张建梅
(浙江湖州师范学院化学系,湖州 313000)
摘 要:在污染物的治理上,植物修复技术与其它治理方法相比,有明显优势。从积累作用、降解转化作用、催化作用介绍了植物修复有机污染物的原理以及植物修复技术在有机污染物中的应用。从植物萃取、根系过滤、植物固化、植物蒸发介绍了植物修复金属和放射性核素的机理及其在重金属污染治理中的应用,证明植物修复是生物学的、有效、廉价、无二次污染的原位绿色技术。
关键词:植物修复; 污染治理; 有机污染物; 重金属
中图分类号: 文献标识码: 文章编号:1003 6504(2003)06 0055 03
利用化学、物理方法处理污染物易造成二次污染,且成本高,对大面积低浓度的污染物更难处理,利用植物修复污染的水体和土壤有操作简单、投资少、不造成二次污染。植物修复技术是利用植物及其微生物与环境的相互作用,对环境污染物质进行清除、分解、吸收、吸附,使环境重新得到恢复[1]。按照治理污染物的类型可分为有机和金属污染物的植物修复。
1 植物修复技术在废水治理中的应用
1.1 植物修复有机污染的一般原理
有机污染的植物修复原理:(1)积累作用,植物在体内吸收累积有机污染物;(2)降解转化作用,土壤中的有机污染物(农药、油等),进入植物体内,植物便会将这些化学物质及分解碎片贮藏在植物组织中,或者使化合物完全分解、新陈代谢或矿质化成为二氧化碳和水。如植物中的硝基还原酶和树胶氧化酶可以将弹药废弃物如TNT分解,并把断掉的环形结构加入到新的植物组织或有机碎片中,成为沉积有机物的组成部分[2];(3)催化作用,即植物分泌特定的根系分泌物(酶、蛋白质、糖类、有机酸、酚等),促使土壤中有机物容易被土壤中的微生物降解,促进特定微生物生长,加速有机物的分解。美国桑葚(Mor usrubr a L.)的根系能分泌一种多酚物质,促进分解聚氯联苯(PCB)的细菌生物[3];葫芦科植物的根系能分泌一种特殊蛋白质,它能使含氯芳香性物质TCDD呈溶解状态,以利于微生物的分解[4]。欧洲山杨(Pop ulus tremula)根际中具有一种独特的2 氯 4 乙胺 6 苯丙胺 1,3,5连氮吡啶分解细菌,它能有效地分解在土壤中这一农药残留[5]。作为植物修复处理污染的特定植物,其作用可能是上述的1种,或2种或3种共同存在。
作者简介:张建梅(1971-),女,实验师,主要研究方向:环境监测和治理。1.2 植物修复技术在富营养化水体及有机污染治理中的应用
近年来我国趋于富营养化或被污染的湖泊已达90%以上,导致水体富营养化的主要是N、P元素,去除水体中的N、P元素及其他有机污染物,国际上常用凤眼莲(Eichhotmia crassip es Somis)、喜旱莲子草(Al ternanther a philoxer oides)、水浮莲(Pistia str atiotes L.)、香蒲(Typ ha orientalis Presl.)等植物。荷兰某厂用香蒲和水浮莲处理生活污水,停留10d后,BOD5的去除率为79.8%,总N去除率为95%,大肠杆菌去除率为98%。日本用宽叶香蒲处理污水24d,P的去除率为100%[6]。吾甫尔等[7]利用乌兹别克斯坦共和国科学院经过10a培养出的能耐强酸强碱及高浓度有机废水的野生水浮莲净化城市污水,处理8d后SS、BOD5、COD、NH4 N与色度的去除率分别为91.85%、84.54%、81.91%、61.88%、86.96%,细菌总数与大肠杆菌群数总数的剩余率仅为净化前的0.0078%、0. 075%。水葱(Scirp us taber naemonf ani)在酚浓度高达600mg/L的废水中可正常生长,每100g水葱在100h净化202mg酚。
对富营养化的水体,可以采取种植经济植物来净化水体,既美化环境,又增加了经济效益。宋祥甫采用浮床种植水稻(Oryz a sativ a)法,可以降低N、P元素,并获经济效益[8]。南京莫愁湖种植莲藕(Nelumbo nucif era Gearte),年产25万kg,带出60t N、1t P[9]。由文辉以水蕹菜(Ip omea aquatica)、水芹菜(Oenan the J avanica)净化污水,水蕹菜对TN、T P的去除率为81.32%、71.34%,水芹菜对TN、TP的去除率为82. 77%、94.77%,轮种上述两种植物,每a每m2可以带出N204.8g,P24.62g,收获蔬菜50kg,植株茎叶部分铜、镉、铅、锌含量处于可食范围[10]。用芦苇(Phrag mites comm unis)、香蒲、黑三棱(Sp acganium stoio
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植物修复技术在环境污染治理中的应用 张建梅nf erum Buch H am.)等处理有机废水,6d后BOD5、COD、悬浮物、NH4-N、磷酸盐、总无机盐分别下降99.5%、96.9%、99.1%、92.8%、99.8%、32.7%,还可以去除某些金属离子[11]。
2 植物修复技术在重金属污染治理中的应用
2.1 植物修复治理重金属污染的机理
金属元素和放射性核素不同于有机污染物可由生物降解而清除,它们只能从一种形态转化为另一形态或通过扩散迁移等作用逐步降低。重金属污染的植物修复方式归为4种类型:一是植物富集,利用重金属积累植物或超积累植物将土壤中的金属,富集并输送到植物根部可收割部分和植物地上枝条部分,通过收获或移去植物体以去除污染物[12];二是根系过滤,即利用超积累植物或耐重金属植物从污水中吸收、沉淀和富集有毒金属[13]。根系过滤作用是水体或湿地系统植物净化的重要作用方式,效果与植物富集一样,差别在于一个是水体,一个是土壤;三是植物固化,利用耐重金属植物或超积累植物降低重金属的活性,从而减少重金属被淋溶到地下水或进入食物链[14];四是植物蒸发,即植物根系吸收土壤中的易挥发性金属元素如汞、硒等,利用蒸腾作用通过叶片将其蒸发,从而清除土壤中的金属污染。植物无论是通过那种方式修复环境,植物本身的特性是决定污染治理效率关键。另外,植物对重金属的吸收还与植物根部、土壤微生物及土壤所构成的根际环境(土壤中重金属含量、土壤pH、土壤CO2分压、土壤有机质、化学溶剂等)有关,不同的根系环境中,重金属发生一些不同的化学行为,如重金属的酸 碱反应、络合反应、吸附 解析反应等。
2.2 植物修复技术在重金属污染治理中的应用
在重金属治理中能利用的植物一般是超积累植物,其特点是对重金属具有很强的解毒和积累能力。Baker等[15]首次在英国的LACR Rothcmsted田间试验研究锌污染土壤,表明土壤中含锌444 g/g时,超积累植物T.caer ulescens地上部分锌含量是土壤中的16倍是非超积累植物萝卜(Raphnus satinus)的150倍, T.caerulesens从土壤中吸收的全锌量为30.1kg/ hm2,T.caerulesensr的灰分中锌达200~400g/kg。在水培养条件下,植株地上部分锌和镉含量分别达到200mg/kg和40mg/kg[16]。据Zhao等研究表明[17],在含镉19mg/kg的工业污染土壤中种植天蓝遏蓝菜(Thlasp i caerulescens)6次,可使土壤中镉下降到3mg/kg。Heaton等[18]利用一种转基因水生植物 盐蒿(A r temisia halodendron Turez,ex Bess)和陆生植物拟南芥(Ar abidopsis thaliana)、烟草(Nicotiana tabacum L.)去除土壤中的无机Hg和甲基H g,这些植物携有经修饰的细菌Hg还原酶基因merA,可将根系吸收的Hg2+转化成低毒的Hg0,从植物中挥发出来,而转入能表达细菌有机Hg裂解酶基因merB的植物可以将根系所吸收的甲基Hg转化成Sulthydryl结合态Hg2+,拥有这两种基因的植物可有效地将离子态Hg和甲基Hg转化为Hg0而通过植物挥发释入大气。在美国加州Corcoran的一个人工构建的二级湿地功能区(面积为1hm2)中,种植不同的湿地植物品种,显著地降低了该区灌溉水中硒的含量(硒含量从25mg/ kg降为5mg/kg以下)[19]。水芹菜在黄金废水浓度为0.5mg/L、1mg/L、2mg/L时,0.26Kg的植物体(鲜重)在72h内对黄金的吸收率为99.4%、99.7%、99.3%,在浓度为2.0mg/L时,根部灰分富集黄金可达121.69g/t,相当于1.22%的含金量[20]。阳承胜[21]以香蒲植物人工湿地对韶关凡口铅/锌矿废水净化效能研究表明,该废水净化系统对Pb、Zn、Cu、Cd的去除率分别为93.98%、97.02%、96.87%、96.39%。据黄会一报道[22],旱柳(Salix matsudana)可富集47. 19mg/kg的Cd,当年生加拿大杨(Pop ulus Canaden sis)对H g的富集量高达6.8mg/株,为对照的130倍。龙育堂等对Hg污染稻田改种苎麻后,对H g的净化率达41%,而土壤中Hg含量在130mg/kg时,对苎麻的产量品质无影响[23]。
植物在清除放射性核素方面也有良好的作用,种植3个月可使土壤137Cs放射性强度减少3%。据报道,红根苋对切尔诺贝核电站1986年泄露后大面积土壤的放射性核污染进行植物修复有较大潜力[24]。周风帆在19年就对凤眼莲净化放射性核素60Co、65Zn、137C s进行研究,结果表明凤眼莲对放射性核素具有选择性吸收的特点,而且吸收迅速,对钴和锌的吸收率分别高达97%和80%,并能较长时间保持在植物体内[25]。
3 结束语
植物修复不仅是一条生物学的、绿色的净化途径,符合公众要求和心理的新技术,更是一种有效的、廉价的,具有吸引力的原位绿色技术。正因其技术和经济上优于常规方法技术,植物修复技术被当今世界迅速而广泛接受,被许多国家认可和选用。但由于起步晚,实验经验少,改造时间长等,尚未推广应用。
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(收修改稿日期:2002 12 30)
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植物修复技术在环境污染治理中的应用 张建梅Q IN Xuan,ZHANG Jia y ao
(Dep ar tment of Envir onmental Science,W uhan Univ ersity,
W uhan430072)
Abstract:T his paper briefly summarized mechanisms leading to contamination of membr anes of submerged M BRs(membrane bio log ical reactors),review ing some strategies for dealing with the problems such as optimized desig n and manipulation of the equip ment combined w ith r at ional backwashing and cleaning of mem branes.
Key words:submer ged M BRs;sewage;contamination of mem brane;flux;countermeasure
Progress in Technology of Hospital
Wastewater Treatment
CHEN Zhi li1,YE Mao ping2
(1.L ogistic Engineering College,Chongqing400016;
2.M inf eng A gr icultur al Fer tilizer Co.Ltd.,
Chongqing400033)
Abstract:Various processes for treating hospital effluents in the country ar e reviewed.M ethods e.g.anaerobic dig est ion and disin fectio n using ClO2are particularly discussed.
Key words:hospital effluents;improv ed treatment technolog y
Recent Progress in Developing Simplified
Activated Sludge Method Models
LIU Fang,GU Guo wei
(State Key Labor atory of Pollution Control and Resources Reuse,T ongj i Univ ersity,Shanghai200092) Abstract:T hi s paper introduces several activ ated sludg e process simplified models wo rked out wit hin the last decade in the world, including RO M,SPM,and SL M.T he authors deem simplified models could simulate activated sludge system better,based on the r esults of par ameters validation.
Key words:activated sludg e;simplified models;validation;simu lation
C ountermeasures to Curb Pollution Due
to Nitrogen Loss in Farmland
GE Xin1,DAI Qi geng1,H UO Zhong yang1,
MENG Li m ing2,XU Ke1
(1.Dep ar tment of A gr onomy,School of A gricultur e
of Yangz hou Univer sity,Y angz hou225009;
2.N any anghu Far m,Jining272177)
Abstract:T his paper summarizes the pollution status due to nitro gen loss in farmland with respect to pollution of surface and ground w aters,atmosphere and farm produce.Pr eventive measures are sugg ested such as implementat ion of eco agronomy policy including optimum application of fertilizer N,v ar iety breeding w ith high N efficiency and use of controlled release fertilizers.
Key words:nitrogen loss in far mland;po llutio n status;prevent ive countermeasures
Application of Phyto remediation to
Pollution Abatement
ZHANG Jian mei
(Dep ar tment of Chemistry,H uz hou T eacher s College,
H uz hou313000)
Abstract:In thi s paper,principle of phyto remediation is described and application in heavy metal and radioactive pollut ion treatment for so il ar e discussed with r espect to phto ex traction,rhizo filtra tion,phyto stabilization,phy to evapo rization.
Key words:phyto r emediation;pollution abatement;o rganic pollu tion;heavy metals
Fungal Laccases and Their Application
to Environmental Pollution Control
WANG Hua,JIN Da yong,ZHAO Jian fu (State K e y Labor atory of Pollution Contr ol and Resour ces Reuse, T ongj i University,Shanghai200092)
Abstract:Aspects of recent studies on fung al laccases are reviewed, including molecular structur e and catalytic mechanism of fung al laccases and their applicat ions to pollution control.
Key words:laccase;molecular str ucture;cataly tic mechanism;pol lution control
Some A spe cts of Indoor A ir Qu ality A ssessm ent and S tudy
YANG Zhen yu,JI Xue li
(State Key Lab of Pollution Contr ol and Resour ces Reuse;
School of Envir onmental Science and T echnology,
T ongj i University,Shanghai200092)
Abstract:In this paper,so me topics regarding indoor air quality (IA Q)are rev iewed such as factors affecting IA Q,sanitation stan dar ds and met hods of assessment.
Key words:indoor air quality(IAQ);health;sick building syn drome;assessment
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Environmental Science and Technology
Vol.26,No.6,November2003
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