简介概要

Pannonibacter phragmitetus对Cr(Ⅵ)污染土壤的修复效应

来源期刊:中国有色金属学报2009年第12期

论文作者:柴立元 许友泽 王海鹰 向仁军 杨志辉 苏长青 王 兵

文章页码:2230 - 2236

关键词:铬(Ⅵ)污染土壤;铬(Ⅵ)污染修复;Pannonibacter phragmitetus

Key words:Cr(Ⅵ)-contaminated soil; Cr(Ⅵ) remediation; Pannonibacter phragmitet

摘    要:在前期从铬渣污染土壤中分离筛选出高效还原Cr(Ⅵ)的土著微生物(Pannonibacter phragmitetus)的基 础上,通过单因素实验对所筛选的土著微生物修复模拟铬污染土壤效应及其影响因素进行研究。结果表明: 土著微生物对土壤中Cr(Ⅵ)的修复受pH值、微生物接种量和初始Cr(Ⅵ)浓度的影响;pH值越高、微生物接种量越大而初始Cr(Ⅵ)浓度越低时,Cr(Ⅵ)的修复速率越快;所筛选的土著微生物在316 h内就能够完全还原污染土壤中浓度为360 mg/kg的Cr(Ⅵ);Cr(Ⅵ)的修复是土著微生物(Pannonibacter phragmitetus)通过酶促反应对Cr(Ⅵ)的直接还原所致。

Abstract: Based on the isolation and screening of chromium-reduction bacterium (Pannonibacter phragmitetus) in the previous research, this strain was used to remediate Cr(Ⅵ) in the contaminated soils. The Cr(Ⅵ) reduction effectiveness by Pannonibacter phragmitetus and its factors were investigated using single factor experiment. The results show that the Cr(Ⅵ) remediation is affected by pH value, inoculation amount of Pannonibacter phragmitetus and initial Cr(Ⅵ) concentration. The remediation rate increases with increasing pH value and inoculation amount of mircrobes, and increases with decreasing initial Cr(Ⅵ) concentration. Pannonibacter phragmitetus can completely reduce 360 mg/kg of Cr(Ⅵ) in the contaminated soil within 316 h. Cr(Ⅵ) remediation in soils is attributed to the direct reduction of Cr(Ⅵ) via enzymatic reaction of Pannonibacter phragmitetus.

基金信息:国家高技术研究发展计划资助项目
湖南省科技重大专项资助项目



详情信息展示

文章编号:1004-0609(2009)12-2230-07

Pannonibacter phragmitetus对Cr(Ⅵ)污染土壤的修复效应

柴立元1, 2 ,许友泽 1, 2,王海鹰1 ,向仁军1, 2,杨志辉1,苏长青1,王  兵1

(1. 中南大学 冶金科学与工程学院,长沙 410083;

2. 中南大学 水污染控制技术湖南省重点实验室,长沙 410004)

摘  要:在前期从铬渣污染土壤中分离筛选出高效还原Cr(Ⅵ)的土著微生物(Pannonibacter phragmitetus)的基   础上,通过单因素实验对所筛选的土著微生物修复模拟铬污染土壤效应及其影响因素进行研究。结果表明:   土著微生物对土壤中Cr(Ⅵ)的修复受pH值、微生物接种量和初始Cr(Ⅵ)浓度的影响;pH值越高、微生物接种量越大而初始Cr(Ⅵ)浓度越低时,Cr(Ⅵ)的修复速率越快;所筛选的土著微生物在316 h内就能够完全还原污染土壤中浓度为360 mg/kg的Cr(Ⅵ);Cr(Ⅵ)的修复是土著微生物(Pannonibacter phragmitetus)通过酶促反应对Cr(Ⅵ)的直接还原所致。

关键词:铬(Ⅵ)污染土壤;铬(Ⅵ)污染修复;Pannonibacter phragmitetus

中图分类号:X131.3       文献标识码: A

Cr(Ⅵ) remediation by Pannonibacter phragmitetus in

contaminated soils

CHAI Li-yuan1, 2, XU You-ze1, 2, WANG Hai-ying1, XIANG Ren-jun1, 2, YANG Zhi-hui1, SU Chang-qing1, WANG Bing1

(1. School of Metallurgical Science and Engineering, Central South University, Changsha 410083, China;

2. Hunan Key Laboratory of Water Pollution Control Technology, Central South University, Changsha 410004, China)

Abstract: Based on the isolation and screening of chromium-reduction bacterium (Pannonibacter phragmitetus) in the previous research, this strain was used to remediate Cr(Ⅵ) in the contaminated soils. The Cr(Ⅵ) reduction effectiveness by Pannonibacter phragmitetus and its factors were investigated using single factor experiment. The results show that the Cr(Ⅵ) remediation is affected by pH value, inoculation amount of Pannonibacter phragmitetus and initial Cr(Ⅵ) concentration. The remediation rate increases with increasing pH value and inoculation amount of mircrobes, and increases with decreasing initial Cr(Ⅵ) concentration. Pannonibacter phragmitetus can completely reduce 360 mg/kg of Cr(Ⅵ) in the contaminated soil within 316 h. Cr(Ⅵ) remediation in soils is attributed to the direct reduction of Cr(Ⅵ) via enzymatic reaction of Pannonibacter phragmitetus.

Key words: Cr(Ⅵ)-contaminated soil; Cr(Ⅵ) remediation; Pannonibacter phragmitet

                    

在土壤/地下水的重金属污染中,近年来发现Cr(Ⅵ)具有潜在的致癌性和基因的诱变性而变得倍受关注,而且Cr(Ⅵ)占重金属污染的比例与范围都较大。陈传宏和田保国[1]研究报道,在全国范围内,20%以上的受污染土壤/地下水是由含Cr(Ⅵ)废物长期堆  放而防范措施不力造成的。Cr(Ⅵ)具有高迁移性[2],因此,Cr(Ⅵ)的治理至关重要。修复土壤中Cr(Ⅵ)的有效方法是将Cr(Ⅵ)转化为Cr(Ⅲ)[3-5]。早期对含铬废物治理主要有物理法、化学法,但这些方法因化学氧化还原反应的不彻底性,以及投加反应剂量大,使得渣的处理总费用上升,而且在化学修复过程中易产生新的二次污染[6-7]。而微生物修复方法具有高效、成本低的特点,因此,国内外对微生物修复铬污染土壤的研究越来越多。研究发现,埃希氏菌属[8-9]、肠细菌[10] 、杆状菌[11]、Shewanella菌[12]能够把Cr(Ⅵ)转化为Cr(Ⅲ),进而达到修复Cr(Ⅵ)的效果,但这些细菌还原Cr(Ⅵ)的浓度比较低、还原率不高或修复时间较长。本文作者在前期的研究工作中,从铬渣堆场土壤中分离出一种高效还原Cr(Ⅵ)的细菌—Pannonibacter phragmitetus,该细菌能较快还原铬渣堆场污染土壤中的Cr(Ⅵ)。由于细菌是从该污染土壤中分离得到,而铬水溶性渣堆场土壤的pH值高达10以上,土壤中的水溶性Cr(Ⅵ)高达360 mg/kg,因此,菌株 Pannonibacter phragmitetus 已适应于高pH、高Cr(Ⅵ)含量污染土壤中的生长。 但该菌株是否能应用于异地土壤中Cr(Ⅵ)的修复中还未见研究,因此,本文作者利用Pannonibacter phragmitetus修复模拟铬污染土壤,研究该菌株对Cr(Ⅵ)的修复效果及修复机理。

1  实验

1.1  试验材料

1) 模拟Cr(Ⅵ)污染土壤的制备

供试土壤采自于湖南省湘乡市岭南村第四纪红土母质发育的旱地土壤,取样地点距中国五矿(湖南)铁合金集团2 km。 土壤取回后经自然风干、粉碎、过孔径1 mm 的筛。过筛后的土壤加入重铬酸钾溶液,使土壤中的Cr(Ⅵ)含量接近中国五矿(湖南)铁合金集团铬渣堆场中Cr(Ⅵ)含量,土壤充分搅匀,风干得到模拟Cr(Ⅵ)污染土壤。所模拟土壤的基本理化性质见表1。

2) 还原Cr(Ⅵ)的土著微生物

在前期的工作中[13],本文作者从中国五矿(湖南)铁合金集团铬渣堆场土壤中分离出一种高效还原Cr(Ⅵ)的细菌,通过采用16S rDNA基因测序和 Genbank数据库中的数据对比,发现该菌和Pannonibacter phragmitetus 有很高的同源性。将分离出的Pannonibacter phragmitetus接种到无菌LB培养基中培养,并应用到模拟土壤中进行Cr(Ⅵ)的修复。

1.2  模拟土壤中Cr(Ⅵ)的微生物修复试验

采用恒温培养实验研究土著微生物对土壤中Cr(Ⅵ)的修复效果:取25 g土样置于100 mL塑料瓶中,按照土液比为1?2分别加入超纯水、培养基、Pannonibacter phragmitetus菌液培养基,调节体系pH值为8.5,将土壤样品置于30 ℃的培养箱中静置培养,每隔6 h取样,在800 r/min的速率下离心分离8 min,测定土壤中水溶性Cr(Ⅵ)的含量。

采用单因素实验,分别研究体系中不同pH值、菌液浓度和Cr(Ⅵ)初始浓度对Cr(Ⅵ)修复的影响:取25g模拟土样,按土液比为1?2(W/V)加入菌液培养基,用NaOH和盐酸调节体系的pH值分别为5.5、6.5、7.5、8.5、9.5、10.5和11.5,土壤样品置于30 ℃的培养箱中培养,定期测定土壤中水溶性Cr(Ⅵ)的浓度,考察不同pH对修复效果的影响。取25 g模拟土样,按土液比为1?2(W/V)加入接种量分别为5%、10%、20%、30%和50%的Pannonibacter phragmitetus菌液培养基,土壤样品置于30 ℃的培养箱中培养,定期测定土壤中的水溶性Cr(Ⅵ)含量。在原始土壤中加入不同Cr(Ⅵ)浓度的重铬酸钾溶液,分成制成含210、360、410、610和1 010 mg/kg的污染土壤,取20 g 上述土壤,按土液比为1?2(W/V)加入菌液培养基,置于30 ℃的培养箱中培养,定期测定土壤中水溶性Cr(Ⅵ)的浓度。以上试验均重复3次。

分别采用高浓度的氨水、蛋白酶K,紫外线照射,以及超声波对细菌细胞悬液进行酶变性处理,测量修复之后土样中Cr(Ⅵ)的含量。以探讨微生物修复Cr(Ⅵ)的机理。分别向体系中加入FeCl3,调节加入的FeCl3含量分别为50、100、200、400和800 mg/L,考察Fe3+ 含量对微生物还原Cr(Ⅵ)的影响。

表1  试验土壤的物理化学性质

Table 1 Physical and chemical characteristic of soils studied

1.3  土壤中水溶性Cr(Ⅵ)的测定

土壤中水溶性Cr(Ⅵ)用二苯碳酰二肼法测定:在不同的培养阶段,土壤样品从培养箱中取出,0.5 mL取0.2 mL上清液,分别加入1?1(体积比)H2SO4、1?1(体积比) H3PO4各0.5 mL,二苯碳酰二肼2 mL,摇匀、静置10 min后在722分光光度计上测定吸光度。

2  结果与讨论

2.1  Pannonibacter phragmitetus 对土壤中Cr(Ⅵ)的修复效果

模拟铬污染土壤与细菌培养基及菌液培养基分别处理后的土壤定期测定Cr(Ⅵ)含量,其结果如图1和表2所示。由图1可知,未加培养基或菌液培养基的土壤,Cr(Ⅵ)含量在整个实验过程中变化很小,维持在355 mg/kg 不变。加入培养基的土样在316 h后,Cr(Ⅵ)浓度由初始浓度355 mg/kg下降到289 mg/kg,表明培养基的加入能降低土壤中的Cr(Ⅵ)浓度。在本实验中,培养基中以乳酸钠作为微生物的电子供体,土壤中存在大量微生物,可能利用乳酸钠电子供体,将土壤中Cr(Ⅵ)还原,从而降低土壤中Cr(Ⅵ)的含量。不过,未被铬污染的土壤,加入Cr(Ⅵ)的时间不长,没有形成大量的铬还原菌,因此,原始土壤中微生物的存在对Cr(Ⅵ)的修复效果很小。另一方面,乳酸钠是一种有机酸,不排除其对Cr(Ⅵ)的还原作用。据 PERLMUTTER等[14]报道,土壤中有机酸对Cr(Ⅵ)具有不同程度的还原作用。然而,将含Pannonibacter phragmitetus 菌液的培养基加入到模拟铬污染的土壤中,Cr(Ⅵ)的含量急剧降低,在316 h内由355 mg/kg左右降低到0.5 mg/kg,达到当地土壤水溶性Cr(Ⅵ)的背景值含量。由此可见,通过Pannonibacter phragmitetus的作用,污染土壤中的有效Cr显著降低,这将大大减缓Cr对周围环境的危害。

有色金属在线官网  |   会议  |   在线投稿  |   购买纸书  |   科技图书馆

中南大学出版社 主办 版权声明   电话:0731-88830515 88830516   传真:0731-88710482   Email:administrator@cnnmol.com

互联网出版许可证:新出网证(湘)字005号   湘ICP备09001153号