铬污染土壤的微生物修复技术研究进展 杨靖 （天津市环境保护科学研究院天津３００１９１） 摘 要：在总结国内外相关研究基础上，介绍了土壤 环境中铬（Ｃｒ）的污染来源、现状及其对生物的危害，阐述 ２微生物治理 了Ｃｒ在土壤中的存在形态和转化机理，并重点综述了土 ２．１方法 壤重金属Ｃｒ（ｖｉ）污染的微生物修复机理：土壤中的Ｃｒ可 近年来出现的铬污染生物治理法是通过微生物的新陈代谢、 以在微生物还原作用、生物吸附、富集等作用下降低其生 生长繁殖将有害物质变成无害物，甚至有用物质的一种生化方 物可利用性和毒性．从而达到Ｃｒ污染土壤修复的目的。此 法，即微生物能将可溶的有毒的Ｃｒ（ＶＩ）转化为低毒或无毒的ｃｒ 外．针对微生物修复过程中存在的问题．提出了提高微生 （ＩＩＩ）。如Ｋａｔｓ—ｉｆａｓ，Ｅ．Ａ．等分离筛选出一种曲霉菌Ａｓｐｅｒｇｉｌｌｕｓ 物修复Ｃｒ污染土壤效果的措施．并对土壤Ｃｒ污染微生物 ｃａｒｂｏｎａｒｉｕｓ，可用固体发酵法来还原铬硝的皮革废料，其中９７％的 修复的发展趋势进行了展望。 皮革废料能被液化，并能从累积的液体中得到制革所需要的硫酸 关键词：铬（ｃｒ）；污染土壤；微生物修复 铬溶液和富含蛋白质的液体，而这种蛋白质液体可作肥料、动物 饲料添加剂或应用于其他的 业中。微生物法因其投资小、运行 随着社会经济和工农业的发展，我国甚至全球许多国家面临 费用低、无二次污染等优点，逐步成为对含铬废水废渣均适用的 严重的铬污染威胁。土壤铬污染已成为人们普遍关注的环境污染 价廉、方便而又彻底的治理方法，使得越来越多的研究人员将注 问题之一。铬污染对植物、动物和人体具有都很大的生态风险和 意力从传统的化学、物理方法转向微生物法。 健康风险，其具有潜在性、隐蔽性和长期性的特点，一旦水体、土 ２．２对含铬废水的治理 壤等被污染，即使投入再大也难以恢复。 纯种微生物处理含铬废水是依据获得的高效功能菌对铬的 因此，土壤铬污染的研究及微生物修复成为当前国内外研 静电吸附作用、酶的催化转化作用、络合作用、絮凝作用和沉淀作 究的难点和热点。微生物修复是在优化的操作条件下，通过生物 用，使铬被沉积，经固液分离，使废水被净化。２００１年申如香等人 还原反应，利用土壤中的土著微生物或向污染环境补充经过驯 用分离筛选出的功能菌处理冷轧含铬废水，当铬浓度为１５０ ｍｇ／ 化的高效微生物，将六价铬还原为三价铬，达到修复铬的目的。 Ｌ、菌废比１Ｂ１时，处理３６ ｈ后铬的去除率达９９．９％，符合废水排 本文对土壤铬污染的概况来源危害及其微生物修复以及研究方 放标准。２００３年尹华等人通过菌种培养、分离与筛选，获得一株对 向展望等方面的研究进展进行了综述为以后的研究工作提供参 铬具有很强还原与吸附性能的掷抱酵母（ｓｐｏｍｂｏｌｏｍｙｃｅｔａｃｅａｅｓｐ）， 考。 该菌株适宜的吸附ｐＨ值是６－９，将１ ｇ培养了６０ ｈ的菌体放在 ２０ｍＬ、ｐＨ为７、浓度为１５ｍｇ／Ｌ的铬液中，吸附８ ｈ后，对铬的去 １治理铬污染的化学、物理方法及原理 除率最高可达到１００％，且铬在细胞质内主要以低毒性的３价铬 国内外对铬污染的化学、物理治理方法进行了大量的研究。 存在。 铬渣的解毒法主要有酸性还原法、碱性还原法、碳还原法、烧结矿 ２．３对铬污染土壤的治理 法、干式还原法、湿式还原法和固定／稳定化法等，都是将Ｃｒ（ ） 对于被铬污染的土壤也提倡采用生物修复法（Ｂｉｏｒｅｍｅｄｉａ— 转化为无毒态Ｃｒ（６）。迄今其治理方法有２０多种，其中有的解毒 ｔｉｏｎ），即应用植物和微生物来治理铬污染，现主要集中于微生物 不彻底，有的基建投资过高、费用过大，有些则依赖其他行业，并 方面，就是利用原土壤中的土著微生物或向污染环境补充经过驯 有二次污染，都未能得到普遍的推广应用。 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６ 铬主要对环境中的水和土壤造成危害。传统的含铬废水治 价铬还原为３价铬，从而修复被污染土壤。相比于化学还原和化 理工艺主要有两种：一是改变铬在水中的存在形态，使溶解性 学清洗法，生物修复的优势在于不会破坏植物生长所需的土壤环 的金属转变为不溶解或难溶解的金属化合物，从废水中除去， 境，不会产生二次污染，可原地处理，操作简单。 如化学法、电化学还原法、铁屑法、电解法等；二是不改变铬的 由于铬对土壤微生物群活性的影响是长期性的，Ｄｅ￣ａＭｉｎ Ｖ。 存在形态，将铬从废水中清除，如离子交换法，活性炭吸附法 等就法国Ｒｈｏｎｅ－：Ａ１ｐｅｓ地区污染土壤中微生物活性对铬化学状 等。这些方法在不同程度上存在投资大、运行费用高、局限性 态的影响进行了研究。该地区土壤中铬的含量为４７００ｍｇ／ｋｇ，其 强、丁艺复杂、治理后的水难以达标等缺点，且易产生大量污 中大约４０％以可溶性６价铬盐的形式存在。研究发现，当土壤在 泥。而对被铬污染的土壤，其治理途径主要有两种：一是改变铬 ３０ｅ时，有葡萄糖且富含营养水溶液，经过培养后，当地的微生物 在土壤中的存在形态，将６价铬还原为３价铬，降低其在环境 能有效地将土壤中的６价铬转变为不易迁移的３价铬。将可以降 中的迁移能力和生物可利用性；二是将铬从被污染土壤中清 低６价铬的链霉菌ｔｈｅｒｍｏｃａｒｂｏｘｙｄｕｓ菌株从被污染的土壤中隔离 除。其治理方法有：（１）化学固定化／稳定化方法，需将土壤挖 出来进行研究，发现该菌株可以将６价铬固定。 掘出来，成本较高，处理效果也有待提高；（２）化学清洗法，需加 ４Ｃｒ污染土壤微生物修复的发展趋势和展望采用物理化学技 水和清洗剂，但后续废水处理困难，对土壤有选择性。由于土壤 术修复ｃｒ污染土壤，不仅费用昂贵，难以大规模用于污染土壤的 性质变化很大，研究结果离实际应用还有一定距离，因此，该领 改良，而且常常导致土壤结构破坏、土壤生物活性下降和土壤肥 域的研究还处于经验摸索阶段。 力退化等问题。微生物修复技术作为一门新兴的、高效的生物修 《资源节约与环保》２０１３年第７期 复技术已被科学 认ｎ『雨１选用，其在污染土壤修复巾将扮演越来 越蕈 的角色。 管微生物法治理Ｃｒ（ｖＩ）土壤污染已经取得了一定的成果， 测与评价指标体系．这对于指导不同地区的微生物修复实践以及 此外，在生物修复过程中，还需要加强污染物的生态化学过 程的量化数学模 、， 态风险及安全评价的研究，建立相关的监 但仍有许多／ｆ 足之处需克服。首先要彻底摸清受污染土壤的类型 对于微生物修复技术的发展与完善都具有重要的意义。 干Ⅱ污染程度，才能采取有针对性的微生物修复措施。其次，要深入 所有版权有版权所有 进行（ ｒ（ＶＩ）生物修复机理的相关研究，对菌体还原（：ｒ（ＶＩ）的动 参考文献 力学特忡进行分析、模拟，计借助分子牛物技术和基冈工程技术， ［１］李圣发．土壤砷污染及其植物修复的研究进展与展望ＩＪｌ＿地球 ２０１１，３９（３１：４２９—４３４． 找…ｃｒ（ｖＩ）还原菌菌体中的有效基冈，构建基因工程菌。在获得 环境，对ｃｒ（ｖＩ）还原能力较强的微生物后，如何利用此微生物进行菌剂 【２】任爱玲．含铬污液在土壤中迁移规律的研究【ＪＪ＿城市环境与城市 的生产和 Ｊ１ｊ也需要深入的研究，如如何克服还原微生物和土著 生态，２０００，２（１３）：１５４—１５７． 做牛物的竞争，如何利片】还原微生物进行相关反应器的开发，尤 ［３】古昌红，单振秀，王瑞琪．铬渣对土壤污染的研究ＩＪｌ＿矿业安全与 其是连续操作的反应器的开发等。 环保，２００５，３２（６）：１８－２０． （上接第２４０页）果分析仪读数稳定后的数值与气瓶标定读数误差 脱硫烟气在线设备和密度计安装在有腐蚀性的区域，特别足 超过１０％，应启动分析仪的校准功能，消除量程漂移。在上位机上 净炯气侧取样装置，安装点腐蚀性较强，伴随５－８米的炯气流速， 操作结束量程校准，量程校准数据将自动存储，关闭气瓶减压阀， 提高设备在线可靠性，定期维护保养尤为重要。常规烟气测量将进 校准完毕 行如ＳＯ 、ＮＯ 、０ 的监测，解决取样管线堵塞问题是维护的关键， 采样管线堵塞时，样气流量降低造成采样泵负荷加大，造成泵长 期在低流量下运行而损坏，更重要的是，管线堵塞后数据测量和实 ２测量密度计 ２．１密度计的安装 际偏差较大。为此，在设计时，要在系统加装取样管线的反吹装置， 脱硫系统有一个重要指标是吸收塔的 膏浆液密度。密度的 每隔１５分钟进行一次吹扫，吹扫过程中娴气各数据采集量将采集 上一周期的数据，防止不正确的数据进入采集系统。 接测量方式是浆液直接流经密度汁，由密度计本身计算 洲节通常有两种方式。一种是直接测量方式，一种是间接测量方 式 吸收塔密度计控制着塔内石膏浆液的排放，保持塔内物料的平 实际的密度值。此测量方式的缺点是：所需成本较高，安装相对复 衡。若浓度低于某一定值时，浆液需打回吸收塔再循环，若浆液浓度 杂，需要接引专门的测量管线，同时必须充分考虑应力的影响，防 高于设定值，则将浆液进行脱水，出石膏。浆液密度计 示不准确，特 止ｆ【Ｉ现漏泄；优点是测量精度高，同路简单，由密度计直接计算出 别是在显示密度偏低的情况下，塔内实际密度较高，可能造成浆液浓 密度值，并可在就地和远方同时显示。问接测量方式是通过测量 度过饱和度偏高，出现严重的结构现象。对于采用压差测量通过计算 吸收塔底部液位的高度差来计算实际的浆液密度，即在吸收塔底 得ｊｌＩ密度值的测量方法，如果测量数据偏低，容易造成由于实际液位 部两个不同的标高处各安装一 压力变送器（通常取一米的高度 偏高造成的浆液倒灌等影响脱硫系统安全运行的问题。因此，密度计 差），南压力变送器测量出两个取样点处的 强值，并将该压强值 是湿式脱硫系统中特别重要的参数，必须准确。对于采用直接测量密 转换为标准的４～２０ｍＡ电流信号送入ＤＣＳ，在ＤＣＳ内部再进行 度的质量流量计而言，需要对其进行定期水冲洗，防止管路堵塞和元 运算，得ｍ最终的浆液密度值。此测量方式的缺点是：测量同路 件内壁结垢，影响测量精度。对于采用间接测量方式的两台压力变送 相对复杂，精度较低，取样点处容易堵塞，需要经常冲洗。优点是： 器，除了要定期进行水冲洗以外，还必须利用机组停备机会，将变送 成本较低，安装方便，对周罔环境要求不高，使用寿命长。 器拆下，对取样筒进行全面彻底的清理。 ２．２密度计的工作过程及原理 直接测量方式通常采用质量流量计测量液体的密度，其Ｔ作 过程较为简单：浆液由循环泵 口母管引出，经手动门后，引入质 ４结束语 为建设资源节约型社会和环境友好型社会，节能减排是当务 赶流量计内部，质量流量计ｆ｝｛口冉与吸收塔顶部连接，浆液直接 之急，随着国家对生产企业环保监管力度的不断加大，本文所提 排入吸收塔内部。计算公式为：ｐ＝ｍ，其中，ｐ为吸收塔浆液密 到的脱硫系统在线监测装置和吸收塔石膏浆液密度测量装置提 Ｖ 供的数据显得尤为重要。可靠的监测设备是机组经济达标运行的 度，ｍ为浆液质量，ｖ为浆液体积，其原理为：密度是单位体积内的 有效手段，无论采用哪种测量设备，选择哪种安装方式，我们维护 质量，同样的体积，不同的质量，对应的密度也不同。间接测量方 人员都要对其进行管理、研究，找到设备的薄弱环节，加强维护并 式足通过测量吸收塔底部的液位高度差来计算浆液密度，计算公 尝试改造，为我们最终实现环境安全提供准确的依据。 ，其中，ｐ为吸收塔浆液密度，Ｐ１为下部压力变 参考文献 ［１】元宝山发电有限责任公司６００ＭＷ机组脱硫运行规程 送器测量值，Ｐ２为上部压力变送器测量值，ｇ为常数（即重力加速 【２】元宝山发电有限责任公司６００ＭＷ机组热控检修规程 度），ｈ为两变送器之问的高度差。其测量原理为：当液体的高度差 作者简介 定，其产生的压强与密度成正比，这种测量方式切记将取样点 郑璐（１９７２一），男，内蒙古赤峰人，本科，高级Ｔ程师，从事 和搅拌器有较好的配合，防止取样点堵塞，并且需要加装反冲洗 热工专业二十年，对热工自动控制有较深入的研究。 装置，进行定期冲洗，充分保证取样点畅通。 张国志（１９７ｌ一），男，内蒙古赤峰人，专科，丁程师，主要从 式为：ｐ＝ ｇｎ 一３测量设备的维护管理 事热工仪表专业。 《资源节约与环保》２０１３年第７期
