鉻污染土壤的微生物修復(fù)技術(shù)研究進展

楊靖

(天津市環(huán)境保護科學(xué)研究院天津300191)

隨著社會經(jīng)濟和工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，我國甚至全球許多國家面臨嚴重的鉻污染威脅。土壤鉻污染已成為人們普遍關(guān)注的環(huán)境污染問題之一。鉻污染對植物、動物和人體具有都很大的生態(tài)風(fēng)險和健康風(fēng)險，其具有潛在性、隱蔽性和長期性的特點，一旦水體、土壤等被污染，即使投入再大也難以恢復(fù)。

因此，土壤鉻污染的研究及微生物修復(fù)成為當(dāng)前國內(nèi)外研究的難點和熱點。微生物修復(fù)是在優(yōu)化的操作條件下，通過生物還原反應(yīng)，利用土壤中的土著微生物或向污染環(huán)境補充經(jīng)過馴化的高效微生物，將六價鉻還原為三價鉻，達到修復(fù)鉻的目的。本文對土壤鉻污染的概況來源危害及其微生物修復(fù)以及研究方向展望等方面的研究進展進行了綜述為以后的研究工作提供參考。

1 治理鉻污染的化學(xué)、物理方法及原理

國內(nèi)外對鉻污染的化學(xué)、物理治理方法進行了大量的研究。鉻渣的解毒法主要有酸性還原法、堿性還原法、碳還原法、燒結(jié)礦法、干式還原法、濕式還原法和固定／穩(wěn)定化法等，都是將Cr（*）轉(zhuǎn)化為無毒態(tài)Cr（ó）。迄今其治理方法有20多種，其中有的解毒不徹底，有的基建投資過高、費用過大，有些則依賴其他行業(yè)，并有二次污染，都未能得到普遍的推廣應(yīng)用。

鉻主要對環(huán)境中的水和土壤造成危害。傳統(tǒng)的含鉻廢水治理工藝主要有兩種：一是改變鉻在水中的存在形態(tài)，使溶解性的金屬轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗芙饣螂y溶解的金屬化合物，從廢水中除去，如化學(xué)法、電化學(xué)還原法、鐵屑法、電解法等；二是不改變鉻的存在形態(tài)，將鉻從廢水中清除，如離子交換法，活性炭吸附法等。這些方法在不同程度上存在投資大、運行費用高、局限性強、工藝復(fù)雜、治理后的水難以達標等缺點，且易產(chǎn)生大量污泥。而對被鉻污染的土壤，其治理途徑主要有兩種：一是改變鉻在土壤中的存在形態(tài)，將6價鉻還原為3價鉻，降低其在環(huán)境中的遷移能力和生物可利用性；二是將鉻從被污染土壤中清除。其治理方法有：（1）化學(xué)固定化／穩(wěn)定化方法，需將土壤挖掘出來，成本較高，處理效果也有待提高；（2）化學(xué)清洗法，需加水和清洗劑，但后續(xù)廢水處理困難，對土壤有選擇性。由于土壤性質(zhì)變化很大，研究結(jié)果離實際應(yīng)用還有一定距離，因此，該領(lǐng)域的研究還處于經(jīng)驗摸索階段。

2 微生物治理

2.1 方法

近年來出現(xiàn)的鉻污染生物治理法是通過微生物的新陳代謝、生長繁殖將有害物質(zhì)變成無害物，甚至有用物質(zhì)的一種生化方法，即微生物能將可溶的有毒的Cr（VI）轉(zhuǎn)化為低毒或無毒的Cr（III）。如Kats－ifas，E.A.等分離篩選出一種曲霉菌Aspergillus carbonarius，可用固體發(fā)酵法來還原鉻硝的皮革廢料，其中97%的皮革廢料能被液化，并能從累積的液體中得到制革所需要的硫酸鉻溶液和富含蛋白質(zhì)的液體，而這種蛋白質(zhì)液體可作肥料、動物飼料添加劑或應(yīng)用于其他的工業(yè)中。微生物法因其投資小、運行費用低、無二次污染等優(yōu)點，逐步成為對含鉻廢水廢渣均適用的價廉、方便而又徹底的治理方法，使得越來越多的研究人員將注意力從傳統(tǒng)的化學(xué)、物理方法轉(zhuǎn)向微生物法。

2.2 對含鉻廢水的治理

純種微生物處理含鉻廢水是依據(jù)獲得的高效功能菌對鉻的靜電吸附作用、酶的催化轉(zhuǎn)化作用、絡(luò)合作用、絮凝作用和沉淀作用，使鉻被沉積，經(jīng)固液分離，使廢水被凈化。2001年申如香等人用分離篩選出的功能菌處理冷軋含鉻廢水，當(dāng)鉻濃度為150 mg／L、菌廢比1B1時，處理36 h后鉻的去除率達99.9%，符合廢水排放標準。2003年尹華等人通過菌種培養(yǎng)、分離與篩選，獲得一株對鉻具有很強還原與吸附性能的擲抱酵母（Sporobolomycetaceaesp），該菌株適宜的吸附pH值是6-9，將1 g培養(yǎng)了60 h的菌體放在20mL、pH為7、濃度為15mg／L的鉻液中，吸附8 h后，對鉻的去除率最高可達到100%，且鉻在細胞質(zhì)內(nèi)主要以低毒性的3價鉻存在。

2.3 對鉻污染土壤的治理

對于被鉻污染的土壤也提倡采用生物修復(fù)法（Bioremediation），即應(yīng)用植物和微生物來治理鉻污染，現(xiàn)主要集中于微生物方面，就是利用原土壤中的土著微生物或向污染環(huán)境補充經(jīng)過馴化的高效微生物，在優(yōu)化的操作條件下通過生物還原反應(yīng)，將6價鉻還原為3價鉻，從而修復(fù)被污染土壤。相比于化學(xué)還原和化學(xué)清洗法，生物修復(fù)的優(yōu)勢在于不會破壞植物生長所需的土壤環(huán)境，不會產(chǎn)生二次污染，可原地處理，操作簡單。

由于鉻對土壤微生物群活性的影響是長期性的，Desjardin V。等就法國Rhone－A1pes地區(qū)污染土壤中微生物活性對鉻化學(xué)狀態(tài)的影響進行了研究。該地區(qū)土壤中鉻的含量為4700mg／kg，其中大約40%以可溶性6價鉻鹽的形式存在。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)土壤在30e時，有葡萄糖且富含營養(yǎng)水溶液，經(jīng)過培養(yǎng)后，當(dāng)?shù)氐奈⑸锬苡行У貙⑼寥乐械?價鉻轉(zhuǎn)變?yōu)椴灰走w移的3價鉻。將可以降低6價鉻的鏈霉菌thermocarboxydus菌株從被污染的土壤中隔離出來進行研究，發(fā)現(xiàn)該菌株可以將6價鉻固定。

4Cr污染土壤微生物修復(fù)的發(fā)展趨勢和展望采用物理化學(xué)技術(shù)修復(fù)Cr污染土壤，不僅費用昂貴，難以大規(guī)模用于污染土壤的改良，而且常常導(dǎo)致土壤結(jié)構(gòu)破壞、土壤生物活性下降和土壤肥力退化等問題。微生物修復(fù)技術(shù)作為一門新興的、高效的生物修復(fù)技術(shù)已被科學(xué)界認可和選用，其在污染土壤修復(fù)中將扮演越來越重要的角色。

盡管微生物法治理Cr（VI）土壤污染已經(jīng)取得了一定的成果，但仍有許多不足之處需克服。首先要徹底摸清受污染土壤的類型和污染程度，才能采取有針對性的微生物修復(fù)措施。其次，要深入進行Cr（VI）生物修復(fù)機理的相關(guān)研究，對菌體還原 Cr（VI）的動力學(xué)特性進行分析、模擬，并借助分子生物技術(shù)和基因工程技術(shù)，找出Cr（VI）還原菌菌體中的有效基因，構(gòu)建基因工程菌。在獲得對Cr（VI）還原能力較強的微生物后，如何利用此微生物進行菌劑的生產(chǎn)和應(yīng)用也需要深入的研究，如如何克服還原微生物和土著微生物的競爭，如何利用還原微生物進行相關(guān)反應(yīng)器的開發(fā)，尤其是連續(xù)操作的反應(yīng)器的開發(fā)等。

此外，在生物修復(fù)過程中，還需要加強污染物的生態(tài)化學(xué)過程的量化數(shù)學(xué)模型、生態(tài)風(fēng)險及安全評價的研究，建立相關(guān)的監(jiān)測與評價指標體系，這對于指導(dǎo)不同地區(qū)的微生物修復(fù)實踐以及對于微生物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展與完善都具有重要的意義。所有版權(quán)有版權(quán)所有

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