土地有机物污染的生态修复

发表时间:2021-11-16 17:39

(一)土地化学农药污染的生态修复

人类从20世纪40年代起开始使用农药除虫除草,每年挽回农业总产量15%左右的损失。世界上化学农药年产量已达数百万吨,品种超过1000种,常用的有250种左右。最早使用的农药为无机化合物。在1940年前后开始使用DDT和六六六等有机氯化合物农药,由于它们价格便宜,并具有长效杀虫能力,因而很快推广,成为最主要的农药品种。有机氯农药有积累性,不易降解,从60年代起许多国家开始禁止或限制使用,逐渐为50年代出现的有机磷农药所取代。但有些学者认为有机氯农药的毒性尚不能定论,有机氯除草剂还有应用。有机农药可分为有机磷农药、有机氯农药、有机氮农药、有机硫农药、有机金属农药,以及含硝基、酰胺、腈基、均三氮苯等基团的有机农药。在上述几大类有机农药中,论应用历史以有机氯农药为最长,论品种则以有机磷农药为最多。据统计,中国每年农药使用面积达1.8亿公顷,20世纪50年代以来使用的六六六达到400万吨、DDT达50多万吨,受污染的农田1330万公顷。农田耕作层中六六六、DDT的残留量分别为0.72×10-6和0.42×10-6;土壤中累积的DDT总量约为8万吨。粮食中有机氯的检出率为100%,小麦中六六六含量超标率为95%。20世纪80年代禁止生产和使用有机氯农药后,代之以有机磷、氨基甲酸酯类农药,但其中一些品种比有机氯的毒性大10倍甚至100倍,农药对环境的排毒系数比1983年还高,而且,这些农药虽然低残留,但有一部分与土壤形成结合残留物,虽然可暂时避免分解或矿化,但一旦由于微生物或土壤动物活动而释放,仍将产生难以估计的危害(杜蕙,2010)。

土地的化学农药污染,其生态修复技术主要包括物理修复技术、化学修复技术和生物修复技术。物理修复技术是指通过温度、电动力或者其他物理因素将农药污染物从土地中分离出来的修复技术,常用的有热脱附、蒸汽浸提、通风、固化和填埋等。化学修复技术主要包括化学淋洗技术、还原脱氯修复技术、氧化还原修复技术以及溶剂浸提等技术(鞠晓璇等,2016)。虽然物理和化学修复技术可以达到一定的效果,但其存在能耗大、环境不友好等问题。相对而言生物修复技术具有操作简单、处理费用低、效果良好、可以就地进行处理等优点,得到越来越多的广泛采用。生物修复技术主要包括微生物修复技术、植物修复技术和动物修复技术,前二者得到更广泛的采用。微生物修复主要是通过微生物的酶促反应,直接对农药产生降解作用;同时微生物还通过矿化作用、共代谢作用和种间协同代谢改变土壤的理化性质,而间接起到降解农药的作用。植物修复主要是利用植物积累、代谢、转化功能并与根际微生物协同作用,去除、转移或降解化学农药污染物。例如,顶孢霉菌和芽孢杆菌可降解有机磷农药,尖孢镰刀菌和白耙齿菌可降解有机氯农药,甘薯、芋头、豇豆、芦苇可修复被有机氯农药污染的土地,番茄、美人蕉、凤眼莲可修复被有机磷农药污染的土地(王新等,2016)。

(二)土地其他有机污染的生态修复

其他有机污染物主要是石油烃类污染,以及天然有机污染物和人工合成有毒有机物。天然有机污染物主要来自纤维工业,如纸浆厂、造纸厂、木材加工厂、纺织印染厂等工业废水,以及制糖工业、淀粉加工工业、发酵工业(如酒精厂、啤酒厂、味精厂、发酵法制药厂)等工业废水、废醪;人工合成有毒有机物,除有机农药以外,主要是:酚类物质、氧化物、多氯联苯、稠环芳烃、有机合成洗涤剂,以及含增塑剂、添加剂的废塑料和废橡胶等。这些有机物主要来自有机化工厂、炼油、炼焦等工业废水、废气、污泥;而城市垃圾、污水、污泥中既含有天然有机物,又含有人工合成有机物,成分复杂多变。其他有机污染物的生态修复技术,包括微生物修复技术、植物修复技术、植物-微生物联合修复技术、物理化学-生物耦合修复技术等,以及最新方法,如分子生物学技术中的变性梯度凝胶电泳和降解基因等。

物理方法主要包括热处理法、隔离法、换土法、焚烧法、空气吹脱法等。化学方法主要包括萃取法、土壤洗涤法、化学氧化法、光催化法、CSP法等。物理和化学方法通常被认为修复效果有限,费用高,且容易造成二次污染。相比较而言,生物修复方法依托生物对污染物的富集、吸取以及降解能力,可以避免物理和化学修复方法的上述缺陷,具有更广阔的应用前景。微生物原位修复技术,主要是通过投加营养物质促进某些微生物大量繁殖,投加表面活性剂和生物膨胀剂促进微生物对石油等有机污染物的降解,以及引入特异性微生物来吸取降解石油等有机污染物,去除其他土地有机污染物。微生物异位修复技术,主要是通过预制床法、堆肥法、生物反应器法等,对土地中其他有机污染物的去除过程在异地进行。植物修复技术的原理主要包括3个方面:植物对于有机物的直接吸取;植物的分泌物,如硝酸盐还原酶可以还原TNT等成分;植物通过提高根系微生物的数量和活性去除有机污染物。其中,植物能够直接吸取的组分主要为二甲苯、含氯有机溶剂和短链脂肪族化合物(张树才等,2009)。在各类生态修复技术中,物理、化学和生物方法通常应当结合使用,会大大提高修复功效。

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