Почвата е един от ресурсите, на които хората разчитат за оцеляване, и е в основата на важните компоненти на екологичната среда. В процеса на трансформиране на природата, особено с бързото развитие на индустрията и разширяването на световната търговия, химическата промишленост постигна бързо развитие. Впоследствие екологичните щети, причинени от химическото замърсяване, стават все по-тежки. Проблемът със замърсяването на почвата с тежки метали стана особено важен. В чужди страни болката в костите, причинена от прекомерни нива на кадмий, и болестта на Минамата, причинена от прекомерни нива на живак, пряко застрашават живота и безопасността на здравето на хората. „Инцидентът с кадмиев ориз Хунан“, който се случи около 2013 г. в Гуангдонг, Китай, също предизвика тревога за хората. На 28 май 2016 г. Държавният съвет приложи „План за действие за предотвратяване и контрол на замърсяването на почвата“ (член 10), който изрично постановява, че трябва да се извършва контрол на замърсяването и възстановяване, за да се подобри качеството на регионалната почвена среда. Особено в райони със замърсяване на почвата с тежки метали, като град Taizhou в провинция Zhejiang, град Huangshi в провинция Hubei, град Changde в провинция Hunan, град Shaoguan в провинция Guangdong, град Hechi в автономния регион Guangxi Zhuang и град Tongren в провинция Guizhou, трябва да се определят приоритетни области. Дайте пълна роля на водещата роля на правителството, създайте специални фондове за предотвратяване и контрол на замърсяването на почвата от централните и местните власти на всички нива и увеличете подкрепата за дейностите по предотвратяване и контрол на замърсяването на почвата. От 90-те години на миналия век зелените химикали и свързаните с тях технологии постигнаха голям напредък в лечението на замърсяването с тежки метали в почвата, с видни изследвания, свързани с производните на аспарагиновата киселина, полиаспарагиновата киселина (PASP) и иминодисукциновата киселина (IDHA).

1. Биомиметични синтетични химикали - PASP

PASP е водоразтворим синтетичен протеин, който естествено съществува в слузта на морски миди като стриди. Структурата на PASP не съдържа множество карбоксилни и аминогрупи, с асиметрични α、β две конфигурации, универсален и екологично чист многофункционален биополимерен материал с широк спектър от приложения. Широко използван за допълване на храненето на растенията, повишаване на ефективността на торовете, инхибиране на диспергирани котлен камък в индустрията за пречистване на вода, обработка на почвата с тежки метали и т.н. В множество области на приложение PASP насърчава растежа на културите. Най-важното. Като се има предвид уникалната хелатираща и диспергираща метални йони функция на PASP, използването на соли на полиаспарагинова киселина при третирането на замърсяването на почвата с тежки метали се оценява все повече от много изследователи. Понастоящем изследванията на соли на полиаспарагинова киселина в тази област се фокусират главно върху химични и биологични методи за третиране.

1.1 Закон за химическата обработка

Методът за химическо третиране на замърсяване с тежки метали в PASP почвата се отнася до метода за използване на характеристиките на PASP хелатиращи метални йони, комбинирането им с йони на тежки метали и след това използване на методи за извличане или екстракция за отделяне на PASP хелатите на тежки метали от почвата, като по този начин отстраняване на тежки метали от почвата. Когато PASP се използва за контрол на замърсяването на почвата с тежки метали, той се влияе по-малко от pH на околната среда. Изследванията на Cao Zhenyu показват, че когато PASP се прилага за обработка с осцилиращо излужване на замърсена почва, скоростта на отстраняване на тежки метали от сол на полиаспарагинова киселина е по-висока в среда с по-ниско pH, особено при pH 1. В проучване на тежки метали в утайки от В завода за пречистване на отпадъчни води Taopu в Шанхай, изследователите откриха, че PASP има добра екстракция за различни тежки метали в утайките при умерена киселинност. Въпреки това, изследователите имат различни мнения относно видовете тежки метали, които могат да бъдат активирани от PASP, но те могат да демонстрират богатството на техните хелатни видове тежки метали от странична гледна точка. Zhang Hua установи, че като работи заедно с водороден пероксид, PASP може ефективно да извлече Zn, Ni, Cu, както и някои Cd и Cr от утайката. Fang Yifeng и др. установено чрез изследване, че PASP има добър ефект на екстракция върху йони на тежки метали Cd, със степен на екстракция над 50%, и колкото по-голямо е използваното количество PASP, толкова по-добър е ефектът на екстракция. Wen Dongdong вярва, че PASP може ефективно да отстрани Pb от почвата, но неговият усилващ ефект върху отстраняването на Cu и Cr не е значителен; Основната причина за това заключение е, че PASP насърчава трансформацията на форми на тежки метали Cu и Cr в почвата, което води до лоша мобилност и засяга ефективността на нейното извличане.

1.2 Закон за биологичното управление

Методът за биологично третиране на замърсяване с тежки метали в почвата PASP се отнася до използването на PASP като спомагателно средство за биологично третиране на замърсяване с тежки метали в почвата. Чрез използване на регулаторния ефект на PASP върху биологичните ензими в културата или подобряващия ефект на PASP върху почвата, PASP може да се комбинира с метални йони като Fe, Zn, Mn в почвата, за да образува екзогенни биологични ензими за културите, като по този начин насърчава подобряването на добива и качеството на културите и подобряване на абсорбцията на тежки метали от културите. По този начин това е метод за контролиране на тежките метали в почвата. Като широко използван синергичен агент в Китай, PASP има безспорен ефект върху растежа на културите, което дава вдъхновение на изследователите в изследванията за третиране на тежки метали.

Изследванията на Xu Li показват, че PASP може да насърчи растежа на тревата ветивер, да увеличи съдържанието на хлорофил в тревата ветивер, да засили фотосинтезата на растенията, особено при условия на ниска концентрация на Cu. PASP може да насърчи растежа на тревата ветивер и до известна степен да облекчи увреждането на Cu върху тъканта на тревата ветивер. Zhang Xin и др. установи, че в рамките на определен диапазон на концентрация активиращата способност на PASP за Pb и Cd се увеличава с увеличаване на концентрацията на PASP; В същото време беше установено при експерименти в саксии, че PASP има значително укрепващо действие върху ремедиацията на замърсена с тежки метали почва от царевица. Xu Weiwei и др. смятат, че споделянето на PASP и FeCl3 има добър ефект върху замърсяването с Cd и за разлика от други химически агенти, използването на обработка с PASP може значително да подобри растежа на биомасата на културите. Dou Qiaohui установи, че при Cu и Cd стрес, прилагането на сол на полиаспарагинова киселина в домати може не само да балансира храненето на растенията, да подобри ензимната активност в организмите, да насърчи растежа на културите, но също така да подобри качеството на доматите, да намали усвоимото съдържание на Cu и Cd, което е от полза за управлението на замърсяването на почвата с тежки метали. 

2. Зелен хелатиращ агент - IDHA

Хелатиращите агенти са едни от най-широко използваните химикали, обхващащи почти всички индустрии като фармацевтични продукти, химикали, текстил, ежедневни химикали, производство на хартия, храна, кожа, каучук, селско стопанство, петролни полета, минно дело, обработка на почвата и т.н. Традиционните хелатиращи агенти главно включват етилендиаминтетраоцетна киселина и нейните соли (EDTA), хипоаминотриоцетна киселина и нейните соли (NTA), диетилентриаминпентаоцетна киселина и нейните соли (DTPA), лимонена киселина, винена киселина и т.н.; Сред тях EDTA се превърна в най-широко използвания хелатиращ агент поради отличната си хелатираща способност и отлична рентабилност. Производственият процес на EDTA обаче е силно замърсен и трудно се разгражда в естествената среда, което може да причини сериозно замърсяване на околната среда и може да причини извличане на вещества от тежки метали в системата на подземните води след прилагане, като по този начин представлява определен риск за човешкото здраве. В допълнение, отпадъчните води, съдържащи EDTA, ще пренасят вредни метали от подводната утайка във водното тяло след изхвърляне, причинявайки нови опасности за човешкото здраве и здравето на околната среда; Поради това Европейският съюз издаде съответните разпоредби, изискващи концентрацията на EDTA в реките да бъде между 10 и 100 μG/L, като концентрация от 1-10 в езерото μG/L е най-строгото изискване сред всички изкуствени съединения . Със засилването на екологичното съзнание хората постепенно започват да предприемат действия по този въпрос. Директива на ЕС 1999/476/ECL187/52 изрично забранява използването на EDTA в множество индустрии като хранителна, медицинска и текстилна. В същото време ограничава употребата му в пералната индустрия и постепенно засилва изследванията върху екологичните химикали. Само за няколко години в света се появиха много нови видове химикали с хелатни свойства, като IDHA е представител на тях. IDHA има относително стабилни химични свойства и може да поддържа добра стабилност в силни киселинни и алкални среди. В сравнение с EDTA, той има две забележителни характеристики: (1) има лигандна структура на тетракарбоксилна киселина, умерена хелатна способност и лесно се постига хелиране и дехелиране на метални йони. Константата на хелиране за общи метални йони е малко по-ниска от EDTA, но някои йони като Cu2+ имат по-високи константи на хелиране от EDTA; (2) Нетоксичен, безвреден, чист производствен процес, лесно биоразградим и може напълно да се разложи на биоразградими аминокиселини и янтарна киселина. Понастоящем този химикал постепенно се прилага в различни области като селското стопанство, печатането и боядисването, производството на хартия, ежедневните химикали, пречистването на водата и замърсяването с тежки метали. Докладите за отстраняването на замърсяването с тежки метали в почвата от IDHA се фокусират главно върху биологични и химически методи за третиране.

2.1 Закон за биологичното управление

Liu Xiaona вярва, че третирането с IDHA (сол) на царевични растения значително повишава концентрацията на Cd в надземните части в сравнение с празната контрола и третирането с EDTA и също така значително подобрява концентрацията на Cu в надземните и кореновите части в сравнение с празната контрола и EDTA третиране, което спомага за ускоряване на управлението на тежките метали в почвата. Tian Haoqi демонстрира чрез експерименти, че IDHA (сол) може да активира фиксираните As и Cd в почвата, насърчавайки усвояването на тежки метали от растенията.

2.2 Закон за химическата обработка

Методът на химическо третиране има характеристиката на бързо отстраняване на тежки метали от замърсената почва, което се използва широко и може напълно да реши проблемите. Въпреки това, как ефективно да се отделят хелатиращите агенти от тежките метали и да се рециклират е предизвикателство.

Чрез непрекъснати изследвания, изследователите са открили, че новият IDHA има потенциала да реши гореспоменатите проблеми: (1) IDHA има висока ефективност на хелиране. Според изследвания ефективността на извличане на IDHA (сол) за Cd в утайките от електроцентрали при определени условия е 68%. В същото време, при условие на добавяне на 1,2% фосфорна киселина, ефективността на екстракция на IDHA за Cu и Ni в утайките е значително подобрена, като степента на екстракция надвишава 90%. Duan Gaoqi установи чрез изследване, че IDHA има добър ефект на отстраняване на тежките метали в утайките от електроцентрали, особено когато общото моларно съотношение на IDHA към тежките метали е 8:1 и се добави малко количество H3PO4, ефектът на отстраняване е най-добрият . (2) IDHA лесно се елуира и се постига разделяне. Hu Xiaojun смята IDHA за основен компонент на екологично чист разтвор за излугване. При условия на неутрална киселинност на почвата, IDHA има добра способност за елуиране на тежки метали в почвата, с нива на отстраняване при единично излугване над 90%. Той може ефективно да елуира тежки метали в почвата и установи, че IDHA може да бъде напълно разграден от микроорганизми в околната среда, без да причинява замърсяване. Това е идеално екологично излугващо вещество за ремедиация на почвата с тежки метали. (3) IDHA може да промени съществуващите форми на тежки метали и има потенциала да реши фундаментално замърсяването с тежки метали. Wang Guiyin и др. установи чрез изследване, че IDHA може ефективно да премахне тежките метали от замърсената почва и да намали риска за околната среда от остатъчни тежки метали. Може да намали остатъчните количества водоразтворими, обменни и карбонатно свързани Cd, Pb и Zn в почвата. Chen Chunle и др. също получи подобни резултати.

3. Проучване
4.  

В сравнение със съществуващите почвени хелатиращи агенти на йони на тежки метали, PASP и IDHA имат своите уникални характеристики: (1) тези две вещества имат умерена хелатообразуваща способност и са по-лесни за отделяне от йони на тежки метали при последващо третиране; (2) Тези две вещества са лесни за разграждане, а разграденият продукт е смес от аспарагинова киселина и малеинова киселина, която може да се използва от култури или микроорганизми без остатъци и няма да причини органично замърсяване на почвата; (3) Тези две вещества имат биологичен стимулиращ ефект и могат да се използват като спомагателни средства за контролиране на замърсяването на почвата с тежки метали; (4) Сред тези две вещества функцията на химическия метод на IDHA може да превъзхожда функцията на биологичния метод, докато PASP е обратното. Чрез подходящи изследвания, комбинацията от различни методи за възстановяване може ефективно да подобри ефективността на контрола на замърсяването с тежки метали, като смесения метод за отстраняване на микробен агент за възстановяване и химичен агент за възстановяване, методът за биоремедиация на биовъглени материали (Yatuocao), високоактивният микробен зеолит метод за ремедиация и метод за ремедиация на микробно (Aspergillus flavus) растение (райграс).

Следователно, авторът вярва, че комбинацията от горните продукти може органично да комбинира биологични и химични методи, което не само отразява бързия и ефикасен характер на химичните методи, но също така отразява безопасността и екологичния характер на биологичните методи и може да формира нов форма на управление за биологични химични методи. Авторът смята, че прилагането на PASP и IDHA при третиране на замърсяването с тежки метали в почвата може да се направи чрез биохимичен метод, което означава, че след като двете се използват заедно, биологичната ефективност на PASP и ефективността на химическата екстракция на IDHA могат да бъдат използвани за съвместно насърчаване на лечението на замърсяването с тежки метали. Въпреки че някои от докладите, споменати в това проучване, все още са в етап на изследване, с прилагането на съответните разпоредби в националните политики като „Десетте принципа на почвата“ и подобряването на подкрепата, перспективите за използване на PASP и IDHA за лечение на тежки метали замърсената почва ще става все по-добра и по-добра.