[00040138]土壤重金属污染微生物修复技术

　　重金属污染土壤的生态修复是利用植物或天然微生物资源，削减、净化土壤中重金属或降低重金属毒性。
　　近年来，频频曝光砷、镉、铅等重金属的污染，这种受污染的土地，犹如隐形杀手，巳成为社会无法回避的焦虑点。这种土地形成因土地受到采矿或工业废弃物或农用化学物质的侵入，恶化了土壤原有的理化性状、其结果是土生产潜力减退、产品质量恶化，並对人类和动植物造成严重危害。中科院生态修复中心主任陈同斌说：土壤污染巳严重制约我国土地的开发利用，对土壤资源可持续利用产生了巨大压力。
　　日前，由环保部牵头制定的《全国土壤环境保护“十二五”规划》（以下简称《规划》）巳进入国务院审批程序，有望于近期正式对外公布。根据规划，“十二五”期间，用于全国污染土壤修复的中央财政资金将达300亿元。
　　一、土壤重金属污染现状
　　近年来，伴随着我国工农业的快速发展，土地不断遭到各种污染的伤害，主要集中在农村农田污染和城市工业用地污染；按污染源的不同，土地污染又可分为工业污染、交通运输污染农业污染和生活污等四类。
　　重金属污染是工业污染最集中最严重的一块，根据国家环保部门组织的《典型区域土壤环境质量状况探查研究》调查显示，珠三角部分城市有近40％的农田菜地土壤重金属污染超标，其中10％严重超标。长三角有的城市连片农田受多种重金属污染，致使10％的土壤丧失基本生产能力。
　　中国环境监测总站的资料显示，我国重金属污染指标中，最严重的是镉污染、汞污染、血铅污染和砷污染，“其中，受镉污染和砷污染的比例最大，约分别占40％左右，超过7亿亩良田。”
　　农药、化肥的污染同样严重，中国农科院研究员．张维理呈告诉记者：我国农药使用量达130万吨，是世界水平的2.5倍。有研究报告指出，每年大量使用的农药仅有0.1％左右可以用于目标病虫，99.9％农药均进入地下生态系统，造成大量土壤重金属的有机污染。还有每年施用的化肥总量达到了世界总量的1/3，单位化肥投放量是美国的1：7倍。
　　城市土壤同样是工业污染的重灾区。伴隨着我国诚市化进程的加快，大量城市中的工矿企业搬迁改造后，遗留下大量的受污染土地。这些因工厂搬迁等遗留的被污染的工业用地被称为“棕色地块”。在这些地块，污染物来源主要是重金属、电子废弃物、石化有机物和持续性有机物污染。它们可通过渗入土壤、地下管道、地下水等缓慢挥发毒性，危害人体甚至可致癌。
　　二、污染场地修复的主要技术简介
　　近年来，污染土壤修复技术与工程发展很快，特别在欧、美等发达国家，隨着奌源污染逐渐被控制，污染土壤，及地下水的修复技术不断创新。以下介绍国外常用的修复技术要奌。
　　1、物理修复及蒸汽浸提技术
　　污染土壤的物理修复过程主要是利用污染物与土壤颗粒之间、污染土壤颗粒与非污染土壤颗粒之间各种物理特性的差异，达到污染物从土壤中去除、分离的目的，主要的技术包括基本物理分离、电磁分离和蒸汽浸提。
　　2、化学修复及可渗化学活性栅技术
　　化学修复从总体上可以分为原位化学修复和异位化学修复。原位化学修复是指在污染的土地上现场加入化学土壤污染修复剂与土壤或地下水中的污染物发生各种化学反应，从而使污染物得以降解或通过化学转化机制去除污染物的毒性以及对污染物进行固定，使其活性或生物有效性下降的方法。异位化学修复主要是把土壤或地下水中的污染物通过一系列化学过程，甚至通过富集途径转化为液体形式，然后把这些含有污染物的液状物质送到、污水处理厂或专门的处理场所加以处理的方法，该方法因此通常依赖诸如化学反应器，甚至到化工厂来最终解决问题。
　　3、淋洗修复技术
　　实际上，污染土壤的淋洗修复是化学修复的一种形式。或者更确切地说，是物理化学修复。土壤淋洗修复包括原位土壤淋洗和溶剂浸提两种方式。原位土壤淋洗是指在污染现场用物理化学过程去除非饱和区或近地表饱和区土壤中污染物的方法。溶剂浸提方法则是典型的异位物理化学修复过程，其原理是把土壤污染物从土壤中转移到有机溶剂或超临介流体中，然后进一步处理，具体涉及到把污染土壤从污染现场挖出来，去掉石块，运送到专门的处理场所，分批投入大型浸提器或特定容器中，使污染土壤与溶剂完全混合、充分接触，通过一定的方法，使加入的有机溶剂与土壤分离，分离后的有机溶剂由于含有污染物需进一步处理再循环。
　　4、生物修复技术
　　生物修复主要依靠生物（特别是微生物）的活动使土壤或地下水中的污染物得以降解或转化为无毒或低毒物质的过程。在大多数场合，这一过程更多地涉及生物对污染物的降解作用，包括特定的好氧或厌氧降解过程。目前，比较成熟的生物修复技术有：a、原位生物修复技术；b、异位生物修复技术。
　　5、植物修复技术
　　许多研究者植物修复划归生物修复技术的一种。近20年的研究证实，环境污染可部分通过植物修复技术解决，这是因为一些植物具有很强的累积和转化毒性物质的能力。植物修复在对重金属和有机污染物的处理上，己显示出其较为明显的有效性。作为创造现代生物技术的基础，它尚有广阔的发展空间。
　　6、水泥/石灰固化修复技术
　　采用固定/固化过程来消除有害物质或污染土壤中的污染物是一类基于经验的方法，其是否成功，通常取决于是否选择了与污染物进行特定的混合作用的束缚剂以及土壤类型。水泥作为束缚剂使用，巳有若干年的实践，其基本原理是土壤中的污染物和水泥中的硅酸钙或羟基硅铝酸鈣等固定而形成低溶解度的化合物，使污染物得以固定。有效的束缚剂还包括石灰、飞灰（飘尘）和可溶性硅酸盐等。特别是石灰，有研究表明，可以利用其中所含的同氧化鈣有效地固定矿物油污染的土壤。
　　7、玻璃化修复技术
　　污染土壤的玻璃化修复事通常为异位修复过程，是指利用热能或高温，使污染土壤融化而形成玻璃产品或玻璃状物质。
　　8、电动力学修复技术
　　原位电修复是指使用低能级的直流电流穿过污染的土壤，通过电化学和电动力学的复合作用而去除土壤中污染物的过程。它一般电源、AC/DC转换器和挿入污染土壤中的两个电极所组成。
　　三、土壤重金属污染的微生物修复技术
　　土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属加入到土壤中，致使土壤中重金属含量明显髙于其自然背景含量，並造成生态破坏和环境质量恶化的现象。通常所指的重金属元素指相对密度大于五的金属，包括镉、铜、铅、锌、铬、汞等，砷属于非金属，但其毒性及某些性质与重金属类似，所以通常也将其列入重金属污染的范围。重金属在人体中累积到一定程度，会造成慢性中毒。重金属污染土壤的生态修复主要是利用植物或土壤中天然的微生物资源，削减、净化土壤中重金属或降低重金属毒性，从而使污染物的浓度降低到可以接受的水平，或将有毒有害的污染物转化为无害的物质，也包括将其稳定化、以减少其向周边环境的扩散。重金属污染的特点是不能被微生物降解而从环境中彻底消除，只能从一种形态变成另一种形态。所以重金属的微生物修复通过以下途径：（1）、利用微生物化学、微生物有效性和微生物活性原则，把重金属转化为较低毒性的产物。（2）、利用重金属与微生物的亲和性，进行吸附及生物学活性最佳的机会，降低重金属的毒性和迁移能力。若将植物修复与微生物修复结合起来，利用微生物强化重金属植物修复，可使生物修复效果的有效性得以提高。
　　在重金属污染土壤的生态修复中微生物主要通过以下几种方式起作用：（1）、通过微生物的吸附、代谢达到对重金属消减、净化作用和固定作用；（2）、通过微生物改变重金属的化学形态，使重金属固定或生物可利用性降低，减少重金属的危害；（3）、土壤微生物过氧化还原作用改变根际重金属形态或产生的有机酸等方式可增加金属的溶解性，提高重金属的有效性，以利于植物吸收；（4）、通过促进植物生长，提高植物抗病性，抗逆能力等方式间接影响修复效率。
　　四、市场前景
　　土地污染的严峻形式，促使政府不得不投入巨资治理。根据《规划》，“十二五”期间，用于全国污染土地修复中的中央财政资金将达300亿元，而带动起的产业总投资或达数千亿元。规划显示，“十二五”期间，将以目前受重金属污染最为严重的内蒙、江苏、浙江、江西等十四个省区市为试点，全面启动砷、铅、铬、汞等重点污染物的源头减量和土地修复治理工作，尤其是对责任主体历史遗留物场地土壤污染，要加大治理修复的投入力度。
　　实际上，对土壤重金属污染治理技术尽管种类繁多，但主要分为三大类，即净化（通过植物来修复污染土壤）、钝化（通过矿物吸附重金属元素）和避害（用“客土”来转换污染土壤。
　　按照规划，这次全国土壤修复工作将集中向受污染农田、城市“棕色地块”及工矿区污染场地三大领域推进。农田污染土壤修复则主要通过在土壤上种植不进入食物链的植物来针对性吸附土壤中的重金属元素及加入培植相应的微生物，以增强植物的吸收能力。
　　这次中央资金的投入还包括：启动国家土壤污染防治与修复重大科技专项。据了解，技术研发和工程试点将成为政策扶持土壤修复的两大抓手。针对城市历史遗留污染土壤，中央财政提出对不同原责任主体的治理项目将实施30％～45％的财政补助。“治理土壤重金属污染巳成为国家‘十二五’环保工作的重心，但土壤修复目前国内还处于起步阶段，在政策强力推动下，产业化将存在巨大潜力。”