生物修復(fù)技術(shù)在土壤污染治理中的應(yīng)用

趙冬梅

(煙臺云灃生態(tài)環(huán)境產(chǎn)業(yè)發(fā)展股份有限公司，山東 煙臺 264006)

土壤污染治理中可使用的修復(fù)技術(shù)較多，如化學(xué)、物理、生物等修復(fù)技術(shù)，其中生物修復(fù)技術(shù)具有污染小、修復(fù)效果好的優(yōu)勢，受到了高度關(guān)注。土壤污染治理生物技術(shù)主要包括微生物、植物、動物等修復(fù)技術(shù)，在實際應(yīng)用中取得了顯著效果。生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)進一步提高了土壤污染治理成果與效率。

1 土壤污染類型

有機物污染。農(nóng)業(yè)種植過程中，由于不合理或過量使用化肥與農(nóng)藥，會造成農(nóng)田土壤有機物污染。工業(yè)生產(chǎn)中大量排放生產(chǎn)廢水、固體廢棄物等，將導(dǎo)致土壤有機物含量超標，形成較為嚴重的土壤有機物污染問題。

重金屬污染。重金屬污染來源非常廣泛，如工業(yè)排放的廢水或農(nóng)藥化肥中重金屬含量過高、空氣中重金屬顆粒沉淀等都會導(dǎo)致鉛、鋅、汞、鎘等在土壤中的含量超標。由于重金屬在土壤中流動性差，長年累月的積累會形成較為嚴重的重金屬污染問題。重金屬如果被農(nóng)作物吸收，將危及食品安全。

核污染。土壤核污染發(fā)生的概率極低，目前核技術(shù)在科研、電力生產(chǎn)中得到了應(yīng)用，形成了一定的土壤核污染風(fēng)險。如果土壤中含有放射性物質(zhì)，有引發(fā)放射性傷害的可能性。

病原微生物。在土壤污染中較為常見。人類與動物的排泄物中含有大量的病原微生物，如果不經(jīng)處理直接用于農(nóng)田中，將導(dǎo)致土壤遭受污染。生活與醫(yī)院用水如果沒有經(jīng)過嚴格處理，直接排放到土壤環(huán)境中，會使土壤中含有過量的病原微生物，使土壤成為傳播疾病的源頭，一旦人與這些污染土壤有接觸，則容易感染病菌。如果在病原體污染的土壤上種植蔬菜，蔬菜將成為病菌傳播的源頭。

2 生物修復(fù)技術(shù)在土壤污染治理中的應(yīng)用

土壤污染的主要原因與人類的生產(chǎn)活動有關(guān)，如有機物污染是由于農(nóng)藥化肥的過量使用，重金屬污染主要是因工業(yè)生產(chǎn)導(dǎo)致，產(chǎn)生大量含有重金屬的廢棄物，這些廢棄物堆積在土壤環(huán)境中，將造成污染。土壤中的有機污染物、重金屬、病原微生物等在氣候環(huán)境的影響下逐漸滲透至土壤深處，范圍逐漸擴大化，污染也越發(fā)嚴重，甚至?xí)斐伤w污染，如果治理不及時被重金屬污染的土壤則需要經(jīng)過長達上百年的凈化，因此要重視土壤污染治理，提高土壤污染治理的成效。

2.1 微生物修復(fù)技術(shù)

從微生物本身來看，其繁殖能力好，在短時間內(nèi)可以大量繁殖，每克土壤中的微生物達到了幾億，甚至是幾百億，使其在土壤污染治理中發(fā)揮了重要作用。一是吸附，微生物為了生存繁殖，需要吸收土壤中的營養(yǎng)，借助自身進行吸附，從而吸收土壤中的污染物質(zhì)。二是降解，主要發(fā)揮作用的是真菌和細菌，通過其降解土壤中的有機物，實現(xiàn)污染治理效果。三是沉淀與溶解，微生物在土壤中進行代謝活動，產(chǎn)生大量的有機酸，從而溶解與沉淀土壤中的污染物。目前，基于微生物的生物修復(fù)技術(shù)主要有兩種類型，一種是原位修復(fù)，其充分利用土壤中的微生物，使用生物攪拌、農(nóng)耕法等，進行土壤污染物質(zhì)的治理，如果土壤中的污染物較為特殊，還可使用投菌法，增加土壤中的微生物含量，以達到增強修復(fù)效果的作用。另一種是異位修復(fù)，主要包括土地填埋法、預(yù)備床法等。

2.2 植物修復(fù)技術(shù)

植物修復(fù)是借助植物的功能性進行污染土壤的治理。植物在生長過程中通過光合作用吸收土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)，同時也富集了土壤中的污染物質(zhì)，實現(xiàn)了土壤中污染物質(zhì)的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移，從而達到了土壤修復(fù)的目的。植物修復(fù)技術(shù)在實際應(yīng)用中具有很大的優(yōu)勢，治理污染過程中對生態(tài)環(huán)境無任何影響，治理費用較低。但是該修復(fù)技術(shù)應(yīng)用也有一定的局限性，其有著特定的修復(fù)對象，修復(fù)時間長，修復(fù)效率較低。植物吸收了土壤中的污染物，還需要進行相應(yīng)的處置，存在處置不善導(dǎo)致二次污染的問題，因此該修復(fù)技術(shù)在實際應(yīng)用中受到了一定的限制。該技術(shù)可用于重金屬與有機污染土壤的修復(fù)，具體修復(fù)方式見圖1。一是植物提取。需使用富集能力強的植物，在植物完成吸取后將地上植物收獲，并進行有效的處置，方可完成土壤污染物的治理。二是植物揮發(fā)。植物根系吸收土壤中的污染物后植物進行轉(zhuǎn)化吸收，產(chǎn)生揮發(fā)物質(zhì)釋放到空氣環(huán)境中，即可完成污染物治理。三是植物穩(wěn)定。植物將自身吸收的污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無毒無害物質(zhì)。四是植物過濾。植物修復(fù)主要依靠根系的活動，根系利用自身的吸收、吸附功能形成過濾作用，去除土壤中的重金屬物質(zhì)。植物修復(fù)技術(shù)充分利用了植物根系，如喬木類、草類、水生物等，這些植物有著共同性的特點，即根系發(fā)達，可以快速生長深入至土壤中，容易收割，可保證植物修復(fù)效果。

圖1 植物修復(fù)方式圖Fig.1 Phytoremediation method

2.3 動物修復(fù)技術(shù)

土壤中存在著多種動物類型，如原生動物、環(huán)節(jié)動物、無脊椎動物等，這些動物日常活動在土壤中，依靠土壤與植物生存，在其活動過程中會形成對土壤污染物的治理作用。通過土壤動物生理特性的挖掘與利用，調(diào)節(jié)土壤的功能性，實現(xiàn)了土壤的凈化效果。如常見的蚯蚓，其具有翻耕土壤、改善土壤條件的作用，其對土壤中的重金屬也有著治理功效。一是蚯蚓直接食用，對重金屬有著良好的耐受力，可形成富集作用。二是間接作用，蚯蚓在日?；顒又校鰪娏酥亟饘俚幕钚?，促使其被植物根系富集、吸收。

2.4 其他修復(fù)技術(shù)

植物與動物修復(fù)技術(shù)在土壤污染物治理中具有一定的局限性。植物修復(fù)技術(shù)在實際應(yīng)用中受到自然環(huán)境、氣候條件等方面的干擾。植物健康生長具有一定的不確定性，這會影響最終的土壤凈化成果，因此土壤生物修復(fù)技術(shù)還需進一步研發(fā)，不斷提升生物修復(fù)技術(shù)水平。目前，采用了植物+微生物修復(fù)技術(shù)，整合了兩種生物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)勢，發(fā)揮出了更好的凈化效果。植物生長過程中，其根系釋放了眾多的營養(yǎng)物質(zhì)，為微生物提供了生存所需的碳水化合物，而微生物在土壤中的活動，有利于土壤發(fā)育與肥力提升，為植物健康成長創(chuàng)造了有利的環(huán)境。該技術(shù)對土壤重金屬有著良好的凈化功效，技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵是菌株的篩選，可以在重金屬污染土壤中提取菌株，進行菌株培養(yǎng)，將菌株大量投放在重金屬污染的土壤中，以確保植物+微生物的土壤修復(fù)成效。目前，已研發(fā)出了混合菌株，進一步提升了該技術(shù)的應(yīng)用效果。

3 應(yīng)用生物修復(fù)技術(shù)的注意事項

3.1 做好土壤污染程度評估

土壤在未被污染的情況下自身是一個完整的生態(tài)系統(tǒng)，植物、動物、微生物依賴于土壤生存，一旦土壤遭受污染，整個生態(tài)系統(tǒng)將遭到破壞，植物、微生物雖然能生存，但是會形成不良的生態(tài)效應(yīng)，尤其是被重金屬污染的土壤，在污染較輕的情況下對植物生長影響較小，一旦超出植物承受的極限，植物的生長會受到很大的影響，土壤中的重金屬元素在植物根部吸收的影響下流動至植物的果實中?；诖?，對土壤污染程度進行評價，可從其對土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響入手，科學(xué)分類并歸納總結(jié)，為土壤污染治理提供依據(jù)。

3.2 增強降解作用

生物修復(fù)技術(shù)主要是利用各種生物特性，與土壤中的污染物進行反應(yīng)，如植物根系的吸收、葉子的揮發(fā)或是微生物生存的需要，吸收、降解、溶解、沉淀污染物等，這些都可達到治理污染土壤的目的，其中降解菌對于土壤中的污染物有著降解作用，在土壤污染治理中需提升真菌與細菌的降解作用。對污染土壤進行污染物檢測，評估土壤的污染程度，進行降解菌的選擇，制定科學(xué)、嚴謹?shù)慕到庥媱?，增強降解菌治理污染土壤的效果?/p>

3.3 注意微生物的選用

生物修復(fù)污染土壤需要一定的時間，土壤污染類型、程度的不同，采用的生物修復(fù)技術(shù)與治理方案也有著較大的差異。土壤污染類型眾多，污染程度較高，這增加了修復(fù)難度，尤其是微生物選用不當(dāng)將會直接導(dǎo)致微生物投入使用后的大量死亡。要為微生物創(chuàng)造良好的生存條件，如加入氧氣或投入適量的營養(yǎng)鹽，激發(fā)微生物的活力，以保證污染土壤治理效果。在選用微生物時，應(yīng)對污染土壤成分進行分析，針對性的培養(yǎng)微生物，提高污染土壤治理的精確性與科學(xué)性，以實現(xiàn)土壤污染治理效果。

3.4 強化綠色環(huán)保理念

土壤污染治理采用生物修復(fù)技術(shù)是為了避免產(chǎn)生二次污染問題。要樹立綠色環(huán)保理念，發(fā)揮微生物修復(fù)技術(shù)、植物修復(fù)技術(shù)及復(fù)合生物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)勢，實現(xiàn)綠色環(huán)保治理，全面提升土壤污染治理效果。在實際治理中，需要面對被重金屬、放射性物質(zhì)、病原微生物等污染的土壤，應(yīng)貫徹落實綠色環(huán)保理念，在確保自身安全的條件下防止污染物擴散。

4 生物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展趨勢

4.1 農(nóng)田土壤恢復(fù)

我國人均耕地面積較少，部分農(nóng)田受到了重金屬污染，由于生態(tài)環(huán)保意識不足，過量使用農(nóng)藥化肥或無法降解的塑料薄膜對農(nóng)田產(chǎn)生了不良影響。農(nóng)田在遭受污染后生產(chǎn)能力下降，應(yīng)用生物技術(shù)可快速治理有機物污染，尤其是一些污染積累較多、污染面積大的農(nóng)田，可以充分利用生物技術(shù)，在短時間內(nèi)完成污染土壤的恢復(fù)，這將是生物技術(shù)未來發(fā)展的重要方向。

4.2 點源污染治理

點源污染治理是指固定排放點的土壤污染，其污染最為嚴重，治理難度也最大，如工業(yè)區(qū)的點源污染。工廠在長期生產(chǎn)過程中會持續(xù)不斷地排放污水或其他污染物，這些污染物質(zhì)有著特定的排放渠道與堆放場所，尤其是固體廢棄物不規(guī)范堆放，形成了較大的土壤點源污染問題，需要生物技術(shù)具有強大、快速的修復(fù)能力，才能對點源污染形成有效的控制。

4.3 難降解有毒污染物的治理

生物修復(fù)技術(shù)的降解、溶解能力有限，土壤中存在著難以降解且有毒的污染物，污染治理難度較大。我國在土壤污染物治理中聯(lián)合采用了多種技術(shù)，如化學(xué)、物理修復(fù)技術(shù)等，獲得了良好的凈化效果，這是生物技術(shù)未來發(fā)展的方向之一。與其他修復(fù)技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，可提升生物修復(fù)技術(shù)效果。

5 結(jié)語

土壤污染治理中可使用的修復(fù)技術(shù)較多，生物修復(fù)技術(shù)是其中一種。應(yīng)不斷提升生物修復(fù)技術(shù)水平，獲得更好的治理成效。