1、铬污染土壤生物修复技术研究进展姓名：王佩 学号：2009361 专业：环境科学摘要介绍了铬污染土壤生物修复技术的最新研究进展，特别指出的是生物修复技术无二次污染，是一种支持可持续性发展的环境修复技术，并以其高效、经济、 清洁、美观等优势解决了环境中的持久性污染物问题，占领了世界重金属污染土壤的修复市场。关键词：铬 土壤污染 生物修复 重金属1.引言随着社会生产力的发展，人类活动对生存环境的冲击越来越严重。铬及其化合物是冶金、金属加工电镀、制革、油漆、颜料等行业常用的基本原料等行业的生产过程中产生大量含铬废气、废水和废渣，导致严重的环境污染问题 1。在自然状态下，土壤的重金属污染是不能被降解和消
2、除的，而只能通过不同的形态转化，降低其毒性。对于铬污染土壤，铬的存在形态有三价铬和六价铬，三价铬在土壤 中常以难溶氢氧化物的形式存在，溶液中的三价铬浓度很小，活动性差，一般危害较轻；六价铬溶解度大，活性较强，是一种强氧化剂，具有强致癌变、致畸变、致突变作用，对动植物和微生物的毒性比三价铬大得多，根据铬在环境中的存在形态，将土壤中溶解度大的六价铬通过物理、化学、生物过程转化为难以溶解的三价铬，降低其在环境中的迁移能力和生物可利用性，使土壤中铬的活性及毒性降低，达到污染土壤清洁与修复的目的 2。2.生物修复技术生物修复(Bioremediation)，也称生物恢复或生物治理，是另一种重要的环境修复
3、技术。近几年来，生物修复在相关专业刊物上的出现频率越来越高，在环境污染治理领域已经成为了流行名词。生物修复是利用生物对环境污染物的吸收、代谢、降解等功能，在环境中对污染物质的降解起到催化的作用，即加速去除环境污染物的过程。一般是针对自然环境的污染而言，如常见的地下水污染生物修复、土壤污染生物修复等。生物修复既可以是一个受控的过程也可以是一个自发的过程。去除或清除环境中的污染物质，有多种方法，如物理的方法、化学的方法和生物的方法。从一些主要的方法比较可知，生物方法是最好的，是最根本的和可以循环使用、永久受益的方法。比较而言，生物修复技术有许多方面的优点，污染物被完全从环境中去除；对周围环境影响较
4、小；修复技术资金需要量小；不产生二次污染；原位修复可使污染物在原地被清除，操作简便。生物修复技术虽然发展过程不是很长，但是形成了很多种各具特色的技术，这些技术可以分为两类，即原位生物修复(bioremediation)和异位生物修复(bioremediation)。原位生物修复是将污染物质在其所在位置进行处理，无需将被污染的介质进行转移，如地下水和土壤等。这样就使得处理工程简化了很多，费用也相应降低。异位生物修复是要将被污染物污染的介质进行转运，如将污染土壤挖出，然后对其进行处理，处理完毕后又将回填到原处。这种方法增加了对被污染介质的采掘与运送工程和费用。比较原位和异位生物修复的两种方法，又可
5、以发现原位生物修复的修复过程较难控制，因为被污染的介质在原位上，很难辅以人工措施。而异位生物修复由于将被污染介质掘取出来，所以修复过程是可以进行控制的治理效率更高。原位生物修复对铬污染的治理与修复主要还是依靠原有被污染环境，应用植物和微生物来治理铬污染。现在铬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环境补充经过驯化的高效微生物，在优化的操作条件下，通过生物还原反应，将六价铬还原为三价铬，从而修复被污染土壤。铬污染的生物修复目前的研究还仅限于把水溶液中的六价铬还原为三价铬。对于植物修复，目前还没有找到可大量摄取铬的超累积植物，对铬在植物体内迁移机制还需要大量的理论支持。
6、目前从活性污泥、污泥消化池以及土壤中都分离出了对六价铬有耐受性质和还原能力的细菌。从已有的关于生物修复的研究报道可以推断，应用生物修复技术治理铬污染土壤是一条值得研究的方法。相比于化学还原和化学清洗生物修复的优势在于不破坏植物生长所需的土壤环境，不会产生二次污染，可原地处理，操作简单。菌种的选育、生物还原作用的机理、过程的模拟和优化等是提高铬污染十壤生物修复效果的关键因素，需要系统地加以研究 3。3.铬污染土壤生物修复最新技术3.1 微生物修复技术3.1.1 常文越、陈晓东等 4通过铬()污染土壤中筛选出的土著微生物对六价铬污染土壤的还原实验结果，对还原前后土壤中有效铬的含量进行了分析，并对还
7、原后土壤进行了不同条件下的暴露，检测了土样中六价铬浸出毒性，结果表明，经过土著微生物还原后的土壤中，水溶性态铬与可交换态铬都得到了显著的降低，而且土壤浸出液中的六价铬也在不断地降低，说明微生物对六价铬的还原不仅能显著降低其毒性，而且还原产物还具有一定的稳定性。3.1.2 龚汉雨 程国军 5从湖北省大冶市某矿区土壤中分离到 1 株可以在含 7 mmol L 铬（Cr 6+） Cr 的培养基上正常生长的菌株命名为 MD08 对该菌株进行了形态学观察和生理生化鉴定以及 16S rDNA 序列分析。结果表明 MD08 为革兰氏阳性细菌椭圆形中央有 1 个大的芽孢利用葡萄糖产气产酸，甲基红试验显示为阴性
8、通过对该菌株的 16S rDNA 进行测序和同源性比较，发现它与芽孢杆菌的同源性达到 99 该菌株被鉴定为巨大芽孢杆菌 MD08，对多种重金属普遍具有较高的抗性 可以用于重金属污染的微生物修复和研究微生物与重金属的相互作用。3.1.3 傅珊，张海江 6通过现场采集土样及室内培养测定，对铬矿渣堆放区污染土壤的微生物分布进行了分析。结果表明，微生物的数量分布随污染程度的降低而上升，距离中心污染区越远，微生物 CFU 的数量就越多；地下样品的 CFU 数量明显低于表土CFU 数量，显示铬污染向地下迁移的趋势。从污染土壤中分离到的抗铬微生物，主要为细菌和霉菌。细菌多为革兰氏阳性菌，且以芽孢菌为主。其中
9、有 4 株细菌抗总铬能力可达 1 000 mgg-1,并显示出一定的降铬趋势，在 100 mgL -1实验条件下，采用二苯碳酰二肼显色法检测结果显示，试验组低于无菌空白对照 50以上。3.1.4 刘文静 ,赵东风 7以从铬矿渣堆放区土壤分离到的土著微生物为试验菌群,采用二苯碳酰二肼显色法,检测 Cr()浓度变化,筛选出 4 株对 Cr()的清除率大于 50%的土著菌株,并设定为联合修复的微生物元素,与玉米幼苗作组合,对 Cr 进行微生物-植物联合清除试验。结果表明,在 Cr 浓度为 100mgL 的条件下,具有明显的降低培养液中 Cr()浓度的效果,实验条件下的清除率可达 70%;在 Cr 浓
10、度为 100mgL 的条件下,土著微生物的存在,还可以明显提高玉米种子萌发率,提高幅度高出对照 10%以上。3.1.5 姜华，魏晓晴等 8采用微生物学法，通过生物耐受性诱导驯化，从污水处理厂活性污泥中分离到了能抗重金属镉、铬、砷、汞和铅的 4 株霉菌，鉴定为变幻青霉、桔黑青霉 、和链格孢霉六价铬离子对菌株的 MIC 值分别为 0.3 g/L、0.3 g/L、0.4 g/L、0.2g/L.由此证明淡紫拟青霉对铬有较强的耐性。3.2 植物修复技术3.2.1 朱丹婷,李铭红 9探讨互花米草群落对重金属元素的循环和富集特征。利用样方法采集温州典型滩涂湿地的土壤和互花米草样品,结合互花米草生物量,研究
11、Pb、Cr、Cu、Zn 在土壤库-互花米草植物体系的循环、富集和转运规律。互花米草群落地上部分、根系和总生物量均随季节呈单峰型。从春季到冬季,植物体内 Pb、Cr 含量呈上升趋势,Zn、Cu 含量呈先上升后下降趋势。4 种金属元素在互花米草中的循环特征为,吸收系数: ZnCuPbCr;利用系数:CrCuPbZn;循环系数: ZnPbCuCr。互花米草不同部位对 4 种重金属的富集系数大小均为根系茎叶,转运系数为 Pb(0.778) Cu(0.665)Cr(0.600)Zn(0.370)。从而得出互生花可看作是铬的超富集植物。3.2.2 张学洪, 罗亚平 10对桂北某电镀厂排污口下游河道中的淤泥
12、和附近不同植物的重金属含量进行了调查分析:距排污口一定距离的淤泥受到不同程度的污染, 污染程度随距离增加而减少; 测定了 8 种植物中重金属的富集量, 发现蒲公英 (Taraxacum)、双穗雀稗 (Paspalum distichum ) 对 4 种金属 (Cu,Ni, Zn, Cr) 有较强的富集能力. 其中双穗雀稗被认为是一种新发现的铬超富集植物, 其叶中 Cr 含量高达 2 97717 mg/kg, 平均为 171 819 mg/kg, 叶中铬 /根茎中铬含量平均达 7185.3.2.3 卢立晃 ,余建明等 11为选择超积累重金属和对气候具有耐性的植物 ,以达到利用植物修复重金属污染土
13、壤的目的。采用田间种植 ,比较了超积累重金属植物大叶红苋菜（298）与野苋菜、向日葵、玉米等 4 种植物修复铬污染。根茎叶经晒干灼烧 ,回收铬处理,而实现无二次污染修复土壤。研究结果表明:这些植物的根茎叶对皮革工业铬污染具有较强的吸收和积累能力 ,野苋菜的地上部生物量分别是向日葵的 115 倍、玉米的 112 倍、大叶红苋菜 (298)的 1105 倍。对于地下部生物量而言 ,4 种植物的高低顺序依次为野苋菜 大叶红苋菜 (298) 玉米 向日葵。4 种植物的根茎叶对铬累积量的高低顺序依次为野苋菜 大叶红苋菜 (298) 向日葵 玉米。野苋菜能吸收富集铬重金属并且具有耐铬重金属的特性 ,基于其
14、具有生物量较大、生长速度快、耐高温、耐干旱的特点,作为重金属污染的修复植物具有较好的应用前景。3.2.4 张学洪,罗亚平 12通过对广西某电镀厂附近的植物和土壤的野外调查，发现了湿生铬超积累植物 李氏禾(Leersia hexandra Swartz) 。结果表明，多年生禾本科李氏禾对铬具有明显的超积累特性 ,叶片内平均铬含量达 178619mg/kg,变化范围为 108412297717mg/kg;叶片内铬含量与根部土壤中铬含量之比最高达 56183 ,叶片内铬含量与根茎中铬含量之比最高达 11159 ,叶片内铬含量与水中铬含量之比最高达517186。李氏禾不仅对铬有很强的富集能力，而且具有
15、生长快、地理分布广、适应性强的特点，因此李氏禾的发现将为植物的铬超积累机理与铬污染环境的植物修复研究提供新的重要物种。3.2.5 田雨婷，吕金印等 13采用含不同浓度 K 2 CrO4 (对照) ,0.4，0.8 和 1.2 mmol/L)的 Hoagland 营养液处理黑麦幼苗，测定 Cr 在黑麦体内的亚细胞分布、Cr 的化学形态及其不同部位的积累。黑麦幼苗地上部和根部 Cr 含量随 Cr 处理浓度的增加而显著增大 ,并且根部的 Cr 含量均明显大于地上部。0.4，0.8 和 1.2 mmol/L Cr 处理黑麦幼苗地上部 Cr 含量分别是对照的 3.3，27.8 和 29.5 倍，其根部
16、Cr 含量分别是对照的 8.8，18.7 和 19.6 倍。Cr 在亚细胞中的分布表现为 F1(细胞壁及残渣) F3(可溶性部分) F2(细胞器及膜部分) 。不同处理黑麦地上部和根部 F1(细胞壁及残渣)中的 Cr 含量所占比率均在 50 %以上。1 mol/LNaCl、体积分数 2 %醋酸和 0.6 mol/L 盐酸 3 种提取态 Cr 的比例较高。黑麦对 Cr 的吸收主要积累在根部和细胞壁中,Cr 在黑麦体内以多种形态存在，其中在盐酸提取态的草酸盐类 Cr 含量相对较高。结语研究铬污染土壤的治理有重要的意义，已引起各国学术界 的关注。但铬在土壤中以三价和六价两种化学形态存在，存在着两种形态
17、的相互转化，六价铬还以阴离子的形式存在，这增加了铬污染土壤修复研究的复杂性。铬的土壤化学虽然开展了一些研究工作 14,15，但由于土壤性质变化很大，研究结果离实际应用还有一定距离，该领域的研究还处于经验摸索阶段生物修复技术作为一种绿色修复技术正显示出巨大的应用前景，电修复技术能强化土壤中的传质过程。若能将两者结合起来，则有可能在铬污染土壤修复领域取得突破。参考文献1周加详,刘铮.铬污染土壤修复技术研究进展J.环境污染治理技术与设备, 2000,8(4):52-56.2 韩怀芬,蒲凤莲,裘娟萍.生物法修复铬污染土壤J.能源环境保护,2008,2(2):7-9.3 纪柱.铬污染土壤的修复J.无机盐
18、工业,2008,2(2):47-50.4 常文越、陈晓东等土著微生物修复 Cr()污染土壤还原后有效铬分析及其稳定性的初步实验研究J.环境保护科学.2008,34(2)78-80.5 龚汉雨，程国军.一株抗铬芽孢杆菌的分离鉴定及 16SrDNA 序列分析J，湖北农业科学.2009,6.48(6) 1293-1295.6 傅珊，张海江.微生物在铬污染土壤中的分布及铬累积菌株的初步筛选农业J环境科学学报 2007，26(2)：472-475.7 刘文静 ,赵东风等土著微生物-玉米对 Cr 污染的联合修复初步研究J. ,农业环境科学学报 2007,26(5):1870-1873.8 姜华，魏晓晴，胡
19、晓静.抗重金属霉菌的筛选鉴定及其特性研究J.辽宁师范大学学报.2007,330(1):100-103.9 （朱丹婷,李铭红.互花米草群落对重金属元素的循环和富集特征J.安徽农业科学. 2010,38(3):1203-1206.10 （张学洪, 罗亚平某电镀厂土壤重金属污染及植物富集特征J.桂林工学院学 报.2005,725(3) :289-292.11 （卢立晃 ,余建明等.野苋菜植物修复皮革铬污染土壤的研究J.食品工业技术2010,1(31):105-107.12 （张学洪,罗亚平.一种新发现的湿生铬超积累植物.生态学报第 26 卷第 3 期2006,3.26(3):950-953.13 田雨婷，吕金印等. 黑麦幼苗对铬的吸收与分布J.西北农林科技大学学报. 2008 .11, 36(11):130-134.14 陈英旭等.土壤学报，1994,31(1):77-85.15 陈怀满等.土壤-植物系统中的重金属污染，北京科学出版 ，1996 年.
