試論土壤鉻(VI)污染硫酸鹽還原菌修復(fù)試驗(yàn)

1、試論土壤鉻(VI)污染硫酸鹽還原菌修復(fù)試驗(yàn)摘要：利用培養(yǎng)優(yōu)化土著硫酸鹽還原菌液對(duì)人為添加重金屬鉻（VI）污染的土壤進(jìn)行修復(fù)試驗(yàn)研究,觀測(cè)對(duì)比了添加優(yōu)勢(shì)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(shí)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(shì)修復(fù)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(jìn)土壤鉻的 還原轉(zhuǎn)化衰減。關(guān)鍵詞：鉻污染；硫酸鹽還原菌；修復(fù)；試驗(yàn)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(dǎo)致我國一些農(nóng)田土壤受到重金屬鉻的污染。將六價(jià)鉻還6 / 6原為三價(jià)鉻,降低其在環(huán)境中的遷

6、移性和毒性,是治理和修復(fù)土壤六價(jià)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(jìn)六價(jià)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(fù)試驗(yàn)研究工作,為土壤六價(jià)鉻污染治理修復(fù)技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)。1 試驗(yàn)材料化學(xué)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(biāo)準(zhǔn)溶液等均為分析純。試驗(yàn)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(xì)口白色和棕色試劑瓶,各種

7、不同類型的細(xì)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(jī)、電磁攪拌器、高壓蒸汽滅菌器、無菌實(shí)驗(yàn)室、厭氧手套箱、生物顯微鏡、752N 紫外可見光光柵分光光度計(jì)、電熱干燥箱等。試驗(yàn)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(kuò)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(yàn)用土壤： 試驗(yàn)一用土壤,將采自污灌農(nóng)田的土樣風(fēng)干、研磨、過 2 mm 篩孔,準(zhǔn)確稱取 100 g 置于小燒杯中,加入 5 mg/mL 的鉻（VI）標(biāo)準(zhǔn)溶液 10 mL,攪拌

8、均勻,用牛皮紙封口,并在其上扎若干通風(fēng)孔風(fēng)干,再用研砵研磨,過 1 mm 篩混勻待用。 試驗(yàn)二用土壤,將采自水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)研究所試驗(yàn)場土樣風(fēng)干、研磨、過 2 mm 篩孔,準(zhǔn)確稱取 15 kg 置于塑料桶中,加入 10 mg/mL 的鉻（VI）標(biāo)準(zhǔn)溶液 150 mL,攪拌均勻,用牛皮紙封口,并在其上扎若干通風(fēng)孔風(fēng)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(cè)試方法：二苯碳酰二肼分光光度法(GB/T 15555.4-1995)。2 試驗(yàn)方法與結(jié)果2.1 試驗(yàn)一試驗(yàn)分為三組,A1 組為營養(yǎng)菌液組,測(cè)試在富營養(yǎng)的情況下菌群對(duì)土壤六價(jià)鉻污染

9、的修復(fù)能力。B1 組為自來水菌液組,測(cè)試在寡營養(yǎng)條件下菌群對(duì)土壤六價(jià)鉻污染的修復(fù)能力。C1 組為對(duì)照組,測(cè)試自然條件下,土壤六價(jià)鉻污染的自然修復(fù)能力。具體方法如下。準(zhǔn)確稱取 5 kg 試驗(yàn)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(shí),從每組樣中各取樣 10 g,土壤鉻（VI）的浸提、測(cè)試方法同試驗(yàn)一。觀測(cè)每組土壤樣品中鉻（VI）含量隨時(shí)間的變化(圖 2)。試驗(yàn)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(jì)算以對(duì)照組（C2 組）培養(yǎng) 0 天時(shí)土壤鉻的含量（92.4 mg/kg）為初始含量計(jì)算。圖 2 土壤鉻（VI）去除率隨時(shí)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(yàn)一中,自然土壤條件下,09 d 的時(shí)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(yàn)二結(jié)果（表 2）顯示,經(jīng)過 27 d 的時(shí)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(yàn)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(jī)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(jī)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(yàn)證明,土壤有機(jī)質(zhì)為鉻 (VI)還原為鉻 ()提供了所需的電子,促進(jìn)鉻的還原作用,土壤中的有機(jī)質(zhì)與鉻(VI)的還原呈正相關(guān)關(guān)系4-5。該結(jié)論與本次土壤鉻（VI）污染修復(fù)試驗(yàn)結(jié)果一致,本次試驗(yàn)一和試驗(yàn)二的供試土壤的有機(jī)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(duì)人為添加重金屬鉻(VI) 的污染土壤進(jìn)行修復(fù)試驗(yàn), 試驗(yàn)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(fù),土壤鉻(VI)含量由 43.3 mg/kg 減少到 3.0 mg/kg,9 d 時(shí)減少為 0.2 mg/kg,最大去除率達(dá) 99.5。試驗(yàn)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(yàn)一經(jīng)過 3

14、 d 的修復(fù),土壤中鉻(VI)的去除率達(dá) 90 以上,培養(yǎng) 9 d 時(shí),土壤中鉻(VI)基本被完全還原,去除率可達(dá) 99.6。試驗(yàn)二,土壤鉻(VI)的去除率一直保持穩(wěn)定增長趨勢(shì),培養(yǎng) 27 d 時(shí),去除達(dá)到 92。兩組試驗(yàn)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(jìn)土壤鉻(VI)還原轉(zhuǎn)化衰減。4 結(jié)論通過對(duì)兩組室內(nèi)土壤鉻(VI)污染修復(fù)試驗(yàn)研究結(jié)果的分析,得到如下結(jié)論。通過對(duì)試驗(yàn)土壤不加優(yōu)化修復(fù)菌液和營養(yǎng)物質(zhì)的條件下,鉻(VI)含量隨時(shí)間變化的觀測(cè),證明了在自然條件下土壤鉻(VI)具有較強(qiáng)的自然還原轉(zhuǎn)化衰減作用,且土壤有機(jī)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(jī)質(zhì)含量方法,促進(jìn)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(cè)鉻(VI)含量隨時(shí)間變化的試驗(yàn)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(shì)抗鉻土著硫酸鹽還原菌群具有較強(qiáng)的土壤鉻(VI)污染修復(fù)能力。室內(nèi)修復(fù)試驗(yàn)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(cè)鉻(VI)含量隨時(shí)間變化的試驗(yàn)結(jié)果表明,在富營養(yǎng)土壤條件下,修復(fù)菌液對(duì)土壤鉻(VI)污染修復(fù)效果良好,土壤鉻(VI)的去除率達(dá) 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(jìn)土壤鉻(VI)的還原轉(zhuǎn)化衰減作用。兩組室內(nèi)修復(fù)試驗(yàn)研究結(jié)果表明微生物修復(fù)土壤鉻（VI）污染在技術(shù)上是可行的。建議進(jìn)一步開展土壤鉻污染微生物原位修復(fù)技術(shù)的研究工作,包括工程菌培養(yǎng)、營養(yǎng)物、處理設(shè)備和其他電子受體等。參考文獻(xiàn):1 陳紹銘,鄭福壽.水生微生學(xué)實(shí)驗(yàn)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(duì)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(xué),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