試論土壤鉻(VI)污染硫酸鹽還原菌修復試驗

1、試論土壤鉻(VI)污染硫酸鹽還原菌修復試驗摘要：利用培養(yǎng)優(yōu)化土著硫酸鹽還原菌液對人為添加重金屬鉻（VI）污染的土壤進行修復試驗研究,觀測對比了添加優(yōu)勢菌液和不加菌液、富營養(yǎng)和寡營養(yǎng)不同條件下土壤鉻（VI）含量隨時間的變化,結(jié)果表明,自然土壤（不加菌液）條件下,土壤鉻(VI)污染具有自然還原轉(zhuǎn)化衰減作用。土壤中添加優(yōu)勢修復菌液,可增加鉻(VI)還原能力。只添加菌液的寡營養(yǎng)土壤鉻 (VI)污染去除率為 99.5。添加營養(yǎng)菌液的富營養(yǎng)土壤鉻(VI)去除率為 99.6。因此,采取添加優(yōu)化微生物、調(diào)控添加營養(yǎng)物質(zhì)等方法可以促進土壤鉻的 還原轉(zhuǎn)化衰減。關鍵詞：鉻污染；硫酸鹽還原菌；修復；試驗Experim

2、ental Study of Sulfate-reducing Bacteria Remediation for Chromium（ VI） Contaminated SoilLI Zheng-hong,ZHANG Sheng,ZHANG Cui-yun, HE Ze,MA Lin-na, YIN Mi-ying,NING Zhuo, WANG Li-juan,CAO Weng-geng(The Institute of Hydrogeology and Environmental Geology, CAGS, Shijiazhuang 050061, China)Abstract: The

3、remediation experiments of the artificial added Cr(VI) pollution in soil were carried out by the optimized in-situ sulfate-reducing bacteria. The contents of Cr (VI) in soil varying with time were contrasted under conditions of adding optimized bacteria or without bacteria, eutrophication or oligotr

4、ophication. The results showed that the Cr(VI) pollution had natural attenuation in natural soil (without bacteria),adding optimized bacteria solution to soil could promote the reducing capacity of Cr(VI). The removal rate of Cr(VI) in oligotrophic soil was 60, and was 9299.6 in eutrophic soil. Ther

5、efore, the attenuation of Cr(VI) in soilcould promoted by adding optimized bacteria and regulating nutritional additives et al.Key words: chromium pollution; sulfate-reducing bacteria; remediation;experiment 含鉻礦石加工、皮革鞣制、油漆、涂料、顏料、印染等行業(yè)的垃圾堆放,以及利用其排放的污水灌溉農(nóng)田,導致我國一些農(nóng)田土壤受到重金屬鉻的污染。將六價鉻還6 / 6原為三價鉻,降低其在環(huán)境中的遷

6、移性和毒性,是治理和修復土壤六價鉻污染的主要途徑之一?；诹蛩猁}還原菌的代謝產(chǎn)物 H.2S 具有促進六價鉻還原轉(zhuǎn)化的作用,開展了土壤鉻(VI)污染硫酸鹽還原菌修復試驗研究工作,為土壤六價鉻污染治理修復技術提供科學依據(jù)。1 試驗材料化學試劑：KH.2PO.4、NH.4Cl、Na.2SO.4、CaCl.2·2H.2O、70乳酸鈉、FeSO.4(NH.4)2SO.4·6H.2O、KCl、二苯碳酰二肼、丙酮、濃硫酸、鉻（VI）標準溶液等均為分析純。試驗用玻璃器皿：15 mL 螺口小試管,100 mL 小燒杯,50 mL 比色管,2 000 mL 量筒,磨口細口白色和棕色試劑瓶,各種

7、不同類型的細菌培養(yǎng)試管、培養(yǎng)皿、磨口三角瓶等。主要儀器：生物恒溫培養(yǎng)箱、離心機、電磁攪拌器、高壓蒸汽滅菌器、無菌實驗室、厭氧手套箱、生物顯微鏡、752N 紫外可見光光柵分光光度計、電熱干燥箱等。試驗用菌液：從某皮革加工廠垃圾堆放場、污灌渠底泥和污灌農(nóng)田分別采集了富含重金屬鉻污染土壤樣品,用斯塔基氏（Starkey）培養(yǎng)基1培養(yǎng)富集樣品中硫酸鹽還原菌,經(jīng)平板劃線分離、擴大培養(yǎng)、抗鉻性能馴化培養(yǎng),最終得到抗鉻硫酸鹽還原菌液。試驗用土壤： 試驗一用土壤,將采自污灌農(nóng)田的土樣風干、研磨、過 2 mm 篩孔,準確稱取 100 g 置于小燒杯中,加入 5 mg/mL 的鉻（VI）標準溶液 10 mL,攪拌

8、均勻,用牛皮紙封口,并在其上扎若干通風孔風干,再用研砵研磨,過 1 mm 篩混勻待用。 試驗二用土壤,將采自水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所試驗場土樣風干、研磨、過 2 mm 篩孔,準確稱取 15 kg 置于塑料桶中,加入 10 mg/mL 的鉻（VI）標準溶液 150 mL,攪拌均勻,用牛皮紙封口,并在其上扎若干通風孔風干,再用研砵研磨過 2 mm 篩混勻待用。培養(yǎng)基：培養(yǎng)基采用斯塔基氏（Starkey）培養(yǎng)基。鉻（VI）的測試方法：二苯碳酰二肼分光光度法(GB/T 15555.4-1995)。2 試驗方法與結(jié)果2.1 試驗一試驗分為三組,A1 組為營養(yǎng)菌液組,測試在富營養(yǎng)的情況下菌群對土壤六價鉻污染

9、的修復能力。B1 組為自來水菌液組,測試在寡營養(yǎng)條件下菌群對土壤六價鉻污染的修復能力。C1 組為對照組,測試自然條件下,土壤六價鉻污染的自然修復能力。具體方法如下。準確稱取 5 kg 試驗用土壤裝入高約 25 cm,底面半徑約 8 cm 的桶中,每組一桶。將菌液按 10的比例加入配制好的培養(yǎng)基中,搖勻,用量筒量取 2 000 mL 營養(yǎng)菌液加到 A2組的桶中。將菌液按 10的比例加入自來水中,搖勻,用量筒量取 2 000 mL 營養(yǎng)菌液加到B2 組的桶中。用量筒量取 2 000 mL 自來水加到 C2 組的桶中。接種后用塑料薄膜密封桶口,保持厭氧,室溫培養(yǎng)（室內(nèi)溫度 16 18 ）,分別在培養(yǎng)

10、 0 d、1 d、3 d、6 d、9d、12 d、15 d、18 d、21 d、24 d、27 d 時,從每組樣中各取樣 10 g,土壤鉻（VI）的浸提、測試方法同試驗一。觀測每組土壤樣品中鉻（VI）含量隨時間的變化(圖 2)。試驗結(jié)果見表 2。Table 2 Results of Cr6+ contents and removal rate with time in the soils注：去除率計算以對照組（C2 組）培養(yǎng) 0 天時土壤鉻的含量（92.4 mg/kg）為初始含量計算。圖 2 土壤鉻（VI）去除率隨時間的變化(結(jié)果二)Fig.2 Results of Cr6+ removal

11、rate with time in the soils3 結(jié)果討論由表 1 可見,在試驗一中,自然土壤條件下,09 d 的時間,土壤鉻（VI）含量由43.3 mg/kg 減少至 4.5 mg/kg,減少了 89.6。試驗二結(jié)果（表 2）顯示,經(jīng)過 27 d 的時間,土壤鉻（VI）含量由 92.4 mg/kg 減少至 54.5 mg/kg,減少了 41,兩組試驗結(jié)果均表明土壤鉻 (VI)污染具有自然還原轉(zhuǎn)化衰減作用。土壤鉻（VI）的自然衰減作用主要有吸附、沉淀、微生物作用和根際作用。土壤有機質(zhì)含量是影響鉻在土壤中的存在形式及其遷移轉(zhuǎn)化的重要影響因素2。楊斌（2006） 在鉻(VI)污染土壤添加有

12、機物料,培養(yǎng) 15 d,完全還原了加入土壤的 20 mg/kg 鉻(VI) 3。另有試驗證明,土壤有機質(zhì)為鉻 (VI)還原為鉻 ()提供了所需的電子,促進鉻的還原作用,土壤中的有機質(zhì)與鉻(VI)的還原呈正相關關系4-5。該結(jié)論與本次土壤鉻（VI）污染修復試驗結(jié)果一致,本次試驗一和試驗二的供試土壤的有機質(zhì)含量分別為 2.1和 1.4,土壤鉻(VI)的最大去除率分別為 89.6和 41。土壤中豐富的微生物及其代謝產(chǎn)物通過沉淀、螯合等作用,能夠改變鉻離子在土壤中的存在形態(tài)。鐵還原菌產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物 Fe2+,硫酸鹽還原鹽的代謝產(chǎn)物 S2-均使遷移性大、毒性大的鉻(VI)還原為毒性小的、遷移性小的鉻()

13、。Desjardin6從鉻（VI）污染土壤中分離篩選出鏈霉菌屬的嗜熱一氧化碳鏈霉菌（thermocarboxydus）,能將固體顆粒中鉻(VI)還原為鉻(),降低鉻的活性和毒性。利用優(yōu)化土著硫酸鹽還原菌液對人為添加重金屬鉻(VI) 的污染土壤進行修復試驗, 試驗一結(jié)果顯示,在寡營養(yǎng)（添加自來水菌液）條件下,經(jīng)過 6 d 的修復,土壤鉻(VI)含量由 43.3 mg/kg 減少到 3.0 mg/kg,9 d 時減少為 0.2 mg/kg,最大去除率達 99.5。試驗二中寡營養(yǎng)條件下,經(jīng)過 1027 d 的培養(yǎng),土壤鉻(VI)的去除率基本穩(wěn)定在 60。在富營養(yǎng)（填加營養(yǎng)菌液）條件下,試驗一經(jīng)過 3

14、 d 的修復,土壤中鉻(VI)的去除率達 90 以上,培養(yǎng) 9 d 時,土壤中鉻(VI)基本被完全還原,去除率可達 99.6。試驗二,土壤鉻(VI)的去除率一直保持穩(wěn)定增長趨勢,培養(yǎng) 27 d 時,去除達到 92。兩組試驗結(jié)果均說明了微生物能夠改變鉻離子在土壤中的存在形態(tài)。采取添加優(yōu)化微生物、調(diào)控添加營養(yǎng)物質(zhì)等方法可以促進土壤鉻(VI)還原轉(zhuǎn)化衰減。4 結(jié)論通過對兩組室內(nèi)土壤鉻(VI)污染修復試驗研究結(jié)果的分析,得到如下結(jié)論。通過對試驗土壤不加優(yōu)化修復菌液和營養(yǎng)物質(zhì)的條件下,鉻(VI)含量隨時間變化的觀測,證明了在自然條件下土壤鉻(VI)具有較強的自然還原轉(zhuǎn)化衰減作用,且土壤有機質(zhì)含量與鉻(V

15、I)自然衰減程度成正比。因此,可以通過采取增加土體有機質(zhì)含量方法,促進鉻(VI)的還原轉(zhuǎn)化作用,減少土體中鉻的累積和毒性。在土壤中加入優(yōu)化土著硫酸鹽還原菌液,觀測鉻(VI)含量隨時間變化的試驗結(jié)果表明,土壤微生物及其代謝產(chǎn)物能夠改變鉻離子在土壤中的存在形態(tài)。從鉻(VI)污染土壤中培養(yǎng)、分離的優(yōu)勢抗鉻土著硫酸鹽還原菌群具有較強的土壤鉻(VI)污染修復能力。室內(nèi)修復試驗條件下,土壤鉻(VI)的去除率為 99.5。在土壤中加入優(yōu)化土著硫酸鹽還原菌液及其所需的營養(yǎng)物質(zhì),觀測鉻(VI)含量隨時間變化的試驗結(jié)果表明,在富營養(yǎng)土壤條件下,修復菌液對土壤鉻(VI)污染修復效果良好,土壤鉻(VI)的去除率達 9

16、9.6。由此可見,采取添加優(yōu)化微生物、調(diào)控添加營養(yǎng)物質(zhì)等方法可以促進土壤鉻(VI)的還原轉(zhuǎn)化衰減作用。兩組室內(nèi)修復試驗研究結(jié)果表明微生物修復土壤鉻（VI）污染在技術上是可行的。建議進一步開展土壤鉻污染微生物原位修復技術的研究工作,包括工程菌培養(yǎng)、營養(yǎng)物、處理設備和其他電子受體等。參考文獻:1 陳紹銘,鄭福壽.水生微生學實驗法M.北京：海洋出版社,1985：90.(CHEN Shao-ming, ZHENG Fu-shou. Aquatic Microbiology ExperimentsM.BEijing：OceanPress,1985:90.(in Chinese)2 Gong C.R.,

17、Donahoe R.J. An experimental study of heavy metal attenuation and mobility in sandy loam soilsJ.Applied Geochemistry, 1997,（12）: 243-254.3 楊斌.土壤對鉻吸附特性及影響外源鉻吸附因素的研究D.貴陽：貴州大學,2006. (YANG Bin. Adsorption Characteristics of Chromium and Influencing Factors of the Adsorption of Added Organic Matters in S

18、oilD.Guiyang:Guizhou University,2006.(in Chinese)4 MAYES M.A.,JARDINE P.M.,LARSEN I.L. et al. Multispecies transport of metal-EDTA complexes and chromate through undisturbed columns of weathered fractured saprolite J.Journal of Contaminant Hydrology,2000,45(3-4):243- 265.5 Makino T., Kamewada K., Hatta T. et al