微生物治理土壤重金屬污染

微生物治理土壤重金屬污染微生物治理土壤重金屬污染微生物治理土壤重金屬污染V:1.0精細整理，僅供參考微生物治理土壤重金屬污染日期：20xx年X月生物技術(shù)修復(fù)土壤重金屬污染任課教師：XXX姓名：XXX學(xué)號：XXX專業(yè)：生物科學(xué)基地班年級：XXX學(xué)院：生命科學(xué)學(xué)院成績______________________任課教師評語年月日土壤重金屬污染摘要：隨著社會經(jīng)濟特別是重工業(yè)的發(fā)展，土壤重金屬污染的形勢也越來越嚴峻。污染治理已成備受關(guān)注的焦點。已有許多物理工程、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)等技術(shù)相繼涌現(xiàn)。本文就土壤重金屬污染的現(xiàn)狀、現(xiàn)有生物修復(fù)技術(shù)做綜述。關(guān)鍵詞：重金屬污染現(xiàn)狀修復(fù)技術(shù)Abstract：Withthedevelopmentofsocialeconomyespeciallyheavyindustry,thesituationofsoilheavymetalpollutionisbecomingmoreandmoreserious.Pollutioncontrolhasbecomethefocusoftheattention.Therearemanyphysicsengineering,chemicalremediation,bioremediationtechnologyhaveemerged.Thisarticlereviewsthecurrentsituation,theexistingsoilheavymetalpollutionbioremediationtechnology.Keyword：HeavymetalpollutionstatusquoTechnologytorepair前言：隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，土壤重金屬污染問題日益嚴重，土壤中過量的重金屬會被植物吸收到體內(nèi)，通過食物鏈和生物富集作用對人體健康造成巨大危害。治理土壤環(huán)境重金屬污染問題已成為當(dāng)今的研究熱點，而物理化學(xué)修復(fù)手段顯然不能快速高效地解決這一難題，生物修復(fù)因其廉價、環(huán)境友好而備受青睞。[1]1.現(xiàn)狀1.1國內(nèi)重金屬污染現(xiàn)狀重金屬資源是國民經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)和重要組成部分,一方面重金屬資源的開發(fā)為我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展做出了巨大的貢獻,另一方面大量的重金屬資源開發(fā)活動勢必造成嚴重的重金屬污染,尤其是鄉(xiāng)鎮(zhèn)、個體礦山的開發(fā),由于其各方面的技術(shù)、設(shè)備簡陋,環(huán)保意識缺乏等原因?qū)Νh(huán)境的破壞和污染是特別嚴重,甚至引發(fā)嚴重的環(huán)境污染事件,直接威脅到人類的生命安全.中國的土壤重金屬污染已較為嚴重和普遍，污染源主要是污灌、金屬礦開采、冶煉與加工，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的不和諧發(fā)展等。[2]作為國土資源大調(diào)查重要成果及全國土壤污染狀況調(diào)查專項，全國多目標區(qū)域地球化學(xué)調(diào)查項目也已發(fā)現(xiàn)局部地區(qū)土壤污染嚴重。如長江中下游某些區(qū)域普遍存在鎘、汞、鉛、砷等異常。城市及其周邊普遍存在汞鉛異常，部分城市明顯存在放射性異常。湖泊有害元素富集，土壤酸化嚴重。研究證實，鎘、汞等重金屬元素與人類污染存在密切關(guān)系。重金屬元素在土壤表層明顯富集并與人口密集區(qū)、工礦業(yè)區(qū)存在密切相關(guān)性。與1994～1995年采樣相比，土壤重金屬污染分布面積顯著擴大并向東部人口密集區(qū)擴散。而且地質(zhì)學(xué)家研究表明，我國土壤正出現(xiàn)越來越多本來沒有或微不足道的危險元素。對浙北、浙東和浙中的236.5萬公頃農(nóng)用地調(diào)查發(fā)現(xiàn)，不適合種農(nóng)作物的農(nóng)用地面積為47.2萬公頃，占20%；浙北、浙中、浙東沿海三個區(qū)域中，屬輕度、中度與重度重金屬污染的面積分別占38.12%、9.04%、1.61%，城郊傳統(tǒng)的蔬菜基地、部分基本農(nóng)田都受到了較嚴重的影響。1994年開始，中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所等機構(gòu)就對全國土壤51個化學(xué)元素進行監(jiān)測，1999年開始對中國東部農(nóng)田區(qū)54個化學(xué)元素進行填圖，2008年又開始建立覆蓋全國的地球化學(xué)基準網(wǎng)，對含78種元素的土壤81個化學(xué)指標進行探測。數(shù)據(jù)顯示，重金屬等污染物指標在大的流域及局部工礦業(yè)和農(nóng)業(yè)區(qū)上升較快。1.2國外重金屬污染現(xiàn)狀英國早期開采煤炭、鐵礦、銅礦遺留下的土壤重金屬污染經(jīng)過300年依然存在。1996到1999年間，英格蘭和威爾士嘗試挖出污染土壤并移至別處，但并未根本解決問題。從20世紀中葉開始，英國陸續(xù)制定相關(guān)的污染控制和管理的法律法規(guī)，并進行土壤改良劑和場地污染修復(fù)研究。日本的土地重金屬污染在上世紀六七十年代非常嚴重。其經(jīng)濟的快速增長導(dǎo)致了全國各地出現(xiàn)許多嚴重環(huán)境污染事件，被稱為四大公害的痛痛病、水俁病、第二水俁病、四日市病，就有三起和重金屬污染有關(guān)。荷蘭在工業(yè)化初期土地污染問題嚴重。從20世紀80年代中期開始，加強土壤的環(huán)境管理，完善了土壤環(huán)境管理的法律及相關(guān)標準。國土面積4.15萬平方公里的荷蘭每年要花費4億歐元修復(fù)1500—2000個場地，預(yù)計到2015年基本能修復(fù)全部污染土壤。土壤重金屬來源在自然過程(大氣沉降、地表徑流等)和人為作用(農(nóng)田灌溉等)下,重金屬污染物在不同環(huán)境介質(zhì)中不斷進行著遷移轉(zhuǎn)化,從而造成嚴重的二次污染(如圖1).[3]2.1隨著大氣沉降進入土壤的重金屬大氣中的重金屬主要來源于能源、運輸、冶金和建筑材料生產(chǎn)產(chǎn)生的氣體和粉塵。除汞以外,重金屬基本上是以氣溶膠的形態(tài)進入大氣,經(jīng)過自然沉降和降水進入土壤。煤含Ce、Cr、Pb、Hg、Ti等金屬，石油中含有相當(dāng)量的Hg(O.02～30mg/kg)，這類燃料在燃燒時，部分懸浮顆粒和揮發(fā)金屬隨煙塵進入大氣，其中1O%～30%沉降在距排放源十幾公里的范圍內(nèi)，[4]據(jù)估計全世界每年約有1600噸的汞通過化石燃料燃燒排放到大氣中。含鉛汽油的燃燒和汽車輪胎磨損產(chǎn)生的粉塵對大氣和土壤造成Pb、Zn、Cd、Cr、Cu等污染。經(jīng)自然沉降和雨淋沉降進入土壤的重金屬污染，與重工業(yè)發(fā)達程度、城市的人口密度、土地利用率、交通發(fā)達程度有直接關(guān)系，距城市越近污染的程度就越重，污染強弱順序為：城市＞郊區(qū)＞農(nóng)村。2.2隨污水進入土壤的重金屬利用污水灌溉是灌區(qū)農(nóng)業(yè)的一項古老的技術(shù)，主要是把污水作為灌溉水源來利用。污水按來源和數(shù)量可分為城市生活污水、石油化工污水、工業(yè)礦山污水和城市混合污水等。生活污水中重金屬含量很少，但是，由于我國工業(yè)迅速發(fā)展，工礦企業(yè)污水未經(jīng)分流處理而排人下水道與生活污水混合排放，從而造成污灌區(qū)土壤重金屬Hg、Cd、Cr、Pb、Cd等含量逐年增加。[4]據(jù)我國農(nóng)業(yè)部調(diào)查數(shù)據(jù)，在全國約140萬公頃的污灌區(qū)中，受重金屬污染的土地面積占污灌區(qū)面積的64.8%，其中輕度污染46.7%，中度污染9.7%，嚴重污染8.4%。華南部分城市50%的耕地遭受鎘、砷、汞等有毒重金屬污染；長三角地區(qū)有些城市大片農(nóng)田受多種重金屬污染，10%的土壤基本喪失生產(chǎn)力。2.3隨固體廢棄物進入土壤的重金屬固體廢棄物種類繁多，成分復(fù)雜，不同種類其危害方式和污染程度不同。其中礦業(yè)和工業(yè)固體廢棄物污染最為嚴重。這類廢棄物在堆放或處理過程中，由于日曬、雨淋、水洗重金屬極易移動，以輻射狀、漏斗狀向周圍土壤、水體擴散。對武漢市垃圾堆放場，杭州鉻渣堆放區(qū)附近土壤中重金屬含量的研究發(fā)現(xiàn)，這些區(qū)域土壤中有一些固體廢棄物被直接或通過加工作為肥料施入土壤，造成土壤重金屬污染。固體廢棄物也可以通過風(fēng)的傳播而使污染范圍擴大，土壤中重金屬的含量隨距污染源的距離增大而降低。[4]2.4隨農(nóng)用物資進入土壤的重金屬農(nóng)藥、化肥和地膜是重要的農(nóng)用物資，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展起著重大的推動作用，但長期不合理施用，也可以導(dǎo)致土壤重金屬污染。絕大多數(shù)的農(nóng)藥為有機化合物，少數(shù)為有機-無機化合物或純礦物質(zhì)，個別農(nóng)藥在其組成中含有Hg、As、Cu、Zn等重金屬。重金屬元素是肥料中報道最多的污染物質(zhì)。氮、鉀肥料中重金屬含量較低，磷肥中含有較多的有害重金屬，復(fù)合肥的重金屬主要來源于母料及加工流程所帶入。肥料中重金屬含量一般是磷肥>復(fù)合肥>鉀肥>氮肥。Cd是土壤環(huán)境中重要的污染元素，隨磷肥進入土壤的Cd一直受到人們的關(guān)注。許多研究表明，隨著磷肥及復(fù)合肥的大量施用，土壤有效Cd的含量不斷增加，作物吸收Cd量也相應(yīng)增加。肥料中Cr、As元素含量較高，且土壤的環(huán)境含量又較低，能引起土壤中Cr、As的較快積累。近年來，地膜的大面積的推廣使用，造成了土壤的白色污染。由于地膜生產(chǎn)過程中加入了含有Cd、Pb的熱穩(wěn)定劑，同時也增加了土壤重金屬污染。[4]3.土壤修復(fù)技術(shù)3.1工程物理法工程物理法是指用物理(機械)、物理化學(xué)原理治理污染土壤的一類方法。常見的方法有：客土法、淋洗法、電動力學(xué)法，電熱修復(fù)。3.2化學(xué)修復(fù)化學(xué)修復(fù)是在土壤原位上進行的,簡單易行。但并不是一種永久的修復(fù)措施,因為它只改變了重金屬在土壤中存在的形態(tài),金屬元素仍保留在土壤中,容易再度活化危害植物。[4]常用方法有：施用改良劑、沉淀法、加入吸附劑、拮抗法，種植重金屬低富集植物，增施有機肥等。3.3生物修復(fù)生物修復(fù)技術(shù)是利用生物的生命代謝活動降低環(huán)境中有毒有害物質(zhì)的濃度或使其完全無害，從而使污染的土壤部分地或完全地恢復(fù)到原始狀態(tài)。生物修復(fù)技術(shù)包括微生物修復(fù)和植物修復(fù)技術(shù)[5]生物修復(fù)機理是利用生物(主要是微生物、植物和動物)作用，削減、凈化土壤中重金屬或降低重金屬毒性。這種技術(shù)主要通過2種途徑來達到對土壤中重金屬的凈化作用：①通過生物作用，改變重金屬在土壤中的化學(xué)形態(tài)，使重金屬固定或解毒，降低其在土壤環(huán)境中的移動性和生物可利用性；②通過生物吸收、代謝，達到對重金屬的削減、凈化與固定[6—9]。所有的修復(fù)技術(shù)中生物修復(fù)是頗具潛力的治理方法，該方法效果好，易于操作，受到人們的重視，日益成為修復(fù)污染土壤研究的熱點。3.3.1植物修復(fù)技術(shù)植物修復(fù)是一種利用自然生長或遺傳培育植物修復(fù)重金屬污染土壤的技術(shù)。根據(jù)其作用過程和機理，重金屬污染土壤的植物修復(fù)技術(shù)可分為植物提取、植物揮發(fā)和植物穩(wěn)定三種類型。[10]3.3.2微生物修復(fù)技術(shù)微生物在修復(fù)被重金屬污染的土壤方面具有獨特的作用。其主要作用原理是:微生物可以微生物能夠改變金屬存在的氧化還原狀態(tài)，降低土壤中重金屬的毒性;微許多微生物與重金屬具有很強的親合性，能富集多種重金屬；微生物可以改變根際微環(huán)境,從而提高植物對重金屬的吸收,揮發(fā)或固定效率；利用微生物的氧化反應(yīng),如在高濃度重金屬的污泥中，加入適量的硫,微生物即把硫氧化成硫酸鹽，降低污泥的pH，提高重金屬的移動性。利用微生物(如細菌和真菌)使甲基汞和離子態(tài)汞(Hg2+)變成毒性較小且易于揮發(fā)的單質(zhì)汞。[11]近幾年來微生物修復(fù)技術(shù)飛速發(fā)展，例如：四川大學(xué)徐恒教授等利用螯合劑和表面活性劑輔助金福菇修復(fù)重金屬污染土壤，取得了很好的效果，可提高金福菇對Pb、Cu、Cd等重金屬的富集量，這一技術(shù)有待推廣使用。另外構(gòu)建一些植物的轉(zhuǎn)基因異變體也對重金屬有一定的抗性作用，如構(gòu)建轉(zhuǎn)金屬硫蛋白及其突變體的αα基因煙草，經(jīng)研究證明此類煙草對重金屬均有很好的抗性[12]最近又提出一些新的修復(fù)技術(shù)，例如：農(nóng)業(yè)生態(tài)修復(fù)（包括是農(nóng)藝修復(fù)措施和生態(tài)修復(fù)）4.展望工程措施、物理修復(fù)和化學(xué)修復(fù)重金屬污染土壤，缺點多，大規(guī)模處理污染土壤不現(xiàn)實，并且會破壞土壤結(jié)構(gòu)，降低生物活性，使土壤肥力退化。而農(nóng)業(yè)生態(tài)措施又周期長，效果不明顯。生物修復(fù)以其高效性，良好的社會、生態(tài)綜合效益而被大眾接受，應(yīng)用前景廣闊。預(yù)計以下幾點將成為未來的研究熱點：超累積植物篩選與培育、基因工程技術(shù)的應(yīng)用、生物修復(fù)綜合技術(shù)的研究等。土壤是人類賴以生存的資源，土壤一旦被污染，通過自凈能力完全復(fù)原周期長達千年。為了人類健康，必須持續(xù)加大對污染行為監(jiān)管和懲治力度。對已被污染土地，要把污染源搞清楚并加以切斷。土壤污染物不僅有重金屬，還有大量有機污染物。國土、地質(zhì)、環(huán)境、水利等部門要通力合作為大地“排毒”。參考文獻：[1]王德勝陳蘭敬小兵徐恒螯合劑和表面活性劑輔助金福菇修復(fù)重金屬污染土壤[2]陳懷春鄭春榮涂從朱永官中國土壤重金屬污染現(xiàn)狀與防治對策[3]曹斌,何松潔,夏建新重金屬污染現(xiàn)狀分析及其對策研究[4]崔德杰,張玉龍土壤重金屬污染現(xiàn)狀與修復(fù)技術(shù)研究進展土壤通報ChineseJournalofSoilScienceVol.35,No.3Jun.,2004[5]WILESSC．Bioremediationofsoilcontaminatedwithichydrocarbons[J]．Enviom