生态修复技术在土壤污染中的应用

土壤修复

姓名：吴培强

学号：1117441028

摘要：论述了土壤污染的种类及对环境的危害、生态修复的概念及内涵，还进一步描绘了生态修复技术的构成要素及不同表现形式，提出了生态修复技术在土壤污染治理方面的应用以及它们的优缺点，并结合它存在的问题与技术发展等方面，展望了生态修复技术的应用前景。

关键词：土壤污染土壤修复生物修复物理与化学修复植物修复

前言：土壤是大气、水体及固体废弃物中污染物在环境中迁移、滞留和沉积目标，是长期环境污染的承受着。随着社会经济的飞速发展和人口的不断增加，土壤作为人类赖以生息的资源，越来越暴露出不堪重负的迹象，鉴于土壤污染的严重危害及其资源的有限性，近年来，世界各国都非常重视土壤污染修复技术的研究与发展，各发达国家纷纷制定了土壤修复计划。80年代末和90年代初期，国外开始研究基于物理、化学过程的微生物、植物分解代谢土壤污染等生态修复方法，今年来发展非常迅速，不仅较其他修复方法经济，同时也不易产生二次污染，更适于大面积土壤的修复。目前，生态修复技术已开始成为土壤污染修复的主要处理技术，可以预见，生态修复技术在土壤污染治理中将扮演越来越重要的角色。

一、土壤污染物的种类及其危害

(一) 土壤污染的种类

1、有机污染物

土壤有机污染物主要是化学农药。例如以及氯类，包括六六六、DDT、艾氏剂、狄氏剂等；有机磷类，包括马拉硫磷、对硫酸、敌敌畏等；氨基甲酸脂类，有的为杀虫剂，有的为除草剂；苯氧羧酸类，如2,4—D、2,4,4—T等除草剂。

工业“三废”中的有机污染物，较常见的有酚、油类、多氯联苯等有机化合物。

2、重金属污染

重金属是通过以下几种途径进入土壤的；由于使用含重金属的废水进行灌溉；随着含重金属的粉尘落入土壤中；使用含重金属的农药制剂等。常见的一些重金属污染物包括汞、镉、铅、铜、锌、镍、砷等。因为重金属不能为土壤微生物分解，而且可以为生物所富集。因此土壤一旦被重金属污染，是较难予彻底消除的，可对环境形成潜在的威胁。

3、放射性元素污染

放射性元素主要来源于大气层中核爆炸降落的裂变产物和部分原子能科研机构排出的液体和固体的放射性废弃物。含有放射性元素的废弃物不可避免的随自然沉降，雨水冲刷和废弃物的堆放污染土壤。土壤一旦被放射性元素污染就难以自行消除，只能自行衰变为稳定元素而消除其放射性。放射性元素可通过食物链进入人体。

4、化学肥料污染

为了提高产量，农业上大量使用含氮和含磷的化学肥料，但是往往由于使用不当而造成这类物质从土壤中流失污染环境。

5、病源微生物污染

土壤中的病源微生物，主要来源于人畜的粪便及用于灌溉的污水（未经处理的生活污水及医院用水），当人与污染的土壤接触时可传染各种细菌及病毒，若食用被土壤污染的蔬菜、瓜果等会威胁人体健康。这些被污染的土壤经过雨水冲刷，又可能污染水体。（二）土壤污染的危害

由于近年来人口急剧增长，工农业迅猛发展，固体废物不断向土壤表面堆放和倾倒，有害废水不断向土壤中渗透，大气中的有害气体及飘尘也不断随雨水降落在土壤中，土壤污染也越来越严重。由于土壤中的病原体进入水里或雨里，会引发疾病的传播。土壤中的有害元素进入植物体内，不断积累，通过食物链进入人体内，破坏了人体正常的生理机理作用，造成人体出现各种各样的疾病，从而危害人体的健康。土壤被放射线物质污染后，通过放射线衰变会产生很多有害射线，可以直接穿过人体，破坏人体组织，使正常细胞死亡或白细胞发生癌变。土壤污染不仅对人体健康和环境有很大的伤害，同时対国家的经济有不小的影响，每年的土壤污染都会花费大笔费用来治理，从而造成严重的经济损失。此外，土壤污染还会影响到其他的环境影响，如大气污染，地表水污染，地下水污染和生态系统退化等其他生态问题。

二﹑土壤污染的生态修复

（一）生态修复的内涵

生态修复(ecological remediation)是根据生态学原理，利用特异生物対污染物的代谢过程，并借助物理修复与化学修复以及工程技术的某些措施加以强化或条件优化，使污染环境得以修复的方法。

生态修复是解决污染问题的有效途径和新兴技术，它严格遵循循环再生，和谐共存，整体优化等生态学原理，它是由多学科交叉而形成的。生物修复是生态修复的基础，而微生物修复是生物修复中最有用的修复技术。物理和化学修复是生态修复的构成要素，但是一般要与生物修复结合起来，才能形成有效的生态修复技术。植物修复是生态修复的基本形式，是目前应用很广也很有效的一种修复技术。

（二）生态修复技术在土壤污染中的应用

1、生物修复

1．1 原位生物修复

原位生物修复主要集中在亚表层土壤的生态条件优化，尤其是通过调节加入无机营养或可能限制其反应速率的氧气(或诸如过氧化氢等电子受体)的供给，以促进土著微生物或外加的特异微生物对污染物质进行最大程度的生物降解。当挖取污染土壤不可能时或泥浆生物反应器的费用太昂贵时，宜采用原位生物修复方法，如土耕法、投菌法、生物培养法、生物通气法等。土耕法要求现场土质必须有足够的渗透性，以及存在大量具有降解能力的微生物。该法操作简单、费

用低、环境影响小、效果显著，缺点是污染物可能从土壤迁移，且处理时间较长J。投菌法的核心是引入新的具有某些特殊功能的微生物，一般在现有微生物不能降解污染物或降解能力低的情况下考虑此法。生物培养法是要定期地向污染环境中投加H202和营养，以满足污染环境中已经存在的降解菌的需要。研究表明，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有效。对生物通气法，大部分低沸点、易挥发的有机物可直接随空气抽出，而那些高沸点的重组分在微生物的作用下被彻底矿化为二氧化碳和水。其显著优点是应用范围广，操作费用低；缺点是操作时间长。

1. 2 异位生物修复

异位生物修复指将被污染土壤搬运和输送到它处进行生物修复处理，主要有土地耕作法、堆肥法、厌氧处理法、生物反应器法。土地耕作法费用极低，应用范围较广，但在土地资源紧张的地区此法受到限制，也容易导致挥发性有机物进入大气中，造成空气污染，且难降解的物质会积累其中，增加土壤毒性。堆肥法对去除含高浓度不稳定固体的有机复合物是最有效的，处理时间较短。对三硝基甲苯、多氯联苯等好氧处理不理想的污染物可用厌氧处理，效果较好。由于厌氧条件难以控制，且易产生中间代谢污染物等，其应用比好氧处理少。

由于生物反应器内微生物降解的条件容易满足与控制，因此其处理速度与效果优于其它处理方法，但大多数的生物反应器结构复杂，成本较高。目前，用于有机污染土壤生物修复的微生物主要有土著微生物、外来微生物和基因工程菌3大类，已应用于地下储油罐污染地、原油污染海湾、石油泄漏污染地及其废弃物堆置场、含氯溶剂、苯、菲等多种有机污染土壤的生物修复。但是，微生物修复有时并不能去除土壤中的全部污染物，只有与物理和化学处理方法组成统一的处理技术体系时，才能真正达到对污染土壤的完全修复。污染土壤的微生物修复过程是一项涉及污染物特性、微生物生态结构和环境条件的复杂系统工程。目前虽然对利用基因工程菌构建高效降解污染物的微生物菌株取得了巨大成功，但人们对基因工程菌应用于环境的潜在风险性仍存在着种种担心，美国、日本、欧洲等大多数国家对基因工程菌的实际应用有着严格的立法控制。在对微生物修复影响因子充分研究的基础上，寻求提高微生物修复效能的其它途径显得非常迫切。

2、物理化学修复

利用物理、化学原理治理污染土壤。最常用的物理治理方法，即将受污染的土壤转移到指定地填埋，然后移送新的土壤到污染地置换为可耕种的土壤；或者用清洗法，通过清洁水的灌溉带走土壤表面的重金属等污染物，并在地下深层挖深井抽取地表的渗透水，以达到水洗带走污染土壤的目的；土壤通风技术能够高效地去除可挥发物的污染，所需成本仅有土壤挖掘法和清洗法10％；此外还有热处理法、磁分离等手段。

化学修复就是向土壤投入改良剂，使其改变土壤的酸聩葑陛、土壤氧化还原条件或土壤中离子的构成情况，进而对重金属的吸附作用、氧化还原作用、拮抗或沉淀作用产生影响，降低重金属的污染。常用的改良剂有石灰、碱性磷酸盐、碳酸盐和硫化物等，改良效果显著。

3、植物修复的类型

3.1植物提取

即利用重金属超积累植物从土壤中吸取金属污染物，随后收割地

上部并进行集中处理，连续种植该植物，达到降低或去除土壤重金属污染的目的。这些植物有两类，超量积累植物和诱导的超量积累植物。前者是指一些具有很强的吸收重金属并运输到地上部积累能力的植物，后者则指一些本不具有超量积累特性但通过一些过程可诱导出超量积累能力的植物。目前已发现有700多种超积累重金属植物，积累cr、co、Ni、Cu、Pb 的量一般在0．1％以上，Mn、Zn可达到1％以上。

3.2植物挥发

其机理是利用植物根系吸收金属，将其转化为气态物质挥发到大

气中，以降低土壤污染。目前研究较多的是№和se。印度芥菜有较高的吸收和积累硒的能力。在种植这类植物的第一年和第二年可使土壤中的全硒减少48％和13％。一些农作物如水稻、卷心菜、胡萝、大麦、苜蓿及一些水生物质等也有较强的吸收并挥发土壤硒的能力。研究表明se挥发的主要形态是基本无毒的二甲基硒[(cH ) Se]，其毒性比无机硒低500—700倍。

3.3植物固定

利用耐重金属植物或超累积植物降低重金属的活性，从而减少重

金属被淋洗到地下水或通过空气扩散进一步污染环境的可能性。其机

理主要是通过金属存根部的积累、沉淀或根表吸收来加强土壤中重金

属的固化。如植物根系分泌物能改变土壤根际环境，可使多价态的cr、№、As的价态和形态发生改变，影响其毒性效应。植物的根毛则可直接从土壤交换吸附重金属增加根表固定。

3.4植物降解

利用植物与其相关的微生物区系将污染物转化为无毒物质或无机物。植物降解一般对某些结构较简单的有机污染物去除效率很高，对结构复杂的污染物质则无能为力。根际生物降

解修复方式实际上是微生物和植物的联合作用过程，其中微生物在降解过程中起主导作用。植物修复是一种天然、洁净、经济的去除污染物的方法，但是利用植物修复是相对漫长的过程，要花数年时间才能把土壤中的重金属含量降到安全或可接受的水平，因为已发现的大部分金属超积累植物不但生长缓慢而且植株矮小。

（三）土壤污染生物修复的实例

20世纪80年代初，约有106t汽油泄漏进入纽约长岛汽油站附近土壤和地下水中，尽管回收了月82t未被土壤吸附的汽油，但仍有相当多的汽油残留在土壤中。1985年4月开始在该地以双氧水为供氧体，进行生物修复处理，在21月中，估计通过生物作用去除的汽油约为17.6t，占总去除量的72％。修复后的土壤中，汽油含量已低于检测限。

三、结束语

我国的土壤污染形势总体来说相当严峻，土壤的生态环境保护与治理已经引起了高度关注。在技术再造的意义上，污染环境的生态修复代表了21世纪环境工程技术发展的方向。不管是以前的物理化学修复或生物修复，如果是单独使用，都会有局限性。只有把这些修复技术结合起来，形成统一的生态修复技术，才能达到真正的绿色修复的效果。随着科学技术的进步，生态修复技术也会越来越成熟，相信在以后的日子里它会为人类能拥有一个美好的环境作出伟大的贡献。