状；修复技术

中图分类号：X53；X173 文献标识码：A DOI编号：10.14025/j.cnki.jlny.2016.10.061

随着工业技术的迅猛发展，化肥及农药在农业生产中得到了广泛应用，这就使得重金属可通过很多方式残留到农田中，导致农田土壤被严重污染。重金属污染物具有毒性大、不易降解等特点，因此极易在人体、动物、植物中沉积，从而给人体健康、食品安全及生态环境带来严重威胁。因此，必须不断探索与创新，努力研发出科学、环保、高效的修复技术，从而有效解决农田土壤重金属污染问题。

1 农田土壤重金属污染的现状问题

农业管理部门对我国多个城市的农田土壤进行了实验与分析，实验数据显示，大多数城市的农田土壤中As、Hg、Cd、Ni、Zn、Ph、Cu、Cr的单位含量都大大超过了土壤原来的背景值。防治农产品污染的农业部实验室对我国24个省市的农田土壤调查结果表明，有近330个重度的重金属污染区，总面积大概57824平方米，农产品被重金属污染的比重在被污染的农产品中占比高达80%。当前，我国很多城市郊区的农田均受到或轻或重的重金属污染，比如江苏南京的农田土壤受到了Hg、Cd、Pb污染，尤其Hg污染最为严重；2010年黄浦江沿岸地区农田土壤中Pb、Hg、Cd、Cr的含量依次超出土壤背景值的45%、68%、60%、67%；连续5年北京近郊农田土壤中的Pb、Cd、Hg含量都远远超过远郊；2010年深圳农田土壤采样点中有37%的Hg单位含量高于背景值，其中采样点中6%的污染程度在中度以上。此外，香港、重庆、海南、江西、广西、河北、福建、贵州等省市都存在一定程度的Ni、Zn、As、Cr、Pb、Cd、Hg污染。

2 修复农田土壤重金属污染的技术

当前我国很多省市地区的农田土壤不同程度地受到了重金属污染。而这些污染源都具有难以降解、毒性大、危害性大等特点。因此，必须勇于探索、大胆创新，努力寻找能高效、科学、环保的修复农田土壤重金属污染的技术，从而有效解决或降低重金属污染带来的危害性。

2.1 植物稳定修复技术

生物修复技术，指的是借助特定的生物技术降解、清除、转化、吸收农田土壤中的重金属污染物，以达到恢复生态效应、净化环境的目的。比如，植物稳定修复就是生物修复技术中的一种形式，其具有修复效果好、没有二次污染、操作性强、成本较低等优点，因此值得大范围推广应用。植物稳定修复技术，是借助很强的耐重金属的植物有效降低农田土壤中重金属的移动能力，从而减少重金属在食物链中富集的机会。植物稳定一般借助根部转化、沉积、积累重金属的方式，或者借助根部表面的吸附能力将重金属固定下来，从而大大减小了重金属扩散到周围环境及下渗到地下水中的风险系数。植物根部产生的分泌物可有效改变周围的环境，可改变As、Cr、Hg的形态与价态，减弱这些重金属的毒性与移动性。有研究表明，黑麦草对土壤中的Cd、Mo、Zn、Cu等有很强的吸附能力，并且这些重金属主要集中在黑麦草的根部，很少向叶与茎转移；东方香蒲对农田土壤中的Pb、Cd、As的吸附位置也主要在根部，并且累积量高达87.12mg.kg^-1、35.12mg.kg^-1、31.69mg.kg^-1，而叶与茎中只有20.18mg.kg^-1、2.83mg.kg^-1、2.06mg.kg^-1。所以，可用东方香蒲修复被Pb、Cd、As污染的土壤。当前，用红麻、荠菜、纤维大麻、五节芒、荻、芦竹、芦苇等经济植物修复被重金属污染的农田土壤，具有很大的环境效益与生态效益。

2.2 热脱附修复技术

重金属污染的微生物修复技术 篇4

重金属污染的微生物修复技术

从微生物修复研究的.主要程序、微生物修复过程对重金属的固定、转化、吸附、溶解、氧化还原过程的分子机制等方面,重点讨论了微生物修复的技术原理和研究示例,同时对微生物修复的基因工程进展作了评述.

作 者：李荣林 李优琴 沈寿国 王春梅 石志琦 作者单位：江苏省农业科学院食品质量安全与检测研究中心,江苏,南京,210014刊 名：江苏农业科学 ISTIC PKU英文刊名：JIANGSU AGRICULTURAL SCIENCES年，卷(期)：“”(4)分类号：X172关键词：重金属 生物修复 微生物

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申报项目须符合以下形式审查条件要求。1.推荐程序和填写要求

（1）由指南规定的推荐单位在规定时间内出具推荐函。（2）申报单位同一项目须通过单个推荐单位申报，不得多头申报和重复申报。

（3）项目申报书（包括预申报书和正式申报书，下同）内容与申报的指南方向基本相符。

（4）项目申报书及附件按格式要求填写完整。2.申报人应具备的资格条件

（1）项目及下设任务（课题）负责人申报项目当年不超过60周岁（1956年1月1日以后出生）。

（2）项目及下设任务（课题）负责人具有高级职称或博士学位。

（3）受聘于内地单位的外籍科学家及港、澳、台地区科学家可作为重点专项的项目（含任务或课题）负责人，全职受聘人员须由内地受聘单位提供全职受聘的有效证明，非全职受聘人员须由内地受聘单位和境外单位同时提供受聘的有效证明，并随纸质项目申报书一并报送。

（4）项目（含任务或课题）负责人限申报一个项目，973计划（含重大科学研究计划）、863计划、国家科技支撑 计划、国家国际科技合作专项、国家重大科学仪器设备开发专项、公益性行业科研专项（以下简称“改革前计划”）在研项目（含任务或课题）以及国家科技重大专项在研项目（含任务或课题）负责人不得申报国家重点研发计划重点专项项目（含任务或课题）；项目主要参加人员的申报项目和改革前计划、国家科技重大专项在研项目总数不得超过两个；改革前计划、国家科技重大专项的在研项目（含任务或课题）负责人不得因申报国家重点研发计划重点专项项目（含任务或课题）而退出目前承担的项目（含任务或课题）。计划任务书执行期到2016年12月底之前的在研项目（含任务或课题）不在限项范围内。

（5）特邀咨评委委员及参与重点专项咨询评议的专家，不能申报本人参与咨询和论证过的重点专项项目（含任务或课题）；参与重点专项实施方案或本项目指南编制的专家，不能申报该重点专项项目（含任务或课题）。

（6）在承担（或申请）国家科技计划项目中，没有严重不良信用记录或被记入“黑名单”。

（7）中央和地方各级政府的公务人员（包括行使科技计划管理职能的其他人员）不得申报项目。

3.申报单位应具备的资格条件

（1）在中国境内登记注册的科研院所、高等学校和企业等法人单位；政府机关不得作为申报单位进行申报。

（2）注册时间在2015年3月31日前。（3）在承担（或申请）国家科技计划项目中，没有严重不良信用记录或被记入“黑名单”。

4.本重点专项指南规定的其他形式审查条件要求（1）项目申请书需经过国务院有关部门（直属机构、直属事业单位）科技主管机构推荐，或各省、自治区、直辖市、计划单列市及新疆生产建设兵团科技主管部门推荐。

（2）项目须整体申报，须覆盖全部考核指标。（3）同一申报材料不得多头重复推荐；同一推荐主体对同一项目只能推荐1项。

（4）项目申报单位（包括联合申报中的任意一方）和项目参加人员，对同一项目不得进行重复或交叉申报。

（5）项目下设课题数不超过7个，每个课题参加单位不超过4家（含承担单位）。

重金属污染控制极其生态修复技术研究 篇6

随着人口的增长和工业化进程的加大, 土壤与环境的保护及农业可持续发展成为当今世界人类面临的重要课题[1]。土壤中重金属污染不仅降低土壤肥力和作物的产量与品质, 而且恶化环境, 并通过食物链危及人类的生命和健康。因此, 土壤重金属污染的治理对于环境质量的改善十分重要, 土壤重金属污染的修复也是环境可持续发展的必然要求。

本文综合了国内外的相关研究, 概述了土壤中的重金属污染的现状及采用生态工程手段修复的方法, 并简单介绍了生态修复在土壤污染方面的机理及应用, 旨在探求一种高效修复重金属污染的生态工程的方法。

1. 土壤重金属污染的现状

1.1 土壤重金属污染的来源

目前土壤中重金属污染日益严重, 并且外来重金属多富集在土壤的表层。主要是由于采用城市污水和工业污水灌溉, 集约化养殖动物粪便的不合理处置, 生活垃圾、工业废渣及其他固体废弃物任意堆放和填埋, 废气中重金属的扩散、沉降、累积, 导致其淋溶物随地表径流进入农田, 含重金属农药、磷肥的大量施用所致[2]。

大气中大多数重金属通过自然沉降[3]和雨淋沉降进入土壤圈。由城市-郊区-农区, 污染随着距城市距离的加大而降低, 城市的郊区污染较为严重;此外, 还与城市的人口密度、城市土地利用率、机动车密度呈正相关;重工业越发达, 污染相对就越严重[4]。

使用含有Pb、Cd、Hg、As等的农药和不合理地施用化肥都可以导致土壤中重金属的污染。农用薄膜生产中应用到的热稳定剂中含有Cd、Pb, 塑料大棚和地膜都可以造成土壤重金属污染。污泥中含有大量的有机质和氮、磷、钾等营养元素, 但同时污泥中也含有大量的重金属元素, 随着市政污水处理产生的大量污泥被施加于农田, 农田中的重金属含量也会不断增高。

金属矿山的开采、冶炼、重金属尾矿、冶炼废渣和矿渣堆放等, 以及可以被酸溶出含重金属的矿山酸性废水, 随着矿山排水和降雨使之带入水环境或直接进入土壤, 都可以直接或间接地造成土壤重金属污染。矿山酸性废水重金属污染范围一般在矿山的周围或河流的下游, 在河流不同河段的重金属污染程度往往受污染源 (矿山) 的控制。

1.2 土壤重金属污染的危害

大量研究证明:重金属污染的土壤, 其微生物生物量比正常使用粪肥的土壤低得多, 并且减少了土壤微生物群落的多样性。吸收到植物体内的重金属能诱导其体内产生某些对酶和代谢具有毒害作用和不利影响的物质, 间接引起植物伤害。如某些重金属胁迫下植物体内产生过氧化氢、乙烯等类物质对体内代谢和酶活性的负效应, 甚至导致植物的死亡[6]。

重金属的胁迫有时会引起大量营养元素 (N、P、K) 的缺乏和有效性的降低, 较高浓度的重金属含量有抑制植物体对钙、镁等矿物质元素的吸收和转运的能力。重金属处理引起植物铁含量的下降或缺乏, 导致铁参与生理过程的异常, 呈现铁缺乏症状。较高浓度的锌处理使大豆出现叶片失绿的毒害症状。当镉超过一定浓度后对叶绿素有破坏作用[7]。

1.3 土壤重金属污染现状

目前, 全国遭受不同程度污染的耕地面积已接近2000万公顷。约占耕地面积的1/5。1996年农业部调查表明:我国污灌区面积约140万公顷, 遭受重金属污染的土地面积占污染总面积的64.8%。其中轻度污染占46.7%, 中度污染占9.7%。严重污染面积占8.4%, 其中以Hg和Cd的污染面积最大。

2. 生物修复

2.1 植物修复技术

在中重金属污染物最不易修复, 针对大面积污染土壤, 植物修复在总体上是目前所有土壤污染治理中最好的方法, 在美国等发达国家已经开展大规模的实验, 中国也在这方面作过研究。

植物促进是根据重金属的螯合原理, 向土壤中施加螯合剂如EDTA、DTPA、EGTA、柠檬酸等活化土壤中的重金属, 增加重金属的生物有效性, 提高富集植物对重金属的积累, 促进植物的吸收, 是植物修复发展的一个新方向。因为植物修复主要是通过收割地上部分进行的, 施加螯合剂提高了某些植物对重金属的吸收, 促进了重金属向地上部分的转移, 因而对植物修复的成功非常有利。研究发现向铅污染土壤中加入EDTA (1.0g/kg) 后24 h, Pb从根向枝干部分的净转移提高了120倍。

2.2 微生物修复技术

利用微生物的生物活性对重金属的亲和吸附或转化为低毒产物从而降低重金属污染程度。由于微生物对重金属具有较强的亲和吸附能力, 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上, 或被轻度螫合在可溶性或不溶性生物多聚体上, 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, 它们具有大量的阴离子基团, 与重金属离子形成络合物。近年来微生物生物技术已逐步应用于净化污染土壤, 通常采用新的原位处理、反应器或土壤填埋对污染土壤进行生物修复, 在重金属污染土壤中加入真养产碱菌株使得土壤水悬浮液得到净化。

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、甲基化和去甲基化作用转化重金属, 改变其毒性, 从而形成了某些微生物对重金属的解毒机制。

3. 小结

土壤重金属污染是当前面临的重大难题之一, 迫切需要解决。而今植物修复技术的发展和广泛应用, 为解决土壤重金属污染提供了一条绿色通道。单一化学手段治理土壤重金属污染, 虽然有一定的成效, 但是不可避免二次污染:而化学手段也不可摒弃, 化学手段可以改良土壤, 在一定程度上是其他手段所不可替代的。因此, 建议可以继续推进生物修复技术的发展, 同时, 将物理、生物、化学修复手段结合起来, 更好地治理土壤重金属的污染。

参考文献

[1]何振立, 周启星, 谢正苗.污染及有益元素的土壤化学平衡[M]北京:中国环境科学出版社, 1998.

[2]顾红, 李建东, 赵煊赫等.土壤重金属污染防治技术研究进展[J].中国农学通报, 2005, 21 (8) :397-399, 408.

[3]顾继光, 周启星, 王新.土壤重金属污染的治理途径及其研究进展[J].应用基础与工程科学学报, 2003, 11 (2) :143-151.

[4]董悦, 刘晓群, 李翠兰, 于东海, 张士勇.土壤重金属污染研究进展[J].现代农业科技, 2009, (4) :143-144.

[5]黄耀裔.土壤重金属污染来源与预防治理[J].能源与环境, 2009, (1) :62-64.

[6]安志装, 王校常, 等.重金属与营养元素交互作用的植物生理效应[J].土壤与环境, 2002, 11 (4) :392-396.

重金属污染控制极其生态修复技术研究 篇7

土壤污染物大致可分为重金属等化学污染物、物理污染物、生物污染物和放射性污染物。在这几类污染物中，重金属会造成土壤环境质量严重下降。重金属在土壤中累积超过一定数量，就会污染生长于其中的植物，进而影响人类健康，引发严重疾病。但是，由于土壤污染有着不同于其他污染的一些特点，在相当长一段时间内并没有引起足够的重视，我国对于土壤污染的预防和修复也还处于探索和研究的初级阶段，很多防治措施还不能起到有效作用，因此土壤重金属污染有愈演愈烈的趋势。针对土壤重金属的污染问题，我们采访了我国著名环境生态专家、南开大学环境科学与工程学院院长周启星教授。

“隐形杀手” 浮出水面

周启星，主要研究方向包括复合污染生态学、污染环境修复、生态毒理与环境基准等，在环境污染特征、毒理效应、土壤环境基准以及修复等方面进行了大量相关研究，尤其在土壤重金属污染防治与修复研究领域有很深的造诣。

在很多人的印象中，“土壤污染”似乎是个新名词，人们对它是陌生的。其实，这些在土壤中潜伏了多年的“隐形杀手”，正悄无声息地浮出水面，不断产生可怕的危害。一段时间来，各地土壤重金属污染事件频发，才渐渐引起了普通百姓对土壤污染的关注。

在采访中，周启星介绍说，土壤重金属污染来源众多。这些重金属进入土体，被生长在其中的作物吸收和积累，人食用了这些被重金属污染的粮食和蔬菜后，将重金属吸收到体内，健康受到很大危害，出现严重的“污染病”。20世纪60年代，日本发生的“痛痛病”和“水俣病”，就是因为镉和汞对环境的污染所致。目前，我国重金属污染也开始呈现快速上升的趋势，2011年1至8月份短短半年多时间，就出现了11起重金属污染事件，土壤重金属污染问题进入人们的视线，对土壤重金属污染的治理与修复变得刻不容缓。

原本被大家忽视的土壤污染一下集中爆发出来，造成的消极影响直线上升，在之前相当长的一段时间内却似乎并没有太多这方面的报道，这是什么原因呢？从周启星教授介绍的土壤重金属污染的特征中，我们可以找到原因。周启星教授介绍了土壤重金属污染的主要特点：污染的长期积累性、隐蔽性、形成原因的复杂性以及治理的困难性。

土壤重金属污染的积累性，是指土壤重金属污染不像水污染那样因为河道被排入污水就可以马上被发现，也并不像工厂的废气排入空气中后人们即刻就能看到。土壤污染是一个逐渐累积的过程，工农业生产以及城市垃圾等固体废弃物的堆放，使重金属有机会渗入土壤；水和大气中的污染物最终也会进入土壤，对土壤造成次生污染。土壤是“最后的垃圾桶”，积累于土壤中的各种重金属，将会逐渐得以释放，对地下水和植物造成缓慢的污染，最终对人体健康构成威胁。学界有一种形象的说法，将其称为“生物定时炸弹”。所以，重金属的中毒发生，是一个缓慢的过程，到出现问题时，一般都已经产生了比较严重的后果。

周启星教授说：“由于土壤本身就具有净化功能，它的污染及其危害也就具有潜在性，用肉眼是很难观察到的，只有用专业的检测设备才能够检验土壤是否被污染，以及污染的程度究竟有多严重。”土壤重金属污染的隐蔽性，造成土壤污染状况容易被忽视。因此，要到有严重的污染事件出现时人们才会察觉到土壤污染的存在，这也就是为什么最近一段时间内各地的重金属中毒事件频频发生，人们才意识到这一污染的严重性。

因为进入土壤中的重金属在大多数情况下不止一种，所以土壤的重金属污染具有复杂性。周启星教授解释说，土壤的重金属污染除了一些主要的有毒重金属污染之外，还有一种情况，那就是有一些毒性小的重金属，如锡、碘等，它们在有机污染物的交互作用下，毒性会变得比较复杂，对动植物和微生物均会造成更大的危害。

由于上面提到的这些特点，导致土壤重金属污染的治理变成一件棘手的事情，纷繁复杂、千头万绪的原因和污染状况让土壤重金属污染的治理只是停留在初级探索的阶段，很难找到切实有效的方式来进行治理，这也就涉及到了土壤污染治理所面临的极大困难。

防治征程困难重重

当土壤污染的问题不断发生并开始被重视之后，相应的预防、治理和修复也就应该开始进行，并尽量使其提早发挥作用。然而，目前我国土壤重金属污染的预防和治理工作进行得并不是很顺利，原因是多方面的。

周启星教授特别提到了我国土壤环境质量标准制定与修订工作过于落后的现状，对我国土壤重金属污染防治工作产生了严重影响。周启星教授介绍说，目前我国使用的《土壤环境质量标准》是1995年制定的，到现在将近20年都没有进行过修订和补充。在此期间，土壤污染又有很多新情况和新问题出现。由于实施的标准十分陈旧和落后，导致无法解决一些现实新问题。

周启星教授指出，1995年颁布的《土壤环境质量标准》，已经不再对我国土壤重金属污染防治工作产生积极影响。他强调，这一标准中存在的最大问题是，该标准的适用范围只限于农田、蔬菜地、茶园、果园、牧场、林地以及自然保护区等地的土壤，而关于商业用地和住宅用地，却并没有明确标准，而且标准中所收录的重金属并不全面，很多对人体健康有严重危害的土壤有机污染物并没有被列入其中。该标准明显是在土壤环境管理工作的初级阶段制定的，很多方面都已经不符合现在的要求。因此，该标准在如今的土壤重金属污染的检测和判断中，已经不能发挥应有的作用，这就迫切需要从国家层面上开展环境基准的系统研究，为《土壤环境质量标准》的修订和完善奠定坚实的基础。

周启星教授非常重视土壤环境标准修订和完善这项工作，他认为只有有了严格和符合实际的标准，解决“是不是应该修复？”、“在什么水平上修复？”、“修复之后希望达到怎样的水平？”等一系列问题，土壤重金属污染的检测和修复工作才能顺利开展。但是，他也非常遗憾地提到，目前我们国家很少有人在进行新标准方面的研究和探索。目前，只有他和他的研究团队一起，进行了一些相关的研究工作。

周启星教授还提到，目前污染土壤修复技术有待提高，也是土壤污染防治中一个比较突出的问题。土壤重金属污染的修复技术不够发达，没有有效的修复技术来处理和净化被重金属污染过的土壤，使得对土壤重金属污染的修复还停留在初级阶段。目前普遍使用的污染土壤修复方法主要有两种：物理修复法、化学修复法。其中，物理方法的缺点是费时费工，且成本较高；使用化学修复方法则容易引起其他问题，出现二次污染，因此在使用的时候应该考虑可能会造成的后果，慎重使用。因此，国内很多相关专家都在对有效的污染土壤修复的方式进行探索和研究，目前生物修复技术因为其成本低廉、治理的本位性和永久性等优点，是人们很看好的一种修复技术，但由于研究和开发刚刚起步，在应用上还并不成熟，有待相关专家进行深入的研究。

此外，周启星教授提到的修复资金、实现商业化的体制问题以及管理方面，还存在着诸多问题。因此，土壤重金属污染的预防和修复，是一项任重道远的工作，其中还存在着很多的问题需要探讨和解决。

任重道远前景乐观

周启星教授说，土壤也像人一样，会出现健康问题。土壤的健康出了问题之后，就如人生病之后，需要及时“治疗”，否则继续恶化下去就会出现更严重的问题。据相关统计数据显示，我国土壤目前已经处于亚健康状态，需要及时采取“诊断”和“治疗”措施，来抑制土壤的健康情况继续恶化。

周启星教授说：“我国的土壤污染问题比国外复杂得多，一是我国的人口多，另外在工业方面，国际上一些污染比较严重的企业都将工厂都搬到了我国。在这个大环境下解决土壤污染问题，确实存在比较大的困难。”他认为，在土壤污染的修复方面，应坚持“两手抓”，一手抓机理的研究，一手抓应用推广 ，加强与政府部门的合作来推动实际应用。他提出，应当将物理修复、化学修复、生物修复、综合修复这几种修复方式按照情况选择使用，让污染土壤修复的效果达到最好；另一方面，政府在相关政策的制定和管理上应继续加强。多个方面共同努力，污染土壤的修复才能真正达到理想的效果。

寻求土壤污染的解决之道，应该从问题的根源做起。目前，我国的经济发展还是粗放式的，环保意识仍然淡薄、片面追求经济效益、盲目开发资源、开采方式不当等问题普遍存在，这些做法也都给土壤重金属污染提供了方便的条件。因此，要在土壤重金属防治方面取得真正的成绩，就要在源头上尽量控制重金属污染的产生和扩散，在极易出现重金属污染的相关工厂 ，应当进行相关的宣传，提高大家保护土壤环境的意识，在重金属污染的源头上进行控制和预防，才能达到真正的治理污染的目的。

完善相关的法律法规，也是非常重要的一项措施。有明确的相关规定，是完成土壤污染预防和治理修复非常重要的一步。据了解，目前相关部门正在进行相关法律法规的制定，相信在这些法律法规出台了之后，污染土壤的防治和修复就会有法可循，防治工作就能更加顺利一些。

另外，修复技术的研究也是目前很重要的一个方面。周启星教授也认为在这方面进行深入的研究是当务之急。他介绍说，他和他的团队正在对土壤重金属污染的发生机理和修复方法进行深入研究，并取得了很大的进展和突破，有些研究成果已经处于国际领先地位。

重金属污染控制极其生态修复技术研究 篇8

关键词：电动法,多环芳烃,重金属,复合污染

随着工农业、采矿冶炼以及城市的迅速发展, 大量有毒有害污染物质排入到环境中。而土壤及沉积物作为各种污染物最终的接纳场所, 并且由于其具有隐蔽性、累积性以及不可逆性, 使得土壤污染日趋严重。土壤中多种类型污染物往往同时存在, 形成的复合污染已经成为了目前土壤污染的普遍现象。多环芳烃 (Polycyclic aromatic hydrocarbons, PAHs) 和重金属是环境中两类典型的污染物, 经常被发现共存于土壤中, 是有机-无机复合污染土壤的一种典型代表。由于污染物性质之间的巨大差异, 复合污染的出现给土壤修复带来了巨大的挑战。目前的污染土壤修复研究多针对某一类污染物, 或者采用不同的修复方法顺序性修复复合污染土壤。而采用一种方法同时并有效的修复复合污染土壤的研究报道相对较少。

电动修复法 (Electrokinetic, EK) 是20世纪90年代兴起的一门绿色修复技术, 主要优点是可以有效处理其他方法不能处理的低渗透性土壤;且不必向土壤中加入其他有害环境的物质;修复时间较短。并且实验室研究证实了电动法在修复重金属、有机物、放射性物质的有效性而得到了各国的广泛关注。在以往的研究中常见于电动法修复单一的污染物, 而针对复合污染的研究还较少。故本文主要阐述电动法的技术原理及其增强法修复PAHs以及重金属复合污染土壤的研究进展。

1 电动修复技术机理研究

电动法首先是由Acar提出的, 电动法的基本原理类似于原电池, 即向插入土壤中的电极对通入电流, 水溶的或者吸附在土壤颗粒表面的各种污染物在电场力的作用下通过电迁移、电泳、电渗析三种方式向电极区移动。污染物最终富集在电极区附近或进入电解槽内, 最终通过电镀、共沉淀、抽取电极附近的污染水以及使用离子交换树脂等处理方式集中处理或者分离达到污染土壤治理的目的。通过以往的实验研究表明电动技术修复土壤中的重金属主要依靠电迁移作用;而修复土壤中的PAHs则主要依靠电渗析的作用。

2 普通电动法

采用普通电动法修复PAHs及重金属复合污染土壤, 因为两种污染物不同的性质以及不同的修复机理, 使得同时修复这两类污染物的去除效果不同。由于电解液电解产生的H+进入土壤使得土壤p H变低, 重金属在酸性条件下逐渐离解成游离状态使其修复效率较好。而土壤中PAHs则因为疏水性以及紧紧吸附在土壤表面而不容易随水发生迁移被去除。因此在使用普通电动法同时修复这两种复合污染土壤时修复重金属的效率要高于PAHs。Apostolos Giannis等采用垂直电极电动法加以硝酸控制阴极电极修复重金属以及PAHs复合污染, 修复Cd的效率达到了82%, Zn和Pb的修复效率也分别达到了73%以及37%;而修复菲的效率只达到了29%, 而修复芘的效率仅为19%。

3 增强电动修复法

由于直接使用电动法修复污染土壤的修复效率较低, 并且不能同时实现这两种污染物同时达到较好的去效率。因此研究者通过多种方法来增强修复效率。分析电动法对不同污染物的修复原理可以从以下三个方面来提高电动法的修复效率。首先使用助溶剂使污染物从土壤颗粒表面解吸出来成为游离状态或者溶于液体中;其次是使土壤p H值在适合的范围内;最后是通过与其它技术联用, 以降解、破坏或者是改变原有污染物状态来达到治理增强的效果。

3.1 施加助溶剂

PAHs是一种疏水性有机物, 这类物质在水相中的溶解度很低, 并且对土壤表面和土壤矿物有很强的吸附性。因此为加强电动法修复PAHs的效率, 必须首先创造一个利于PAHs解吸的环境, 增大其在水相中的溶解度。研究中常利用表面活性剂促使PAHs从固相转移到水相中, 增大其在水相中的溶解度。而土壤中的重金属则常以沉淀的形态存在于土壤中, 为增大重金属在土壤中的解吸, 研究者常向土壤中施加络合剂, 以提高溶解度。

目前常施加的表面活性剂有环糊精、鼠李糖脂、Tween、Brij等。而常用的络合剂则有羧酸、磷酸酯、氨基羧酸盐类 (EDTA、DTPA、EDDS) 、柠檬酸等。M.T.Alcantara等以菲和Pb作为代表污染物配置复合污染土壤, 分别加入Tween80、Tween20、Brij35、柠檬酸、乳酸、KI以及EDTA作为助溶剂增强电动法修复效率。实验结果表明表面活性剂只对PAHs修复效率有显着的提高, 最高去除效率能够达到80%, 对重金属却没有明显的提高;而络合剂的加入也只对重金属的去除起作用, 最高效率能到86%, 而对PAHs的去除几乎不起作用。故研究中通常同时采用表面活性剂以及络合剂来提高PAHs及重金属复合污染去除率。

虽然向土壤中施加助溶剂能够有效的提高土壤中污染物的解吸, 但是由于有的助溶剂本身价格偏贵且在土壤中的利用率较低;而且有的助溶剂由于其本身的毒性或者难降解性会有可能对土壤造成二次污染。因此在选用助溶剂增强电动修复效率时应充分考虑其环境友好性以及经济适用性。

3.2 土壤p H控制

控制电动修复系统电解槽的p H值是保证修复效率的关键所在。阳极槽电解产生的H+以及阴极槽电解产生的0H-分别向阴阳两极移动, 在土壤中形成一个酸性迁移带以及一个碱性迁移带。由于H+的迁移率大于OH-, 因此酸碱带会在靠近阴极的地方发生中和, 造成土壤p H阶跃, 从而引起修复效率的降低。由于电动法修复PAHs以及重金属的机理不同, 因此在电动法修复过程中控制电解液的p H值也不同。电动法修复重金属应保持较低p H, 阴极槽电解产生的OH-在电场力作用下向阳极移动与土壤中的重金属离子会生成沉淀, 降低处理效率。而电动法修复有机污染物应重点控制阳极槽产生的H+, 因为H+进入土壤后将降低Zeta电位, 会造成电渗流减弱甚至改变其方向。由此在用电动法修复复合污染土壤时应确定一个适宜的p H值。M.T Alcantara等以Pb和菲作为污染物配置成复合污染土壤, 以1%的Tween80和0.1M的EDTA混合溶液作为助溶剂, 分别在无p H和p H控制在8.5两种情况下通电30d。在无p H控制条件下, Pb和菲的去除率均较低, 而在p H控制的状态下Pb和菲的去除率分别达到了95.1%和93.3%, 实验取得了较好的去处效果。

3.3 与其他技术联用

3.3.1 电动-Fenton技术结合。

电动-Fenton联合处理法是在污染土壤中加入渗透性的铁粉反应墙, 并在电解槽中加入H2O2。利用电动技术能有效的传递氧化剂以及被激活的羟基自由基, 而这两种物质能够有效的降解污染物。高效的Fenton反应适宜的p H在2附近, 而通常电动反应过程中阳极附近的p H值将降至2左右, 正好利于Fenton反应的发生。T.Alcantara等用电动-Fenton单独处理PAHs污染土壤, 向阴、阳极电解槽中分别添加10%的H2O2。在没有p H控制下, 电解槽的p H保持在3.5左右, 通过14d的修复, 99%的菲得到了去除。Reddy等以电动-Fenton处理菲和镍复合污染的高岭土, 研究了施加不同浓度氧化剂条件下的处理效率。实验结果表明H2O2的加入有利于镍向阴极槽的移动, 但是依然有大量的镍停留在靠近阴极槽的土壤中。同时大约有56%的菲在30%H2O2存在条件下被去除。因此为了同时获得最佳修复效率, 应根据不同的土壤性质合理选择H2O2/Fe的浓度并且控制适宜的p H值。

3.3.2 可渗透反应墙。

可渗透反应墙 (PRB) 主要用于原位地下水和土壤污染修复, 其基本原理是在沿水流方向或者垂直于水流方向建立一个具有一定渗透性的反应区, 在反应区中填充活性反应材料, 使地下水经过该反应区域后, 污染物质与之产生氧化还原、吸附、生物分解的作用, 从而达到污染治理的目的。常用的处理介质有零价铁 (Fe0) , 螯合剂、吸附剂等。PRB强化电动法则是通过电渗析, 电迁移等方式促使土壤中的污染物向反应墙迁移发生反应去除污染物。目前与电动法联用的PRB主要有以下几种:传统的Lasagna技术;零价铁PRB;不同反应介质的PRB;零价铁纳米粒子PRB。

目前将电动法与PRB技术相结合修复复合污染土壤的研究还不多。通过已有的实验研究者证实了针对不同的污染土壤应选择不同媒介的PRB, 才可以取得很好的效果;并且反应墙在反应单元中的最优位置也是不确定的。

3.3.3 生物修复法。

生物修复法修复污染土壤一般包括微生物修复以及植物修复两种, 由于其具有的安全、费用低廉等优点、利用生物法单独修复PAHs或重金属污染土壤已经得到了广泛的研究。土壤中的微生物可以利用PAHs作为碳源而被降解;而目前研究较多的超级累植物吸收土壤中的重金属也是研究的热点。通过电动法与微生物法联用, 可以有效的为土壤中添加适宜的微生物、电子受体、营养物等, 能够有效的为微生物的生长提供最佳环境条件。由于电渗流方向比水流方向更容易控制, 并且电动法适用于黏性土壤, 使得向土壤中施加的各种物质能够得到很好的传输效果。电动与植物联合修复技术可以促使土壤中的污染物质向植物的根部移动, 加强污染物的可生物利用性, 从而加强植物去除土壤中污染物的效率。但是电解反应造成的土壤性质改变将影响生物的生长是电动-生物联合修复技术需要值得考虑和改进的地方。

3.3.4 与超声波联用。

目前很多实验及现场研究证明了超声波可以加强土壤中有机或无机污染物质的迁移能力, 提高后续处理的效率。采用超声波加快传输速率和单元操作过程可能的反应机制可以分为2类: (1) 对流动颗粒的影响, 包括转移、累积过程; (2) 一些特殊的现象, 包括辐射压力、气穴现象、生流动和界面上的不稳定性。

超声波与电动法联用可以不向土壤中施加其他物质就而提高各种污染物的迁移能力, 能最大限度的降低二次污染发生的可能性。目前这种方法已经成功用于移除土壤中重金属以及有机污染物。Chung等首先利用超声波与电动法联用修复Pb、菲复合污染土壤, 实验结果证明电渗流以及重金属迁移在加入超声波后都得到了提高, 实验在只使用电动法时对Pb、菲的去除率分别是88%, 85%;当添加超声波后Pb、菲的去除率达到了91%, 90%, 分别增加了3.4%和5.9%。

4 结论

电动法修复污染土壤目前在实验室模拟阶段取得了很好的成绩, 但是应用于场地工程实践的还很少, 因此该技术的现场实用性还有待研究。在今后的研究中应注意以下几个方面:加强电动法修复复合污染土壤的研究;加强土壤类型、结构以及组分的不同对电动法处理效率的影响;通过施加助溶剂能够有效的提高复合污染的修复效率, 但是助溶剂的添加可能造成土壤以及地下水的二次污染, 并且助溶剂的利用率低, 经济实用性低, 因此今后应加强生物降解、环境友好型的助溶剂来增强电动法的研究。总之, 目前应发展更多的组合技术以及提出最佳的修复条件来提高电动法修复复合污染土壤的修复效率。

参考文献

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重金属污染控制极其生态修复技术研究 篇9

农业生产中使用的农药、肥料和塑料薄膜以及污水灌溉、污泥农用、冶炼产生的工业三废所包含的重金属对土壤生态系统造成严重破坏, 从而导致土壤微生物种类和数量减少、土壤结构破坏、农作物品质下降、病虫害增加。土壤的重金属污染会导致某些成分在粮食等作物中的积累, 影响粮食的品质, 并通过食物链, 危害人类健康。我国受镉、铅、砷等重金属污染的农用耕地面积达2.0×107hm2, 约占总耕地面积的20%, 全国每年因重金属污染而减产的粮食超过1.0×107t, 受到重金属污染的粮食每年也达到1.2×107t[1], 其结果是进一步加剧土壤生态系统的破坏。目前, 关于土壤重金属污染的修复方法主要是气提取、土壤淋洗、固定化等具有二次污染化学修复方法, 或者是成本高且不便使用的物理方法。我国农用土壤环境污染复杂严峻, 需要利用广泛适用、安全、低成本的生物修复技术, 有效安全地去除微量有毒重金属污染, 同时又不能破坏土壤的生态环境功能, 微生物修复治理重金属污染土壤已成为受到关注的经济环保的技术。

2 微生物修复土壤重金属污染现状

重金属污染的微生物修复是利用对重金属离子具有抗性的高效微生物降解活性改变和转换离子形态净化污染土壤[2], 各国对土壤污染指标的规定或标准多以作物的正常生长和食用部分的污染物含量或残留量不影响人类健康为前提而制定的, 没有关于土壤中对污染物更为敏感的土壤微生物及其参与的生化过程所受到影响和作用的明确指标。研究表明, 由于重金属污染而产生的土壤微生物生态学变化比其它土壤化学、生化指标更为灵敏, 是微生物方法检测、预警土壤重金属污染的基础。

土壤微生物对污染物胁迫响应比较灵敏, 农田土壤重金属负荷下, 微生物可以改变土壤中重金属在土壤中的环境化学行为, 促进有毒有害物质降低毒性。利用真菌与根系形成的菌根吸收和固定重金属 (Fe, Mn, Zn, Cu) 取得良好的效果, Macaskie[3]等分离的柠檬酸细菌属, 具有一种抗Cd的酸性磷酸酯酶, 能促进Cd2+形成沉淀, Bargagli[4]在Hg矿附近土壤中分离得到的高级真菌的菌根种和所有腐殖质分解菌能累积Hg达100mg/kg (干重) 。一些微生物如动胶菌、蓝细菌、硫酸还原菌及某些藻类, 能够产生具有大量阴离子基团的胞外聚合物 (如多糖、糖蛋白等) , 与重金属离子形成络合物, 从而将其从土壤中有效去除。在我国已构建农药高效降解菌筛选技术、微生物修复剂制备技术和农药残留微生物降解田间应用技术, 建立了菌根真菌强化紫花苜蓿根际修复污染农田土壤的固氮植物—根瘤菌—菌根真菌联合生物修复技术。

3 重金属污染对土壤微生物的影响

3.1 土壤微生物活性的变化

当土壤中有害重金属累积到对土壤—植物系统产生毒害的程度, 会降低土壤中微生物的数量和土壤酶的活性, 而且对土壤氨化和硝化作用会有抑制作用。受到重金属污染的土壤微生物的主要生物指标发生变化, 如土壤微生物总量、重金属敏感细菌与耐性细菌比、微生物生物量碳与土壤有机碳之比、微生物代谢熵、土壤的生物固氮作用等。因为微生物的生物量的影响因素很多, 其不能作为评价土壤重金属污染的理想指标。重金属的敏感细菌与耐性细菌比可以作为评价农田土壤质量的指标。

3.2 土壤微生物生态的影响

进入土壤的重金属容易对土壤的土著微生物造成毒性。研究表明, 铜、锌、铅、镉、汞等使土壤微生物群落多样性发生改变, 导致微生物生物量和呼吸强度减低或显著增加, 土壤酶活性严重损害。但某些土壤微生物在高浓度的重金属污染的土壤中能够生长且活性依然存在。重金属的生态毒理环境效应与其总含量并无显著相关性, 存在于土壤中的不同重金属形态各异, 处于不同的生物有效性。在污染土壤中, 重金属吸附于矿物质和有机质表面, 水溶态所占比例少。因此, 重金属的生物可利用性、其对微生物的毒性和抑制机理都会影响重金属污染土壤的修复效率。农田施用畜禽粪肥等有机肥含有高浓度的各种重金属之间的交互作用, 各种重金属的比例如何影响微生物生态功能方面的研究将是未来环境方面的研究重点。

4 微生物修复技术机理

微生物修复技术是利用天然存在的或培养的功能微生物群, 在适宜环境条件下促进或强化微生物的代谢功能, 达到降低有毒污染物活性或降解毒物的目的, 主要利用微生物对土壤中的重金属元素具有特殊富集、吸收、降解能力, 通过溶解和沉淀作用、生物吸附和富集作用、氧化还原作用以及菌根真菌对土壤重金属的生物有效性影响产生的对土壤重金属活性的影响。李志超[5]发现有些微生物可以降解剧毒的甲基汞;许多高级真菌如菌根种和所有腐殖质分解菌都能积累汞达100μg/g;利用菌根可以吸收和固定重金属FeMnZnCu[6]。微生物表面结构中的负电荷对重金属离子的吸附有促进作用。有报道指出, 包括细菌、真菌和藻类通过不同配位体结合部位选择对重金属的吸附和积累。微生物对重金属的生物积累主要通过胞外络合作用、胞外沉淀作用以及胞内积累途径能够产生胞外聚合物如多糖、糖蛋白等具有大量的阴离子与重金属离子形成络合物。戴欣[7]等利用烟草头孢酶对HgCl2进行生物转化, 可以氧化还原成汞元素。

5 微生物—植物联合修复土壤重金属污染

只能针对一种或几种污染物的微生物修复技术在土壤复合重金属污染日益严重的今天, 有必要搭配种植具有吸附重金属的植物以增强其修复效果。有研究指出真菌浸染植物根系后形成共生体菌根, 能促进植物对营养的吸收并促进对重金属的富集, 还可以提高宿主植物抗逆性, 而微生物通过吸附积累土壤中的重金属, 改善植物根际微环境, 协助植物对重金属污染土壤的修复[8]。存在于植物根际的微生物在代谢过程中通过分泌的有机酸、氨基酸及其他代谢产物溶解重金属物质而改变重金属的存在状态[9], 微生物通过刺激植物根系的发育影响植物对重金属的吸收, 如菌根植物可以向宿主植物传递营养, 使宿主植物抗逆性增强、生长加快, 间接地促进植物对重金属的修复作用[10]。根据不同植物和微生物种类、数量以及特性去有效配合修复土壤中重金属污染还需要进一步筛选超富集植物和耐性、抗性强的微生物超级工程菌, 但是转基因植物与微生物的应用必须考虑到其对生态系统存在的风险问题。微生物 (细菌、真菌) —植物、动物 (蚯蚓) —植物联合修复是农田土壤生物修复技术研究的新内容, 关键点是要筛选强降解能力的菌根真菌和适宜的共生植物, 根据细菌或真菌及发展植物—降解菌群协同修复促进重金属污染物的吸收、代谢和降解将是微生物联合植物修复技术发展的研究方向。

6 展望

有研究者通过人为添加外源重金属来模拟污染土壤, 此方法并不能准确反映出土壤长期逐步积累的重金属胁迫而导致的微生物种群规模、活性及适应性的变化, 即使是从野外采集的长期重金属污染下的土壤, 由于重金属污染种类与程度的不同, 以及采样点多集中于某一地区, 所得到的结论也并不能代表基本性质差异较大的不同土壤类型。对于多种重金属的复合效应包括协作、拮抗等有必要进一步研究重金属污染的治理技术。微生物作为治理土壤重金属污染新的研究方向, 更优越于传统的治理方法。随着基因工程、现代分子生物学等学科的发展, 利用微生物与植物联合体的修复技术筛选出超累积基因导入到生物量大、生长速度快、适应性强的植物中, 提高微生物—植物修复重金属污染的实用性, 将会呈现更广阔的发展前景。

参考文献

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土壤重金属污染及其修复技术 篇10

1 土壤中重金属的来源及其特点

土壤中重金属的来源可分为天然来源和人为来源。天然来源是由于土母质本身含有重金属, 不同的母质、成土过程所形成的土壤含有重金属量差异很大。人为来源主要是来自人类的工农业生产活动以及生活垃圾, 包括以下几个方面:随着大气沉降进入土壤的重金属、污水的灌溉及污泥的施肥、矿山的开采、生活垃圾的堆放、农业物资中的重金属进入土壤等途径。

根据相关研究, 重金属的污染具有隐蔽性、滞后性、累积性、长期性等特点, 一旦当土壤受到重金属污染时, 靠直接观察很难发现, 从产生污染到出现症状通常会滞后较长的时间, 且由于重金属不可降解, 一旦进入土壤, 有时要靠换土、淋洗土壤等方法才能解决问题, 其他治理技术可能见效较慢。因此, 治理污染土壤通常成本较高、治理周期较长。

2 土壤重金属污染的修复技术

对土壤重金属污染的治理, 主要的技术有物理修复技术、化学修复技术、植物修复技术、微生物修复技术及转基因修复技术等。

2.1 物理修复技术

对于污染严重的土壤, 可以采用换土的方法, 即在原来的土地上覆盖未被污染的土或将污染土壤换掉, 覆土或换土的厚度应该大于耕层土壤的厚度[2]。这种方法对于恢复农业生产有很好的效果, 但是, 这种方法需要耗费大量的人力和财力, 存在淋溶、破坏生态的危险, 且不适用于大面积的污染, 因此存在很大的局限性。

玻璃化技术是指通过向污染土壤插入电极, 对污染土壤固相组分给予1600℃~2000℃的高温处理, 熔化的污染土壤冷却后形成化学惰性的、非扩散的整块坚硬玻璃体, 使得重金属污染物得到固定。此技术适用于含水量较低、污染物深度不超过6m的土壤。

电动修复是利用电动力学的方法从饱和土壤层、不饱和土壤层、污泥、沉积物中分离提取重金属污染物的过程。在电场作用下, 重金属离子 (Cd、Pb、Cu、Zn等) 以电迁移、电渗流及电泳等方式向阴极运动, 使重金属得到分离, 最终达到去除污染物的效果。影响土壤电动修复效率的因素很多, 包括土壤类型、污染物性质、电压和电流大小、洗脱液组成和性质、电极材料和结构等。

2.2 化学修复技术

通过向土壤中添加化学试剂来治理重金属污染的修复技术称为化学修复技术。添加的化学试剂可以从两方面来进行, 一是添加能活化重金属的物质 (EDTA、柠檬酸等) , 使土壤中的重金属更多的进入的土壤液相中, 进而从土壤去除, 即化学淋洗技术;二是加入降低重金属活性的物质 (磷矿石、草炭灰等) , 使土壤中的重金属活性降低, 减少在其在土壤中的迁移转化, 进而降低其生物有效性, 即钝化 (稳定化) 技术。其中, 前者适合于污染较严重失去生产价值的土壤, 因为化学淋洗不但会洗去土壤中的重金属, 同时土壤中的营养物质氮、磷、有机质等也会被淋洗出去。对于轻微污染的土壤, 这种方法显然不适合, 可以采用钝化土壤中重金属的方法, 使其不能被农作物吸收, 保证土壤生产价值。

2.3 植物修复技术

植物修复技术与传统的物理、化学修复方法相比, 该方法具有简单、经济、生态等优点。植物修复技术更加符合土壤污染治理的要求, 具有良好的发展前景。植物对重金属污染的修复技术包括:植物提取、植物挥发、植物钝化三个方面。

植物修复所选用的植物需要满足一定的条件, 即对重金属有特殊的吸收富集能力且对重金属有一定的耐受性。“超富集植物”一词最初是由Brooks[3]等提出的。现在对超富集植物的定义包括三个方面:一是临界含量标准, 即植物茎或叶中重金属达到其临界含量, 其中Cd为100mg/kg, Zn为10000 mg/kg, Pb、Cu、Ni均为1000mg/kg;二是富集系数标准, 富集系数是植物体内某种重金属含量与该种植物所生长的土壤中同种重金属浓度的比值, 富集系数大于1.0是超富集植物必不可少的特征;三是转移系数标准, 即植物把重金属从其根部转移到地上部分的能力, 转移系数越高, 对重金属的修复效果越好。

植物修复技术自身也不可避免的存在一些不足。超富集植物个体矮小, 生长缓慢是限制植物修复发展的最主要因素, 如果没有足够的生物量, 那么对重金属的去除效率不会很高;由于植物的生长特性, 要彻底去除污染物, 往往需要很长的时间, 甚至需要上百年, 对于当今稀有的土壤资源, 人们难以放弃种植农产品而种超富集植物;目前发现的超富集植物大多是杂草类, 对其种子的收获比较困难;超富集植物一般只对某一种重金属具有富集作用, 而大部分的土壤污染为多种重金属的复合污染, 因此用一种植物难以到达治理污染的目的;盲目的引入某一植物, 存在物种入侵的危险;收割后的超富集植物的重金属含量往往很高, 对于这部分植物的处理比较困难。

2.4 微生物修复技术

微生物修复是利用微生物自身的代谢活动, 吸收、沉淀、氧化还原土壤中重金属, 降低重金属毒性, 同时微生物活动可以影响植物的根系分泌和吸收等过程。微生物对重金属污染的修复原理主要包括富集, 转化和吸附三个方面。富集是微生物把重金属吸收后贮存在细胞内, 通过代谢作用, 使这些离子被沉淀或螯合到自身合成的多聚物上。微生物转化包括氧化还原、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等作用方式。土壤中不同价态的重金属离子的毒性相差很大, 如Cr (3) 的毒性相对Cr (6) 要小很多。通过分泌特殊的氧化还原酶, 微生物可以将有害重金属离子转化为低毒甚至无毒的形态。汞的微生物转化具有代表意义, 甲基汞和Hg (2) 的毒性远大于Hg (0) , 而Hg (0) 又有很强的挥发性, 利用耐汞微生物可以使甲基汞和Hg (2) 变成毒性较小且易于挥发的Hg (0) [4]。吸附是由于细胞表面带有负电荷, 且存在氨基、羧基、羟基、醛基、硫酸根等多种官能团, 可通过静电吸附或者络合作用固定重金属离子。许多微生物与重金属具有很强的亲合性, 能吸附多种重金属, 如藻类对铜、铀、铅、镉等都有吸收富集作用。

虽然微生物修复具有相对处理费用低、对环境影响小、操作简单等优点, 但是微生物广泛分布于土壤环境中, 分离比较困难, 重金属仍然留在土壤中。而且微生物受各种环境因素的影响较大, p H、温度、氧气、水分等均可影响微生物活性从而影响修复效果。

2.5 动物修复技术

这里所指的动物主要是蚯蚓, 因为蚯蚓是土壤中一个重要的有机体, 对改善土壤的质量起着重要的作用。动物修复的机制包括生成某种金属硫蛋白 (MT) , 与重金属结合形成低毒或无毒的络合物;代谢产生一些富含—SH的多肽 (如PC) , 与重金属螯合, 降低重金属离子的活性。然而与微生物相比, 蚯蚓的数量和比表面积都相对较小, 因此产生的效果也不显著, 而且动物对环境的要求也更加严格。

2.6 基因工程和细胞工程技术

随着基因工程的发展, 转基因技术得到广泛的应用。如自然的超富集植物常常由于生长缓慢, 生物量小等因素受到限制, 而利用转基因技术, 在超富集植物中植入具有某些特定功能的基因片段, 可以克服这一缺陷。杂交技术和细胞融合技术的运用也能得到良好的效果, 通过培育得到的多倍体植物与普通的植物相比, 有较大的生物量和较强的蒸腾拉力, 这对于土壤重金属的吸收转化有重要的意义。然而, 基因工程和细胞工程技术也存在很多不足之处, 例如很多转基因生物, 其遗传特性往往不稳定;且控制不好, 会引起基因污染, 带来严重的后果。

3 结语

针对土壤污染的复杂性、多样性及复合性, 在修复时要综合考虑污染物的性质、土壤条件、投资成本等各方面的因素。且采用某种单一修复方法往往很难得到理想的结果, 因此要选择最适合的修复技术或组合, 达到高效、节约的双重效果。如对于低污染浓度的农业生产地区, 可采用添加钝化剂, 同时结合微生物的吸附作用达到降低重金属生物有效性, 使作物内的重金属减少;或者筛选低富集作物与超富集植物间作的方式, 实现边生产边修复。

摘要：工业制造、农业生产及生活垃圾等都会造成土壤污染。文章阐述土壤中重金属的来源, 土壤污染的特点, 介绍了当前几种主要的污染土壤修复技术, 并分析了其各自的优点及存在的缺点。

关键词：重金属,土壤污染,修复

参考文献

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