土壤复合污染修复
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例子:
Flores等报道了一种化学氧化与超声波联合修复甲 苯和二甲苯污染土壤的技术。使用Fenton型催化剂和 H2O2,可以将有机物完全氧化成CO和CO2,整个反应过程 在室温下进行,而且实施时间短。许多研究发现,氧化 过程发生在有机物溶解在溶剂以后,而有机物的溶解 是整个修复过程的限速步骤,使用超声波一方面可以 显著加快这一过程,另一方面对氧化过程中的OH-的形 成起着重要的作用。
土壤复合污染的环 境化学
目录
土壤复合污染的定义及其类型
土壤复合污染的效应及作用机理 土壤复合污染的联合修复
土壤复合污染的表征 土壤复合污染的联合修复展望
1、土壤复合污染的定义:
土壤复合污染(combined pollution ) 的定义:两种或两种以上污染物同时存在, 并共同对土壤产生综合性的污染现象。
协同作用Synergism
Cd/Zn Cd/Pb/Cu/Zn/As Cu/Zn
As/Pb
V/As/Mo/Se/Zn
大豆Soybean
土壤原生动物Protozoa
加和作用Addition
Cu/Cd
Cd/As
土壤菌根Soil vaccine
苜蓿Alfalfa
4、土壤复合污染的机理:
竞争结合位点
对酶活性的影响
干扰正常生理过程
污染机理
改变细胞结构与功能
络合与螯合作用
沉淀作用
5、土壤复合污染的联合修复
物理与化学 联合修复
联合修复
植物与微生物 联合修复
物理化学与生 物联合修复
5.1物理与化学联合修复:
物理、化学联合修复:是利用污染物的物理、化学特 性,通过分离、固定以及改变存在状态等方式,将污染物 从土壤中去除。 优点:周期短、操作简单、适用范围广等优点。 缺点:修复费用高昂、易产生二次污染、破坏土壤及 微生物结构等缺点,制约了此方法从实验室向大规模应用 的转化。
土壤-植物系统中几种常见的重金属复合污染
相互作用的类型 Interaction type 重金属组合 Heavy metal combination Zn/As Zn/Cd 拮抗作用Antagonism 对象或介质 Target or medium 大豆根 Soybean root 玉米籽实 Maize seed
离子冲量
Romero 等采用离子冲量来评价重金属的复合污染 效应,与植物吸收之间进行相关分析,得到较好结果。 其表达式为:
式中:Ci为每种离子的浓度,m mol/g;n为每种金属离子 的氧化数。可用于土壤重金属有效态的预测。
内梅罗污染指数法
该方法可用于复合污染的评价,其表达式为: PN= { (P i( max)2+ [ mean( Pi ) ]2)1/ 2 Pi (max)2 为最大单项污染指数,而mean(Pi) 为所有 单项污染指数的平均值。该评价方法常常被用于区 域环境调查的污染水平评价。
5.2物理、化学与生物联合修复:
物理、化学与生物的联合修复的研究很少,且方法主 要集中在以一种修复技术为主,辅助其他方法来进一步完 善修复过程。 生物修复 : 优点:成本低、不破坏土壤环境、污染物降解效率高、 不产生二次污染、可原地处理、操作简单等优点。 缺点:生物修复周期长,往往需要几个月甚至几年的 时间才能完成;用微生物进行原位修复,其结果可能会与 实验室模拟有很大的差别;非土著微生物对生物多样性会 产生威胁等等。
污染综合指数法
近年来,Chen H. M. 等再一次完善了重金属复合污 染的表征方式,提出了污染综合指数的表征方法,即污 染综合指数: I = X· ( 1+RPE ) + Y· DDMB / ( Z· DDSB) 相对污染当量:
土壤重金属浓度偏离背景值的程度:
土壤重金属浓度标准偏离背景值的程度:
Zn/Cd
Cu/Cd Hg/Cd Pb/Cd Pb/Zn Cu/Pb/Zn
酸性沙土Acetic sandy soil
辣椒Hot peper 土壤蚯蚓 Earthworm 冬瓜Chinese watermelon 小白菜根系Cabbage root system 水稻Rice 大豆籽实Seed of soybean 土壤Soil 土壤溶液Soil solution
8、土壤复合污染及联合修复展望
复合污染研究在很多方面还有待加强:
1)进一步拓宽复合污染研究。 2)深化复合污染机理的研究。 3)在复合污染研究中要引入更多的研究方法。 4)加强复合污染研究成果的应用。
例子 3:
微生物促进植物生长,维持土壤肥力:
土壤微生物几乎参与土壤中一切生物及生物化学 反应,在土壤功能及土壤过程中直接或间接地起重要 作用,如硅酸盐细菌可以将土壤中云母、长石、磷灰 石等含钾、磷的矿物转化为有效钾,提高土壤中有效 元素的水平。此外,许多细菌都可以产生细胞分裂素、 乙烯、维生素类等物质,对植物的生长具有不同程度 的促进作用。
6 土壤复合污染的表征
锌当量
20世纪70年代提出了“锌当量 ( ZE)”的定义,并认 为土壤中Zn、Cu和Ni的有效态含量对植物的毒性比为1: 2:8,故其综合影响又可以折算为相当于Zn的毒害浓度, 其效应表达试为: ZE= CZn+ 2C Cu+8 CNi ( 其中C 为浓度) 该方法具有明显的局限性,首先它认为重金属之间 的交互作用是一种协同效应,而实际情况明显不是这样; 另外,它仅考虑了Zn、Cu和Ni 3种元素,缺少其他数据。
2.加合作用log[A*B]
1.协同作用
图: 两共存元素复合毒性效应形式示意图
图中[A]c、[B]c分别为A、B两元素毒性临界值;各曲线与 log[A] 、log[B]轴所包围面积为A、B共存时的作物正常产量区
3、土壤复合污染效应
加和作用
联合作用
协同作用
独立作用 拮抗作用
竞争效应
其它作用
保护效应 抑制效应
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2、土壤复合污染类型
同源复合污染
污染物来源
异源复合污染
大气复合污染型 水体复合污染型 土壤复合污染型 大气-土壤复合型 大气-水体复合型 土壤-水体复合型 大气-土壤-水体复合型
有机复合污染
污染物类型
无机复合污染
有机-无机复合污染
3、土壤复合污染效应
5.拮抗作用
4.独立作用
• 拮抗作用 3.加合作用log[A+B] • 加和作用 协同作用
例子:
Goi等最近报道了用化学氧化剂和微生物共同降解 土壤中石油污染的方法。用化学氧化剂预处理过的土 壤再用微生物降解,其降解效率明显比单独使用其中 任何一种高。修复过程中,要注意控制氧化剂在合适 的范围。
5.3植物与微生物联合修复:
植物作用于污染物主要有吸收、降解、转化以 及挥发等几种方法,主要是针对重金属污染治理。 微生物修复的机理包括细胞代谢、生物大分子吸收转 运、生物吸附、沉淀和氧化还原反应、空泡吞饮等。
例子 2:
改变污染物的性质:
通过释放螯合剂、酸类物质和氧化还原作用,根 际微生物不仅会影响土壤中重金属的流动性,使重金属 元素的活性降低,还可以增加植物的利用度。一种荧光 假单细胞菌(Pseudomonas fluorescen L B 300)能在 含有高达270 mg/L Cr3+的介质中生长,原因是它能还 原Cr6+,在降低Cr6+毒性的同时,也增加了植物对重金 属的吸收能力。
优点:大大地提高了修复过程的安全性,降低了 成本。 缺点:植物修复缓慢、对高浓度污染的耐受性低, 微生物的修复易受到土著微生物的干扰等。
例子1:
与植物共生去除土壤中的污染物:
某些根际微生物在土壤中独立生长的速度很慢, 但是与植物共生后则快速生长。Sriprang等报道了将 金属硫蛋白四聚体基因导入细菌Mesorhizobium huakuiisubsp rengei B3中,并与植物Astragaluss inicus共生后,使植物对土壤中Cd2+的吸收量增加 1.7~2.0倍。