铬渣堆场铬污染特征及其铬污染土壤微生物修复研究

发布时间：2020-05-22 05:00

【摘要】： 我国是世界铬盐生产大国,年产量已超过16万吨,然而在其生产过程中产生大量含铬废渣。全国每年新排放铬渣约60万吨,历年累积堆存铬渣近400万吨。铬渣中含有0.3～1.5%可溶性Cr(VI),经降雨和地表水的冲刷,Cr(VI)进入周围土壤和地下水,对环境造成严重污染,目前我国受Cr(VI)严重污染的土壤达1250多万吨。铬渣堆场已经列为我国土壤污染重点治理对象。我们国家目前急需修复铬渣污染土壤的关键技术。因此,本文以湖南某工厂铬渣堆场所引起铬污染特点为基础,以修复铬污染土壤为目标,进行系统的研究,获得如下结果: 湖南某厂铬渣堆场、渣堆周围以及厂外农业用地三个区域表层土壤总铬平均含量分别是我国土壤环境质量二级标准的5.6、7.6和5.O倍;这三个区域剖面土壤中总铬分别在土壤剖面40-60cm、20-40cm、O-20cm深度累积;铬渣淋溶出的铬可迁移至底土层;铬渣堆场土壤总铬以铁锰结合态为主,而铬渣堆场周围土壤总铬以残渣态为主;铬渣堆场和其周围表层土壤水溶性六价铬平均含量分别是对照区的137.5和30.1倍;厂外农作物芹菜、白菜及莴笋分别有50%、100%及75%的样品中可食部分铬含量超过我国食品铬限量卫生标准;工厂附近居民饮用水(井水)50%的样品中六价铬含量超过我国饮用水卫生标准。 铬污染已严重抑制铬渣堆场土壤三大微生物区系(细菌、真菌和放线菌)的活性。与对照区相比,铬渣堆场土壤细菌、真菌和放线菌数量分别下降89.9%、99.8%和99.9%。污染土壤中细菌、真菌和放线菌数量均与土壤总铬和水溶性六价铬含量呈负相关关系;室内培养试验也表明,六价铬均不同程度地抑制了土壤可培养细菌、真菌和放线菌的生长和降低其多样性,其中放线菌对铬污染最敏感。铬污染对土壤多酚氧化酶和过氧化氢酶活性没有明显抑制,对土壤碱性磷酸酶的活性有轻度抑制,而土壤脱氢酶的活性严重受到抑制,可见土壤脱氢酶活性对铬污染较敏感,可用于土壤铬污染生物学预警指标。 基于微生物在极端环境下生存的胁迫机制,从铬渣堆场铬污染土壤中分离出4株六价铬耐受菌,均为嗜碱性细菌;4株Cr(VI)耐受菌中只有一株具有较强的还原Cr(VI)的能力,24h内基本还原500mg/LCr(VI)。该细菌生长曲线表明其生长与其对Cr(VI)的还原并非同步进行,细菌的铬耐受力与其铬还原能力无直接关联;用扫描电镜对该铬还原菌还原Cr(VI)前后进行形貌观察,结果显示该细菌呈杆状,尾部生有鞭毛,表面附有少量丝状物质,还原Cr(VI)后,部分菌体末端黏附着一团不定形物质,细菌介质中也有大量的不定形物质聚积;采用EDAX和XPS对该菌还原Cr(VI)后的产物成分进行鉴定,结果表明Cr是产物中主要元素,Cr(VI)还原为Cr(III),且以Cr(OH)_3形式存在;细菌生理生化特性的测试以及16S rDNA的测序及比对均显示该铬还原菌属Pannonibacter phragmitetus。 通过对培养基的优化,提出并研究了直接添加培养基激活Pannonibacter phragmitetus的活性来进行铬污染土壤的原位微生物修复新方法。在温度为30℃、土液比为1:1、碳源葡萄糖投加量为5g/kg、氮源化合物A投加量为5g/kg的情况下,该细菌能在4d内去除土壤总六价铬的效率达到92%,其中水溶性六价铬可基本上去除;5d后土壤中交换态六价铬去除率达到89%;10d后土壤碳酸盐结合态六价铬去除率达到84%。 铬渣堆场土壤的修复是由Pannonibacter phragmitetus对Cr(VI)还原作用的结果,有机质、铁氧化物和锰氧化物等土壤固相组分并未参与Cr(VI)的还原;同时细菌代谢产物及其胞外酶也未表现出对Cr(VI)的还原作用。细菌对Cr(VI)还原机理是其胞内酶的直接还原作用,且胞内酶在NADH的参与下完成对Cr(VI)的还原。铬还原酶是菌体本身的组成酶而不是诱导酶,即组成酶具有还原Cr(VI)的能力。
【图文】：

图2一1研究区域采样点位分布图Fig.2一1DistributionofsoilsamPling共采集表层土壤样品37个，剖面土壤样品51个。所有表层及剖面土壤样品

(l)土壤真菌数量变化采用传统的平板计数法，对铬渣堆场及其周边土壤真菌数量进行野外取样分析，结果见表3一1及图3一2。由表3一1及图3一2可以看出，对照区土壤真菌数量在2.92~5.60(*10，eFu德)之间变动，平均为5.56(*lo3eFu/g)。厂外农业用地土壤真菌数量变动在一62一19.50(*10，eFuzg)之间，平均为5.59(*一。，eFu/g)。铬渣堆场土壤真菌数量变动0.02一0.02(*一。，eFu/g)之间
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：X53

【引证文献】

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本文编号：2675484