1、鉻污染土壤生物修復技術研究進展姓名：王佩 學號：2009361 專業：環境科學摘要介紹了鉻污染土壤生物修復技術的最新研究進展，特別指出的是生物修復技術無二次污染，是一種支持可持續性發展的環境修復技術，并以其高效、經濟、 清潔、美觀等優勢解決了環境中的持久性污染物問題，占領了世界重金屬污染土壤的修復市場。關鍵詞：鉻 土壤污染 生物修復 重金屬1.引言隨著社會生產力的發展，人類活動對生存環境的沖擊越來越嚴重。鉻及其化合物是冶金、金屬加工電鍍、制革、油漆、顏料等行業常用的基本原料等行業的生產過程中產生大量含鉻廢氣、廢水和廢渣，導致嚴重的環境污染問題1。在自然狀態下，土壤的重金屬污染是不能被降解和消除

2、的，而只能通過不同的形態轉化，降低其毒性。對于鉻污染土壤，鉻的存在形態有三價鉻和六價鉻，三價鉻在土壤 中常以難溶氫氧化物的形式存在，溶液中的三價鉻濃度很小，活動性差，一般危害較輕；六價鉻溶解度大，活性較強，是一種強氧化劑，具有強致癌變、致畸變、致突變作用，對動植物和微生物的毒性比三價鉻大得多，根據鉻在環境中的存在形態，將土壤中溶解度大的六價鉻通過物理、化學、生物過程轉化為難以溶解的三價鉻，降低其在環境中的遷移能力和生物可利用性，使土壤中鉻的活性及毒性降低，達到污染土壤清潔與修復的目的2。 2.生物修復技術 生物修復(Bioremediation)，也稱生物恢復或生物治理，是另一種重要

3、的環境修復技術。近幾年來，生物修復在相關專業刊物上的出現頻率越來越高，在環境污染治理領域已經成為了流行名詞。生物修復是利用生物對環境污染物的吸收、代謝、降解等功能，在環境中對污染物質的降解起到催化的作用，即加速去除環境污染物的過程。一般是針對自然環境的污染而言，如常見的地下水污染生物修復、土壤污染生物修復等。生物修復既可以是一個受控的過程也可以是一個自發的過程。去除或清除環境中的污染物質，有多種方法，如物理的方法、化學的方法和生物的方法。從一些主要的方法比較可知，生物方法是最好的，是最根本的和可以循環使用、永久受益的方法。比較而言，生物修復技術有許多方面的優點，污染物被完全從環境中去除；對周圍

4、環境影響較小；修復技術資金需要量小；不產生二次污染；原位修復可使污染物在原地被清除，操作簡便。生物修復技術雖然發展過程不是很長，但是形成了很多種各具特色的技術，這些技術可以分為兩類，即原位生物修復(bioremediation)和異位生物修復(bioremediation)。原位生物修復是將污染物質在其所在位置進行處理，無需將被污染的介質進行轉移，如地下水和土壤等。這樣就使得處理工程簡化了很多，費用也相應降低。異位生物修復是要將被污染物污染的介質進行轉運，如將污染土壤挖出，然后對其進行處理，處理完畢后又將回填到原處。這種方法增加了對被污染介質的采掘與運送工程和費用。比較原位和異位生物修復的兩種

5、方法，又可以發現原位生物修復的修復過程較難控制，因為被污染的介質在原位上，很難輔以人工措施。而異位生物修復由于將被污染介質掘取出來，所以修復過程是可以進行控制的治理效率更高。原位生物修復對鉻污染的治理與修復主要還是依靠原有被污染環境，應用植物和微生物來治理鉻污染。現在鉻污染的治理主要集中于微生物方面，即利用原土壤中的土著微生物或向污染環境補充經過馴化的高效微生物，在優化的操作條件下，通過生物還原反應，將六價鉻還原為三價鉻，從而修復被污染土壤。鉻污染的生物修復目前的研究還僅限于把水溶液中的六價鉻還原為三價鉻。對于植物修復，目前還沒有找到可大量攝取鉻的超累積植物，對鉻在植物體內遷移機制還需要大量的

6、理論支持。目前從活性污泥、污泥消化池以及土壤中都分離出了對六價鉻有耐受性質和還原能力的細菌。從已有的關于生物修復的研究報道可以推斷，應用生物修復技術治理鉻污染土壤是一條值得研究的方法。相比于化學還原和化學清洗生物修復的優勢在于不破壞植物生長所需的土壤環境，不會產生二次污染，可原地處理，操作簡單。菌種的選育、生物還原作用的機理、過程的模擬和優化等是提高鉻污染十壤生物修復效果的關鍵因素，需要系統地加以研究3。3.鉻污染土壤生物修復最新技術3.1微生物修復技術3.1.1常文越、陳曉東等4通過鉻()污染土壤中篩選出的土著微生物對六價鉻污染土壤的還原實驗結果，對還原前后土壤中有效鉻的含量進行了分析，并對

7、還原后土壤進行了不同條件下的暴露，檢測了土樣中六價鉻浸出毒性，結果表明，經過土著微生物還原后的土壤中，水溶性態鉻與可交換態鉻都得到了顯著的降低，而且土壤浸出液中的六價鉻也在不斷地降低，說明微生物對六價鉻的還原不僅能顯著降低其毒性，而且還原產物還具有一定的穩定性。3.1.2龔漢雨 程國軍5從湖北省大冶市某礦區土壤中分離到 1 株可以在含 7 mmol L 鉻（Cr6+） Cr 的培養基上正常生長的菌株命名為 MD08 對該菌株進行了形態學觀察和生理生化鑒定以及 16S rDNA 序列分析。結果表明MD08為革蘭氏陽性細菌橢圓形中央有1個大的芽孢利用葡萄糖產氣產酸，甲基紅試驗顯示為陰性通過對該菌株

8、的 16S rDNA 進行測序和同源性比較，發現它與芽孢桿菌的同源性達到 99 該菌株被鑒定為巨大芽孢桿菌 MD08，對多種重金屬普遍具有較高的抗性 可以用于重金屬污染的微生物修復和研究微生物與重金屬的相互作用。3.1.3傅珊，張海江6通過現場采集土樣及室內培養測定，對鉻礦渣堆放區污染土壤的微生物分布進行了分析。結果表明，微生物的數量分布隨污染程度的降低而上升，距離中心污染區越遠，微生物 CFU的數量就越多；地下樣品的CFU數量明顯低于表土CFU數量，顯示鉻污染向地下遷移的趨勢。從污染土壤中分離到的抗鉻微生物，主要為細菌和霉菌。細菌多為革蘭氏陽性菌，且以芽孢菌為主。其中有4株細菌抗總鉻能力可達

9、1 000 mg·g-1,并顯示出一定的降鉻趨勢，在 100 mg·L-1實驗條件下，采用二苯碳酰二肼顯色法檢測結果顯示，試驗組低于無菌空白對照 50以上。3.1.4劉文靜 ,趙東風7以從鉻礦渣堆放區土壤分離到的土著微生物為試驗菌群,采用二苯碳酰二肼顯色法,檢測 Cr()濃度變化,篩選出 4株對Cr()的清除率大于 50%的土著菌株,并設定為聯合修復的微生物元素,與玉米幼苗作組合,對 Cr進行微生物-植物聯合清除試驗。結果表明,在 Cr濃度為 100mg·L 的條件下,具有明顯的降低培養液中 Cr()濃度的效果,實驗條件下的清除率可達 70%;在Cr濃度為 100

10、mg·L 的條件下,土著微生物的存在,還可以明顯提高玉米種子萌發率,提高幅度高出對照 10%以上。3.1.5姜華，魏曉晴等8采用微生物學法，通過生物耐受性誘導馴化，從污水處理廠活性污泥中分離到了能抗重金屬鎘、鉻、砷、汞和鉛的4株霉菌，鑒定為變幻青霉、桔黑青霉 、和鏈格孢霉六價鉻離子對菌株的MIC值分別為0.3 g/L、0.3 g/L、0.4 g/L、0.2g/L.由此證明淡紫擬青霉對鉻有較強的耐性。3.2植物修復技術3.2.1朱丹婷,李銘紅9探討互花米草群落對重金屬元素的循環和富集特征。利用樣方法采集溫州典型灘涂濕地的土壤和互花米草樣品,結合互花米草生物量,研究 Pb、Cr、Cu、Z

11、n在土壤庫-互花米草植物體系的循環、富集和轉運規律。互花米草群落地上部分、根系和總生物量均隨季節呈單峰型。從春季到冬季,植物體內 Pb、Cr含量呈上升趨勢,Zn、Cu含量呈先上升后下降趨勢。4種金屬元素在互花米草中的循環特征為,吸收系數: ZnCuPbCr;利用系數:CrCuPbZn;循環系數: ZnPbCuCr。互花米草不同部位對 4種重金屬的富集系數大小均為根系>莖葉,轉運系數為Pb(0.778) Cu(0.665)Cr(0.600)Zn(0.370)。從而得出互生花可看作是鉻的超富集植物。3.2.2張學洪, 羅亞平10對桂北某電鍍廠排污口下游河道中的淤泥和附近不同植物的重金屬含量進

12、行了調查分析:距排污口一定距離的淤泥受到不同程度的污染, 污染程度隨距離增加而減少; 測定了 8種植物中重金屬的富集量, 發現蒲公英 (Taraxacum)、雙穗雀稗 (Paspalum distichum ) 對 4種金屬 (Cu,Ni, Zn, Cr) 有較強的富集能力. 其中雙穗雀稗被認為是一種新發現的鉻超富集植物, 其葉中Cr含量高達2 97717 mg/kg, 平均為 171 819 mg/kg, 葉中鉻 /根莖中鉻含量平均達 7185.3.2.3盧立晃 ,余建明等 11為選擇超積累重金屬和對氣候具有耐性的植物 ,以達到利用植物修復重金屬污染土壤的目的。采用田間種植 ,比較了超積累重

13、金屬植物大葉紅莧菜（298）與野莧菜、向日葵、玉米等 4種植物修復鉻污染。根莖葉經曬干灼燒 ,回收鉻處理,而實現無二次污染修復土壤。研究結果表明:這些植物的根莖葉對皮革工業鉻污染具有較強的吸收和積累能力 ,野莧菜的地上部生物量分別是向日葵的 115倍、玉米的 112倍、大葉紅莧菜 (298)的 1105倍。對于地下部生物量而言 ,4種植物的高低順序依次為野莧菜 >大葉紅莧菜 (298) >玉米 >向日葵。4種植物的根莖葉對鉻累積量的高低順序依次為野莧菜 >大葉紅莧菜 (298) >向日葵 >玉米。野莧菜能吸收富集鉻重金屬并且具有耐鉻重金屬的特性 ,基于其具有

14、生物量較大、生長速度快、耐高溫、耐干旱的特點,作為重金屬污染的修復植物具有較好的應用前景。3.2.4張學洪,羅亞平12通過對廣西某電鍍廠附近的植物和土壤的野外調查，發現了濕生鉻超積累植物 李氏禾(Leersia hexandra Swartz) 。結果表明，多年生禾本科李氏禾對鉻具有明顯的超積累特性 ,葉片內平均鉻含量達178619mg/kg,變化范圍為 108412297717mg/kg;葉片內鉻含量與根部土壤中鉻含量之比最高達56183 ,葉片內鉻含量與根莖中鉻含量之比最高達11159 ,葉片內鉻含量與水中鉻含量之比最高達517186。李氏禾不僅對鉻有很強的富集能力，而且具有生長快、地理分

15、布廣、適應性強的特點，因此李氏禾的發現將為植物的鉻超積累機理與鉻污染環境的植物修復研究提供新的重要物種。3.2.5田雨婷，呂金印等 13采用含不同濃度 K2 CrO4 (對照) ,0.4，0.8 和1.2 mmol/L)的 Hoagland營養液處理黑麥幼苗，測定Cr在黑麥體內的亞細胞分布、Cr的化學形態及其不同部位的積累。黑麥幼苗地上部和根部Cr含量隨Cr處理濃度的增加而顯著增大 ,并且根部的 Cr 含量均明顯大于地上部。0.4，0.8 和1.2 mmol/L Cr 處理黑麥幼苗地上部Cr 含量分別是對照的3.3，27.8 和29.5 倍，其根部Cr 含量分別是對照的 8.8，18.7 和

16、19.6倍。Cr 在亞細胞中的分布表現為 F1(細胞壁及殘渣) > F3(可溶性部分) > F2(細胞器及膜部分) 。不同處理黑麥地上部和根部F1(細胞壁及殘渣)中的Cr含量所占比率均在50 %以上。1 mol/LNaCl、體積分數2 %醋酸和0.6 mol/L 鹽酸3種提取態 Cr 的比例較高。黑麥對Cr 的吸收主要積累在根部和細胞壁中,Cr 在黑麥體內以多種形態存在，其中在鹽酸提取態的草酸鹽類 Cr 含量相對較高。結語研究鉻污染土壤的治理有重要的意義，已引起各國學術界 的關注。但鉻在土壤中以三價和六價兩種化學形態存在，存在著兩種形態的相互轉化，六價鉻還以陰離子的形式存在，這增加

17、了鉻污染土壤修復研究的復雜性。鉻的土壤化學雖然開展了一些研究工作14,15，但由于土壤性質變化很大，研究結果離實際應用還有一定距離，該領域的研究還處于經驗摸索階段生物修復技術作為一種綠色修復技術正顯示出巨大的應用前景，電修復技術能強化土壤中的傳質過程。若能將兩者結合起來，則有可能在鉻污染土壤修復領域取得突破。參考文獻1周加詳,劉錚.鉻污染土壤修復技術研究進展J.環境污染治理技術與設備, 2000,8(4):52-56.2 韓懷芬,蒲鳳蓮,裘娟萍.生物法修復鉻污染土壤J.能源環境保護,2008,2(2):7-9.3 紀柱.鉻污染土壤的修復J.無機鹽工業,2008,2(2):47-50.4 常文越

18、、陳曉東等土著微生物修復Cr()污染土壤還原后有效鉻分析及其穩定性的初步實驗研究J.環境保護科學.2008,34(2)78-80.5 龔漢雨，程國軍.一株抗鉻芽孢桿菌的分離鑒定及16SrDNA序列分析J，湖北農業科學.2009,6.48(6) 1293-1295.6 傅珊，張海江.微生物在鉻污染土壤中的分布及鉻累積菌株的初步篩選農業J環境科學學報 2007，26(2)：472-475.7 劉文靜 ,趙東風等土著微生物-玉米對 Cr污染的聯合修復初步研究J. ,農業環境科學學報 2007,26(5):1870-1873.8 姜華，魏曉晴，胡曉靜.抗重金屬霉菌的篩選鑒定及其特性研究J.遼寧師范大學學報.2007,330(1):100-103.9 （朱丹婷,李銘紅.互花米草群落對重金屬元素的循環和富集特征J.安徽農業科學. 2010,38(3):1203-1206.10 （張學洪, 羅亞平某電鍍廠土壤重金屬污