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某工厂厂区土壤铬污染及其微生物修复研究

邓红艳  
【摘要】:我国是世界铬盐生产大国,年产量已超过16万吨,然而由于管理不善、设备严重老化、车间跑冒滴漏现象严重,在铬盐生产过程中产生了大量含铬“三废”没有得到有效治理,导致厂区土壤严重污染。因此,本文以铬污染场地土壤为研究对象,分析了场地土壤中的铬的分布特征与污染状况,分别运用Hakanson潜在生态危害指数法和美国健康风险评价框架对场地土壤生态健康风险进行了评价;其次,从污染土壤中分离纯化出一株对Cr(VI)具有较强还原能力的菌株NO.1 strain,并对其还原条件进行了优化并初步分析了NO.1 strain的还原机理。同时,将该细菌制成修复菌剂,对其原位修复铬污染土壤的效果进行了验证,并考察了环境因子对菌剂修复效果的影响。主要获得如下结果:调查区域土壤总铬和六价铬的平均含量分别在127.96~3369.17 mg·kg-1和0.95~508.68 mg·kg-1范围内,其中生产车间污染最严重,总铬平均含量是《展览会用地土壤环境质量评价标准(暂行)》(HJ350-2007)B级标准的5.52倍。通过研究铬在土壤剖面中的迁移特征发现,总铬及六价铬含量均随深度的增加呈下降趋势,铬渣淋溶出的铬可迁移至土壤12.0~16.0 m深度处。生态健康风险分析表明,调查区域的铬的潜在生态危害系数在1.35~35.46之间,均值为10.32,铬的单因子潜在生态危害均为轻微生态危害;健康风险评价表明,儿童经口摄入土壤颗粒物和饮用污染地下水摄入Cr(VI)的非致癌风险均超过可接受值1,而Cr(VI)在经口摄入土壤颗粒物、吸入土壤颗粒物和饮用污染地下水这三个暴露途径对成人的非致癌风险均大于1;儿童与成人在经吸入土壤颗粒物暴露途径的致癌风险均超过10-6,风险危害较大。通过平板划线法,从铬污染场地土壤中分离出6株嗜碱性六价铬耐受菌。其中有一株对Cr(VI)具有较强的还原能力,通过对细菌的生理生化特性和16S rDNA分子鉴定表明,该铬还原菌为Bacillus cereus,该菌48h内能使150 mg·L-1 Cr(VI)的还原率达到83.3%。从该菌的生长曲线可知,该菌的生长与对Cr(VI)的还原不同步,未发现细菌对铬的耐受力和还原能力之间存在直接关联。NO.1 strain对Cr(VI)的还原机理是其胞外分泌物、细胞膜碎片及胞内分泌物共同作用。胞外分泌物中的还原酶和普通代谢产物具有较强的还原能力,基本能还原溶液中的Cr(VI);细胞膜碎片可能存在某些官能团,它可以通过与Cr(VI)发生配位反应而降低液体中可溶性的Cr(VI)的含量,进而达到修复Cr(VI)的目的;胞内分泌物是通过其还原酶来还原Cr(VI)。铬还原菌株NO.1 strain在温度为30℃、土液比为1:1、葡萄糖投加量为5g·kg-1、氮源投加量为10 g·kg-1的条件下培养4 d后,土壤Cr(VI)去除率达到90.0%。以稻壳、麦麸、稻糠作为菌株NO.1 strain载体开展铬污染土壤的原位修复研究表明,随着载体中稻壳比例的增加,污染土壤的修复效果显著提高,三者最佳配比为5:2:2。在自然条件下,环境温度越高工程菌剂对铬污染土壤的修复效果越好。在土壤pH值偏碱性时,工程菌剂对铬污染土壤的修复效果较好。


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