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淺談生物修復治理重金屬污染土壤

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發布日期:2019-10-11 瀏覽次數:183
核心提示:生物修復技術是借助生物代謝活動治理環境污染的技術,降解轉化土壤中有機化合物,或對重金屬進行轉化固定,使其處于無害形態。相對于物理和化學修復來說,該技術經濟有效,成本較低,對環境擾動小,本文論述了生物修復的優點與缺點,并分析了幾種重金屬污染土壤生物修復技術。

這些年來,各國愈來愈重視土壤污染修復技術的探究,荷蘭、日本、美國等都對土壤污染修復技術的相關研究投入大量成本。就我國來說,因為各方面的影響,土壤環境污染情況令人堪憂,2014年《全國土壤污染狀況調查公報》顯示:全國土壤總的超標率為16.1%,其中無機污染物超標點位數占總的82.8%。土壤重金屬污染物在無機污染物中較為突出,主要是由大氣沉降、污水灌溉、礦業活動、農藥和化肥等因素所致。

1 生物修復的優點與缺點

生物修復技術是借助生物代謝活動治理環境污染的技術,降解轉化土壤中有機化合物,或對重金屬進行轉化固定,使其處于無害形態。相對于物理和化學修復來說,該技術經濟有效,成本較低,對環境擾動小,防止二次污染,產物大多是穩定、無害的物質,比如水、氧氣、二氧化碳等。最近幾年,生物修復技術和應用在美國占有10%左右的市場份額,在國內也有一定的應用。生物修復也有一定的局限性,例如精確控制難度大,時間跨度長等。以巨菌草為例,要將土壤鎘含量為2mg/kg降到0.3mg/kg,理論上需用4-5年,很大程度受制于生物的代謝活動和生長周期。

2 重金屬污染土壤生物修復技術

2.1動物修復技術

動物修復技術是利用可以在土壤中生存的,對某些污染物有吸收作用的動物進行修復的技術。這些動物能吸收污染土壤中的重金屬,減少其含量,進而減輕污染水平。比如蚯蚓就是以有機物為主要食物,通過對土壤中有機物的取食活動影響土壤的理化性質變化,降低土壤的污染程度。而且蚯蚓的活動能促進土壤中植物的生長,改善周圍的生態環境,具有十分積極的生態作用。有研究表明,蚯蚓可以吸收土壤中的重金屬鉛和鎘,將之鉛/鎘-金屬硫蛋白復合物,將這兩類重金屬進行富集,從而減輕污染。

2.2 微生物修復技術

重金屬污染的土壤中,一般會富集多種抗重金屬的微生物,從中篩選出合適的抗性微生物。這些微生物可以改變重金屬的形態和特性,對其進行固定、轉化或移動等,以此減輕污染。

一是可以借助微生物的吸附和富集作用。部分微生物可以借助電荷的存在,吸附相關金屬離子,或將其富集在表面等。比如根霉菌可有效吸附銅離子;類產堿單胞菌能在弱酸條件下有效吸附銅離子和鉛離子;綠色木霉可以有效吸附鋅離子和鉛離子。

二是可以借助微生物的生物轉化作用。比如氧化還原反應,部分微生物可以改變金屬離子的價態,或者可以將離子的有機態變成單質,部分重金屬在此過程中會降低甚至消除有害性。有研究發現,煙草頭孢酶F2在含有二氯化汞的液體培養基中生長,最終會將溶液中的汞含量降低90%左右,這說明頭孢酶F2可以將二氯化汞還原成汞元素,在這個過程中,少數汞會被揮發和吸附,大部分會沉積在培養液底部。另外,甲基化與去甲基化、絡合物反應等,都能使重金屬的毒害作用減輕或者消除,進而降低污染的可能。

2.3植物修復技術

植物修復技術是借助種植針對某些重金屬,可以耐受或超積累的植物,借助植物的生長過程,對這部分重金屬進行富集,然后將植物收集后進行無害化處理(如灰化焚燒等),從而將該重金屬從土壤中移出,達到修復目的。

一是植物提取法。

該方法是借助植物的富集功能,通過生長階段的進行,提取土壤中的重金屬,轉移到自身可收割的部位(花、果實等),再通過集中處理,減少重金屬含量和污染。一般植物對土壤中重金屬的提取能力有限,而超富集植物的提取能力是一般植物的100倍以上。例如,將土壤含鋅量從444mg/kg降低到300mg/kg的歐盟標準,需要種植蘿卜2046次,油菜832次,而種植遏藍菜理論上只需要13-14次。目前,經過多年的研究,全世界已經發現500多種超富集植物:商陸、鼠麴草能超富集Mn;綠葉莧菜、裂葉荊芥、麻瘋樹等能超富集Pb等。部分植物還能超富集多重金屬,如印度芥菜能超富集Pb、Cr、Ni、Cd等。

二是植物揮發法。該方法主要運用在揮發性重金屬(如汞和硒等)污染的土壤中。借助特殊的植物,將將帶來污染的重金屬轉化為氣態,揮發出去,減少土壤中的含量,從而減輕污染。有研究表明,楊麻可以將土壤中的三價硒離子轉變成甲基硒,繼而揮發出去,去除土壤的硒污染;煙草可以將Hg2+轉化為氣態的單質Hg。除了天然植物,部分轉基因植物也有該種作用,比如說擬南芥 。

三是植物穩定法。該方法是利用植物根系分泌出能與重金屬離子相結合的有機酸、氨基酸和多肽等物質的功能,再借助與土壤等環境介質的共同作用,將重金屬鈍化固定,降低其遷移性和有效性。此方法雖然沒有減少重金屬在土壤中的分量,但是其無法再進入水體和食物鏈中。養麥未來比較有前景的是對鉛和鉻的固化。

四是植物-微生物協同修復技術。該技術借助植物-微生物-土壤形成的復合環境來降解重金屬污染物,一般是依靠真菌侵襲植物根部,形成菌根,其可以分泌多種酶,分解土壤中的有機物以及礦物質;同時,還可以產生植物激素等物質,促進植物的生長,提高抵抗力。比如叢枝菌根真菌,可以與目前所知的90%以上高等陸生植物建立這種共生關系。有實驗發現,楊柳對Zn、Cu、Cd的富集能力在形成菌根后有顯著提升。

3 重金屬污染土壤生物修復技術的展望

目前來說,重金屬生物修復技術相比過去有很大的進步,新的研究成果不斷出現,但在實際實施過程中,需要考慮眾多因素。該技術不適合用于污染嚴重的土壤,且修復時間跨度較長等。

未來對于重金屬生物修復技術的發展,應從以下方面加強理論研究和實際應用:一是篩選高效降解污染物菌種,采用基因重組等生物技術培育新的工程菌,提高對于污染的抵抗能力和治理能力,以及高效降解能力。二是利用分子生物學等技術篩選超富集植物,最好是根據地方環境,誘導培育當地植物,使其具有超積累和高富集能力。三是創新生物修復技術與物理、化學等其他技術的聯合應用,進行多種修復方式組合研究,充分發揮各自修復技術的優勢,達到最佳修復效果。

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關于進一步加強河北省土壤污染防治工作的實施意見

名稱:河北省人民政府辦公廳關于進一步加強全省土壤污染防治工作的實施意見發布機構:省政府辦公廳發文字號:冀政辦字〔2020〕11號發布日期:2020年01月23日主題詞:主題分類:城鄉建設、環境保護河北省人民政府辦公廳關于進一步加強全省土壤污染防治工作的實施意見  2020年01月23日各市(含定州、辛集市)人民政府,各縣(市、區)人民政府,雄安新區管委會,省政府有關部門:為深入貫徹習近平生態文明思想和黨的十九屆四中全會精神,推動實施《中華人民共和國土壤污染防治法》,全面加強土壤污染防治工作,改善提升土壤環境質量,確保讓人民群眾吃得放心、住得安心,經省政府同意,提出如下實施意見。一、提高政治站位,堅決貫徹落實習近平總書記重要指示精神黨的十八大以來,習近平總書記多次強調“空氣、水、土壤、藍天等自然資源用之不覺、失之難續”,部署實施大氣、水、土壤污染防治行動計劃,提出打贏藍天碧水凈土保衛戰。省委、省政府高度重視土壤污染防治工作,先后制定了《河北省“凈土行動”土壤污染防治工作方案》、《河北省凈土保衛戰三年行動計劃(2018-2020年)》,有力推動全省土壤污染防治取得積極進展。各級各部門要進一步提高政治站位,增強“四個意識”

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