تعتبر التربة من الموارد التي يعتمد عليها الإنسان للبقاء على قيد الحياة، وهي أساس مكونات البيئة الإيكولوجية المهمة. في عملية تحويل الطبيعة، وخاصة مع التطور السريع للصناعة وتوسيع التجارة العالمية، حققت الصناعة الكيميائية تطورا سريعا. وفي وقت لاحق، أصبحت الأضرار البيئية الناجمة عن التلوث الكيميائي خطيرة بشكل متزايد. أصبحت مشكلة التلوث بالمعادن الثقيلة في التربة بارزة بشكل خاص. في البلدان الأجنبية، تهدد آلام العظام الناجمة عن مستويات الكادميوم المفرطة ومرض ميناماتا الناجم عن مستويات الزئبق المفرطة حياة الناس وسلامتهم الصحية بشكل مباشر. "حادثة أرز هونان والكادميوم" التي وقعت في عام 2013 تقريبًا في مقاطعة قوانغدونغ الصينية، دقت أيضًا ناقوس الخطر للناس. في 28 مايو 2016، نفذ مجلس الدولة "خطة عمل لمنع تلوث التربة ومكافحته" (المادة 10)، والتي نصت صراحة على أنه ينبغي تنفيذ مكافحة التلوث ومعالجته لتحسين نوعية بيئة التربة الإقليمية. خاصة في المناطق التي تعاني من تلوث التربة بالمعادن الثقيلة، مثل مدينة تايتشو في مقاطعة تشجيانغ، ومدينة هوانغشي في مقاطعة هوبي، ومدينة تشانغده في مقاطعة هونان، ومدينة شاوقوان في مقاطعة قوانغدونغ، ومدينة هيشي في منطقة قوانغشي ذاتية الحكم لقومية تشوانغ، ومدينة تونغرن في مقاطعة قويتشو، وينبغي تحديد المجالات ذات الأولوية. إفساح المجال كاملا للدور القيادي للحكومة، وإنشاء صناديق خاصة لمنع تلوث التربة والسيطرة عليه من قبل الحكومات المركزية والمحلية على جميع المستويات، وزيادة الدعم لأعمال منع تلوث التربة والسيطرة عليه. منذ تسعينيات القرن العشرين، حققت المواد الكيميائية الخضراء والتقنيات ذات الصلة تقدمًا كبيرًا في معالجة التلوث بالمعادن الثقيلة في التربة، مع الأبحاث البارزة المتعلقة بمشتقات حمض الأسبارتيك وحمض البولي أسبارتيك (PASP) وحمض إيمينوديسوسينيك (IDHA).

1. المواد الكيميائية الاصطناعية المحاكاة الحيوية - PASP

PASP هو بروتين اصطناعي قابل للذوبان في الماء ويوجد بشكل طبيعي في مخاط المحار البحري مثل المحار. هيكل PASP خالي من العديد من مجموعات الكربوكسيل والأمينية، مع تكوينين غير متماثلين α、β، وهي مادة بوليمر حيوي متعددة الوظائف وصديقة للبيئة مع مجموعة واسعة من التطبيقات. يستخدم على نطاق واسع لمكملات تغذية النبات، وتعزيز كفاءة الأسمدة، وتثبيط القشور المنتشرة في صناعة معالجة المياه، ومعالجة المعادن الثقيلة في التربة، وما إلى ذلك. وفي العديد من مجالات التطبيق، يعزز PASP نمو المحاصيل. الاكثر اهمية. نظرًا للوظيفة الفريدة للأيونات المعدنية المخلبية والمشتتة لـ PASP، فإن استخدام أملاح حمض البولياسبارتيك في معالجة تلوث التربة بالمعادن الثقيلة يحظى بتقدير متزايد من قبل العديد من الباحثين. في الوقت الحاضر، تركز الأبحاث حول أملاح حمض البولياسبارتيك في هذا المجال بشكل أساسي على طرق المعالجة الكيميائية والبيولوجية.

1.1 قانون المعالجة الكيميائية

تشير طريقة المعالجة الكيميائية للتلوث بالمعادن الثقيلة في تربة PASP إلى طريقة الاستفادة من خصائص أيونات المعادن المخلبة PASP، ودمجها مع أيونات المعادن الثقيلة، ومن ثم استخدام طرق الترشيح أو الاستخلاص لفصل مخلبيات المعادن الثقيلة PASP من التربة، وبالتالي إزالة المعادن الثقيلة من التربة. عندما يتم استخدام PASP للتحكم في تلوث التربة بالمعادن الثقيلة، فإنه يكون أقل تأثراً بدرجة الحموضة البيئية. يُظهر بحث Cao Zhenyu أنه عند تطبيق PASP على معالجة الترشيح التذبذبي للتربة الملوثة، فإن معدل إزالة المعادن الثقيلة بواسطة ملح حمض متعدد الأسبارتيك يكون أعلى في بيئة ذات درجة حموضة منخفضة، خاصة عند درجة الحموضة 1. في دراسة أجريت على المعادن الثقيلة في الحمأة من الحمأة في محطة تاوبو لمعالجة مياه الصرف الصحي في شنغهاي، وجد الباحثون أن PASP يتمتع بأداء جيد في استخلاص المعادن الثقيلة المختلفة في الحمأة عند الحموضة المعتدلة. ومع ذلك، فقد اختلفت آراء الباحثين حول أنواع المعادن الثقيلة التي يمكن تنشيطها بواسطة PASP، لكنهم يستطيعون إثبات ثراء أنواع المعادن الثقيلة المخلبية من منظور جانبي. وجد تشانغ هوا أنه من خلال العمل مع بيروكسيد الهيدروجين، يمكن لـ PASP أن يستخرج بشكل فعال الزنك والنيكل والنحاس، بالإضافة إلى بعض الكادميوم والكروم من الحمأة. فانغ يفينغ وآخرون. وجد من خلال الأبحاث أن PASP له تأثير استخلاص جيد على أيونات المعادن الثقيلة Cd، حيث تزيد معدلات الاستخلاص عن 50%، وكلما زادت كمية PASP المستخدمة، كان تأثير الاستخلاص أفضل. يعتقد Wen Dongdong أن PASP يمكنه إزالة الرصاص من التربة بشكل فعال، لكن تأثيره المعزز على إزالة النحاس والكروم ليس كبيرًا؛ السبب الرئيسي لهذا الاستنتاج هو أن PASP يشجع تحول أشكال المعادن الثقيلة النحاس والكروم في التربة، مما يؤدي إلى ضعف الحركة ويؤثر على كفاءة الاستخراج.

1.2 قانون الحوكمة البيولوجية

تشير طريقة المعالجة البيولوجية للتلوث بالمعادن الثقيلة في تربة PASP إلى استخدام PASP كوسيلة مساعدة للمعالجة البيولوجية للتلوث بالمعادن الثقيلة في التربة. من خلال الاستفادة من التأثير التنظيمي لـ PASP على الإنزيمات البيولوجية في المحصول أو التأثير التحسيني لـ PASP على التربة، يمكن أن يتحد PASP مع أيونات المعادن مثل Fe وZn وMn في التربة لتكوين إنزيمات بيولوجية خارجية للمحاصيل، وبالتالي تعزيز التحسين. من إنتاجية وجودة المحاصيل، وتعزيز امتصاص المحاصيل للمعادن الثقيلة، وبالتالي فهي طريقة للتحكم في المعادن الثقيلة في التربة. باعتباره عاملًا تآزريًا يستخدم على نطاق واسع في الصين، فإن PASP له تأثير لا جدال فيه على نمو المحاصيل، مما يوفر مصدر إلهام للباحثين في أبحاث معالجة المعادن الثقيلة.

يُظهر بحث Xu Li أن PASP يمكنه تعزيز نمو عشب نجيل الهند، وزيادة محتوى الكلوروفيل في عشب نجيل الهند، وتعزيز عملية التمثيل الضوئي للنبات، خاصة في ظل ظروف تركيز منخفض من النحاس. يمكن أن يعزز PASP نمو عشب نجيل الهند ويخفف إلى حد ما من ضرر النحاس على أنسجة عشب نجيل الهند. تشانغ شين وآخرون. وجد أنه ضمن نطاق تركيز معين، تزداد قدرة تنشيط PASP للرصاص والكادميوم مع زيادة تركيز PASP؛ وفي الوقت نفسه، وجد في تجارب الأصيص أن PASP له تأثير تقوية كبير على معالجة التربة الملوثة بالمعادن الثقيلة بالذرة. شو ويوي وآخرون. نعتقد أن مشاركة PASP وFeCl3 له تأثير جيد على تلوث الكادميوم، وعلى عكس العوامل الكيميائية الأخرى، فإن استخدام معالجة PASP يمكن أن يحسن بشكل كبير نمو الكتلة الحيوية للمحاصيل. وجد Dou Qiaohui أنه في ظل إجهاد النحاس والكادميوم، فإن تطبيق ملح حمض البوليأسبارتيك في الطماطم لا يمكنه فقط موازنة تغذية النبات، وتحسين نشاط الإنزيم في الكائنات الحية، وتعزيز نمو المحاصيل، ولكن أيضًا تحسين جودة الطماطم، وتقليل المحتوى القابل للامتصاص من النحاس والكادميوم، وهو مفيد لإدارة تلوث التربة بالمعادن الثقيلة. 

2. عامل خالب أخضر - IDHA

تعد عوامل الخلب من أكثر المواد الكيميائية استخدامًا على نطاق واسع، حيث تغطي تقريبًا جميع الصناعات مثل الأدوية والمواد الكيميائية والمنسوجات والمواد الكيميائية اليومية وصناعة الورق والأغذية والجلود والمطاط والزراعة وحقول النفط والتعدين ومعالجة التربة وما إلى ذلك. عوامل الخلب التقليدية بشكل رئيسي تشمل حمض إيثيلين ثلاثي أمين رباعي أسيتيك وأملاحه (EDTA)، وحمض هيبو أمينوتري أسيتيك وأملاحه (NTA)، وحمض ثنائي إيثيلين أمين رباعي أسيتيك وأملاحه (DTPA)، وحامض الستريك، وحمض الطرطريك، وما إلى ذلك؛ من بينها، أصبح EDTA العامل المخلب الأكثر استخدامًا على نطاق واسع نظرًا لقدرته الممتازة على الخلب وفعاليته الممتازة من حيث التكلفة. ومع ذلك، فإن عملية إنتاج EDTA ملوثة بشدة ويصعب تحللها في البيئة الطبيعية، مما قد يسبب تلوثًا بيئيًا خطيرًا وقد يتسبب في ترشيح المواد المعدنية الثقيلة إلى نظام المياه الجوفية بعد الاستخدام، مما يشكل خطرًا معينًا على صحة الإنسان. بالإضافة إلى ذلك، فإن مياه الصرف الصحي التي تحتوي على EDTA ستحمل معادن ضارة من الحمأة تحت الماء إلى المسطحات المائية بعد تصريفها، مما يسبب مخاطر جديدة على صحة الإنسان والبيئة؛ لذلك، أصدر الاتحاد الأوروبي اللوائح ذات الصلة التي تتطلب أن يتراوح تركيز EDTA في الأنهار بين 10 و100 ميكروغرام/لتر، مع تركيز 1-10 في البحيرة ميكروغرام/لتر وهو المطلب الأكثر صرامة بين جميع المركبات الاصطناعية. . ومع تعزيز الوعي البيئي، بدأ الناس تدريجياً في اتخاذ إجراءات بشأن هذا الأمر. يحظر توجيه الاتحاد الأوروبي رقم 1999/476/ECL187/52 صراحةً استخدام EDTA في صناعات متعددة مثل الغذاء والدواء والمنسوجات. وفي الوقت نفسه، فإنه يقيد استخدامه في صناعة الغسيل ويعزز تدريجياً الأبحاث المتعلقة بالمواد الكيميائية الخضراء. في غضون سنوات قليلة فقط، ظهرت العديد من الأنواع الجديدة من المواد الكيميائية ذات الخصائص المخلبية في جميع أنحاء العالم، حيث تمثل IDHA هذه الأنواع. يتمتع IDHA بخصائص كيميائية مستقرة نسبيًا ويمكنه الحفاظ على ثبات جيد في الوسائط الحمضية والقلوية القوية. بالمقارنة مع EDTA، فهو يتميز بخاصيتين بارزتين: (1) يحتوي على بنية يجند حمض رباعي الكربوكسيل، وقدرة استخلابية معتدلة، ومن السهل تحقيق إزالة معدن ثقيل وإزالة معدن ثقيل من الأيونات المعدنية. ثابت عملية إزالة معدن ثقيل لأيونات المعادن العامة أقل قليلاً من EDTA، لكن بعض الأيونات مثل Cu2+ لها ثوابت عملية إزالة معدن ثقيل أعلى من EDTA؛ (2) عملية إنتاج غير سامة وغير ضارة ونظيفة، وقابلة للتحلل بسهولة، ويمكن أن تتحلل بالكامل إلى أحماض أمينية قابلة للتحلل وحمض السكسينيك. في الوقت الحاضر، تم تطبيق هذه المادة الكيميائية تدريجيًا في مجالات مختلفة مثل الزراعة والطباعة والصباغة وصناعة الورق والمواد الكيميائية اليومية ومعالجة المياه والتلوث بالمعادن الثقيلة. تركز التقارير الخاصة بمعالجة التلوث بالمعادن الثقيلة في التربة بواسطة IDHA بشكل أساسي على طرق المعالجة البيولوجية والكيميائية.

2.1 قانون الحوكمة البيولوجية

يعتقد ليو شياونا أن معالجة IDHA (الملح) لنباتات الذرة تزيد بشكل كبير من تركيز الكادميوم في الأجزاء الموجودة فوق الأرض مقارنة بالتحكم الفارغ ومعالجة EDTA، كما تحسن بشكل كبير تركيز النحاس في الأجزاء الموجودة فوق سطح الأرض والجذور مقارنة بالتحكم الفارغ ومعالجة EDTA. المعالجة، مما يساعد على تسريع عملية إدارة المعادن الثقيلة في التربة. أثبت تيان هاوكي من خلال التجارب أن IDHA (الملح) يمكن أن ينشط ثابت A وCd في التربة، مما يعزز امتصاص النبات للمعادن الثقيلة.

2.2 قانون المعالجة الكيميائية

تتميز طريقة المعالجة الكيميائية بخاصية إزالة المعادن الثقيلة من التربة الملوثة بسرعة، وهي تستخدم على نطاق واسع ويمكن أن تحل المشاكل بشكل كامل. ومع ذلك، فإن كيفية فصل العوامل المخلبية بشكل فعال عن المعادن الثقيلة وإعادة تدويرها يمثل تحديًا.

من خلال البحث المستمر، وجد الباحثون أن IDHA الجديد لديه القدرة على حل المشكلات المذكورة أعلاه: (1) يتمتع IDHA بكفاءة عالية في عملية إزالة معدن ثقيل. وفقًا للأبحاث، تبلغ كفاءة استخلاص IDHA (الملح) للكادميوم في حمأة محطات توليد الطاقة في ظل ظروف معينة 68%. وفي الوقت نفسه، بشرط إضافة 1.2% من حمض الفوسفوريك، فإن كفاءة استخلاص IDHA للنحاس والنيكل في الحمأة تتحسن بشكل كبير، مع معدلات استخلاص تتجاوز 90%. وجد Duan Gaoqi من خلال البحث أن IDHA له تأثير إزالة جيد على المعادن الثقيلة في حمأة محطات الطاقة، خاصة عندما تكون النسبة المولية الإجمالية لـ IDHA إلى المعادن الثقيلة هي 8:1 ويتم إضافة كمية صغيرة من H3PO4، فإن تأثير الإزالة هو الأفضل . (2) من السهل إزالة IDHA وتحقيق الانفصال. يعتبر Hu Xiaojun أن IDHA هو المكون الرئيسي لحلول الترشيح الصديقة للبيئة. في ظل ظروف حموضة التربة المحايدة، يتمتع IDHA بقدرة جيدة على شطف المعادن الثقيلة في التربة، مع معدلات إزالة ترشيح واحدة تزيد عن 90%. يمكنه إزالة المعادن الثقيلة الموجودة في التربة بكفاءة، ووجد أن IDHA يمكن أن يتحلل تمامًا بواسطة الكائنات الحية الدقيقة في البيئة دون التسبب في التلوث. إنها مادة مثالية لمعالجة التربة بالمعادن الثقيلة وصديقة للبيئة. (3) يمكن لـ IDHA تغيير الأشكال الموجودة للمعادن الثقيلة ولديه القدرة على حل مشكلة التلوث بالمعادن الثقيلة بشكل أساسي. وانغ جويين وآخرون. وجد من خلال البحث أن IDHA يمكنه إزالة المعادن الثقيلة بشكل فعال من التربة الملوثة وتقليل المخاطر البيئية للمعادن الثقيلة المتبقية. يمكن أن يقلل الكميات المتبقية من الكادميوم والرصاص والزنك القابلة للذوبان في الماء والقابلة للتبادل والكربونات في التربة. تشن تشونلي وآخرون. كما حصل على نتائج مماثلة.

3. التنقيب
4.  

بالمقارنة مع عوامل استخلاب أيونات المعادن الثقيلة الموجودة في التربة، فإن PASP وIDHA لهما خصائصهما الفريدة: (1) تتمتع هاتان المادتان بقدرة استخلابية معتدلة ويسهل فصلهما عن أيونات المعادن الثقيلة في المعالجة اللاحقة؛ (2) من السهل تحلل هاتين المادتين، والمنتج المتحلل عبارة عن خليط من حمض الأسبارتيك وحمض الماليك، والذي يمكن استخدامه بواسطة المحاصيل أو الكائنات الحية الدقيقة بدون بقايا ولن يسبب تلوثًا عضويًا للتربة؛ (3) هاتين المادتين لهما تأثير تعزيز بيولوجي ويمكن استخدامهما كوسيلة مساعدة للتحكم في تلوث التربة بالمعادن الثقيلة؛ (4) من بين هاتين المادتين، قد تكون وظيفة الطريقة الكيميائية لـ IDHA متفوقة على وظيفة الطريقة البيولوجية، في حين أن PASP هو العكس. من خلال البحوث ذات الصلة، يمكن أن يؤدي الجمع بين طرق المعالجة المختلفة إلى تحسين كفاءة مكافحة التلوث بالمعادن الثقيلة بشكل فعال، مثل طريقة المعالجة المختلطة لعامل المعالجة الميكروبية وعامل المعالجة الكيميائية، وطريقة المعالجة الحيوية لمواد الفحم الحيوي (Yatuocao)، والميكروبات الزيوليتية النشطة للغاية. طريقة المعالجة، وطريقة المعالجة الميكروبية (Aspergillus flavus) النباتية (Ryegrass).

لذلك، يعتقد المؤلف أن مزيج المنتجات المذكورة أعلاه يمكن أن يجمع عضويًا بين الطرق البيولوجية والكيميائية، وهو ما لا يعكس الطبيعة السريعة والفعالة للطرق الكيميائية فحسب، بل يعكس أيضًا السلامة والطبيعة الخضراء للطرق البيولوجية، ويمكن أن يشكل نظامًا جديدًا شكل من أشكال الإدارة للطرق الكيميائية البيولوجية. ويرى المؤلف أن تطبيق PASP و IDHA في معالجة التلوث بالمعادن الثقيلة في التربة يمكن تجربته من خلال الطريقة البيوكيميائية، مما يعني أنه بعد استخدام الاثنين معًا، يمكن تحقيق الكفاءة البيولوجية لـ PASP وكفاءة الاستخلاص الكيميائي لـ IDHA. يمكن استخدامها لتعزيز علاج التلوث بالمعادن الثقيلة بشكل مشترك. على الرغم من أن بعض التقارير المذكورة في هذه الدراسة لا تزال في مرحلة البحث، مع تنفيذ اللوائح ذات الصلة في السياسات الوطنية مثل "المبادئ العشرة للتربة" وتعزيز الدعم، فإن آفاق استخدام PASP و IDHA لمعالجة المعادن الثقيلة سوف تصبح التربة الملوثة أفضل وأفضل.