土壤重金属污染修复
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
500万吨，Mn 1500万吨，Ni100万吨。我国受镉、砷、 铬、铅等重金属污染的耕地面积近2000万hm2,约占总耕
地面积的1/5。
1、什么是重金属？
重金属：
指密度大于5g/cm3的金属，或在元素周期 表金属栏内原子量超过40以上之金属元素均称 为重金属元素。 环境污染重金属： 指铅、镉、铬、汞和类金属砷等生物毒性 显著的重金属。
微生物在环境污染治理中的作用
微生物对重金属的转化与固定
微生物虽然不能降解重金属，但是可以降低
其毒性，并可将其累积在菌体内使之固定。
①汞的去甲基化及还原
例如：蓝绿色假单胞菌、变形杆菌可使汞离 子转化成元素汞，经10小时后挥发掉的汞可达 75% 。假单胞菌K62能使无机汞和有机汞形成元素 汞。
②重金属累积及固定 在微生物累积重金属方面，已阐明同细胞内金 属硫蛋白简称MT有关，MT是一种低分子量的细胞
恢复的难度大，但又显得极为迫切。
目前，综合国内外各种研究，修复措施主要有四种：
工程措施 物理化学修复 生物修复 农业生态修复
3.1 工程措施
主要包括客土、换土和深耕翻土等措施。深耕翻
土用于轻度污染的土壤，而客土和换土则是用于重污
染区的常见方法。工程措施是比较经典的土壤重金属 污染治理措施，它具有彻底、稳定的优点，但实施工
Pb
Cd
Hg
Cr
As
2、土壤重金属污染来源
土壤中重金属的浓度受自然成土条件和人为活动的双重影响。
自然来源
（1）成土母质的风化过程对土壤重金属本底含量的影响
（2）风力和水力的自然物理和化学迁移过程
人为干扰输入
（1）不同工矿企业生产对土壤重金属的额外输入
（2）农业生产活动影响下的土壤重金属输入
3.3.1 植物修复技术(phytoremediation)
是以植物忍耐和超积累某种或某些污染物的理论为基础，
利用自然生长或遗传工程培育的植物，清除环境中污染物 的环境污染治理技术。包括植物提取、植物挥发、植物稳 定三种方式 。
植物提取(phytoextraction) 即利用重金属超积累植物从土壤中吸取金属污染物，随后收割地上部分并 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。
成为该领域研究的重点。
4.1 超累积植物筛选与培育
超累积植物是在重金属胁迫条件下的一种适应性突变体，往往生
长缓慢，生物量低，气候环境适应性差，具有很强的富集专一。因此，
筛选、培育吸收能力强，同时能吸收多种重金属元素，且生物量大的 植物是生物修复的一项重要任务。针对某一具体重金属的超积累植物 一般要求其地上部分重金属含量大于一个临界值（表1）。
土壤重金属污染的治理措施
前
言
土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是人 类生态环境的重要组成部分。随着工业、城市污染的加 剧和农用化学物质的施用，土壤重金属污染日益严重， 几乎威胁着每个国家。土壤重金属污染是指比重大于5 的金属或其化合物在土壤环境中所造成的污染。目前，
全世界平均每年排放Hg约1.5万吨，Cu 340万吨，Pb
谢 谢！
程量大、投资费用高，破坏土体结构，引起土壤肥力
下降，并且还要对换出的污土进行堆放或处理。
3.2 物理化学修复
A 电动修复
通电流 金属离子等向电极运输
污染土壤
达到治污目的
集中收集处理
电动修复是一种原位修复技术，不搅动土层，并可 以缩短修复时间，是一种经济可行的修复技术。
B 电热修复 污染土壤 挥发性重金属分离 高频电压产生电磁波 污染物从土中解吸 热能 对土壤加热 熔化土壤 达到修复目的 冷却后形成玻璃态物质
植物修复的工程应用受到限制，而经基因改造的植物
则可提高其应用性 。
4.3 其Leabharlann Baidu强化措施
添加螯合剂(如EDTA)，可以显著提高土壤中的金属活 性及植物的吸收、转移能力。但是，施用螯合剂在增加土 壤中重金属生物有效性的同时，也增加了重金属离子的移
动性，从而有可能对地下水的重金属污染带来更大的危险
性。 另外，可以通过向土壤中添加土壤酸化剂、营养物、 甚至微生物等途径来增强植物修复作用，其机理可以是增 强土壤中重金属的生物有效性，或者是增加超积累植物的 生长量。
质蛋白，同Hg, Zn、Cd、Cu、Ag等重金属有强烈
的亲和性，结果使重金属富集并抑制其毒性。
3.4 农业生态修复
农业生态修复主要包括两个方面：
农艺修复措施
生态修复。
4 土壤重金属污染修复技术研究展望
采用工程、物理化学方法修复重金属污染土壤，具有一定的
局限性，难以大规模处理污染土壤，并且成本高，破坏土壤本身
结构，易造成二次污染，对环境扰动大。 农业生态措施又存在周期长，效果不显著的特点。
植物修复在重金属污染治理中具有不可替代的优势，并以其
治理过程的原位性、治理成本的低廉性、管理与操作的简易性及 环境美学的兼容性而日益受到人们的重视，并成为污染土壤修复
研究的热点之一。因此，具有广阔的应用前景。以下几个方面将
几种吸附土壤重金属的植物
小花南芥：修复Pb、Zn复合污染
蜈蚣草：修复As污染 东南景天：修复Cd、Pb、Zn、Cu复合污染
花葵：修复Cd污染
油菜:修复Cd污染
小花南芥
蜈蚣草
东南景天
花 葵
油 菜
3.3.2 微生物修复技术(bioremediation)
微生物在修复被重金属污染的土壤方面具有独特
（3）交通运输对土壤重金属污染的影响
Hg中毒
慢性As中毒
电子产品造成的铅污染，已经成 为铅污染的主要途径之一。
Cd中毒
Cr中毒
3、土壤重金属污染修复技术
隐蔽性 表聚性 土壤重金属污染特点 长期性 不可逆性
由于土壤重金属污染具有以上特点，且可经由水环境直接毒 害植物体，并可最终通过食物链危害人类健康。因此，其治理和
总结——优点 与传统的修复技术相比, 植物修复是一种容易接 受、成本低、技术要求低的修复方法, 它可应用于空 气、地表水、地下水、土壤中污染物的修复。 总结——缺点 要求植株具有高的生物量；对污染物的耐受性要 高; 受植物根系分布的限制; 受气候、土质等的影响 ; 清除污染物所需的时间长; 转基因技术的应用可能 会造成潜在的环境污染等等。 、
植物挥发(phytovolatilization)
其机理是利用植物根系吸收重金属，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Hg和Se。
植物稳定(phytostabilization)
利用一些植物来促进重金属转变为低毒性形态的过程。在这一过
程中，土壤的重金属含量并不减少，只是形态发生变化。
C 土壤淋洗 污染土壤 淋洗液淋洗 土壤固相中重金属
达到修复目的
将液相回收处理
土壤液相中
D
化学修复
污染土壤
加入改良剂
降低重金属生物有效性
达到修复目的
3.3 生物修复 生物修复是利用生物技术治理污染土壤的 一种新方法。利用生物削减、净化土壤中的重
金属或降低重金属毒性。主要包含植物修复技
术与微生物修复技术两种方法。
表1 超积累植物重金属含量临界值 元素 临界值 Cd 100 Ni 1000 Pb 1000 Cu 1000 mg/kg-1 Zn 10000 Mn 10000
4.2 转基因植物(Transgenic plants)
目前已发现的超积累植物大多存在根系浅、生物 量小、生长缓慢等缺点，使得其修复周期较长。这使
的作用。其主要作用原理是：微生物可以降低土壤中
重金属的毒性；微生物可以吸附积累重金属；微生物 可以改变根际微环境，从而提高植物对重金属的吸收，
挥发或固定效率。利用真菌与根系形成的菌根吸收和
固定重金属(Fe , Mn , Zn , Cu)取得了良好的效果。
难降解有机污染物和重金属及其相应的降解转 化微生物
4.4 生物修复综合技术的研究
重金属污染土壤的修复是一个系统工程，单一的修 复技术很难达到预期效果，必须以植物修复为主，辅
以物理化学、微生物及农业生态措施，增加重金属的
生物有效性，促进植物的生长和吸收，从而提高植物 修复的综合效率。因此，生物修复综合技术将是今后 重金属污染土壤修复技术的主要研究方向。
地面积的1/5。
1、什么是重金属？
重金属：
指密度大于5g/cm3的金属，或在元素周期 表金属栏内原子量超过40以上之金属元素均称 为重金属元素。 环境污染重金属： 指铅、镉、铬、汞和类金属砷等生物毒性 显著的重金属。
微生物在环境污染治理中的作用
微生物对重金属的转化与固定
微生物虽然不能降解重金属，但是可以降低
其毒性，并可将其累积在菌体内使之固定。
①汞的去甲基化及还原
例如：蓝绿色假单胞菌、变形杆菌可使汞离 子转化成元素汞，经10小时后挥发掉的汞可达 75% 。假单胞菌K62能使无机汞和有机汞形成元素 汞。
②重金属累积及固定 在微生物累积重金属方面，已阐明同细胞内金 属硫蛋白简称MT有关，MT是一种低分子量的细胞
恢复的难度大，但又显得极为迫切。
目前，综合国内外各种研究，修复措施主要有四种：
工程措施 物理化学修复 生物修复 农业生态修复
3.1 工程措施
主要包括客土、换土和深耕翻土等措施。深耕翻
土用于轻度污染的土壤，而客土和换土则是用于重污
染区的常见方法。工程措施是比较经典的土壤重金属 污染治理措施，它具有彻底、稳定的优点，但实施工
Pb
Cd
Hg
Cr
As
2、土壤重金属污染来源
土壤中重金属的浓度受自然成土条件和人为活动的双重影响。
自然来源
（1）成土母质的风化过程对土壤重金属本底含量的影响
（2）风力和水力的自然物理和化学迁移过程
人为干扰输入
（1）不同工矿企业生产对土壤重金属的额外输入
（2）农业生产活动影响下的土壤重金属输入
3.3.1 植物修复技术(phytoremediation)
是以植物忍耐和超积累某种或某些污染物的理论为基础，
利用自然生长或遗传工程培育的植物，清除环境中污染物 的环境污染治理技术。包括植物提取、植物挥发、植物稳 定三种方式 。
植物提取(phytoextraction) 即利用重金属超积累植物从土壤中吸取金属污染物，随后收割地上部分并 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。
成为该领域研究的重点。
4.1 超累积植物筛选与培育
超累积植物是在重金属胁迫条件下的一种适应性突变体，往往生
长缓慢，生物量低，气候环境适应性差，具有很强的富集专一。因此，
筛选、培育吸收能力强，同时能吸收多种重金属元素，且生物量大的 植物是生物修复的一项重要任务。针对某一具体重金属的超积累植物 一般要求其地上部分重金属含量大于一个临界值（表1）。
土壤重金属污染的治理措施
前
言
土壤是人类赖以生存的主要自然资源之一，也是人 类生态环境的重要组成部分。随着工业、城市污染的加 剧和农用化学物质的施用，土壤重金属污染日益严重， 几乎威胁着每个国家。土壤重金属污染是指比重大于5 的金属或其化合物在土壤环境中所造成的污染。目前，
全世界平均每年排放Hg约1.5万吨，Cu 340万吨，Pb
谢 谢！
程量大、投资费用高，破坏土体结构，引起土壤肥力
下降，并且还要对换出的污土进行堆放或处理。
3.2 物理化学修复
A 电动修复
通电流 金属离子等向电极运输
污染土壤
达到治污目的
集中收集处理
电动修复是一种原位修复技术，不搅动土层，并可 以缩短修复时间，是一种经济可行的修复技术。
B 电热修复 污染土壤 挥发性重金属分离 高频电压产生电磁波 污染物从土中解吸 热能 对土壤加热 熔化土壤 达到修复目的 冷却后形成玻璃态物质
植物修复的工程应用受到限制，而经基因改造的植物
则可提高其应用性 。
4.3 其Leabharlann Baidu强化措施
添加螯合剂(如EDTA)，可以显著提高土壤中的金属活 性及植物的吸收、转移能力。但是，施用螯合剂在增加土 壤中重金属生物有效性的同时，也增加了重金属离子的移
动性，从而有可能对地下水的重金属污染带来更大的危险
性。 另外，可以通过向土壤中添加土壤酸化剂、营养物、 甚至微生物等途径来增强植物修复作用，其机理可以是增 强土壤中重金属的生物有效性，或者是增加超积累植物的 生长量。
质蛋白，同Hg, Zn、Cd、Cu、Ag等重金属有强烈
的亲和性，结果使重金属富集并抑制其毒性。
3.4 农业生态修复
农业生态修复主要包括两个方面：
农艺修复措施
生态修复。
4 土壤重金属污染修复技术研究展望
采用工程、物理化学方法修复重金属污染土壤，具有一定的
局限性，难以大规模处理污染土壤，并且成本高，破坏土壤本身
结构，易造成二次污染，对环境扰动大。 农业生态措施又存在周期长，效果不显著的特点。
植物修复在重金属污染治理中具有不可替代的优势，并以其
治理过程的原位性、治理成本的低廉性、管理与操作的简易性及 环境美学的兼容性而日益受到人们的重视，并成为污染土壤修复
研究的热点之一。因此，具有广阔的应用前景。以下几个方面将
几种吸附土壤重金属的植物
小花南芥：修复Pb、Zn复合污染
蜈蚣草：修复As污染 东南景天：修复Cd、Pb、Zn、Cu复合污染
花葵：修复Cd污染
油菜:修复Cd污染
小花南芥
蜈蚣草
东南景天
花 葵
油 菜
3.3.2 微生物修复技术(bioremediation)
微生物在修复被重金属污染的土壤方面具有独特
（3）交通运输对土壤重金属污染的影响
Hg中毒
慢性As中毒
电子产品造成的铅污染，已经成 为铅污染的主要途径之一。
Cd中毒
Cr中毒
3、土壤重金属污染修复技术
隐蔽性 表聚性 土壤重金属污染特点 长期性 不可逆性
由于土壤重金属污染具有以上特点，且可经由水环境直接毒 害植物体，并可最终通过食物链危害人类健康。因此，其治理和
总结——优点 与传统的修复技术相比, 植物修复是一种容易接 受、成本低、技术要求低的修复方法, 它可应用于空 气、地表水、地下水、土壤中污染物的修复。 总结——缺点 要求植株具有高的生物量；对污染物的耐受性要 高; 受植物根系分布的限制; 受气候、土质等的影响 ; 清除污染物所需的时间长; 转基因技术的应用可能 会造成潜在的环境污染等等。 、
植物挥发(phytovolatilization)
其机理是利用植物根系吸收重金属，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Hg和Se。
植物稳定(phytostabilization)
利用一些植物来促进重金属转变为低毒性形态的过程。在这一过
程中，土壤的重金属含量并不减少，只是形态发生变化。
C 土壤淋洗 污染土壤 淋洗液淋洗 土壤固相中重金属
达到修复目的
将液相回收处理
土壤液相中
D
化学修复
污染土壤
加入改良剂
降低重金属生物有效性
达到修复目的
3.3 生物修复 生物修复是利用生物技术治理污染土壤的 一种新方法。利用生物削减、净化土壤中的重
金属或降低重金属毒性。主要包含植物修复技
术与微生物修复技术两种方法。
表1 超积累植物重金属含量临界值 元素 临界值 Cd 100 Ni 1000 Pb 1000 Cu 1000 mg/kg-1 Zn 10000 Mn 10000
4.2 转基因植物(Transgenic plants)
目前已发现的超积累植物大多存在根系浅、生物 量小、生长缓慢等缺点，使得其修复周期较长。这使
的作用。其主要作用原理是：微生物可以降低土壤中
重金属的毒性；微生物可以吸附积累重金属；微生物 可以改变根际微环境，从而提高植物对重金属的吸收，
挥发或固定效率。利用真菌与根系形成的菌根吸收和
固定重金属(Fe , Mn , Zn , Cu)取得了良好的效果。
难降解有机污染物和重金属及其相应的降解转 化微生物
4.4 生物修复综合技术的研究
重金属污染土壤的修复是一个系统工程，单一的修 复技术很难达到预期效果，必须以植物修复为主，辅
以物理化学、微生物及农业生态措施，增加重金属的
生物有效性，促进植物的生长和吸收，从而提高植物 修复的综合效率。因此，生物修复综合技术将是今后 重金属污染土壤修复技术的主要研究方向。