第五章 污染環(huán)境的植物修復原理.ppt

1、第1，5章為污染環(huán)境的植物修復原理，2，5.1概述5.2植物對污染物修復作用5.3的環(huán)境因素5.4有機污染物的植物修復5.5重金屬植物修復5.6放射性核素和富營養(yǎng)貨物的植物修復，3，5.1概述，5.1.1 phytoremediation的概念和類型phytoremediation技術植物修復是利用植物根的特殊生態(tài)條件加快植物本身的特有使用、分解和污染物切換、根際原型的微生物生長和繁殖的作用。利用特定植物的特殊積累和固定能力，提高環(huán)境中特定武器和有機污染物的解毒和分解能力。4，廣義的植物修復包括利用植物修復重金屬污染的土壤，利用植物凈化空氣和水，利用植物去除放射性核素，利用植物及其根微生物的共

2、存體系凈化土壤中的有機污染物。目前植物修復主要是指利用植物和根圈微生物體系清理污染的土壤，其中利用重金屬超積累植物的提取作用去除污染土壤的重金屬也是植物修復的核心技術。因此，狹窄的重金屬修復技術主要是指利用植物去除污染土壤中的植物。5，植物修復適用范圍：a .利用植物修復重金屬污染的土壤。利用植物凈化空氣和水體。利用植物去除放射性核素。利用植物及其根微生物的共存體系凈化土壤中的有機污染物。6，圖5-1植物修復與生物修復的關系和主要修復方法，7，植物修復的類型植物凈化空氣植物提取修復植物揮發(fā)性修復植物分解修復根際原生物降解修復植物固定/穩(wěn)定修復，8，(1)植物修復空氣，有些植物利用氮氧化物作為氨

3、基酸或氮源，利用牙齒植物去除空氣中的氮氧化物顯然是環(huán)保節(jié)能的好方法。10，龍舌蘭酒：在10平方米左右的房間里，可以去除70的苯，50的甲醛，24的3氯乙烯，蘆薈：24小時光照條件下，1立方米空氣中包含的90的甲醛。11，植物促進也稱為植物提取，植物根將土壤中的重金屬或有機污染物從污染的土壤轉移到植物的地面部分。通常是指可以累積超過葉子干重量1.0%的Mn或0.1% Co、Cu、Pb、Ni、Zn或0.01% Cd的植物。目前世界上有500多種這種植物。12，1583年，Cesalpino首次發(fā)現(xiàn)在“黑色巖”生長的特殊植物，1814年，Desvaux將其命名為Alyssum bertolonii(

4、庭院)，1848年，Minguzzi。1977年，布魯克斯把這種植物命名為“超濃縮植物”。1983年，Chaney提出了利用植物提取土壤污染物、收獲植物以獲取土壤污染物的設想。13，植物揮發(fā)(Phytovolatilization)，一些揮發(fā)性污染物被植物吸收后在植物表面組織的空隙中揮發(fā)。藍桉分解3氯乙烯(TCE)、甲基叔丁基醚(MTBE)、印度芥末分解硒化合物、煙草揮發(fā)性甲基汞。植物莖葉中的物質可以被空氣中的活性羥基分解。有毒的Hg2揮發(fā)植物后變成低毒的Hg，毒性高的鎢變成低毒的溴化物氣體等。14，(4)植物分解修復，利用特定植物特有的轉化和分解作用去除水體和土壤中有機污染物的方法。恢復路徑

5、包括兩個茄子主要方面。例如，硝基還原酶和口香糖氧化酶能分解TNT分解等彈藥廢棄物，B根分泌的物質能直接分解根內的有機污染物。例如，漆酶分解三硝基甲苯(TNT)，脫鹵酶分解氯溶劑(如TCE (3氯乙烯)，15，(5根分解(Rhizodegradation)植物中的糖分，氨基酸特別是在離根部表面13毫米的地方，植物未種植的土壤的34倍。有些微生物可以與植物結合，促進重金屬分解，也可以礦化某些有機污染物，例如PAHs、PCBs。(代謝原料)、16、氮、磷等無機營養(yǎng)元素去除引起的水體富營養(yǎng)化問題已經有很多研究。種植蓮藕和水稻不僅可以去除氮和磷，而且經濟價值也很好。受傷制成的大草、水芹、多化湖蜜草等在抑

6、制水體中氮、磷、藻類繁殖方面具有明顯的作用。牙齒植物與發(fā)達的根和根共生或雜交的微生物經常一起起到凈化水環(huán)境的作用。17、利用植物固定，利用植物將有毒有害污染物(如重金屬)收集到根部，降低活動性，防止其擴散到深層土壤或地下水，但不利用植物。也就是說，根對污染物有固定作用。18，5.1.2植物修復的優(yōu)點和問題，優(yōu)點，與傳統(tǒng)修復技術相比，植物修復是一種接受、降低成本、技術要求低的修復方法，可以應用于空氣、地表水、地下水、土壤中的污染物修復?？梢杂弥参镄迯图夹g去除的污染物包括氮、磷、重金屬等無機污染物。有機污染物，如農藥、炸藥、有機氯化物、殺蟲劑、除草劑等。19，限制1。需要光、T、水等適當?shù)沫h(huán)境條件

7、和瓶、蟲草害的影響。2.污染度過重或污染物沒有分布在植物根上，不適用于植物不適合生長的污染土壤或水體的修復。3.對于復合污染土壤或水體，采用結合一種茄子修復植物或多種茄子修復植物的修復方式也往往很難滿足修復要求。4.恢復周期長，很難滿足污染環(huán)境的快速恢復要求。20，恢復原則：主要通過植物本身的光合、呼吸、增產、分泌等代謝活動，與環(huán)境中的污染物及微生物環(huán)境相互作用，通過吸收、分解、揮發(fā)、固定等過程，達到凈化和解密污染物的恢復效果。5.2植物對污染物的修復作用，21，5.2.1植物吸收、排泄、積累，(1)植物為了吸收植物，為了維持正常的生命活動，必須不斷從周圍環(huán)境吸收水分和養(yǎng)分。植物具有廣泛的吸水

8、性，除了對幾種茄子元素表示選擇性吸收外，不同元素種類的吸水性也不同大小而已。22，5.2植物對污染物的修復作用，(2)植物排泄體內不必要的物質和代謝物質(糞便或揮發(fā)形式)的方法：吸收根后，通過葉子或莖等地面器官(汞、硒等)排出。葉子吸收后根被排泄。舊生信，23，(3)植物中積累的污染物質可以通過生物轉化過程排出為代謝產物，但大部分污染物質與蛋白質或多肽等物質親和力較高，長期留在植物的組織或器官中。積累一段時間，形成子集現(xiàn)象，一些植物也可以形成超夫妻。24，用子集系數(shù)表征植物對特定元素或化合物的積累能力。子集系數(shù)(BCF)=植物體內的任何元素含量/土壤中的這種元素含量是變位系數(shù)，特定重金屬元素或

9、化合物從植物根向植物地面上方移動的能力，即變位系數(shù)(TF)=植物地面任何元素含量/植物根牙齒元素含量子集系數(shù)變位系數(shù)越大，植物從根部運輸?shù)降孛嫔喜康脑啬芰υ綇?，對植物提取的恢復就越有幫助。當植物被吸收和排泄的過程動態(tài)平衡時，植物仍然以一定的速度吸收污染物，但體內的蓄積量不再增加，而是達到了臨界含量(臨界含量)的極限。此時，富集系數(shù)稱為平衡富集系數(shù)。25，(4)植物吸收、排泄、積累之間的關系動態(tài)平衡(圖5-3)，根據(jù)植物根吸收污染物的難度，土壤中污染物的可吸收狀態(tài)：土壤溶液中污染物(如玻璃離子和螯合物離子不可吸收狀態(tài)：殘渣狀態(tài)等植物吸收困難的交換狀態(tài)：介于5 .在低pH值下，沉積物中生物可吸收

10、狀態(tài)的水溶液和可更換Cd、Zn的濃度顯著增加?？梢圆皇菃蝹€增加或減少。(1) pH值，29，(2)氧化還原前衛(wèi)Eh重金屬，可以在不同的氧化還原狀態(tài)下徐璐以不同的形式徐璐轉換。Cd:在還原條件下，有機結合狀態(tài)Cd最穩(wěn)定，但在氧化條件下，有機結合狀態(tài)鎘轉換為生物可用的水溶性、可更換狀態(tài)或溶解絡合狀態(tài)，釋放到水體中，隨著Eh的增加，釋放量增加。30，(3)共存物質可以改變重金屬的存在狀態(tài)：絡合-螯合物：與可溶性金屬相結合，防止金屬在土壤中沉淀或吸附，提高重金屬流動性和植物利用率。同時，如果吸附狀態(tài)和結合狀態(tài)下的金屬離子溶解，土壤中植物吸收Pb的能力很低，在土壤中添加絡合劑(EDTA)，提高植物根對P

11、b的吸收能力，提高對結合型汞的吸附力。礦物質汞從固定結合狀態(tài)轉變?yōu)橛袡C溶解狀態(tài)，容易促進被植物吸收。31，(4)植物營養(yǎng)物質營養(yǎng)素是影響植物重金屬吸收的因素，部分已成為調節(jié)重金屬植物毒性的途徑和措施。實驗表明，N，P，K等植物營養(yǎng)素對超積累植物吸收重金屬的吸收有很大影響。例如，在小麥施用氮肥的過程中，不僅可以增加發(fā)現(xiàn)、硝酸銨對小麥土壤中Cd的吸收，促進植物生長，還可以在NH4進入土壤后發(fā)生硝化作用，短期內顯著降低土壤pH值，提高Cd的生物效率，更重要的是，NH4Cd形成復合物，降低Cd對土壤的吸附。32，(5)污染物間的復合作用多種污染物復合污染，拮抗和促進(6)促進植物激素植物的體內合成，對

12、植物的生長和發(fā)育有明顯調節(jié)作用的微量生理活性物質。(7)生物因子菌根菌增加生長，降低土壤中重金屬含量等。33，(8)溫度首先影響水生植物生長，溫度還影響水體重金屬離子的活性，水體懸浮砂，沉淀物對重金屬的吸附，影響植物的吸收。(9)重金屬種類和形態(tài)差異植物容易吸收部分元素，其他元素難吸收。通過植物吸收Cr、Hg、As、Cd最容易發(fā)現(xiàn)植物吸收Cd和As，而對Cr的吸附量較小。同一元素的不同吸收系數(shù)差異很大。對水稻Cr3的吸收系數(shù)平均值為0.032，對Cr6為0.056，可見Cr6的吸收系數(shù)大于Cr3。34，5.4有機污染物的植物修復，直接吸收和分解，酶的作用，rhizosphere辛醇的有機物分配

13、與有機物的土壤有機質分配非常相似，3.0仇恨水，根系吸附緊密，不易進入植物體內。0.5、與親水、根系不容易吸附的植物體苯系物、氯溶劑、短鏈脂肪族化合物植物吸收后，木材化作用新組織的礦化二氧化碳及水揮發(fā)、36、(2)酶的作用，植物對有機污染物的吸收強度低于無機物，主要依賴于根系分泌物對有機物污染的協(xié)調和分解等。根釋放到土壤中的酶的直接降解作用。死植物根酶解作用脫鹵酶等，(3)根的生物降解，植物通過多種方法幫助微生物轉化。植物根的微生物系內生微生物，37，根分泌酶和有機酸，植物移動氧氣，正常進行根區(qū)的好氧切換作用，分解不能被固氮菌單獨轉化的有機污染物。39，5.4.2典型有機污染物的植物分解，污染

14、物酶促反應低毒，毒性氧化，還原，水解，脫烴，脫鹵，羥基，異構化分解(植物分解能力強)(1)植物分解和轉基因切換耐藥植物分解殺蟲劑，41，水葫蘆、水葫蘆(鳳眼蓮)可以去除水中有機磷農藥、染料、苯酚、多環(huán)芳烴、甲基對硫磷等有機污染物。可以從污水中去除鎘、鉛、汞、鉈、銀、鈷、鍶等重金屬元素。Solanum nigrum有效分解多氯聯(lián)苯(PCBs)并豐富Cd。向日葵，42，向日葵，43，苜蓿草和水稻成功用于土壤中多環(huán)芳香烴(PAHs)的修復，6個月內PAHs總量可以降低57%。對44，5.5.1重金屬植物的傷害機制，忍耐限制傷害：生長，繁殖障礙，對死亡重金屬植物的影響：a .抑制植物種子發(fā)芽b .抑制植物生長，表明植物小，生長慢，生物量減少。c .抑制植物生殖似乎延遲了生育期，嚴重的話，會完全停止生殖生長，甚至導致不開花的結果。5.5重金屬植物修復，45，重金屬損傷機制對植物的性能：細胞膜的結構和功能破壞；光合作用被抑制。細胞呼吸障礙；抑制糖類和氮素代謝；核破壞了；核分裂了。發(fā)生植物激素變化。46，此外，重金屬影響根微生物環(huán)境，產生營養(yǎng)脅迫，傷害植物。主要發(fā)現(xiàn)對根際土壤微生物有毒性影響。全部或部分抑制土壤生化反應。與礦物元素的拮抗作用和協(xié)同作用。47、牙齒照片顯示重金屬吸收后植物：A:收集后壓制植物的