试论土壤铬(VI)污染硫酸盐还原菌修复试验

1、试论土壤铬(VI)污染硫酸盐还原菌修复试验摘要：利用培养优化土著硫酸盐还原菌液对人为添加重金属铬（VI）污染的土壤进行修复试验研究,观测对比了添加优势菌液和不加菌液、富营养和寡营养不同条件下土壤铬（VI）含量随时间的变化,结果表明,自然土壤（不加菌液）条件下,土壤铬(VI)污染具有自然还原转化衰减作用。土壤中添加优势修复菌液,可增加铬(VI)还原能力。只添加菌液的寡营养土壤铬 (VI)污染去除率为 99.5。添加营养菌液的富营养土壤铬(VI)去除率为 99.6。因此,采取添加优化微生物、调控添加营养物质等方法可以促进土壤铬的 还原转化衰减。关键词：铬污染；硫酸盐还原菌；修复；试验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 含铬矿石加工、皮革鞣制、油漆、涂料、颜料、印染等行业的垃圾堆放,以及利用其排放的污水灌溉农田,导致我国一些农田土壤受到重金属铬的污染。将六价铬还6 / 6原为三价铬,降低其在环境中的迁

6、移性和毒性,是治理和修复土壤六价铬污染的主要途径之一。基于硫酸盐还原菌的代谢产物 H.2S 具有促进六价铬还原转化的作用,开展了土壤铬(VI)污染硫酸盐还原菌修复试验研究工作,为土壤六价铬污染治理修复技术提供科学依据。1 试验材料化学试剂：KH.2PO.4、NH.4Cl、Na.2SO.4、CaCl.2·2H.2O、70乳酸钠、FeSO.4(NH.4)2SO.4·6H.2O、KCl、二苯碳酰二肼、丙酮、浓硫酸、铬（VI）标准溶液等均为分析纯。试验用玻璃器皿：15 mL 螺口小试管,100 mL 小烧杯,50 mL 比色管,2 000 mL 量筒,磨口细口白色和棕色试剂瓶,各种

7、不同类型的细菌培养试管、培养皿、磨口三角瓶等。主要仪器：生物恒温培养箱、离心机、电磁搅拌器、高压蒸汽灭菌器、无菌实验室、厌氧手套箱、生物显微镜、752N 紫外可见光光栅分光光度计、电热干燥箱等。试验用菌液：从某皮革加工厂垃圾堆放场、污灌渠底泥和污灌农田分别采集了富含重金属铬污染土壤样品,用斯塔基氏（Starkey）培养基1培养富集样品中硫酸盐还原菌,经平板划线分离、扩大培养、抗铬性能驯化培养,最终得到抗铬硫酸盐还原菌液。试验用土壤： 试验一用土壤,将采自污灌农田的土样风干、研磨、过 2 mm 筛孔,准确称取 100 g 置于小烧杯中,加入 5 mg/mL 的铬（VI）标准溶液 10 mL,搅拌

8、均匀,用牛皮纸封口,并在其上扎若干通风孔风干,再用研砵研磨,过 1 mm 筛混匀待用。 试验二用土壤,将采自水文地质环境地质研究所试验场土样风干、研磨、过 2 mm 筛孔,准确称取 15 kg 置于塑料桶中,加入 10 mg/mL 的铬（VI）标准溶液 150 mL,搅拌均匀,用牛皮纸封口,并在其上扎若干通风孔风干,再用研砵研磨过 2 mm 筛混匀待用。培养基：培养基采用斯塔基氏（Starkey）培养基。铬（VI）的测试方法：二苯碳酰二肼分光光度法(GB/T 15555.4-1995)。2 试验方法与结果2.1 试验一试验分为三组,A1 组为营养菌液组,测试在富营养的情况下菌群对土壤六价铬污染

9、的修复能力。B1 组为自来水菌液组,测试在寡营养条件下菌群对土壤六价铬污染的修复能力。C1 组为对照组,测试自然条件下,土壤六价铬污染的自然修复能力。具体方法如下。准确称取 5 kg 试验用土壤装入高约 25 cm,底面半径约 8 cm 的桶中,每组一桶。将菌液按 10的比例加入配制好的培养基中,摇匀,用量筒量取 2 000 mL 营养菌液加到 A2组的桶中。将菌液按 10的比例加入自来水中,摇匀,用量筒量取 2 000 mL 营养菌液加到B2 组的桶中。用量筒量取 2 000 mL 自来水加到 C2 组的桶中。接种后用塑料薄膜密封桶口,保持厌氧,室温培养（室内温度 16 18 ）,分别在培养

10、 0 d、1 d、3 d、6 d、9d、12 d、15 d、18 d、21 d、24 d、27 d 时,从每组样中各取样 10 g,土壤铬（VI）的浸提、测试方法同试验一。观测每组土壤样品中铬（VI）含量随时间的变化(图 2)。试验结果见表 2。Table 2 Results of Cr6+ contents and removal rate with time in the soils注：去除率计算以对照组（C2 组）培养 0 天时土壤铬的含量（92.4 mg/kg）为初始含量计算。图 2 土壤铬（VI）去除率随时间的变化(结果二)Fig.2 Results of Cr6+ removal

11、rate with time in the soils3 结果讨论由表 1 可见,在试验一中,自然土壤条件下,09 d 的时间,土壤铬（VI）含量由43.3 mg/kg 减少至 4.5 mg/kg,减少了 89.6。试验二结果（表 2）显示,经过 27 d 的时间,土壤铬（VI）含量由 92.4 mg/kg 减少至 54.5 mg/kg,减少了 41,两组试验结果均表明土壤铬 (VI)污染具有自然还原转化衰减作用。土壤铬（VI）的自然衰减作用主要有吸附、沉淀、微生物作用和根际作用。土壤有机质含量是影响铬在土壤中的存在形式及其迁移转化的重要影响因素2。杨斌（2006） 在铬(VI)污染土壤添加有

12、机物料,培养 15 d,完全还原了加入土壤的 20 mg/kg 铬(VI) 3。另有试验证明,土壤有机质为铬 (VI)还原为铬 ()提供了所需的电子,促进铬的还原作用,土壤中的有机质与铬(VI)的还原呈正相关关系4-5。该结论与本次土壤铬（VI）污染修复试验结果一致,本次试验一和试验二的供试土壤的有机质含量分别为 2.1和 1.4,土壤铬(VI)的最大去除率分别为 89.6和 41。土壤中丰富的微生物及其代谢产物通过沉淀、螯合等作用,能够改变铬离子在土壤中的存在形态。铁还原菌产生的代谢产物 Fe2+,硫酸盐还原盐的代谢产物 S2-均使迁移性大、毒性大的铬(VI)还原为毒性小的、迁移性小的铬()

13、。Desjardin6从铬（VI）污染土壤中分离筛选出链霉菌属的嗜热一氧化碳链霉菌（thermocarboxydus）,能将固体颗粒中铬(VI)还原为铬(),降低铬的活性和毒性。利用优化土著硫酸盐还原菌液对人为添加重金属铬(VI) 的污染土壤进行修复试验, 试验一结果显示,在寡营养（添加自来水菌液）条件下,经过 6 d 的修复,土壤铬(VI)含量由 43.3 mg/kg 减少到 3.0 mg/kg,9 d 时减少为 0.2 mg/kg,最大去除率达 99.5。试验二中寡营养条件下,经过 1027 d 的培养,土壤铬(VI)的去除率基本稳定在 60。在富营养（填加营养菌液）条件下,试验一经过 3

14、 d 的修复,土壤中铬(VI)的去除率达 90 以上,培养 9 d 时,土壤中铬(VI)基本被完全还原,去除率可达 99.6。试验二,土壤铬(VI)的去除率一直保持稳定增长趋势,培养 27 d 时,去除达到 92。两组试验结果均说明了微生物能够改变铬离子在土壤中的存在形态。采取添加优化微生物、调控添加营养物质等方法可以促进土壤铬(VI)还原转化衰减。4 结论通过对两组室内土壤铬(VI)污染修复试验研究结果的分析,得到如下结论。通过对试验土壤不加优化修复菌液和营养物质的条件下,铬(VI)含量随时间变化的观测,证明了在自然条件下土壤铬(VI)具有较强的自然还原转化衰减作用,且土壤有机质含量与铬(V

15、I)自然衰减程度成正比。因此,可以通过采取增加土体有机质含量方法,促进铬(VI)的还原转化作用,减少土体中铬的累积和毒性。在土壤中加入优化土著硫酸盐还原菌液,观测铬(VI)含量随时间变化的试验结果表明,土壤微生物及其代谢产物能够改变铬离子在土壤中的存在形态。从铬(VI)污染土壤中培养、分离的优势抗铬土著硫酸盐还原菌群具有较强的土壤铬(VI)污染修复能力。室内修复试验条件下,土壤铬(VI)的去除率为 99.5。在土壤中加入优化土著硫酸盐还原菌液及其所需的营养物质,观测铬(VI)含量随时间变化的试验结果表明,在富营养土壤条件下,修复菌液对土壤铬(VI)污染修复效果良好,土壤铬(VI)的去除率达 9

16、9.6。由此可见,采取添加优化微生物、调控添加营养物质等方法可以促进土壤铬(VI)的还原转化衰减作用。两组室内修复试验研究结果表明微生物修复土壤铬（VI）污染在技术上是可行的。建议进一步开展土壤铬污染微生物原位修复技术的研究工作,包括工程菌培养、营养物、处理设备和其他电子受体等。参考文献:1 陈绍铭,郑福寿.水生微生学实验法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 杨斌.土壤对铬吸附特性及影响外源铬吸附因素的研究D.贵阳：贵州大学,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