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有机污染土壤的生物修复研究进展

时间:2015-07-11 09:39:02 点击:

土壤是人类赖以生存的物质基础,是人类不可缺少、不可再生的自然资源。随着人类对化学品的依赖程度越来越高,有机物质对环境的污染也越来越严重。据UNEP(联合国环境署)1990年的报告(IRRTC),每年约有3—4亿吨有机物进入环境,其中大部分进入了土壤环境。更为严重的问题是进一步导致地表水、地下水次生污染以及通过农作物进入食物链对人类健康造成不可估量的影响。因此对土壤中有机污染物的去除以修复被污染的土壤成为环境领域的一个研究热点。目前,土壤有机污染物的修复技术主要有化学修复、物理修复、生物修复、电化学修复、化学与生物相结合的修复技术等,由于生物修复具有安全、经济和非破坏性等优点,已成为最具有前途的污染修复技术之一。

生物修复技术(bio—remediation)是利用生物新陈代谢的方法将土壤、地下水和海洋中的有毒有害污染物吸收、转化或分解,并从环境中去除,减少其对环境的危害。本文在分析该领域最新研究成果的基础上,综述了土壤有机污染生物修复的三种技术,即微生物修复技术、植物修复技术和菌根生物修复技术,并展望了该领域的研究方向。

1 微生物修复技术

1.1 修复机理

微生物修复技术是在人为优化的条件下,利用自然环境中生息的微生物或人为投加特效微生物的生命代谢活动,来分解土壤中的污染物,以修复受污染的环境。微生物对物质进行各种转化作用的生理学基础是其新陈代谢活动,在这一过程中,有机污染物在土壤微生物的作用下可以直接分解或通过共代谢作用分解为低毒或无毒的代谢产物,也可以是微生物分泌的酶系(胞内酶和胞外酶)对有机物的代谢作用等。为了强化某种有机物的降解作用,今可运用分子生物学、遗传学和基因工程等新理论、新技术分离和选育高效降解菌中和酶系,并增强他们对污染物的降解能力,这是提高土壤微生物修复效果的研究热点。

1.2 治理方法

1)原位(insitu)生物修复技术。①农耕法(hind fanning):对污染土壤进行耕耙处理,在处理过程中施人肥料进行灌溉,用石灰调节酸度,使微生物得到最适宜的降解条件,保证污染物的降解在土壤的各个层次上都能发生。该方法结合农业措施,经济易行,对于土壤通透性较差、土壤污染较轻、污染物较易降解时可选用。②投菌法(bioangmentation):就是直接向遭受污染的土壤中接入外源的污染物降解菌,并提供这些细菌生长所需的营养物质,如:氮、磷、硫、钾、钙、镁、铁、锰等。③生物培养法(bioculture):就地定期向土壤中投加过氧化氢和营养物以满足污染环境中已经存在的降解菌的需要,提高土著微生物的活性,将污染物完全矿化为二氧化碳和水。研究认为,通过提高受污染土壤中土著微生物的活力比采用外源微生物的方法更可取,但无论选择何种微生物,应首先确定有利于污染物降解菌生长的营养元素的添加率。④生物通气法(biovention):是一种强迫氧化的生物降解方法。在污染的土壤上至少打两口井,安装上鼓风机和抽真空机,将空气强排入土壤,然后抽出,土壤中有毒物质也随之去除。在通入空气时,加入一定量的氨气,为微生物提供氮源增强其活性,其制约因素是土壤结构,不合适的土壤结构会使氧气和营养元素在到达污染区域之前就被消耗,具有多孔结构的土壤可采用此法。⑤有机粘土法(orgnic clay):是一种化学与生物相结合的新方法。带正电荷的有机物、阳离子表面活性剂通过化学键结合到带负电荷的人工合成的有机粘土表面上,有机粘土可扩大土壤和含水层的吸附容量,粘土上的表面活性剂可以将有毒有机物吸附到粘土上富集。⑥原位微生物一植物联合修复(phytoremedying):在污染土壤上栽种对污染物吸收能力高、耐受性强的植物,利用植物的生长吸收以及根区的微生物修复作用,去除土壤中污染物。联合修复的关键是根据土壤污染的实际情况寻找合适的植物一微生物的匹配组合。