铅污染及其微生物修复技术的研究进展
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重金属污染的防治与修复技术的高质量发展研究报告摘要随着工业化进程的加快和人类活动的增加,重金属污染问题日益严重。
重金属污染对环境和人类健康造成严重影响,因此研究防治与修复技术对于解决这一问题具有重要意义。
本报告综述了当前国内外有关重金属污染防治与修复技术的研究进展,总结了不同技术在不同环境条件下的适用性和效果,并提出了未来发展方向和挑战。
第一章引言1.1 研究背景随着工业化进程的加快和人类活动的增加,重金属污染问题日益严重。
重金属是一类密度较大、具有较高的原子量和毒性的金属元素,包括铅、镉、铬、汞等。
这些元素在自然界中广泛存在,但由于人类活动导致了其大量释放到环境中,造成了环境中重金属浓度升高。
这对于土壤、水体和大气等环境介质造成了严重影响,同时也对人类健康造成了潜在风险。
1.2 研究目的本报告的目的在于总结国内外关于重金属污染防治与修复技术的研究进展,分析不同技术在不同环境条件下的适用性和效果,并展望未来发展方向和挑战。
通过对相关研究成果的综述和分析,为重金属污染防治与修复技术的发展提供参考。
第二章重金属污染现状2.1 重金属来源及其影响因素重金属污染主要来源于工业废水、废弃物、农业用药和燃煤等。
工业生产过程中,许多行业都会产生含有重金属物质的废水和废弃物。
农业用药中含有铅、镉等重金属元素,长期使用会导致土壤中重金属累积。
同时,燃煤过程中释放出来的二氧化硫也会导致大气中铅、镉等元素含量升高。
2.2 重金属在环境中的迁移转化规律环境介质之间的相互作用导致了重金属在环境中的迁移转化。
土壤中的重金属可以通过迁移转化进入水体,进而影响水环境质量。
土壤中重金属的迁移转化受土壤pH值、有机质含量、离子交换能力等因素的影响。
水体中重金属的迁移转化受水体pH值、溶解氧含量等因素的影响。
第三章传统防治与修复技术3.1 物理方法物理方法主要包括沉淀、过滤和离心等技术。
沉淀通过添加沉淀剂使重金属形成不溶于水的沉淀物,从而实现去除效果。
• 122 •有色金属(冶炼部分)(http://ysyl. bgrimm. cn)2021年第3期doi:10. 3969/j. issn. 1007-7545. 2021. 03. 019植物与微生物协同修复土壤铅污染修复效应孙楠U2,张胜爽U,张凌云W,王济“2(1.贵州师范大学地理与环境科学学院,贵阳550025;2.贵州省喀斯特山地生态环境国家重点实验室培育基地,贵阳550001)摘要:通过室内盆栽试验研究外源添加不同浓度P b处理下黑麦草、黑心菊与拟青霉菌、嗜麦芽窄食单胞菌联合修复效果。
结果表明:拟青霉菌、嗜麦芽窄食单胞菌均能促进P b胁迫下黑心菊和黑麦草的生长,缓解P b对植物的毒害,对植株的促生作用有胁迫诱导的特性。
当土壤中外源添加P b浓度为1500 mg/kg时,拟青霉菌能显著提高黑心菊的富集系数和转运系数,有效促进植株对P b的吸收,增加P b向地上部分的转移。
两种菌株均能够促进黑麦草生长,显著提高黑麦草对P b的富集能力,将P b固持在植株根部,有效抑制P b向植株地上部迁移,两种菌株同时接种时效果最优。
关键词:土壤重金属污染;铅;微生物;植物修复中图分类号:X53 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2021)03-0122-07Plants and Microorganisms Synergistically Remediate Soil Lead PollutionSUN Nan1,2,ZHANG Sheng'shuang1,2,ZHANG Ling-yun1,2,WANG Ji1,2(1. School of Geographic and Environm ental Science, Guizhou Normal U niversity,Guiyang 550025, China ;2. T he S tate Key Laboratory Incubation Base for K arst M ountain Ecology Environm ent of Guizhou Province, Guiyang 550001,China)Abstract:Indoor potted experiments were conducted to study combined repair effects of Rudbeckia hirta, Lolium peremie,Paecilomyces sp and Stenotrophcmionas maLtophiLia treated with different concentrations of Pb.The results show that Paecilomyces sp and Stenotrophomonas tnaltophilia can promote growth of Rudbeckia and Lolium under Pb stress,alleviate toxicity of Pb to plants,and have characteristics of stress inducing growth-promoting effect of plants.When concentration of exogenous added Pb in soil is 1 500 mg/kg,Paecilomyces sp can significantly increase enrichment coefficient and transport coefficient of Rudbeckia,effectively promote absorption of Pb by plants,and increase transfer of Pb to above-ground parts.Both strains can promote growth of Lolium,significantly improve Pb accumulation ability of Lolium^,hold Pb in root of plant,and effectively inhibit migration of Pb to upper part of plant.The two strains have the best effect when they are simultaneously inoculated.Key words:soil heavy metal pollution;lead;microorganism;phytoremediation采矿和过度使用化肥农药等人类活动增加了土壤中的重金属含量,从而造成日益严峻的污染问题。
微生物对重金属污染的修复机制研究近年来,随着工业化进程的加快,大量的重金属污染物被排放并积累在环境中,威胁着生态系统的健康。
不过,许多研究表明,微生物可以作为一种有效的工具来修复重金属污染。
本文将探讨微生物对重金属污染的修复机制,并讨论它们在环境修复中的应用。
一、微生物对重金属的吸收和蓄积作用微生物在土壤和水环境中广泛分布,可以通过吸收和蓄积的方式修复重金属污染。
微生物对重金属的吸附是基于电化学吸附原理的,主要受到重金属浓度、微生物表面电荷、微生物数量等影响。
研究表明,微生物的表面羟基、羧酸等官能团可以与重金属形成稳定的络合物,从而减少其对环境的污染。
此外,微生物对重金属具有蓄积作用,可以将污染物留存在其体内,起到减少环境中重金属污染的作用。
二、微生物对重金属的还原作用另外,一些微生物还具有将重金属还原的能力。
这些微生物可以通过将重金属还原为其元素态,如将重金属还原为铜或铁,从而达到减少重金属污染的效果。
常见的还原微生物主要包括铁还原菌和硫还原菌。
通过还原作用,微生物可以将重金属离子还原为较为稳定的元素状态,从而减少其对环境的毒性影响。
三、微生物对重金属的转化作用微生物不仅可以吸附和蓄积重金属,还可促进化学反应,将重金属转化为可吸收的物质。
比如,有些微生物可以将重金属离子转化为其盐类或氧化物,使得微生物在处理过程中能够更加容易把重金属吸收利用,并将其转化为有助于微生物生长的物质。
四、微生物在环境修复中的应用通过对微生物修复机制的研究,人们将其应用于环境修复中。
例如,施加具有吸附和蓄积作用的微生物可以有效地去除重金属离子,并实现对土壤和水体的净化。
另外,微生物的还原作用和转化作用也被广泛应用于环境修复领域中。
同时,还有一些微生物可以将污水和废料转化为有价值的物质,如利用微生物将重金属浓缩成矿物,从而帮助开采工业中的金属资源。
总之,微生物作为一种环保新型材料和工具,在重金属污染的修复工作中具有巨大的潜力和实际应用价值。
如何处理铅污染近年来,矿业工程界越来越重视廉价高效替代技术的研究及其在实际工程上的应用,生物、农林废弃物和矿物材料以其低成本、处理效果好等优点受到人们的青睐。
本文就利用生物和矿物材料处理重金属铅污染的研究进行综述。
1、微生物自Ruchhoft 在上世纪四十年代提出用生物法处理含重金属废水以来,人们分别研究了细菌、放线菌、酵母菌和霉菌对各种重金属元素的富集能力和作用机理,并发现微生物材料可以作为重金属离子的吸附剂。
下面主要对关于微生物吸附铅的研究进行阐述。
1.1吸附机理。
微生物处理重金属污染的研究在近十年来取得了长足进展,研究发现微生物主要是通过吸附作用去除废水中的重金属离子。
生物吸附机理的研究一直是探讨的热点,目前的理论观点认为微生物吸附作用主要包括静电吸引、络合、离子交换、微沉淀、氧化还原反应等过程。
主要是依靠生物体细胞壁表面的一些具有金属络合、配位能力的基团起作用,如巯基、羧基、羟基等基团。
这些基团通过与吸附的金属离子形成离子键或共价键达到吸附金属离子的目的,其吸附金属的能力有时甚于合成的化学吸附剂。
如在适宜的条件下,黑根霉菌丝体对铅饱和吸附量可以达到135.8 mg/g (未经处理)和121mg/g (明胶包埋);碱处理可以除去白腐真菌细胞壁上的无定形多糖,改变葡聚糖和甲壳质的结构,从而允许更多的Pb2+吸附在其表面上,同时NaOH可以溶解细胞上一些不利于吸附的杂质,暴露出细胞上更多的活性结合位点,使吸附量增大。
此外NaOH还可以使细胞壁上的H+解离下来,导致负电性官能团增多,在最佳条件下( 0.1mol/L 的NaOH 容液浸泡40min)吸附量可以达到23.66 mg/g,较未经任何处理的白腐真菌的吸附量( 16.06 mg/g )大大提高。
1.2应用。
目前国内外普遍应用工业发酵工程中产生的废弃菌丝体作为生物吸附材料,开辟一条“以废治废”的新途径。
胡罡等研究了制药工业废渣龟裂链霉菌菌体对Pb2+吸附特性,发现该菌体对重金属的吸附性具有一定的选择性,吸附Pb2+的能力最强,饱和吸附量达112mg/g( PH=4,其吸附过程是一吸热过程,以单分子层吸附为主;用NaOH处理龟裂链霉菌菌体可以提高吸附Pb2+的能力,Ca2+对吸附有竞争。
微生物生物技术在土壤污染修复中的应用研究随着人类工业和农业的发展,土壤污染问题日益突出。
土壤污染不仅严重影响农作物的生长和人类健康,还对生态系统造成了巨大威胁。
为了解决这一问题,科学家们积极探索新的土壤修复技术。
其中微生物生物技术被广泛应用于土壤污染修复中,其独特的优势和高效的修复效果受到了广泛关注。
本文将探讨微生物生物技术在土壤污染修复中的应用研究,总结其目前取得的进展和挑战。
一、微生物生物技术的基本原理及优势微生物生物技术是利用微生物的生物学特性和代谢能力来改变或修复环境的技术手段。
在土壤污染修复中,微生物可通过多种途径来降解或转化污染物,包括生物降解、生物转化、生物固化、生物吸附等。
相较于传统的物理和化学修复方法,微生物生物技术具有以下优势:1. 高效性:微生物具有高特异性和高效率的功能,能够选择性地降解或转化特定的污染物,从而提高修复效果。
2. 环境友好型:微生物修复过程不需要使用大量的化学药剂,不会产生进一步的环境污染,符合可持续发展的要求。
3. 经济性:相比于传统的修复方法,微生物生物技术可以通过利用自然界已存在的微生物资源,降低修复成本。
4. 局部修复:微生物生物技术具有定向修复的特点,可以针对性地进行局部修复,减少对周边环境的干扰。
二、微生物生物技术在土壤污染修复中的应用案例1. 生物降解:通过利用土壤中存在的细菌、真菌等微生物的降解能力,对有机污染物进行分解和降解。
例如,使用特定菌株对石油类污染物进行降解,使其转化为无毒或低毒的物质。
2. 生物转化:通过微生物的代谢过程将污染物转化为无毒或低毒的化合物。
例如,利用硫酸还原菌将重金属污染物转化为不溶性的硫化物,减少其毒性和迁移性。
3. 生物固化:利用微生物产生的胞外多糖等物质来固化重金属等污染物,减少其迁移和生物有效性。
例如,利用细菌产生的胞外多糖来吸附和固定铅离子。
4. 生物吸附:利用微生物表面的吸附剂(如菌丝、胞外多糖)对污染物进行吸附。
出芽酵母对重金属铅污染土壤的生态修复研究重金属铅是土壤中常见的污染物质之一。
尽管重金属铅在自然界中存在,但当其超出了一定限度,会对土壤、植被和人体健康产生潜在威胁。
因此,如何高效、经济地修复重金属铅污染土壤成为了一个热门话题。
出芽酵母是一种具有高生物活性的微生物。
研究表明出芽酵母能够在重金属污染土壤中发挥一定作用,并被广泛应用于土壤生态修复领域。
本文将介绍出芽酵母在重金属铅污染土壤生态修复中的应用及其机理。
一、出芽酵母修复铅污染土壤的基本原理出芽酵母可分解土壤中的有机物,令其在重金属铅的存在下,产生吸附、螯合等反应,从而将重金属铅与土壤中其他成分分离开来。
通过分离重金属铅与土壤成分,出芽酵母减少了重金属对植物的吸收,从而达到了修复土壤的目的。
二、出芽酵母在重金属铅污染土壤中的应用出芽酵母是一种天然的微生物群体,在使用上具有较高的安全性。
目前,出芽酵母主要应用于固体和液体两种修复方式下。
1. 固体修复方式在固体修复中,出芽酵母通常与有机质复合物混合外显根菌共同使用。
出芽酵母可以通过生物活性调节土壤中的酸碱度等条件,从而促进化学修复剂的发挥。
出芽酵母的使用,不仅可以促进有机物质的分解,还可以通过对土壤微生物群体的调节,来缩短修复时间。
2. 液体修复方式在液体修复中,出芽酵母通常直接喷洒于土壤中。
出芽酵母可以在液体修复方式下将重金属铅吸收、分解,并降解土壤中的有机物,达到修复土壤的目的。
三、出芽酵母修复重金属铅污染土壤的优点使用出芽酵母有如下优点:1. 出芽酵母是优秀的生物清除剂,可以降低环境污染对土壤生态系统的影响。
2. 出芽酵母具有较高的生物活性,并且可以比较好地适应重金属铅污染土壤的环境条件。
3. 出芽酵母的使用可以减少其它处理方式的化学消耗,从而达到节省成本的目的。
四、总结综上所述,出芽酵母的使用可以有效地修复重金属铅污染土壤。
研究者需要深入挖掘出芽酵母在生态修复领域中的潜在应用和机理,并结合实际情况,多样化使用出芽酵母以满足不同污染情况下的需求。
我国环境中镉、铅、砷污染及其对暴露人群健康影响的研究进展一、本文概述随着我国经济的迅速发展和工业化进程的加速,环境污染问题日益凸显,其中重金属污染尤为引人关注。
镉、铅、砷等重金属元素因其对环境和生物体的毒性作用,已成为我国环境污染治理的重点对象。
这些重金属元素通过水体、土壤、大气等环境介质进入生态系统,进而对暴露人群的健康产生深远影响。
本文旨在综述我国环境中镉、铅、砷污染的现状,分析其对暴露人群健康的影响,并探讨相关研究的最新进展,以期为我国重金属污染治理和人群健康保护提供科学依据。
本文将对镉、铅、砷等重金属元素的来源、分布和迁移转化规律进行概述,明确我国环境中这些重金属污染的主要来源和分布情况。
本文将系统分析镉、铅、砷等重金属元素对暴露人群健康的危害,包括对人体各系统、器官的损伤和引发的各种疾病。
同时,本文还将探讨重金属暴露对人群健康影响的机制,包括重金属在人体内的吸收、分布、代谢和排泄等过程。
在综述我国镉、铅、砷等重金属污染对暴露人群健康影响的研究进展时,本文将重点关注以下几个方面:一是重金属污染暴露人群的健康风险评估和预警技术的研究进展;二是重金属污染暴露人群的生物学标志物和早期预警指标的研究进展;三是重金属污染暴露人群的干预措施和治疗策略的研究进展。
通过对这些方面的深入研究,可以为我国重金属污染治理和人群健康保护提供更加科学和有效的依据。
本文将总结我国镉、铅、砷等重金属污染及其对暴露人群健康影响的研究现状,指出存在的问题和挑战,并提出相应的建议和对策。
希望通过本文的综述和分析,能够推动我国重金属污染治理和人群健康保护工作的深入开展,为保障人民群众的健康安全做出积极贡献。
二、我国镉污染现状及其对暴露人群健康影响的研究随着我国工业化和城市化的快速发展,镉污染问题日益严重。
镉是一种有毒的重金属元素,主要来源于电池制造、电镀、冶炼、涂料、农药和磷肥生产等工业过程。
我国的一些重工业城市和工业区,如湖南、广东、四川等地,由于长期的镉排放和积累,土壤和水体中镉含量严重超标,形成了大面积的镉污染区域。
微生物修复技术在重金属污染治理中的研究进展一、本文概述随着工业化进程的加快,重金属污染问题日益严重,对人类健康和生态环境构成了巨大威胁。
微生物修复技术作为一种绿色、高效的污染治理方法,近年来受到了广泛关注。
本文旨在综述微生物修复技术在重金属污染治理领域的研究进展,探讨其应用现状、存在问题及未来发展方向。
通过对相关文献的梳理和分析,本文旨在为重金属污染治理提供新的思路和方法,促进环境保护事业的可持续发展。
在本文中,我们将首先介绍重金属污染的危害及治理现状,阐述微生物修复技术的基本原理和分类。
随后,我们将重点综述微生物修复技术在重金属污染治理中的应用实例,包括土壤修复、水体修复等方面。
我们还将探讨微生物修复技术的优势与局限性,以及影响其应用效果的关键因素。
我们将对微生物修复技术在重金属污染治理中的未来发展方向进行展望,以期为推动该领域的研究和应用提供有益参考。
二、重金属污染与微生物修复技术随着工业化进程的加快,重金属污染问题日益严重,对人类健康和生态环境构成了巨大威胁。
重金属污染主要来源于采矿、冶炼、化工、电镀等工业过程,以及农业活动中农药和化肥的滥用。
这些重金属元素,如铅(Pb)、汞(Hg)、镉(Cd)、铬(Cr)和砷(As)等,具有生物毒性、持久性和生物累积性,能在食物链中逐级放大,最终影响人类健康。
微生物修复技术作为一种绿色、环保的修复方法,在重金属污染治理中展现出巨大的潜力。
该技术利用特定微生物或其产生的代谢产物,通过吸附、沉淀、氧化还原、络合等机制,降低重金属的生物毒性,实现其在环境中的无害化或减量化。
与传统的物理和化学修复方法相比,微生物修复技术具有成本低、效率高、环境友好等优势,因此在重金属污染治理中得到了广泛应用。
近年来,随着分子生物学和基因工程技术的飞速发展,微生物修复技术在重金属污染治理中的研究不断深入。
通过基因工程手段,研究人员成功构建了一些能高效降解或转化重金属的微生物菌株,提高了微生物对重金属的耐受性和修复效率。
微生物对重金属污染的生物修复重金属污染是当前环境问题中的一个严重挑战,给人类健康和生态系统带来了巨大威胁。
在重金属污染治理领域,生物修复技术备受关注,而微生物在其中扮演着重要角色。
本文将探讨微生物对重金属污染的生物修复过程,包括微生物的种类、作用机制、应用案例以及未来发展方向。
一、微生物在重金属污染修复中的作用微生物是一类微小的生物体,包括细菌、真菌、藻类等。
它们具有较高的代谢活性和适应性,能够在各种恶劣环境下生存繁衍。
在重金属污染修复中,微生物可以通过多种途径参与修复过程:1. 吸附作用:微生物表面的细胞壁含有大量功能基团,如羧基、羟基等,可以与重金属形成络合物,实现重金属的吸附和富集。
2. 螯合作用:微生物体内的代谢产物,如蛋白质、多糖等,可以与重金属形成螯合物,减少重金属在环境中的活性。
3. 沉淀作用:某些微生物可以分泌特定物质,与重金属发生沉淀反应,将重金属固定在土壤或水体中,减少其毒性。
4. 生物转化:部分微生物具有还原、氧化、甲基化等能力,可以改变重金属的化学形态,降低其毒性和生物有效性。
二、微生物在重金属污染修复中的应用案例1. 铜污染修复:研究表明,一些铜耐受菌株如假单胞菌、硫酸亚铁细菌等,能够有效吸附和还原土壤中的铜离子,降低土壤铜浓度。
2. 镉污染修复:利用镉还原菌如硫酸还原菌、亚硝酸还原菌等,可以将土壤中的镉离子还原为不活跃的金属形态,减少其毒性。
3. 铅污染修复:一些铅耐受真菌如拟青霉、枯草芽孢杆菌等,通过吸附和螯合作用,可以有效清除土壤中的铅污染。
4. 镍污染修复:利用镍还原菌如硫酸还原菌、亚硝酸还原菌等,可以将土壤中的镍离子还原为不活跃的金属形态,降低土壤镍浓度。
三、微生物在重金属污染修复中的未来发展方向1. 多样性利用:未来可以进一步挖掘微生物资源,发现更多具有重金属耐受和修复能力的微生物种类,提高修复效率。
2. 基因工程改良:通过基因工程技术,可以改良微生物的代谢途径,增强其对重金属的吸附、转化和降解能力,提高修复效果。
Advances in Microbiology 微生物前沿, 2014, 3, 1-7Published Online March 2014 in Hans. /journal/amb/10.12677/amb.2014.31001Research Progress of Lead Pollutionand Bioremediation TechnologyTairan Zhang, Wei WangQinghai University, XiningEmail: 344490297@, 526442190@Received: Feb. 20th, 2014; revised: Mar. 20th, 2014; accepted: Mar. 27th, 2014Copyright © 2014 by authors and Hans Publishers Inc.This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY)./licenses/by/4.0/AbstractIn modern society, lead pollution is an increasingly serious environmental problem and there ex-ist many maladies for treating the lead pollution by chemical and physical solutions. Therefore, bioremediation of lead contamination has become a hot research field in recent years. This paper reviews the lead pollution and the harm of lead, and then summarizes the research progress of lead pollution in microbial remediation technology mainly from the perspective of lead resistant microorganisms on lead adsorption conditions and mechanism. Finally, this paper puts forward some suggestions on the development of its application according to the development status of domestic lead pollution and bioremediation technology.KeywordsLead Pollution, Microbial Remediation, Suggestions铅污染及其微生物修复技术的研究进展张泰然,王维青海大学,西宁Email: 344490297@, 526442190@收稿日期:2014年2月20日;修回日期:2014年3月20日;录用日期:2014年3月27日摘要铅污染是现代人类社会的一个日趋严重的环境问题,而传统上对于铅污染治理的物理化学方法存在着不少的弊端。
所以对于铅污染的生物修复技术成为近几年来研究的热点。
本文首先综述了铅的污染及其危害,然后主要从耐铅微生物对铅的吸附条件和机理上,总结了近几年来对于铅污染微生物修复技术的研究进展。
最后根据国内铅污染微生物修复技术的发展状况,提出了几点基于其应用的发展建议。
关键词铅污染,微生物修复,建议1. 引言1.1. 综述铅是亲硫元素,多产于硫化矿氧化带,它是地球中藏量较多的元素之一,铅又是亲气元素,有大气污染和参与全球循环的特点,因而它也是环境中最丰富的有毒污染物之一[1]。
而铅更是被有些学者认为是出现在人类文明中最严重的环境污染物之一,这一观点是被生物圈中铅高出自然水平几个数量级的浓度增加而证实的[2]。
铅污染程度的日趋加剧又是由其广泛的用途而决定的:主要用于制造铅蓄电池;在颜料和油漆中,铅白是一种普遍使用的白色染料;玻璃中加上铅制成铅玻璃,有很好的光学性能,可以制造各种光学仪器;铅还用来制造放射性辐射、X射线的防护设备等[3]。
铅的这些性质和用途决定了铅污染将在很长一段时间内成为人类必须要认真面对的环境问题。
实验表明,铅是具有“粒子活性”的,这种污染会在许多铅排放和环境循环过程中通过粒子产生有效的铅清除[4]。
但是由于欧洲和美国工业革命的开始,导致铅排放量大幅度增加,在同一时期生产的近50%的铅作为污染物释放到了环境之中[5]。
这种排放远远地打破了自然界中原有的吸附–解吸附平衡,更是导致铅在环境中局部过度富集。
而铅本身更是钙的一种生物地球化学的类似物,它很容易结合到营养代谢中去[4]。
这导致铅元素在环境中的生物富集和生物放大现象尤为明显。
而铅对生物的影响又集中体现在大气、土壤、水体三个方面。
1.2. 土壤的铅污染土壤是一个不均匀体系,不同类型的土壤对土壤的环境容量的影响是不同的,即使是采自同一母质发育的不同地区的同一类型的土壤,其Pb的化学行为和生物效应也有显著差异[6]。
而铅污染在我国经过全国土壤背景值基本统计量的结果表明,我国土壤含铅量最高可达1143 μg/g,最低为0.68 μg/g,平均可达到26 μg/g[7]。
而铅在土壤中的存在形态受土壤物理化学性质的控制,常以可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机物硫化物结合态和残渣态等5种形态存在[8]。
传统的治理铅污染土壤的主要方法有改土法、隔离包埋法、电动修复法、冲洗络合法等,但因为治理费用高或存在二次环境风险难以大面积推广使用,磷改良剂、诱导植物提取属于新型的土壤污染修复技术,具有廉价、易操作等优点,在国际上已有成功范例[8]。
1.3. 铅污染对植物的危害铅不是植物发育的必需元素,当被动进入植物根、茎或叶后,就会在其中不断积累,影响植物的生长发育和生理生化过程[9]。
而已有的研究表明,Pb2+可以导致植物氧化胁迫O2−、H2O2、−OH等活性氧的大量产生,严重地影响植物膜系统的功能[10],导致膜体的过氧化[11]。
而Cd2+的膜富集更是可直接或者间接地改变K+通道的结构和功能[12]。
基于此,近年来许多学者都关于铅对植物的毒害进行了相关研究,其部分研究表明,高浓度的铅会影响植物种子的发芽率和发芽指数[13],还会影响种子幼根的生长[14]。
除了对植物种子的影响外,更会使生长中的作物成熟期推迟,产量大幅度下降,这一点在陈怀满对土壤–植物系统中的重金属污染的研究[7]得到证明。
而对于成体植物,高的铅浓度会影响其总叶绿素[15],正常水分代谢[16],硝酸还原酶、过氧化氢酶[17]、DNA和RNA的活性及其细胞的有丝分裂[18],抗氧化酶活性[19]以及体内SOD活性[20]等。
同时,研究还表明一定浓度锌,镧,有机酸和硒等物质都可以对铅污染有一定的修复作用,其具体机理大多是提高了SOD、CAT或POD的活性[21]-[24]。
而事实上,铅污染真正对人类的危害不仅体现在其高浓度对植物的破坏,还体现在其低浓度时的生物放大现象,及通过生物链从自然环境(土壤、水体、大气)进入农作物再进一步进入人体。
据统计,我国受重金属污染的耕地面积近2000万hm2,约占总耕地面积的20%,全国粮食含铅量大于1.0 mg/kg的产地有十多个[25]。
1.4. 铅污染对人体的危害铅是一种分布广泛且毒性没有阈值的重金属,在环境中可长期蓄积,主要通过空气、土壤、食物、饮水进入人体[26]。
长期暴露在铅污染物环境中,往往会造成体内血铅浓度升高,引起贫血、认知缺损、听力减弱和维生素D代谢紊乱、腹部疼痛等问题,而儿童和婴幼儿是铅污染的敏感人群[27]。
研究表明,铅对机体的损伤呈多系统性、多器官性,能对神经、造血、消化、泌尿、生殖、心血管、内分泌、免疫等系统及生长发育造成不利影响[28]。
通过对小白鼠的研究发现,其脑部对铅的反应最为敏感,会对记忆力和学习能力产生影响[28]。
而这种影响在一定程度上可以被锌拮抗:锌可能通过某种途径直接或间接阻断了铅与抗氧化酶系的相互作用,减轻了铅引起的神经化损伤[28]。
而对于人体来说,铅通过肠道和呼吸进入人体,再经过主动运输和被动扩散两种形式由小肠和肺泡吸收进入血液,一部分储存于骨骼(通常所说的储存池),另一部分随血液分布到全身各器官组织(通常所说的交换池),从而产生毒性作用。
其动态平衡如图1[29]所示。
而铅还可以通过血液进入脑组织,造成Figure 1. Biological structure of the IEUBK model for lead in children图1.儿童血铅模型IEUBK的生物学结构图脑损伤,血铅的理想水平应该为0[30]。
而事实上,不仅高浓度的铅环境会对人体产生损伤,低浓度的铅环境一样会对人体产生不利影响:长期接触低水平铅不仅能使生物学指标发生改变,同时会对周围神经系统产生不同程度的损伤,使下肢感觉神经、上肢运动神经潜伏期较先受累[31]。
从严格意义上讲,正常人血铅含量不应大于400 mg/kg[32]。
而目前,人类对铅的吸收值已接近或超出人体的最大允许量,铅的过度摄入已经成为危害人体健康不容忽视的一个方面[33]。
无论是世界还是国内,人体血铅超标的事件更是层出不穷。
2. 铅污染的微生物修复2.1. 其他修复方法概述传统的含铅废水处理技术有化学沉淀法、电解法、吸附法、离子交换法、膜分离法等[34]。
化学沉淀法对化学试剂的消耗较大,且存在二次污染的可能性;电解法耗电量大,处理废水量少;膜分离法处理成本较高;吸附法是一种比较有效的处理重金属污染的方法,活性炭、离子交换树脂、离子交换纤维材料固然有良好的处理效果,但其经济运行成本高,难以大规模应用。
因此寻找高效,低成本的吸附材料是当前吸附法处理重金属污染的一个研究热点[35]。
而其生物吸附铅的主要机理一般被认为与胞外聚合物(胞外多糖和胞外蛋白)有关,其中研究表明胞外蛋白对铅吸附的贡献大于胞内蛋白。
而在吸附过程中,胞外聚合物在吸附铅时并未被破坏其本身的结构,说明是它们其中的基团与铅离子发生了作用。
其具体机理经过研究表明可能是氨基中的N和酰胺中的N 起了主要作用[36]。
而生物吸附法又可分为植物修复法和微生物处理技术[3]。
在植物修复中,能利用的植物有草本、藻类、木本植物等。