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生物修复技术如何修复重金属污染的土壤

访问量:85 次发布时间:2018-01-25

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生物修复是利用天然或人工改造的生物的生命代谢活动来降低污染物的浓度,甚至达到无害的效果,其用于修复的生物有动物、植物、微生物。生物修复可使污染物浓度达到最大限度地下降,而且成本低,修复时间较短,对周围环境不会产生大的干扰。作为一种新技术,在土壤污染治理领域,尤其是在土壤重金属污染治理方面,越来越受到关注。
 
2.1植物修复
 
植物修复技术是直接利用绿色植物及与其共存的微生物系统来吸收、富集环境污染物的一项新技术。重金属对植物的毒害作用表现在影响植物的萌芽、生长发育、光合作用、生理代谢和植物体内化学物质含量的改变等方面。近年来的研究表明,植物修复是一种更经济更易于操作的污染修复技术,用超富集植物修复重金属污染土壤的类型主要有植物吸收、植物挥发和植物稳定3种。植物吸收指利用超富集植物的根系从污染土壤中吸收重金属,然后再将其转移到植物地上部,最终达到去除重金属的目的;植物挥发是指植物将自身吸收与积累的重金属元素转化成可挥发的形态,从植物体挥发出来,达到去除重金属的目的;植物稳定是指利用植物来降低重金属的活性,减少其生物有效性,或促进其转化为低毒形态,降低其危害性。杨秀敏等认为,在受重金属污染的土地上种植超富集植物,利用植物自身的新陈代谢活动,可把重金属转化为具有较低毒性的形态。目前,植物修复已取得了很好的修复效果,如李坤陶通过在污染区种植水生植物凤眼莲,结果显示,其对汞、铅、镉、铜、砷和铬的富集程度达到了当地环境中重金属浓度的几十、几百倍,还有部分富集程度甚至达到环境浓度的上千倍。蒋先军等通过引进印度芥菜,研究了该植物对铜、锌、镉、铅等重金属的富集效果,结果表明,当土壤中含Cu250mg/kg,Pb或Zn500mg/kg时,该植物依然能够正常生长,而当土壤中Cd浓度达到200mg/kg时,该植物便会出现失绿黄化症状,而当镉和中等浓度的锌、铜、铅共存时,植物中毒更为严重,最终表明该植物适用于锌、铜、铅中等污染土壤的修复。研究发现,有700多种超积累重金属植物,一般对Cr,Co,Ni,Cu,Pb的积累量在1000mg/kg以上。
 
2.2微生物修复
 
微生物修复技术是利用自然环境中现有的微生物或经人为培养,并具有特殊功效的微生物的生命代谢活动,通过转化或降解环境中的重金属来降低其毒性,达到良好的修复效果。微生物修复在生物修复中起着主导作用,利用其新陈代谢活动来对物质进行各种转化作用。DEREK等认为,微生物修复主要是通过2种机理来达到修复效果,第一是通过微生物代谢产物或反应使污染地中重金属元素发生形态改变,从而达到降低重金属毒性的目的;第二是利用微生物代谢活动改变其价态,使重金属元素成为一种易溶物,然后从土壤中滤除,实现修复的目的。目前,微生物修复技术取得了很大成效,例如,有外国学者曾从受重金属污染的污泥中分离、筛选出多种微生物,并对其进行培养,发现其中有一种微生物对镉有极高的耐受性,并利用其修复受污染的土壤,其对环境中镉的去除率达到了63%~70%。微生物修复技术不仅能去除污染土壤中的有害物质,还能提高污染地区的土壤肥力,改善土壤结构。牛旭等曾研究过微生物对矿区复垦的作用,对于受重金属污染的矿区土壤,其含有一些难降解的腐殖质,腐殖质会影响土壤团粒结构的形成,土壤的疏松度也会受到影响,而通过微生物修复,利用多种土壤微生物共同降解这些腐殖质,积累土壤有机质,可起到改善土壤结构、提高土壤肥力的作用。常勃等[18]也对微生物复垦技术进行了研究,认为微生物修复在矿区土壤结构改善、养分增加和酶活性提高方面都有潜在的巨大作用。
 
2.3动物修复
 
土壤重金属污染的动物修复技术,即利用土壤中自身存在的动物及其肠道中现有的微生物,在自然条件或人为优化下,在其生长、繁殖、穿插等代谢活动过程中,对污染物进行去除、分解、消解和富集作用,以减少或消除污染物的一种生物修复技术。邓继福等对生活在重金属污染区土壤中的蚯蚓和蜘蛛进行体内重金属含量的检测分析,结果显示,蚯蚓、蜘蛛对重金属元素有很强的富集能力,其体内的Cd,Pb,As等重金属含量与污染区土壤中重金属的含量呈明显的正相关关系;马正学等在研究采矿废物对土壤原生动物的影响时发现,腐生波豆虫和梅氏扁豆虫对铅有很高的富集作用。
 
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