污染环境的植物修复原理知识讲解.ppt
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第五章第五章污染环境的植物修复原理污染环境的植物修复原理目录目录5.1概述概述5.2植物对污染物的修复作用植物对污染物的修复作用5.3影响植物修复的环境因子影响植物修复的环境因子5.4有机污染物的植物修复有机污染物的植物修复5.5重金属的植物修复重金属的植物修复5.6放射性核素及富营养化物的植物修复放射性核素及富营养化物的植物修复25.1概述5.1.1植物修复的概念和类型植物修复的概念和类型植物修复技术:
植物修复技术:
是以植物忍耐和超量积累某种或某是以植物忍耐和超量积累某种或某些污染物的理论为基础,利用些污染物的理论为基础,利用植物及其根际圈微生植物及其根际圈微生物体系的吸收、挥发、降解和转化物体系的吸收、挥发、降解和转化作用来消除环境作用来消除环境中污染物的一门环境污染治理技术。
中污染物的一门环境污染治理技术。
具体地说植物修复就是具体地说植物修复就是利用植物本身特有的利利用植物本身特有的利用、分解和转化污染物的作用,利用植物根系特殊用、分解和转化污染物的作用,利用植物根系特殊的生态条件加速根际圈的微生态环境中微生物的生的生态条件加速根际圈的微生态环境中微生物的生长繁殖长繁殖,以及,以及利用某些植物的特殊积累与固定能力利用某些植物的特殊积累与固定能力,提高对环境中某些无机和有机污染物的脱毒和分解提高对环境中某些无机和有机污染物的脱毒和分解能力。
能力。
3广义的植物修复广义的植物修复包括利用植物修复包括利用植物修复重金属污染重金属污染的土壤的土壤、利用植物、利用植物净化空气和水体净化空气和水体、利用植物、利用植物清除放射性核素清除放射性核素和利用植物及其根际微生物共和利用植物及其根际微生物共存体系存体系净化土壤中的有机污染物净化土壤中的有机污染物。
目前植物修复主要目前植物修复主要指利用植物及其根际圈微生指利用植物及其根际圈微生物体系清洁污染土壤,其中利用重金属超积累物体系清洁污染土壤,其中利用重金属超积累植物的提取作用去除污染土壤中的重金属又是植物的提取作用去除污染土壤中的重金属又是植物修复的核心技术。
植物修复的核心技术。
因此,因此,狭义的植物修复狭义的植物修复技术主要指利用植物清技术主要指利用植物清除污染土壤中的重金属。
除污染土壤中的重金属。
4植物修复应用范围:
植物修复应用范围:
a.利用植物修复重金属污染的土壤利用植物修复重金属污染的土壤b.利用植物净化空气和水体利用植物净化空气和水体c.利用植物清除放射性核素利用植物清除放射性核素d.利用植物及其根际微生物共存体系净化土壤中利用植物及其根际微生物共存体系净化土壤中的有机污染物的有机污染物5图图5-1植物修复与生物修复的关系及主要修复方式植物修复与生物修复的关系及主要修复方式6生物修复生物修复微生物修复微生物修复植物修复植物修复微生物降解微生物降解微生物转化微生物转化植物去除植物去除植物固定植物固定/稳定化稳定化植物净化空气植物净化空气植物植物提取提取植物降解植物降解根际圈微生物降解根际圈微生物降解植物挥发植物挥发生态修复生态修复植物修复的类型植物修复的类型植物净化空气植物净化空气植物提取修复植物提取修复植物挥发修复植物挥发修复植物降解修复植物降解修复根际圈生物降解修复根际圈生物降解修复植物固定植物固定/稳定化修复稳定化修复7
(1)植物净化空气)植物净化空气8净化空气净化空气吸收有害气体吸收有害气体吸滞放射性物质吸滞放射性物质滞尘滞尘除菌和杀菌除菌和杀菌减弱噪声减弱噪声吸收吸收CO2植物修复在空气污染中的应用植物修复在空气污染中的应用氮氧化物氮氧化物NxOy是污染空气的一类主要化合物,是污染空气的一类主要化合物,NO2同同O3在光照的条件下容易形成光化学烟雾,在光照的条件下容易形成光化学烟雾,N2O是一种能引起是一种能引起温室效应的气体,它可以辐射传热温室效应的气体,它可以辐射传热,破坏同温层的破坏同温层的O3。
某些。
某些植物将氮氧化物转化为氨基酸或以其为氮源加以利用植物将氮氧化物转化为氨基酸或以其为氮源加以利用,利用利用这些植物去除空气中的氮氧化物无疑是环保节能的好方法这些植物去除空气中的氮氧化物无疑是环保节能的好方法。
910龙舌兰:
龙舌兰:
在在10平方米左右的平方米左右的房间内,可消灭房间内,可消灭70的苯、的苯、50的甲醛和的甲醛和24的三氯乙的三氯乙烯烯芦荟:
芦荟:
在在24小时照明的条小时照明的条件下,可以消灭件下,可以消灭1立方米空立方米空气中所含的气中所含的90的甲醛。
的甲醛。
(2)植物促进)植物促进(Phytoaccumulation)11也称之为也称之为植物提取植物提取,植物根系将土壤中重金属或植物根系将土壤中重金属或有机污染物从污染的土壤中转移到植物的地上有机污染物从污染的土壤中转移到植物的地上部分。
部分。
一般指那些能累积超过叶子干重一般指那些能累积超过叶子干重1.0%的的Mn,或,或者者0.1%的的Co、Cu、Pb、Ni、Zn,或者,或者0.01%的的Cd的植物。
目前世界上有的植物。
目前世界上有500多种这样的植物。
多种这样的植物。
121583年,年,Cesalpino首次发现首次发现“黑色的岩石黑色的岩石”上生长的特殊植上生长的特殊植物,物,1814年,年,Desvaux将其命名将其命名为为Alyssumbertolonii(庭荠属庭荠属),1848年,年,Minguzzi和和Vergnano测定该植物叶片含镍测定该植物叶片含镍高达高达7900mg/kg。
1977年,年,Brooks将这类植物命名为将这类植物命名为“超富集植物超富集植物”(hyperaccumulator)。
1983年,年,Chaney提出利用植物提提出利用植物提取土壤中的污染物,通过收割植物带走土壤中污染物的设想。
取土壤中的污染物,通过收割植物带走土壤中污染物的设想。
(3)植物挥发)植物挥发(Phytovolatilization)13某些易挥发污染物被植物吸收后从植物表面组织空某些易挥发污染物被植物吸收后从植物表面组织空隙中挥发。
隙中挥发。
如桉树降解三氯乙烯如桉树降解三氯乙烯(TCE)、甲基叔丁基醚、甲基叔丁基醚(MTBE),印度,印度芥菜降解硒化合物;烟草挥发甲基汞。
从植物茎叶挥发出的芥菜降解硒化合物;烟草挥发甲基汞。
从植物茎叶挥发出的物质可能被空气中的活性羟基分解。
如有毒的物质可能被空气中的活性羟基分解。
如有毒的Hg2+经植物挥经植物挥发后变成了低毒的发后变成了低毒的Hg,高毒的硒变成了低毒的硒化物气体等。
,高毒的硒变成了低毒的硒化物气体等。
(4)植物降解()植物降解(Phytodegradation)利用某些植物特有的转化和降解作用去除水体利用某些植物特有的转化和降解作用去除水体和土壤中有机污染物质的一种方式。
和土壤中有机污染物质的一种方式。
修复途径主要有两个方面:
修复途径主要有两个方面:
14如:
硝基还原酶和树胶氧化酶可以将弹药废物如如:
硝基还原酶和树胶氧化酶可以将弹药废物如TNT分解分解B根分泌的物质直接降解根际圈内有机污染物根分泌的物质直接降解根际圈内有机污染物如:
漆酶对如:
漆酶对TNT(三硝基甲苯)的降解,(三硝基甲苯)的降解,脱卤酶对含氯溶剂如脱卤酶对含氯溶剂如TCE(三氯乙烯)的降解等(三氯乙烯)的降解等A污染物污染物植物体植物体木质化作用木质化作用植物组织植物组织矿化为矿化为CO2和和H2O无毒或毒性小无毒或毒性小(5)根际圈生物降解根际圈生物降解(Rhizodegradation)根系降解:
根系降解:
植物中超过植物中超过20%的营养成分如糖分、的营养成分如糖分、氨基酸、有机酸等都聚集在根部氨基酸、有机酸等都聚集在根部,因此会生长很多因此会生长很多微生物微生物,尤其在根表面向外尤其在根表面向外13mm的地方的地方,这些微这些微生物是没有种植过植物的土壤的生物是没有种植过植物的土壤的34倍。
一些微倍。
一些微生物可以同植物相结合促进重金属的转化生物可以同植物相结合促进重金属的转化,也可以也可以矿化某些有机污染物如矿化某些有机污染物如PAHs、PCBs。
15植物植物微生物体系微生物体系水分水分养料养料根分泌物质根分泌物质降解有机物的原料(降解有机物的原料(共代谢的原料共代谢的原料)(6)植物固定)植物固定(Phytostabilization)16利用植物将有毒有害污染物如重金属聚集在利用植物将有毒有害污染物如重金属聚集在根系地带根系地带,降低其活动性降低其活动性,阻止其向深层土壤阻止其向深层土壤或地下水中扩散或地下水中扩散,但并不为植物利用但并不为植物利用,即根系即根系对污染物起固定作用。
对污染物起固定作用。
5.1.2植物修复的优势及存在的问题植物修复的优势及存在的问题优势:
优势:
17植物修复开发和应用潜力巨大。
植物修复开发和应用潜力巨大。
植物修复符合可持续发展战略的理念。
植物修复符合可持续发展战略的理念。
(太阳能为能源、蒸腾作用、无二次污染、肥力增加,(太阳能为能源、蒸腾作用、无二次污染、肥力增加,回收金属等)回收金属等)植物修复过程易于社会接受。
植物修复过程易于社会接受。
局限性:
局限性:
需要光、需要光、T、水分等适宜的环境条件,及病、虫草害、水分等适宜的环境条件,及病、虫草害的影响;的影响;对于污染程度过重、或污染物分布为植物根系所达对于污染程度过重、或污染物分布为植物根系所达不到,甚至不适于植物生长的污染土壤或水体的修不到,甚至不适于植物生长的污染土壤或水体的修复并不适用;复并不适用;对于复合污染土壤或水体,采用一种修复植物或几对于复合污染土壤或水体,采用一种修复植物或几种修复植物相结合的修复方式往往也难以达到修复种修复植物相结合的修复方式往往也难以达到修复要求;要求;修复周期较长,难以满足快速修复污染环境的需求。
修复周期较长,难以满足快速修复污染环境的需求。
1819修复原理:
主要是通过植物自身的光合、修复原理:
主要是通过植物自身的光合、呼吸、蒸腾和分泌等代谢活动与环境中的呼吸、蒸腾和分泌等代谢活动与环境中的污染物质和微生态环境发生交互反应,从污染物质和微生态环境发生交互反应,从而通过吸收、分解、挥发、固定等过程使而通过吸收、分解、挥发、固定等过程使污染物达到净化和脱毒的修复效果。
污染物达到净化和脱毒的修复效果。
5.2植物对污染物的修复作用植物对污染物的修复作用5.2.1植物吸收、排泄与积累植物吸收、排泄与积累
(1)植物吸收)植物吸收植物为了维持正常的生命活动,必须不断植物为了维持正常的生命活动,必须不断地从周围环境中吸收水分和营养物质。
地从周围环境中吸收水分和营养物质。
植物具有广泛吸收性,除对少数几种元素植物具有广泛吸收性,除对少数几种元素表现出选择性吸收外,对不同的元素来说表现出选择性吸收外,对不同的元素来说只是吸收能力大小不同而已。
只是吸收能力大小不同而已。
植物吸收的植物吸收的3种方式种方式:
被动吸收、避、超:
被动吸收、避、超积累积累20
(2)植物排泄)植物排泄向外排泄体内多余的物质和代谢物质(排泄物向外排泄体内多余的物质和代谢物质(排泄物或挥发的形式)或挥发的形式)植物排泄途径:
植物排泄途径:
经过根吸收后,再经叶片或茎等地上器官排出经过根吸收后,再经叶片或茎等地上器官排出去去(如汞、硒等)。
如汞、硒等)。
叶片吸收后,根排泄。
叶片吸收后,根排泄。
去旧生新去旧生新21(3)植物积累)植物积累进入植物体内的污染物质虽可经生物转化过程进入植物体内的污染物质虽可经生物转化过程成为代谢产物经排泄途径排出体外,但大部分成为代谢产物经排泄途径排出体外,但大部分污染物质与污染物质与蛋白质或多肽蛋白质或多肽等物质具有较高的亲等物质具有较高的亲和性而长期存留在植物的组织或器官中,在一和性而长期存留在植物的组织或器官中,在一定的时期内不断积累增多而形成富集现象,还定的时期内不断积累增多而形成富集现象,还可在某些植物体内形成超富集。
可在某些植物体内形成超富集。
22用富集系数来表征植物对某种元素或化合物的积累能力,用富集系数来表征植物对某种元素或化合物的积累能力,富集系数(富集系数(BCF)=植物体内某种元
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