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(guò)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(wèn)題。隨著我國(guó)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(guó)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(wèn)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(lái)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(wú)二次污染,最終產(chǎn)物CO2、H2O和脂肪酸對(duì)人體無(wú)害，可以就地處理,避免了集輸過(guò)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(wú)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(guò)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(guò)程可以通過(guò)改變土壤理化條件(溫度、濕度、pH值、通氣及營(yíng)養(yǎng)添加等)來(lái)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(yíng)養(yǎng)物質(zhì),通過(guò)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(guò)氧化氫和營(yíng)養(yǎng)物,過(guò)氧化氫則在代謝過(guò)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(yíng)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(guò)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(yíng)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(guò)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(guò)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(yíng)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(guò)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(lái)說(shuō)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(wèn)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?gòu)?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(wèn)題：

生物修復(fù)技術(shù)作為近20年發(fā)展起來(lái)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(kāi)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(yíng)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)用將不斷深入并走向成熟,特別是微生物修復(fù)技術(shù)、植物生物修復(fù)技術(shù)和菌根技術(shù)的綜合運(yùn)用將為有毒、難降解、有機(jī)物污染土壤的修復(fù)帶來(lái)希望。為此,建議今后在生物修復(fù)技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)方面加強(qiáng)做好以下幾項(xiàng)工作:

(1)進(jìn)一步深入研究植物超積累重金屬的機(jī)理,超積累效率與土壤中重金屬元素的價(jià)態(tài)、形態(tài)及環(huán)境因素的關(guān)系。

(2)加強(qiáng)微生物分解污染物的代謝過(guò)程、植物-微生物共存體系的研究以及植物-微生物聯(lián)合修復(fù)對(duì)污染物的修復(fù)作用與植物種類具有密切關(guān)系。

(3)應(yīng)用現(xiàn)代分子生物學(xué)與基因工程技術(shù),使超積累植物的生物學(xué)性狀(個(gè)體大小、生物量、生長(zhǎng)速率、生長(zhǎng)周期等)進(jìn)一步改善與提高,培養(yǎng)篩選專一或廣譜性的微生物種群(類),并構(gòu)建高效降解污染物的微生物基因工程菌,提高植物與微生物對(duì)污染土壤生物修復(fù)的效率。

(4)創(chuàng)造良好的土壤環(huán)境,協(xié)調(diào)土著微生物和外來(lái)微生物的關(guān)系,使微生物的修復(fù)效果達(dá)到最佳，并充分發(fā)揮生物修復(fù)與其他修復(fù)技術(shù)(如化學(xué)修復(fù))的聯(lián)合修復(fù)作用。

(5)盡快建立生物修復(fù)過(guò)程中污染物的生態(tài)化學(xué)過(guò)程量化數(shù)學(xué)模型、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)及安全評(píng)價(jià)、監(jiān)測(cè)和管理指標(biāo)體系。

結(jié)論

綜上所述，我們不難發(fā)現(xiàn)由于土壤重金屬來(lái)源復(fù)雜,土壤中重金屬不同形態(tài)、不同重金屬之間及與其它污染物的相互作用產(chǎn)生各種復(fù)合污染物的復(fù)雜性增加了對(duì)土壤重金屬治理和修復(fù)難度,且重金屬對(duì)動(dòng)植物和人體的危害具有長(zhǎng)期性、潛在性和不可逆性,同時(shí)進(jìn)一步惡化了土壤條件，嚴(yán)重制約了我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的加速發(fā)展，所以要更好的防治土壤重金屬污染還需要廣大科研工作者不懈的努力，研發(fā)出更好的效率更高的修復(fù)治理技術(shù)，同時(shí)我們還不應(yīng)該忘記必須加強(qiáng)企業(yè)自身的環(huán)保意識(shí)，提高企業(yè)自我約束能力，始終將防治污染積極治理作為企業(yè)工作的頭等大事來(lái)抓，把企業(yè)對(duì)環(huán)境的污染程度降到最低限度，形成全社會(huì)都來(lái)重視土壤污染問(wèn)題的良好環(huán)保氛圍，逐步改善我們的土壤生態(tài)環(huán)境。

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