土壤有机污染生物修复技术

2017-03-06 11:25:00

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污染物修复主体的不同,有机污染物污染土壤生物修复技术可分为植物修复技术、动物修复技术、微生物修复技术及其联合修复技术。其中污染土壤微生物修复技术是土壤污染生物修复的重要技术之一,也是最具应用和发展前景的生物修复环保技术。

现代农业的出现改变了自然界原有状况,为追求高产优质,导致水肥和化学农药的大量使用,除此之外,在工业生产、石油开采、交通运输、畜禽养殖及居民生活等工农业生产生活过程中也会排出大量有机污染物,如多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)及抗生素(ATBs)等,使土壤有机物污染进一步加剧。因此,开展污染土壤修复活动,促进土壤的保护和可持续利用,对实现社会经济可持续发展具有重要作用和意义。

生物修复技术起始于20世纪80年代中期，到20世纪90年代开始有了成功的实例。广义的土壤污染生物修复是指通过土壤生物(包括植物、动物及微生物单独作用或联合作用)吸收、降解和转化土壤中的污染物,使土壤污染物含量降低或将有毒有害物质转化为无害物质的过程。狭义的土壤污染生物修复特指微生物修复,即通过微生物将土壤有机污染物作为碳源和能源,将其分解为 CO2 和 H2O 或其他无害物质的过程。

1、植物修复(Phytoremediation)

植物修复是指通过利用植物忍耐或超量吸收积累某种或某些化学元素的特性,或利用植物及其根际微生物将污染物降解转化为无毒物质的功能,利用植物在生长过程中对环境中的某些污染物的吸收、降解、过滤和固定等特性来净化环境污染的技术。

植物修复的机理：

(1)植物对有机污染物的直接吸收分解与蒸腾作用:一般来讲,植物从土壤中直接吸收有机污染物,将其代谢分解,并经过木质化作用使其成为植物的一部分,如木质素等,储藏于植物细胞的不同位点;或通过矿化作用使其彻底分解为CO2和H2O;也可以利用植物的挥发作用去除土壤中有机污染物;还有的可以通过植物叶子的蒸腾作用释放到大气中去。

(2)植物根系分泌物(包括一些酶类)到土壤中,加速土壤的生化反应,促进有机污染物的修复: 植物根系能分泌一些营养物质,如糖类、醇、蛋白质等,供土壤微生物生存;植物根系还能分泌一些特殊的化学物质,如有机酸等,可以改变土壤的pH等,从而有利于污染物的分解。

(3)根际-微生物的联合代谢作用:植物是一个有效的土壤污染处理系统,它同其根际微生物共同利用其生理代谢特性担负着分解、富集和稳定污染物的作用。

2、有机污染土壤的微生物修复技术

微生物修复是指利用天然存在的或所培养的功能微生物(主要有土著微生物、外来微生物和基因工程菌),在人为优化的适宜条件下,促进微生物代谢功能,从而达到降低有毒污染物活性或将其降解成无毒物质而达到修复受污染环境的技术。通常一种微生物能降解多种有机污染物,如假单胞杆菌可降解 DDT、艾氏剂、毒杀酚和敌敌畏等。此外,微生物可通过改变土壤的理化性质而降低有机污染物的有效性,从而间接起到修复污染土壤的目的。

3、有机污染土壤的动物修复技术

动物修复是指利用土壤动物的直接作用(如吸收、转化和分解)或间接作用(如改善土壤理化性质、提高土壤肥力、促进植物和微生物的生长)而修复土壤污染的过程。土壤中的一些大型土壤动物,如蚯蚓和某些鼠类,能吸收或富集土壤中的残留有机污染物,并通过其自身的代谢作用,把部分有机污染物分解为低毒或无毒产物。

4、有机污染土壤的生物联合修复技术——微生物/动物-植物联合修复技术

结合使用两种或两种以上修复方法,形成联合修复技术,不仅能提高单一土壤污染的修复速度和效果,还能克服单项技术的不足,实现对多种污染物形成的土壤复合/混合污染的修复,已成为研究土壤污染修复技术的重要内容。

5、生物修复的优点和局限性

生物修复的优点

(1)高效性。有机污染物在自然界各种因素(如光解、水解等) 作用下会降解,但速度相对缓慢,而生物修复的作用就是可以加速其降解,因而具有高效性的特点;

(2)安全性。多数情况下,生物修复是自然作用过程的强化,生成的最终产物是 CO2、水和脂肪酸等, 不会导致二次污染或污染物的转移,能将污染物彻底去除,使土壤的破坏和污染物的暴露降低到最小程度;

(3)成本低。生物修复是所有修复技术中费用最低的,其成本约为焚烧处理的1/3~1/4;

(4)应用范围广。生物修复能同时修复土壤和地下水的污染,特别是在其他技术难以应用的场地,如建筑物或公路下,利用生物修复技术也能顺利进行。

生物修复的局限性

(1)受污染物种类和浓度的限制。某些生物只能降解特定的污染物,也就是说,一种生物不能降解所有种类的污染物,一旦污染物的种类、存在状态或浓度等发生变化,生物修复能力便不能正常发挥,有机污染物浓度过高会抑制生物的活性,使生物降解无法正常进行;