化学生物联合技术对重金属有机物复合污染土壤的修复研究_图文

1、安徽农业科学。【）：责任编辑张彩丽责任校对傅真治化学一生物联合技术对重金属一有机物复合污染土壤的修复研究邓佑，阳小成，尹华军（成都理工大学材料与化学化工学院，四川成都；中国科学完成都生物研究所，四川成都）摘要重金属一有机物复合污染是当今土壤污染中最普遍的一种，利用传统的化学修复法或现阶砖比较盛行的各种生物修复法，如超积累植物富集修复、微生物降解修复等都难以对重金属一有机物复合污染土壤进行彻底治理修复。主要就利用化学一生物联合技术修复重金属一有机物复合污染土壤的反应机理以及修复中存在的问题进行研究探讨，并对该技术今后的发展方向进行展望。关键词土壤；重金属一有机物复合污染；化学一生物联合修复中图分

2、类号文献标识码文章编号（）（嚼，）岫田他￥；土壤是人类赖以生存的物质基础，是最为重要的环境因素之一，又是农业生产和城市建设的基础。进人工业化以来，由于人们大量使用农药、化肥以及工矿企业排放的大量重金属和有毒有机物，造成了生态环境的严重恶化，使土壤污染表现出机理上的复杂性、形式上的多样性和范围上的扩大化，造成了污染物之间的复杂交互，形成了复合污染。关于复合污染的定义和研究也有不少报道胆。，而关于复合污染土壤修复的研究也已成为环境科学日益活跃的领域【。国内外学者相继开展了重金属一重金属哺和有机物一有机物驯复合污染土壤修复方面的研究，但对重金属一有机物所形成的复合污染研究得却很少，而在所表现出来的复

3、合污染类型中，又以后者所形成的复合污染最为普遍。对于单一的有机污染土壤常采用微生物降解法进行修复，而对于单一的重金属污染土壤则以植物修复为主，但当土壤中同时出现重金属一有机物复合污染时，利用单一的修复法却难以奏效。而采用化学一生物联合法既能修复土壤中有毒有机！勿污染，又能去除土壤中的重金届，并使类污染物的浓度大幅度降低，达到标准值，与单一的修复法相比较，化学一生物联合法因汲取了这种修复法的优点，费用相对较低，应用范围也更广。化学一生物联合修复法概述化学一生物联合修复技术是世纪以来才发展起来的一种全新的修复重金属一有机物复合污染土壤的方法。主要采用传统的化学修复法与现阶段比较新兴的超积累植物富集

4、、微生物降解等生物修复法进行了技术联合及工艺上的改进，取长补短，效率更佳。因为单一的修复法都有其技术上的缺陷，如化学修复虽速度快、应用面积广，但耗资大，在实际应用中难以调控，化学修复因子容易受土壤中值以及基金项目国家科技支撑计划项目“长江上游坡耕地整治与高效生态农业关键技术试验示范”（）。作者简介邓佑（一），男。湖南郴州人硕士研究生，研究方向：分析化学。通讯作者，硕士生导师，副教授，：。收槁日期乏原有无机物、有机物的影响，且容易形成毒性更大的副产物，造成二次污染，并降低土壤有机质的水平；微生物修复相对比较经济且不会使土壤产生二次污染，但容易对土壤结构产生不良影响，导致土壤机体的损伤。即使利用堆

5、腐法，在处理过程中也会产生气态污染物造成对大气环境的污染；植物修复尽管具有极大的潜在益处，但它的修复周期相对较长，与其他修复法相比具有较大的局限性，必须有其他技术与之相配合。化学一生物联合修复法主要是把传统的化学修复法与现代各种生物修复技术进行了参数优化、改造后进行最佳组合，通过优势互补和技术综合进行对复合污染土壤的修复。其主要的修复机理是通过化学氧化、土壤催化氧化、化学聚合、化学还原、化学脱氯与生物修复中植物的超积累富集吸收、微生物的分解与固定综合利用去除污染土壤中的重金属和有毒有机物，与单的修复法相比，化学一生物联合修复有机物污染效率也更高一些，如等就利用而原位化学修复与生物修复法联合，使

6、用浓度为的；。处理含苯并芘的土样后，再用生物法处理，得到苯并芘的降解率为，而直接用生物处理降解率不到；若将浓度和通气时间都增加倍，则降解率可达到。化学一生物联合修复的技术类型原位化学氧化一微生物降解联合修复原位化学氧化一微生物降解联合修复土壤主要是通过化学氧化（修复中常用的氧化剂有试剂、。、，等）、化学聚合与微生物（细菌、真菌、酵母、藻类等）的氧化一还原作用、脱羧作用、脱氨作用、脱水作用、水解作用等降解技术综合利用，进行对重金属一有机物复合污染土壤的修复，特别是那些以有毒有机物污染为主的复合污染土壤。例如受医用药品污染的农业耕地、菜园¨等，其中含有农药、油类、有机洗涤剂、多环芳烃、重

7、金属等，以有毒有机物污染为主。对于这类污染的修复先要进行实地勘察和预备试验，确定污染物的类型及具体成分。控制好土壤的温度、湿度、值，以提高土壤中微生物的活性。因为大部分的有机物可以通过光分解、热分解、化学分解、生物降解被去除，而生物降解又是最彻底的一步，万方数据卷期邓佑等化学一生物联合技术对重金属一有机物复合污染土壤的修复研究所以可以先采取微生物降解修复，特别是根际圈生物降解修复，加入表面活性剂或螯合剂，通过微生物的氨化、硝化、固氮及纤维索分解作用等生化过程去除污染土壤中可降解的农药、石油和其他有机污染物；而对于污染土壤中的重金属（它能引起微生物生物量的下降，微生物一般不能直接把它降解）和一些

8、微生物难以降解的物质如油类、有机溶剂、多环芳烃（如萘）、一些农药以及非水溶态氯化物（如）等污染物，可以采用原位氧化修复，通过添加一些化学氧化剂与污染物所产生的氧化反应，达到使污染物降低或转化为低毒、低移动性产物，从而降低土壤中污染物的浓度。等通过试验表明，利用试剂高级氧化降解有机污染物能达到很好的效果¨卜“。美国加利福尼亚州地区工厂废弃遗址土地原含有污染物、，利用氧化剂修复后，一的被去除、的被去除，消耗率为。原位氧化修复技术不但可以对这些污染物起到降解脱毒的效果，而且反应产生的热量能够使土壤中的一些污染物和反应产物挥发或变成气态溢出地表，对于那些有毒的气体（、等），可以通过地表的气体

9、收集系统进行集中处理。同时通过化学氧化还原和生物吸附富集以及溶解作用，改变重金属在土壤中的存在形态，促进重金属的微生物降解，有利于重金属在土壤中的生物吸附固定以及重金属毒性的降低¨“。当然，化学修复由于氧化剂的加入，不仅会降低土壤中污染物的毒性或降低土壤中污染物的含量，而且也可能形成毒性更大的副产物，并降低土壤中有机质的水平。而对于这些副产物和先前那些不能被微生物所降解的难溶于水的有机污染物，经化学氧化之后得到的产物一般能溶于水，这样两者都可以借助于微生物来彻底降解，从而有效降低有毒污染物在土壤中的浓度。原位化学还原一超积累植物富集联合修复原位化学还原一超积累植物富集联合修复主要是通

10、过化学还原、还原脱氯（修复中常用的还原剂有：、胶体、气态：、有机碳等）与超积累植物的提取、挥发、稳定、降解、根际圈生物降解等作用综合利用，对重金属一有机物复合污染土壤进行修复，特别适应于以重金属占主导地位的酸性复合污染土壤。例如废弃的工厂、工业区遗留地、重金属矿区等，它们主要以重金属污染为主，同时还含有部分的有毒有机物。龚惠红等在对上海市浦东老工业区内个工业厂区遗留地的研究发现。研究区域的土壤受到单一、多种重金属及部分有毒有机物的不同程度复合污染。对此先要进行现场测定，确定重金属的种类，以及它们与土壤中有机物形成的其他复杂成分。修复时根据场地的土壤性质及污染物中重金属种类不同，来栽种不同的超积

11、累植物进行对重金属的吸收富集。认为植物能吸收富集重金属，与其根部细胞具有与重金属较多的结合位点有关，即重金属存在于细胞壁和液泡中，通过植物的提取、挥发、稳定、降解，从而降低其毒性¨“。例如天蓝芥蓝菜对、的富集吸收，高山干薯对的富集吸收，园叶芥蓝菜对的富集吸收，粗脉叶澳洲坚果对的富集吸收，九节木属对的富集吸收等¨。然而污染土壤多数是几种重金属污染物质混合在一起，而仅仅栽植种修复植物只能治理种重金属污染物质，因此应当将几种具有修复功能的植物搭配种植。在修复过程中可以适当地加入一些化学改良剂，利用化学改良剂一植物修复技术四来去除污染土壤中的重金属，即在植物微生物联合体系修复前，加

12、人土壤改良剂，如赤泥雌¨、城市污泥陋和熟石灰等调节土壤营养及物理化学条件，以改良植物及微生物的生长环境，促进二者对重金属的吸收。由于土壤受到的是重金属一有机物共同作用下的复合污染，虽然植物对土壤中的有毒有机污染物也有一定程度的吸收、挥发和降解修复，但相比于化学修复，速度和广度都难以达到要求。因此应该用原位还原修复与之相结合，利用化学还原剂将重金属和有毒有机物还原为难溶态，从而使污染物在土壤环境中的迁移性和生物可利用性降低，进一步降低它们的浓度。如加拿大安大略镍采矿污染点就是利用有机碳原位还原修复了其中的和污染，使浓度从大于下降到小于，从下降到一嘲；美国北卡罗来那州市海岸警卫飞机场污染

13、点，利用还原剂胶体修复和，使的浓度从，一下降到了彬，浓度也有很大的下降。此联合修复法更好的是，原位还原修复所形成的二次污染物又可以通过植物的根际圈生物和土壤中本身的微生物来降解修复，最终生成：、心、脂肪酸及若干无毒代谢物，消除二次污染。化学一生物联合修复法存在的问题化学一生物联合修复法虽然汲取了单一修复法的优点，但它本身就是化学修复与生物修复相结合的技术产物，因此也表现出了一些不足之处，主要体现在以下个方面。在原位化学氧化一微生物降解联合修复时，添加的氧化剂及进行的氧化反应所生成的中间产物可能会抑制微生物酶的活性，不利于微生物的降解。微生物修复过程中厌氧修复动力学过程及其中间产物的毒性可能会影

14、响到化学修复中的氧化还原反应，反过来氧化还原反应也可能会影响到微生物在缺氧与厌氧条件下降鹪有机物的电子受体及其碳源。在原位化学还原一超积累植物富集联合修复时，所添加的还原剂可能会对修复植物产生伤害，抑制植物本身的修复功能，反应所需要的最适值、温度、湿度也可能与植物能正常生长的条件不太一致。土壤的渗透性、匀质性及其地下水位可能不太适合化学药剂的添加及其相关的化学反应、植物的正常生长和微生物的共代谢等。针对上述存在的诸多问题，在利用化学一生物联合技术修复重金属一有机物复合污染土壤时，首先应该进行地理勘察、实验室内的平衡试验以及小规模的现场应用试验等，确定土壤中污染物浓度及其种类、地下水位、土壤渗透

15、性、土壤匀质性、值、碱度、拟选修复植物的生理特性、相关条件下微生物的代谢情况及其酶的活性等，尽可能地兼顾化学修复与生物修复两者都能满足有关条件的要求，从而有效地、经济地、安全地对复合污染土壤进行治理修复。研究展望近几年来，化学一生物联合修复复合污染土壤这一全新万方数据安徽农业科学年的技术倍受国外学者们的青睐，已尝试应用于工程实践中。，州，而我国对污染土壤修复这一领域涉及得较晚，大部分的修复：耋是：鬈嚣篓岩茅蓝螂讲掣”蜘妇靳。技术都处于试验研究阶段，若要推广到大规模的工程应用，。锄删诎舯咖还需要解决较多的实际问题。而对于土壤的化学一生物联：瓣嚣罢。删。懒妯上酬畸合修复技术更是处在研究探讨阶段，涉

16、及这方面研究的专家享网啉，周启星士壤一植勿系蒯眙污染研究进展】应用生态学学者相对于研究单一的化学修复或生物修复的要少很多，可嚣篇嚣焉：盂：，卧删，嚏啊疆魄能是由于化学一生物联合技术涉及到化学与生物个学科，出肾，灿，哪啊嘲的知识，且需要进行学科间的交叉与技术综合，难度较大。燃瑚测剃，砌（）：例如最近国外研究较热的生态化学修复法】，它就是环境，￥砒化学与应用生态学相结合形成的一种全新的修复法，在复合。宗妻竺：；删毒：笔墨：誊：案嚣篓羔：慧瑚蛔：抽污染土壤治理方面具有重要的意义和发展前景。因此，应该，鹞棚卿，：多加强学科间的交叉与融合，充分利用各学科领域中相关技娑謦萋萎蔷辇雾美象茎；磊蒜兰作用及污染

17、±攘修复术的优异性，扬长避短，综合利用，这样才会有更多的技术创环嘲染淘鞋蛛与设备。，（）：誓，才能更快地完善土壤修复技术并投入到实际应用中去。嚣享嚣；臻餐蓦嵩羹戛鑫譬絮裂著磐金属污染西“隆复研究参考文献唧啦伽，：咖：唐莲，刘振中，蒋任飞重金属污染土壤植物修复法环境保护科。：一学，（）：，彭桂香，蔡婧，林初夏超积累植物和化学改良剂联合修复锌锔污染何勇田，熊先蕾复合污染研究进展环境科学，（）：一土壤后的微生物特征生态环境，（）：里昭王林江，谢襄漓，文，、年赤己在环境污染修复中的应用【桂林工关晰拳周培疆，吴振腕复合污染研究的新进展应用生态学报，学院学报，冬蹬，（）：，（）：莫测辉，蔡全英，

18、王江海，等城市污泥在矿山废弃地复垦的应用探讨周东美，王慎强。陈俪氤土壤中有机污染物一重金属复合污染的交互生态学袭志，卸。（）：作用土壤与环境，（）：商鳓嫡簦周启星，复合污染生态学北京：中国环境科学出版社，：蒯，嘏肛颞“学凡叫嬲吐衄珂，：玎嘲粤啪叮，增曲。，（）吣捌寥学一协瑚咖殍周启星，宋玉芳污染土壤修复原理与方法北京：科学出版社，咖瑚，）：增啪翘埘鼬，】，涮靶西，。慨训一。咖踟，：（）：宗良纲，丁园土壤重金属（）复合污染的研究现状农业环周启星，孙铁珩污染生态化学现状和展望应用生态学报。，境保护。，（）：（）：（上接第页）土壤跳虫群落中的某些种类表现出对重金属污染一定的敏感性，而另一些则变化不大。国外现在较注重的是土壤动物功能群组的划分¨引，国内在这方面的研究甚少。因此，土壤动物在污染区的这种规律性是由于土壤重金属污染引起的还是由于其自身对环境的一种适应性尚不清楚，这仍是利用土壤动物来监测重金属污染时需要解决的首要任务。通过对富阳冶炼厂周边被污染农田的土壤动物生态调查可知，受污染的农田与对照相比，土壤动物的种类多样性及数量都相应地减少，相关分析表明，这种减少的原因主要来自重金属铜、锌、镉、铅的污染。同时也说明，通过对重金属污染地区的土壤动物群落生态调查可以直观地反映重金属的污染状况，其中多样性指数、个体数、均匀度等群落参数均为较