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)

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、土壤等被污染，即使投入再大也难以恢复。

因此，土壤铬污染的研究及微生物修复成为当前国内外研究的难点和热点。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。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考。

1 治理铬污染的化学、物理方法及原理

国内外对铬污染的化学、物理治理方法进行了大量的研究。铬渣的解毒法主要有酸性还原法、碱性还原法、碳还原法、烧结矿法、干式还原法、湿式还原法和固定／稳定化法等，都是将Cr（*）转化为无毒态Cr（ó）。迄今其治理方法有20多种，其中有的解毒不彻底，有的基建投资过高、费用过大，有些则依赖其他行业，并有二次污染，都未能得到普遍的推广应用。

铬主要对环境中的水和土壤造成危害。传统的含铬废水治理工艺主要有两种：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，如化学法、电化学还原法、铁屑法、电解法等；二是不改变铬的存在形态，将铬从废水中清除，如离子交换法，活性炭吸附法等。这些方法在不同程度上存在投资大、运行费用高、局限性强、工艺复杂、治理后的水难以达标等缺点，且易产生大量污泥。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除。其治理方法有：（1）化学固定化／稳定化方法，需将土壤挖掘出来，成本较高，处理效果也有待提高；（2）化学清洗法，需加水和清洗剂，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，该领域的研究还处于经验摸索阶段。

2 微生物治理

2.1 方法

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、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（III）。如Kats－ifas，E.A.等分离筛选出一种曲霉菌Aspergillus carbonarius，可用固体发酵法来还原铬硝的皮革废料，其中97%的皮革废料能被液化，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工业中。微生物法因其投资小、运行费用低、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意力从传统的化学、物理方法转向微生物法。

2.2 对含铬废水的治理

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、絮凝作用和沉淀作用，使铬被沉积，经固液分离，使废水被净化。2001年申如香等人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／L、菌废比1B1时，处理36 h后铬的去除率达99.9%，符合废水排放标准。2003年尹华等人通过菌种培养、分离与筛选，获得一株对铬具有很强还原与吸附性能的掷抱酵母（Sporobolomycetaceaesp），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价铬存在。

2.3 对铬污染土壤的治理

对于被铬污染的土壤也提倡采用生物修复法（Bioremediation），即应用植物和微生物来治理铬污染，现主要集中于微生物方面，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境，不会产生二次污染，可原地处理，操作简单。

由于铬对土壤微生物群活性的影响是长期性的，Desjardin V。等就法国Rhone－A1pes地区污染土壤中微生物活性对铬化学状态的影响进行了研究。该地区土壤中铬的含量为4700mg／kg，其中大约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。将可以降低6价铬的链霉菌thermocarboxydus菌株从被污染的土壤中隔离出来进行研究，发现该菌株可以将6价铬固定。

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、高效的生物修复技术已被科学界认可和选用，其在污染土壤修复中将扮演越来越重要的角色。

尽管微生物法治理Cr（VI）土壤污染已经取得了一定的成果，但仍有许多不足之处需克服。首先要彻底摸清受污染土壤的类型和污染程度，才能采取有针对性的微生物修复措施。其次，要深入进行Cr（VI）生物修复机理的相关研究，对菌体还原 Cr（VI）的动力学特性进行分析、模拟，并借助分子生物技术和基因工程技术，找出Cr（VI）还原菌菌体中的有效基因，构建基因工程菌。在获得对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的生产和应用也需要深入的研究，如如何克服还原微生物和土著微生物的竞争，如何利用还原微生物进行相关反应器的开发，尤其是连续操作的反应器的开发等。

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型、生态风险及安全评价的研究，建立相关的监测与评价指标体系，这对于指导不同地区的微生物修复实践以及对于微生物修复技术的发展与完善都具有重要的意义。所有版权有版权所有

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