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探析土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)及應(yīng)用展望
摘要: 土壤重金屬污染是指由于人類活動(dòng)將金屬加入到土壤中，致使土壤中重金屬明顯高于原生含量、并造成生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化的現(xiàn)象。生物修復(fù)技術(shù)是近20年發(fā)展起來的一項(xiàng)用于污染土壤治理的新技術(shù), 生物修復(fù)是指利用生物的生命代謝活動(dòng)減少土壤環(huán)境中有毒有害物質(zhì)的濃度或使其完全無害化,從而使被污染土壤環(huán)境能夠部分或完全地恢復(fù)到初始狀態(tài)的過程。本文將對(duì)生物修復(fù)的發(fā)展情況包括生物修復(fù)技術(shù)的概念、基本原理和特點(diǎn)、種類、主要影響因子等方面進(jìn)行綜述,指出目前土壤生物修復(fù)存在的一些問題,探討今后污染土壤生物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用前景,并就污染土壤的生物修復(fù)提出幾點(diǎn)建議。關(guān)鍵詞:土壤污染、生物修復(fù)、研究進(jìn)展
前言
土壤重金屬污染是指由于人類活動(dòng)將金屬加入到土壤中，致使土壤中重金屬明顯高于原生含量、并造成生態(tài)環(huán)境質(zhì)量惡化的現(xiàn)象。加之重金屬離子難移動(dòng)性，長(zhǎng)期滯留性和不可分解性的特點(diǎn)，對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境造成了極大破壞，同時(shí)食物通過食物鏈最終進(jìn)入人體，嚴(yán)重危害人體健康，已成為不可忽視的環(huán)境問題。隨著我國人民生活水平的提高,生態(tài)環(huán)境保護(hù)日趨受到重視,國家對(duì)污染土壤治理和修復(fù)的人力，物力的投入逐年增加，土壤污染物的去除以及修復(fù)問題,已成為土壤環(huán)境研究領(lǐng)域的重要課題。而生物修復(fù)技術(shù)是近20年發(fā)展起來的一項(xiàng)用于污染土壤治理的新技術(shù),同傳統(tǒng)處理技術(shù)相比具有明顯優(yōu)勢(shì)，例如其處理成本低,只為焚燒法的1/2-1/3，處理效果好,生化處理后污染物殘留量可達(dá)到很低水平;對(duì)環(huán)境影響小,無二次污染,最終產(chǎn)物CO2、H2O和脂肪酸對(duì)人體無害，可以就地處理,避免了集輸過程的二次污染,節(jié)省了處理費(fèi)用，因而該技術(shù)成為最有發(fā)展?jié)摿褪袌?chǎng)前景的修復(fù)技術(shù)。
1.污染土壤生物修復(fù)的基本原理和特點(diǎn)
土壤生物修復(fù)的基本原理是利用土壤中天然的微生物資源或人為投加目的菌株,甚至用構(gòu)建的特異降解功能菌投加到各污染土壤中,將滯留的污染物快速降解和轉(zhuǎn)化成無害的物質(zhì),使土壤恢復(fù)其天然功能。由于自然的生物修復(fù)過程一般較慢,難于實(shí)際應(yīng)用,因而生物修復(fù)技術(shù)是工程化在人為促進(jìn)條件下的生物修復(fù),利用微生物的降解作用,去除土壤中石油烴類及各種有毒有害的有機(jī)污染物，降解過程可以通過改變土壤理化條件(溫度、濕度、pH值、通氣及營養(yǎng)添加等)來完成,也可接種經(jīng)特殊馴化與構(gòu)建的工程微生物提高降解速率。
2.污染土壤生物修復(fù)技術(shù)的種類
目前,微生物修復(fù)技術(shù)方法主要有3種:原位修復(fù)技術(shù)、異位修復(fù)技術(shù)和原位-異位修復(fù)技術(shù)。
2.1 原位修復(fù)技術(shù)：
原位修復(fù)技術(shù)是在不破壞土壤基本結(jié)構(gòu)的情況下的微生物修復(fù)技術(shù)。有投菌法、生物培養(yǎng)法和生物通氣法等,主要用于被有機(jī)污染物污染的土壤修復(fù)。投菌法是直接向受到污染的土壤中接入外源污染物降解菌,同時(shí)投加微生物生長(zhǎng)所需的營養(yǎng)物質(zhì),通過微生物對(duì)污染物的降解和代謝達(dá)到去除污染物的目的。生物培養(yǎng)法是定期向土壤中投加過氧化氫和營養(yǎng)物,過氧化氫則在代謝過程中作為電子受體,以滿足土壤微生物代謝,將污染物徹底分解為CO2和H2O。生物通氣法是一種加壓氧化的生物降解方法,它是在污染的土壤上打上幾眼深井,安裝鼓風(fēng)機(jī)和抽真空機(jī),將空氣強(qiáng)行排入土壤中,然后抽出,土壤中的揮發(fā)性有機(jī)物也隨之去除。在通入空氣時(shí),加入一定量的氨氣,可為土壤中的降解菌提供所需要的氮源,提高微生物的活性,增加去除效率。
2.2 異位修復(fù)技術(shù)：
異位修復(fù)處理污染土壤時(shí),需要對(duì)污染的土壤進(jìn)行大范圍的擾動(dòng),主要技術(shù)包括預(yù)制床技術(shù)、生物反應(yīng)器技術(shù)、厭氧處理和常規(guī)的堆肥法。預(yù)制床技術(shù)是在平臺(tái)上鋪上砂子和石子,再鋪上15-30cm厚的污染土壤,加入營養(yǎng)液和水,必要時(shí)加入表面活性劑,定期翻動(dòng)充氧,以滿足土壤微生物對(duì)氧的需要,處理過程中流出的滲濾液,即時(shí)回灌于土層,以徹底清除污染物。生物反應(yīng)器技術(shù)是把污染的土壤移到生物反應(yīng)器,加水混合成泥漿,調(diào)節(jié)適宣的pH值,同時(shí)加入一定量的營養(yǎng)物質(zhì)和表面活性劑,底部鼓入空氣充氧,滿足微生物所需氧氣的同時(shí),使微生物與污染物充分接觸,加速污染物的降解,降解完成后,過濾脫水這種方法處理效果好、速度快,但僅僅適宜于小范圍的污染治理。厭氧處理技術(shù)適于高濃度有機(jī)污染的土壤處理,但處理?xiàng)l件難于控制。常規(guī)堆肥法是傳統(tǒng)堆肥和生物治理技術(shù)的結(jié)合,向土壤中摻入枯枝落葉或糞肥,加入石灰調(diào)節(jié)pH值,人工充氧,依靠其自然存在的微生物使有機(jī)物向穩(wěn)定的腐殖質(zhì)轉(zhuǎn)化,是一種有機(jī)物高溫降解的固相過程。上述方法要想獲得高的污染去除效率,關(guān)鍵是菌種的馴化和篩選。由于幾乎每一種有機(jī)污染物或重金屬都能找到多種有益的降解微生物。因此,尋找高效污染物降解菌是生物修復(fù)技術(shù)研究的熱點(diǎn)。
3.影響污染土壤生物修復(fù)的主要因子
3.1 污染物的性質(zhì)：
重金屬污染物在土壤中常以多種形態(tài)貯存,不同的化學(xué)形態(tài)對(duì)植物的有效性不同。某種生物可能對(duì)某種單一重金屬具有較強(qiáng)的修復(fù)作用。此外,重金屬污染的方式(單一污染或復(fù)合污染)，污染物濃度的高低也是影響修復(fù)效果的重要因素。有機(jī)污染物的結(jié)構(gòu)不同,其在土壤中的降解差異也較大。
3.2 環(huán)境因子：
了解和掌握土壤的水分、營養(yǎng)等供給狀況,擬訂合適的施肥、灌水、通氣等管理方案,補(bǔ)充微生物和植物在對(duì)污染物修復(fù)過程中的養(yǎng)分和水分消耗,可提高生物修復(fù)的效率。一般來說土壤鹽度、酸堿度和氧化還原條件與重金屬化學(xué)形態(tài)、生物可利用性及生物活性有密切關(guān)系,也是影響生物對(duì)重金屬污染土壤修復(fù)效率的重要環(huán)境條件。
3.3 生物體本身：
微生物的種類和活性直接影響修復(fù)的效果。由于微生物的生物體很小,吸收的金屬量較少,難以后續(xù)處理,限制了利用微生物進(jìn)行大面積現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)的應(yīng)用，
植物體由于生物量大且易于后續(xù)處理,利用植物對(duì)金屬污染位點(diǎn)進(jìn)行修復(fù)成為解決環(huán)境中重金屬污染問題的一個(gè)很有前景的選擇。但由于超積累重金屬植物一般生長(zhǎng)緩慢,且對(duì)重金屬存在選擇作用,不適于多種重金屬復(fù)合污染土壤的修復(fù)。因此,在選擇修復(fù)技術(shù)時(shí),應(yīng)根據(jù)污染物性質(zhì)、土壤條件、污染程度、預(yù)期修復(fù)目標(biāo)、時(shí)間限制、成本及修復(fù)技術(shù)的適用范圍等因素加以綜合考慮。
4.發(fā)展中存在的問題：
生物修復(fù)技術(shù)作為近20年發(fā)展起來的一項(xiàng)用于污染土壤治理的新技術(shù),雖取得很大進(jìn)步和成功,但處于實(shí)驗(yàn)室或模擬實(shí)驗(yàn)階段的研究結(jié)果較多,商業(yè)性應(yīng)用還待開發(fā)。此外,由于生物修復(fù)效果受到如共存的有毒物質(zhì)(Co-toxicants)(如重金屬)對(duì)生物降解作用的抑制；電子受體(營養(yǎng)物)釋放的物理性障礙;物理因子(如低溫)引起的低反應(yīng)速率;污染物的生物不可利用性;污染物被轉(zhuǎn)化成有毒的代謝產(chǎn)物;污染物分布的不均一性;缺乏具有降解污染物生物化學(xué)能力的微生物等因素制約。因此,目前經(jīng)生物修復(fù)處理的污染土壤,其污染物含量還不能完全達(dá)到指標(biāo)的濃度要求。
5.應(yīng)用前景及建議：
隨著生物技術(shù)和基因工程技術(shù)的發(fā)展,土壤生物修復(fù)技術(shù)研究與應(yīng)
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