浅谈土壤铅污染的生物修复技术

土壤铅污染的生物修复技术已成为近年来研究的热点方向。本文对生物修复技术概念、铅污染现状、国内铅超富集植物的有关报道进行了简要回顾,重点综述了土壤铅污染的微生物修复方法和植物修复方法,在此基础上简要探讨了该研究今后努力的方向。     

纳米羟基磷灰石修复镉铅污染土壤的效果评价

文章研究以纳米羟基磷灰石为修复材料,采用人工模拟污染土壤的方法,借助Tessier五步法分析土壤中镉、铅的形态,研究了纳米羟基磷灰石对镉、铅污染土壤的修复效果,研究结果表明:n-HAP对土壤中有效态镉有一定程度的吸附钝化作用;n-HAP的投加比例为5%时,对Cd污染土壤的修复效果最好,Cd的有效态下降比率达到了49%;n-HAP对人工模拟污染土壤中有效态铅的钝化效果比较明显,对有效态铅的降低率达到了90%的水平,且平衡时间越长,修复效果越好;n-HAP对铅污染土壤的修复效果要好于镉污染的。     

工程修复铅污染土壤的植物筛选与分类

土壤重金属污染在很大程度上危及粮食安全、食品品质,其中土壤铅污染的危害贡献极大,如何降低铅的生物有效性是修复技术的重要环节之一。工程应用性植物的筛选及其工程应用性问题备受国内外学者关注。主要阐述土壤铅污染修复技术发展现状,列举国内外在工程应用层面对铅污染土壤有修复能力的植物,讨论了工程应用性植物修复铅污染土壤机制,筛选出具有工程应用潜力的植物,并分为铅地上部富集型、铅根部囤积型、铅规避型、铅指示型4类植物类型,以期为我国预防和治理土壤铅污染提供参考。     

铅蓄电池厂污染土壤中重金属铅的清洗及形态变化分析

以我国西南某铅蓄电池厂区内不同污染负荷的铅污染土壤为研究对象,对其中铅含量和形态进行分析,并利用不同清洗剂清洗进行筛选.对不同pH条件下铅的清洗效率和铅形态进行分析,并对不同粒径土壤进行不同时间清洗以确定最佳清洗时间.结果表明,厂区内A和B点土壤污染严重,分别达到15 703.22 mg.kg-1和1 747.78 mg.kg-1,活动态铅比例较大,残渣态仅占17.32%、11.64%、14.6%和10.2%.EDTA、盐酸、柠檬酸、鼠李糖脂和SDS这5种清洗剂中EDTA和盐酸的提取效果最好.酸性条件下的清洗不仅能有效地提取铅总量并能有效地减小铅活动态的环境风险,建议pH 4～7最为合适.粗沙粒和细沙粒的清洗效果较好,清洗粉黏粒建议改进工艺,清洗时间定为240 min效果最好.     

电极材料对电动修复尾矿周边铅污染土壤的影响研究

影响土壤电动修复效率的因素很多,包括土壤类型、污染物性质、电压和电流大小、洗脱液组成和性质、电极材料和结构等.但很少有文献报道不同电极材料对电动修复土壤重金属污染的效率影响,文章采用不同电极材料(石墨、不锈钢和钛板)对尾矿附近的土壤进行电动修复,研究了修复效率及土壤pH随时间的变化情况.当电场强度为1 V/cm,采用石墨电板电动修复48 h总铅的去除效率为77％,不锈钢电极和钛电极的修复效率分别为64％和54％.石墨电极去除效率的提高归因于相比于不锈钢电极和钛电极,石墨电极提供更多的电子传递所需的活性界面.     

砒砂岩修复晋陕蒙能源区铅污染土壤的研究

寻找合适的材料来修复晋陕蒙地区因煤炭、石油和天然气开发导致的土壤重金属污染是该区域环境治理的重要措施.砒砂岩具有较强的吸附性,是可以用于土壤重金属污染修复的潜在材料.本研究通过室内模拟实验来研究土壤中添加砒砂岩对铅形态分布、毒性溶出量(TCLP)的影响及其对土壤孔隙度、pH、田间持水量、土壤酶活性的影响.结果表明,砒砂岩可显著降低土壤弱酸提取态铅含量,增加可还原态与残渣态铅含量;随土壤中砒砂岩添加量的增加,高活性态铅的降幅越大低活性态铅的增幅越大.砒砂岩显著降低了土壤铅毒性溶出量,降低程度与砒砂岩添加量成正比.砒砂岩的较强吸附特性及可以提高土壤pH是固化土壤重金属铅的重要因素.此外,砒砂岩对土壤理化性质的改善一定程度上对污染土壤起着改良作用.     

大气质量污染损失率评价模型参数的GA优化

设定各项污染物在大气环境质量污染损失率评价模型中有相同参数值,采用具有全局优化的遗传算法(GA)对模型中的参数进行优化,得出了对各种大气污染物均适用的大气环境质量污染损失率计算公式及大气环境质量综合评价模型。该模型与其他多种评价模型用于大气环境实例进行评价比较,结果表明:该评价方法不仅原理直观,评价结果准确,而且计算简便,实用性强。      

离子液体-苹果酸淋洗修复矿区铅污染土壤的研究

以滇南老矿区周边耕地土壤为研究对象,研究了低共熔离子液体-苹果酸复合淋洗体系去除土壤铅的效果,利用响应面法优化了淋洗工艺条件,构建了适合于矿区铅污染土壤的新型淋洗修复技术体系.结果表明:氯化胆碱-尿素-苹果酸淋洗效果最好,铅去除率达到72.29％;在苹果酸浓度为0.76 mol/L、氯化胆碱-尿素浓度为6％、振荡时间为...     

土壤-青菜系统中铅污染对土壤微生物活性及多样性的影响

采用盆栽方法研究了青菜种植条件下2种不同类型的人为铅污染土(黄松田土和黄红壤)中不同处理对土壤微生物生物量、生理生态参数以及群落结构的影响.结果表明,2种土壤在外源铅含量为100和300 mg·kg-1时,土壤微生物生物量有微小增加,而高浓度铅污染使土壤微生物生物量显著降低.在高浓度铅污染土壤中,微生物生理生态参数发生明显变化,微生物生物量碳/土壤有机质碳(Cmic/Corg)逐渐下降,代谢熵(qco2)明显上升,表明土壤微生物群落处于胁迫状态.结果还显示,铅污染对土壤微生物的影响与不同的管理方式(青菜种植情况)以及土壤中有机质、粘粒含量等有关,在种植青菜、有机质和粘粒含量高的土壤中,土壤微生物各项参数变化要小.对21种磷脂脂肪酸(PLFA)的图谱进行分析,结果表明,受铅污染土壤的微生物群落结构组成伴随着功能参数的变化而发生了改变;随着铅污染程度的增强,指示真菌和放线菌类的脂肪酸增加,而革兰氏阳性菌与革兰氏阴性菌脂肪酸比值下降.     

CaO机械化学法去除土壤中DDTs的工艺参数优化

为了探究应用机械化学技术处理高浓度DDTs污染土壤的最优工艺,以CaO为球磨药剂,采用行星式球磨机对高浓度DDTs污染土壤进行球磨无害化处理研究,分析不同尺寸磨球配比、球磨机转速、球料比(磨球与物料的质量比)和物料比(CaO与土壤的质量比)对DDTs的去除效果,并通过响应面法优化工艺参数.结果表明:单独使用大球(直径20 mm)球磨4 h后,土壤中DDTs残余量为4 mg/kg;而单独使用其他更小尺寸(10和8 mm)的磨球或不同尺寸磨球组合处理下的DDTs残余量均超过80 mg/kg,与单独使用大球处理的效果有显著差异.单因素试验结果显示,去除土壤DDTs的最佳参数为转速500 r/min、球料比35∶1、物料比5∶10,在该工艺条件下球磨3 h后土壤中DDTs残余量为44 mg/kg,去除率可达99.6%.依据三因素三水平的Box-Behnken试验建立的响应面模型可较好地反映土壤中DDTs残余量与转速、球料比和物料比之间的关系,各因素对土壤中DDTs残余量的影响大小表现为球料比＞转速＞物料比;通过优化计算得到使DDTs残余量达到最低时的工艺参数为转速500 r/min、球料比24∶1、物料比5∶10,在该工艺条件下球磨3 h后土壤中DDTs残余量为369 mg/kg,可见响应面法优化并未能够筛选出最优的球料比.因此,CaO机械化学法无害化处理高浓度DDTs污染土壤的最优工艺参数为各单因素试验确定的工艺条件组合,即球磨转速500 r/min、球料比35∶1、物料比5∶10.      

印度芥菜和香根草对Pb污染土壤的修复效能及作用途径

为探究印度芥菜(Brassica juncea)和香根草(Vetiveria zizanioides L.)对Pb污染土壤的修复效能和作用途径,采用Pb污染土壤〔w(Pb)为400~2 000 mg/kg〕进行为期30 d的盆栽试验,分析植物对Pb的耐受性、积累能力和固定效果.结果表明:① 印度芥菜和香根草对Pb的积累主要集中在根部,两种植物根部累积的w(Pb)分别为206.62~902.40和288.42~1 102.47 mg/kg,单株植物的Pb积累量分别为70.75~138.31和99.09~220.49 μg,香根草对Pb污染土壤的修复效能高于印度芥菜. ② 印度芥菜和香根草对Pb的去除率随土壤中w(Pb)的增加而降低,对Pb的固定率则随土壤中w(Pb)的增加而增加,二者对Pb的去除率最大值分别为1.02%和1.78%,对Pb的固定率可达11.22%和16.78%,两种植物对Pb污染土壤修复的主要途径为植物固定. ③ 主成分分析表明,w(脯氨酸)对植物Pb积累过程具有重要作用.研究显示,相比于印度芥菜,香根草更适用于Pb污染土壤的植物修复.      

土壤电动修复的电极空间构型优化研究

采用MATLAB软件对非均匀电场中几种常见电极构型的电场分布进行了模拟,根据最优的电极构型构建了电动修复实验装置,研究了电动修复过程中不同部位土壤p H以及重金属残留量随时间变化情况.结果表明,从电场强度的有效性角度,正方形(1-D-1)和正六边形(2-D-3)分别是一维、二维构型中最优的电极构型,土壤p H值的变化、重金属的去除与电场强度的分布有密切关系.采用正六边形电极构型对镉、镍、铅、铜共4种阳离子型重金属进行电动修复时,控制阴极p H值,随着修复的进行,在整个反应单元中逐步形成了酸性迁移带,可在一定程度上避免重金属的过早沉淀,有利于重金属的去除.电动修复480 h后,重金属镉、镍、铅、铜的总去除率分别为86.6%、86.2%、67.7%、73.0%,可根据修复目标改变修复时间和更换电极频次.     

抗坏血酸与柠檬酸对尾矿Pb污染土壤电动修复的强化效果

为研究抗坏血酸与柠檬酸作为增强试剂对高酸性缓冲能力的尾矿Pb污染土壤[w（Pb）为（5491.9±24）mg/kg]电动修复的强化效果,利用0.1 mol/L柠檬酸作为阴极电解液并控制阴极pH在2~3之间,系统分析土壤饱和液中c（抗坏血酸）（0~0.4 mol/L）、修复电压梯度（1~3 V/cm）对电动修复Pb污染土壤的影响,并对土壤中Pb的存在形态进行分析.结果表明:当电动修复过程中施加电压梯度为1 V/cm、c（抗坏血酸）（0~0.4 mol/L）作为饱和液时,随着c（抗坏血酸）的增加,土壤中Pb的迁移能力随之增加,Pb的去除率得到提高.当c（抗坏血酸）达到0.4 mol/L时,土壤中Pb的去除率为36.86%;保持c（抗坏血酸）为0.4 mol/L,当施加电压梯度由1 V/cm增至2 V/cm时,土壤中Pb的去除率得到增加（最高可达87.09%）,通过Pb的形态变化可知,w（弱酸提取态Pb）由初始的2.99%（1 V/cm）最大可降至0.34%（2 V/cm）,w（可还原态Pb）由初始的83.86%（1 V/cm）最大降至2.94%（2 V/cm）.研究显示,当c（抗坏血酸）为0.4 mol/L、柠檬酸（作为阴极电解液）控制阴极电解室pH在2~3之间、施加电压梯度为2 V/cm时,土壤中Pb的迁移能力显著提高并达到较好的修复效果.      

超声波辅助化学萃取对某工业场地铅污染土壤修复效果研究

以某铅蓄电池厂污染场地5个铅污染区域(WS、A、B、C及BZ)的土壤为研究对象,对土壤中铅全量及各形态含量进行分析.在0.1 mol.L-1EDTA,30 min,25℃相同条件下,使用超声波辅助化学洗脱(ultrasonic-assisted chemical extraction,UCE)与传统化学洗脱(conventional chemical extraction,CCE)两种不同的作用方式,对铅的去除效率进行比较,并对两种不同清洗方式后铅的形态变化进行了探讨.结果表明,UCE对铅的去除效率显著优于CCE.在CCE作用下,5份污染土壤WS、A、B、C、BZ铅的去除效率依次为10.06%、48.29%、48.69%、53.28%及36.26%,而UCE作用下铅的去除效率依次为22.42%、69.31%、71.00%、74.49%及71.58%,平均效率高出22%.通过对比两种清洗方式后土壤中的铅形态发现,酸可提取态在UCE作用后持平或有所降低,但CCE后使酸溶态有增高的趋势;对于铁锰氧化态,UCE对其有着极好的去除能力,可达98%左右,同时对有机物及硫化物结合态、残渣态也具有较好的去除能力.因此,UCE在化学萃取中的应用具有一定的可行性,是一种简单、极快速去除污染场地中重金属铅的增效手段.     

水稻对土壤中环境重金属激素铅的吸收效应及污染防治

土壤中重金属元素铅作为一种危害严重的环境激素物质 ,能导致动物和人体各种生殖、生理异常。水稻盆栽试验表明 ,当土壤中加入不同比例的铅时 (0～ 40 0 0mg/kg) ,基本没有观察到铅对水稻的毒害病症 ,铅对水稻的生长发育没有明显的宏观影响。但微区调查揭示 ,水稻对土壤中的铅具有强烈的吸收性 ,并可残留在水稻的各个部位 ,且吸收量随土壤中铅添加量的增加而提高 ;其中根系的吸收性最强 ,是秸杆、籽实的几十至几千倍 ,表明水稻根系为秸杆、籽实对铅的吸收提供了良好的屏障。运用根系对土壤中铅的特殊吸收性 ,可以在铅污染的土壤区通过自然作物栽培 ,并将作物根系从土壤中清除的方法 ,来逐渐达到环境土壤修复的目的     

螯合剂和生物表面活性剂对 Cu、Pb污染塿土的淋洗修复

螯合剂和生物表面活性剂由于其具有较强的螯合、增溶等特征而被广泛用于土壤中重金属、有机物污染的修复,为探明其对石灰性土壤中重金属污染的修复效果,选用螯合剂乙二胺四乙酸(EDTA)和柠檬酸(CIT)以及生物表面活性剂二鼠李糖脂(RL2)作为淋洗剂,采用批实验和柱实验方法,研究了3种淋洗剂以及生物表面活性剂与螯合剂复合对塿土中Cu、Pb的淋洗修复效果.结果表明,不同淋洗剂对塿土中Cu、Pb的淋洗百分率大小表现为EDTA>CIT>RL2,在淋洗剂浓度为0.02mol.L-1时,3种淋洗剂淋洗Cu的百分率分别为62.74%(EDTA)、52.28%(CIT)和15.35%(RL2),淋洗Pb的百分率分别为96.10%(EDTA)、23.08%(CIT)和14.42%(RL2).当RL2浓度在100 CMC时,其对EDTA、CIT淋洗Cu具有协同增溶作用;而当RL2浓度在200 CMC时,对EDTA和CIT淋洗Cu表现为拮抗作用.RL2与EDTA复合对Pb的淋洗影响类似于对Cu的影响;而RL2的存在抑制了CIT对Pb的淋洗作用.EDTA、CIT能有效去除污染塿土中交换态、吸附态、碳酸盐结合态和有机结合态的Cu、Pb;RL2可以去除塿土中交换态、吸附态结合的Cu、Pb.     

不同条件下皂苷对污染塿土中Cu、Pb的淋洗修复

为了探讨环境友好型生物表面活性剂皂苷(saponin)对污染塿土中重金属Cu、Pb的淋洗修复效果,采用批次试验方法,研究了皂苷在不同的淋洗时间、质量浓度、p H、淋洗次数及背景电解质强度下对Cu、Pb单一污染塿土和复合污染塿土中Cu、Pb的淋洗效果.结果表明,当皂苷质量浓度为50 g·L-1、p H值为5.0、淋洗时间为240 min、无背景电解质离子共存时,重金属离子通过与皂苷胶团络合,对污染塿土中Cu、Pb的淋洗去除效果达到最大;在单一污染塿土和复合污染塿土中,50g·L-1的皂苷在最佳淋洗条件下对Cu的单次淋洗百分率分别为29.02%和25.09%,对Pb的单次淋洗百分率分别为31.56%和28.03%,同时也显示皂苷对Pb的去除效果比Cu更显著.经过4次淋洗后,在单一污染塿土和复合污染塿土中皂苷对Cu的累积淋洗百分率分别为58.92%和53.11%,对Pb的累积淋洗百分率分别为77.69%和65.32%.单次淋洗前后污染塿土中重金属形态分级结果表明:污染塿土中吸附态、交换态Cu、Pb的质量分数有所增加;碳酸盐结合态、有机结合态和硫化物残渣态的Cu、Pb可得到有效去除.     

水质模型参数优化的遗传算法实现及控制参数分析

参数识别是数学模型应用的前提.遗传算法是一种通用的全局优化算法,结构简单.一个实际应用问题能否利用遗传算法解决,关键在于遗传算法的设计和控制参数的选取.本文结合水质模型参数优化的特点,提出采用正交试验设计的方法来考察遗传算法不同控制参数对参数优化性能的影响,结果显示,正交法较好地识别了关键影响因素,并提出可能的最优方案.表明遗传算法能较好地应用于复杂多参数水质模型的参数识别研究.     

青岛城市公园3种植物叶表面颗粒物形态特征及叶际细菌群落结构

探究植物叶表面颗粒物及微生物群落的分布特征,对深入了解植物叶片与环境互作机制及城市公园绿植选择具有重要意义。本研究选择青岛市中山公园冬青、女贞和樱花3种植物作为供试树种,利用环境扫描电镜观察植物叶片微观结构,采用16S rRNA高通量测序分析叶际细菌群落多样性与丰富度,通过组间差异对比分析不同季节不同植物的叶际细菌群落差异。结果显示：3种植物叶片对大气颗粒物的滞纳能力为冬青>女贞>樱花,总体趋势表现为灌木>乔木,常绿植物>落叶植物,且受季节变化、植物叶片生长情况与颗粒物累积等因素的影响,叶面颗粒物滞留量表现为春季显著低于其他季节;扫描电镜观察到植物叶片表面存在不同类型的真菌且存在明显季节变化,其中春夏季节植物叶表面存在孢子较多,而秋冬季节主要为丝状真菌,这与青岛秋冬季节出现灰霾天气导致空气气溶胶中真菌含量大相关;高通量测序发现3种植物的叶际微生物群落结构存在明显差异,叶际细菌丰富度为冬青>女贞>樱花,且夏季叶际细菌群落丰富度最低,但相对丰度最高的优势菌门均为Proteobacteria和Cyanobacteria,主要优势菌属为norank＿f＿＿n...     

厦门近海表层沉积物结构特征及物源初探

为研究厦门近海海域表层沉积物的结构特征、组成及来源,于2010年7月采集厦门湾表层沉积物,综合粒径分析、X射线衍射、扫描电镜等方法对沉积物进行表征。粒径分析的结果表明,沉积物的主体粒径在80μm附近,且有明显的次粒级峰,并以粗颗粒的主体粒级峰占有优势。研究的沉积物类型主要有三种,砂质粉砂、粉砂质砂和砂-粉砂,其中砂质粉砂是分布最广泛的沉积物类型区域沉积物,其含量达90%以上;而粘土含量以背景点鸡屿岛为最高,达到11.97%。X射线衍射分析表明,沉积物中优势轻矿物为石英、高岭石,部分区域含有石墨及一些零星分布的伊利石、海绿石和斜绿泥石。这些矿物组成显示了厦门湾海域表层沉积物具有较好的亲陆性,同时,其组成也受到了涨潮流的较大影响。沉积物形貌形态的研究发现,厦门湾沉积物组分较为复杂,其中含有多种藻类及其碎片(主要为硅藻)、矿物颗粒(高岭石)及未知名碎片;形状主要有孔状结构、层叠状结构、长条片状和不规则的六边形块状等。