重金属污染生物修复方法概述

重金属污染生物修复方法及研究进展重金属污染生物修复方法及研究进展 汪 翀 吉首大学 资环学院 08 环工 2 2008092016 摘要摘要 从生物修复的概念和重金属污染土壤的方式出发 对重金属污染土 壤植物修复和微生物修复两个方面的一般原理 方法和研究动态进行了综述 阐述了土壤重金属污染的来源及危害 综述了生物修复土壤重金属污染的机理 及技术 从利用微生物降低重金属的毒性 微生物展示技术用于土壤重金属污 染的治理 生物表面活性剂去除土壤重金属 植物根际宜生茵对重金属的修复 等方面对土壤重金属污染微生物修复的研究进行了综述 本文从植物修复 动 物修复 微生物修复三方面介绍了水体中重金属污染以及土壤中重金属的修复 方法以及对生物修复研究技术的发展前景做了大致的预料 并着重对现在的重 金属生态修复研究进展对了详细的介绍 最后也对生物修复方法做了简单的总 结概述 Abstract Abstract The technology of bioremediation becomes a new area of research with features of low cost high efficiency no second pollution and wide applicability The source of pollution and harm of the soil heavy metal were expatiated the mechanism and technology of bioremediation of soil Contaminated by heavy metals were summarized The advances on microorganism remediation of soil polluted by heavy metals were reviewed in this paper The utilization of micro organism to reduce the toxicity of heavy metal the application of microorganism surface display technology in the remediation of soil heavy metal the clean up of heavy metal in the soil by using biosurfactants and the application of PGPR for the bioremediation of heavy metal in the soils were introduced 关键词关键词 重金属 污染土壤 生态修复 水体污染 Keywords heavy metal contaminated soil ecological remediation Water pollution 前言前言 近年来 我国水体中的重金属含量呈逐年上升趋势 已经严重威胁到 人们的健康 生物修复技术是一种可有效地解决重金属污染的治理方法 能够降 低因重金属超标而引发的各种疾病及一系列环境问题 因为效果显著 但成本 低廉 所有越来越受到人们的重视 1 生物修复也是土壤重金属污染整治的重 要手段之一 是目前世界范围内的研究热点 也是目前少见的土壤污染治理的环 境技术 2 一 一 水体中重金属污染生物修复水体中重金属污染生物修复 1 植物修复 植物修复技术是利用植物的吸收和代谢功能将环境介质中的 有毒有害污染物进行分解 富集和稳定的过程 类型可分为植物固定 植物降 解 植物挥发 植物提取 根系过滤 3 人们也可以利用藻类对重金属的吸收 以及对重金属的耐受机理 使用藻类生物修复重金属污染水体 4 2 动物修复 水体中 可采用动物操纵修复 即通过添加肉食性鱼类 或 减少浮游生物食性鱼类使浮游动物生物量增加 以控制蓝 绿藻生长 5 滤食 性动物和腐食性动物可以利用它们的摄食习性来有效降低养殖对水体环境造成 的负面影响 所以 近年来 这些动物越来越得到人们的重视 6 3 微生物修复 人们利用培育的生物或培养 接种的微生物的生命 对水 中污染物进行转移 转化及降解作用 从而使水体得到恢复 7 人们利用微生 物处理污水 废水已有将近百年历史 微生物修复技术是在以人为的条件为前 提下 利用自然环境中生存繁衍的微生物或人为投加的特效微生物的生命代谢 活动 来分解污染物 修复受污染的环境 8 二 土壤中重金属污染生物修复二 土壤中重金属污染生物修复 1 植物修复 人们主要通过植物作用改变重金属的化学形态 使重金属固 定 降低其移动性和生物可利用性和植物吸收 挥发及降解代谢削减 净化这 两种途径净化土壤中的重金属 9 植物修复是一种相对安全又可靠的环境修复 技术 正被世界各国政府 科技界 企业界所关注 10 其实质是在受污染的土 壤中种植对污染土壤的一种或多种重金属有特殊吸收富集能力的植物 并将其 收获妥善处理后 将吸收富集的重金属移出土壤 达到污染治理与生态恢复的 目的 11 2 动物修复 土壤中的某些低等动物 如蚯蚓 鼠类等 具有能吸收重金属 的特性 人们将其利用 在一定程度上降低了污染土壤中重金属比例 达到了 通过动物修复而治理重金属污染土壤的目的 在Pb污染的土壤中投放蚯蚓 待 其富集重金属后 采用电激 清水等方法驱出蚯蚓集中处理 对于Pb污染的土 壤也有一定的治理效果 12 3 微生物修复 微生物对土壤中重金属活性的影响主要体现在生物吸附和 生物转化两个方面 13 在土壤环境中 微生物能够利用有效的营养和能源 在 土壤滤沥过程中通过分泌有机酸络合并溶解重金属 14 微生物对重金属的溶解 主要是通过各种代谢活动直接或间接地进行的 土壤微生物的代谢作用能产生 多种低分子量的有机酸 如甲酸 乙酸 丁酸等 15 基于生物化学原则 微生 物可对重金属进行生物转化和氧化还原 土壤中的一些重金属元素可以多种价 态存在 它们呈高价离子化合物存在时溶解度通常较小 不易迁徙 而以低价 离子形态存在时溶解度大 易迁徙 16 三 三 研究展望研究展望 重金属的生物修复具有投资少 效率高 不给环境造成二次污染的特点 充分利用自然界中的微生物与植物的协同净化作用 并辅之以物理或化学方法 结合农业生产措施 强化生物过程的解毒效力 是净化重金属污染的有效途径 17 然而成功的生物修复需要多学科的共同合作 特别是对生物技术方法与微生 物学原理的深刻理解将有助于这一技术的进一步发展和有效 更广泛的应用 总的来说 重金属污染生物修复技术将具有非常可观的发展前景 18 四 四 研究进展研究进展 1 采矿区重金属污染生态修复研究主要以微生物修复为主 以土壤微生 物作指示生物 土壤微生物对重金属的抗性低于植物 故可选用较敏感的土壤 微生物作为指示作物 利用土壤微生物降低重金属的毒害作用 专性微生物 区系的迅速形成 讲促使重金属离子参与微生物体组成 增进重金属的生物吸 收 减弱植物对重金属的摄入 微生物可使还原态重金属氧化 影响其活性 微生物能释放出抑制铅的代谢产物 同时不排除部分铅被微生物吸收 用铬还 原细菌将六价高毒铬离子还原成低毒形态 19 2 重金属污染土壤的生态修复应具有四个基本标准 临界含量特征标准 即植物茎或叶中重金属含量要大于一定的临界值 转移特征标准 即植物地 上部 主要指茎或叶 重金属含量大于其根部重金属含量 耐性特征标准 即植物对重金属有较强的耐性 富集系数特征标准 即植物地上部富集系数 大于1 0 至少当土壤中重金属浓度与超积累植物应达到的临界含量标准相当时 植物地上部富集系数大于1 0 20 3 大型真菌对重金属污染的生态适应性是大型真菌和重金属长期相互作用 的结果 和植物相似 大型真菌对重金属不同程度的污染具有一定的适应性 这种适应能力的水平和范围的总和 一般称之为 抗性 食用菌或药用菌对重 金属离子的作用方式为 生物作用 在细胞内 生物大分子活性基团与重金 属离子相结合 形成不溶性物质或沉淀 或细胞内产生特殊的酶还原重金属 改变重金属的化学形态 吸附作用 细胞壁上的活性基团如巯基 羧基 羟 基等与重金属子发生定量化合反应形成不溶性物质或沉淀 物理性吸附或形成 无机沉淀而将重金属污染物沉积在自身细胞壁上 21 五 五 个人总结个人总结 通过本文的介绍 可以了解到一般采用植物修复 动物修复 微生物修复 这三种生物修复技术来治理因重金属污染的环境 然而不论是植物修复 动物 修复还是微生物修复 每一种技术里所使用的方法也分很多种 因此 我们在 使用生物修复技术来治理环境的时候应该结合当时环境来选择合适的修复技术 与方法 我相信在我们掌握好各种治理环境的技术后 我们所居住的环境将会 不再受到各种污染的威胁 我们的家园也会越来越美好 参考文献 参考文献 1 谢新宇 水体重金属污染的生物修复技术 黑龙江科技信息 2010 35 2 沈振国 土壤重金属污染生物修复的研究进展 农村生态环境 2000 16 2 p 6 3 何晓丽 植物修复技术在水体污染治理中的应用 浙江林业科技 2007 27 6 p 5 4 江用彬 藻类对重金属污染水体的生物修复 地理科学进展 2007 26 1 p 12 5 王旭琴 湖泊污染特征及其生物修复 内蒙古科技与经济 2010 18 6 岳明 生物修复技术在养殖水环境中的研究进展 河北农业科学 2008 12 7 p 2 7 董哲仁 受污染水体的生物 生态修复技术 水利水电技术 2002 33 2 p 4 8 张月 磷污染水体微生物修复效能及影响因素研究 2007 9 王燕 土壤重金属污染及生物修复研究进展 安全与环境学报 2009 9 3 p 6 10 王海慧 土壤重金属污染及植物修复技术 中国农学通报 2009 25 11 p 5 11 屈冉 土壤重金属污染的植物修复 生态学杂志 2008 27 4 p 6 12 俞佳 土壤重金属污染及其修复研究 环境科技 2008 21 z2 p 3 13 吴瑞娟 土壤重金属污染的生物修复 安徽农业科学 2008 36 7 p 3 14 翁添富 土壤重金属污染生物修复技术研究进展 科技导报 2009 27 4 p 5 15 朱航 土壤重金属污染的生物修复 科技信息 2010 28 16 丁耀光 土壤重金属污染及微生物修复 世界华商经