土著微生物柱浸修复铬渣堆场土壤污染

第31卷第3期吉首大学学报(自然科学版)

Vol.31No .3

2010年5月Journ al of Ji shou Universit y (Nat ural Science Edit ion)

May 2010

文章编号:10072985(2010)03009005

土著微生物柱浸修复铬渣堆场土壤污染

*

许友泽1,2,向仁军1,柴立元2,杨志辉2

(1.水污染控制湖南省重点实验室,湖南长沙

410004;2.中南大学冶金科学与工程学院,湖南长沙

410083)

摘要:采用柱浸试验研究土著微生物对铬渣堆场污染土壤中Cr()的修复.通过单因素实验测定土壤初始Cr()浓

度、浸出液pH 值及循环淋溶时间对修复效果的影响,结果表明:加入培养基能完全修复铬渣堆场污染土壤中水溶性Cr

(

),柱浸实验结束后,浸出液中Cr(

)浓度由初始的700.3mg/kg 降低至检出限以下;土壤中初始Cr(

)浓度越低修复

效果越好;培养基最佳pH 值范围为7.5~8.5;循环淋溶修复效果好于非循环柱浸修复,循环时间越长,修复效果越好,最佳循环时间为全天循环.

关键词:土著微生物;柱浸;铬渣堆场污染土壤;修复;六价铬中图分类号:X53

文献标识码:B

铬是自然界中普遍存在的重金属元素,被广泛应用于钢铁、冶炼、电镀、制革、印染、造纸、纺织、制药等行业中.如果食用含铬过高的植物和粮食,人类和家畜的健康将受到不同程度的危害,甚至会导致癌症[12].Cr(

)是地下水、土壤和底泥中第二大危害重金属[3].铬及其化工生产过程中产生的废水、废渣都能释放出Cr(

),从而严重污染土壤和地下水[4].铬在自然界中主要以Cr(

)和Cr(

)2种形态存在,Cr ())不容易迁移且毒性很低,Cr()在环境中易溶于水、迁移能力强且毒性在Cr ())的100倍以上[5]

.

因此,将土壤中Cr()转化为Cr()是一种有效的解毒方法.将Cr()转化为Cr(

)的方法主要有物理

法、化学法和生物法[6],但物理法和化学法存在成本高、工艺复杂等缺点,因此需研究先进的铬污染土壤修

复技术.

近年来,利用微生物去除土壤中Cr(

)危害的研究越来越多,微生物去除土壤中Cr (

)有吸附和还

原2种方法.微生物吸附法去除土壤中Cr(VI)的研究较少.Sr ivastava 等研究表明[7],土壤中Cr()含量为250mg/kg,黑曲霉作为吸附剂时,15d 内Cr()的去除率为75%.微生物还原修复土壤中Cr(

)研究

较多;Pseudomonas [89]

,Bacillus

[10]

,Escherichia coli [11]

,Shewanella putr efaciens

[12]

,Pseudomonas puti

da

[13]

,Brucella

[14]

等都能直接将Cr()还原为Cr(

));瞿建国等[15]

研究表明硫酸盐还原菌能间接还原

土壤中Cr ().Wielinga 等[16]

发现Shewanella alga Bry 能通过酶的作用直接还原Cr(

);笔者采用培养基柱浸土壤中Cr(

),具有Cr(

)强还原能力的土著微生物得到激活,使土壤中Cr(

)得到修复,克服

了铬污染土壤一般修复技术操作复杂、成本高和产生二次污染的缺点.

1材料与方法

1.1供试土壤

供试土样采自于湖南省铁合金厂内铬渣堆下的表层土壤(0~20cm),土壤为第四纪红土母质发育的

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收稿日期:20100120

基金项目国家高科技术研究发展计划(63)项目(66Z3)

作者简介许友泽(5),男,安徽六安人,湖南省环境保护科学研究院助理研究员,硕士,主要从事重金属污染防治研究:8200AA074:198.

旱地土壤,样品经风干、去除土壤侵入物后,进行简单破碎备用.土样的pH 值为10.60,含机质8.1g/kg,阳离子交换量为13.2cmol/kg,总Cr(

)462mg/kg,水溶性Cr(

)381mg/kg.

1.2Cr()的柱浸修复实验

实验采用PV C 材料制成的浸出柱,在土柱底部装有一个多孔塑料板,防止柱内样品流出漏出.土柱底端安装有阀门并连接有淋溶液收集器,用于收集浸出液和控制流量.

在土柱内装入2cm 左右厚度的石子,避免加入溶液之后土样堵塞.然后按照实地土壤容重填充1kg 土壤,土壤上面再覆盖2cm 左右厚度的卵石.调节培养基的pH 值为9.5,按照土液比2!1加入培养基进行浸出,每天定时收集浸出液,测定浸出液中Cr()、pH 值.待修复实验之后测定土样中Cr()并对其形

态和含量进行分析.通过单因素实验研究Cr ()初始浓度、培养基pH 值、循环方式对铬污染土壤修复效

果的影响,从而确定最佳工艺参数.图1柱浸循环淋溶修复示意图

Fig.1

The Schematic Dia gram of Column Cir culation Leaching

1.3分析方法1.3.1溶液中Cr (

)测定方法

溶液中Cr(

)采

用二苯碳酰二肼分光光度法进行分析,所用波长为540nm.取适量无色透明试样置于50mL 比色管中,用水稀释至标线,加入0.5mL 硫酸溶液(1!1)和0.5mL 磷酸溶液(1!1)摇匀,加入2mL 显色剂,摇匀5~10min 后在540nm 波长处用10或30mm 的比色皿以水做参比,测定吸光度.1.3.2土壤中水溶性Cr(

)的测定

土样按土液比

1!5的比例加入超纯水,在室温下振荡2h,然后于10000r/min 的转速下离心8min,取上清液测定Cr ()的含量.1.3.3土壤中总Cr(

)的测定

称取2.5g 土样于250mL 三角瓶中,加入50mL 0.28mmol/L Na 2CO 3

+0.5mmol/L NaOH (消解液),加0.4g MgCl 2,然后加入0.5mL 的0.5mmol/L 的磷酸盐缓冲液

(K 2H PO 4/KH 2PO 4),搅拌5min.加热样品至90~95.在此温度下持续加热60min,并不断搅拌,慢慢冷却至室温.样品全部转移至过滤装置通过0.45m 的微膜过滤.用去离子水洗涤三角瓶,滤液及冲洗液于250mL 三角瓶中,滤纸于4

下保存.

向滤液中慢慢地逐滴加5.0mmol/L 的H N O 3(不断搅拌),调pH 值至9.0#0.5.转移样品溶液至100mL 容量瓶中,定容测定,同时做空白及控制实验.1.3.4土壤中Cr(

)的形态分析

本研究采用连续顺序提取法[17]来测定土壤中各形态铬含量.具体操作

步骤如下:

水溶态铬:取1.0000g 土样于50mL 塑料离心管中,加8mL 去离子水,振荡30min.离心,过滤.上清液用分光光度法测定Cr(

)浓度;残渣用于交换态铬的提取.

交换态铬:残渣加8mL 的1mol/L 的MgCl 2(pH 值7.0)溶液,25

下不断搅拌1h.离心,过滤.上

清液用分光光度法测定Cr()浓度;残渣用于碳酸盐结合态铬的提取.

碳酸盐结合态:残渣加8mL NaAc(1mmol/L),用H Ac 调pH 值5.0,25下不断搅拌6h.离心,过

滤.上清液用分光光度法测定Cr(

)浓度;残渣用于铁锰结合态铬的提取.

铁锰结合态:残渣加8mL 溶于体积分数为25%的H Ac 的0.04mmol/L 的盐酸羟氨(用H Ac 调pH 值2.0),在96下浸提6h(间歇搅拌),其他操作同上.

有机结合态:残渣加3mL 0.02mmol/L 的H NO 3和5mL 30%H 2O 2(用H NO 3调pH 值2.0),在85

浸提(间歇搅拌)2h 后,加30%H 2O 2(用H NO 3调pH 值2.0),样品加热至85

#2

(间歇搅拌)

3h,冷却,用溶于体积分数为20%的H NO 3的3.2mmol/L 5mL NH 4Ac 在25

连续搅拌30min.

以上铬形态提取过程中以未加土壤作为空白残渣态总铬与水溶性铬、交换态铬、碳酸结合态铬、铁锰结合态铬和有机态铬的差值即为残渣态铬91

第3期许友泽,等:土著微生物柱浸修复铬渣堆场土壤污染

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