刘仕业等：铬污染毒性土壤清洁修复研究进展与综合评价 ·1283· (1)植物修复 植物修复作为新兴的修复技术，其特点是操作 植物修复的关键是找出相应的耐重金属植物， 简单，成本低廉，原位修复，绿色环保.缺点是修复 原理示意图如图3所示，其作用表现在三个方面：一 速度慢，不适宜严重重金属污染，对污染物的形态要 是吸收作用，利用超富集植物吸收作用将有毒物质 求较高，且修复植物的处理也是目前面临的问题. 转移到植物体内，然后对这些作物进行收割，从而 (2)微生物修复， 达到降低污染物浓度的目的：二是稳定作用，利用 微生物参与氧化还原反应能用于金属污染修 耐重金属根系分泌物降低重金属的迁移性，减少 复，部分微生物能直接氧化或还原金属污染物，另一 对周围环境的污染：三是挥发作用，耐重金属植物 部分可以分泌氧化或还原剂参与金属污染物化学反 通过提取、吸收将重金属转移到植物体内，然后将 应.它的作用机理划分为两个阶段：一是微生物吸 其转化为气体释放到大气中，从而降低土壤重金 附阶段，这个阶段主要是重金属离子与微生物表面 属污染程度(51) 的基团进行络合、螯合、静电吸附的过程：二是微生 寻找出超富集植物是植物修复的关键，Baker 物积累阶段，该阶段主要通过微生物细胞的运输、吸 和Brooks[s2]定义了Co、Cu、Cr、Pb和Ni超富集植 附方式转存到微生物体内].微生物修复重金属 物，为其干叶片组织重金属含量大于每千克1000 污染土壤分为原位、异位，原位是在污染场地培养、 mg,而对于Mn、Zn,其标准是金属质量分数大于 投放高效微生物，主要用以修复有机污染：异位需要 l%.目前国外仅发现Decoma niccolifera和Sutera 挖出污染土壤，需要进行生物反应器处理、厌氧处 fodina Wild两种铬的超富集植物，均来自津巴韦布， 理、预制床技术 其干叶片铬含量分别高达每千克1500mg和每千克 自有报道细菌还原C(M)以来，研究工作者已 2400mg【s.我国科研人员张学洪在桂北某电镀厂 经确定的具有C(M)还原能力或耐铬能力的细菌 附近相继发现铬的超富集植物：李氏禾(Leersia hex- 有肠杆菌属、芽孢杆菌、假单孢菌属、硫酸盐还原菌 andra Swartz)、双穗雀稗(Paspalum distichum),李氏 等.关晓辉等s]以纳米Fe,0,为载体，制备了复合 禾属禾本科杂草，为多年生草本植物，对铬具有超富 生物吸附剂纳米FeO,负载浮游球衣菌，然后以红 集特征，干叶片平均铬含量最高达每千克1786.9 外光谱仪表征其特征，并对含铬废水进行了吸附研 mg,叶片与根部含量比高达11.59[s4),其生长速度 究.红外光谱分析表明，一CONH,和一NH一是复合 快，分布广泛，适应能力强，因此是一种良好的铬污 生物吸附剂的活性基团，Cr(M)吸附量达0.0217 染修复物种：双穗雀稗为多年生禾本科杂草，其具有 mmol·g1,最佳吸附pH值在2~3之间. 显著铬积累特征，干叶片铬含量最高达每千克 Srivastava和Thakurts9]从皮革鞣制污水土壤中 2977.7mg,叶片与根部土壤铬含量比高达 分离出黑曲霉，考察该真菌对铬的去除活性.在pH 56.83s)],使用该植物修复土壤，土壤中铬含量大大 值为6，温度为30℃下，摇瓶培养以评估黑曲霉吸附 降低 铬的效力.实验结果表明，在土壤含水量为40%，铬 酸盐含量为每千克250mg和500mg时，黑曲霉能去 蒸汽 除其中70%以上的铬.然而，含有每千克2000mg 铬酸钾的土壤混合堆肥5%和10%后，真菌黑曲霉 的去除铬效率显著增加. Tseng和Bielefeldt[o在各种电子受体存在情况 树根从地下 在树林体内，水中 下，对C(M)微生物转化进行了测试，考察了炭添 将水分和 的污染物被清除 污染物吸上来 加、铬添加、重度污染土壤摻加轻度污染土壤的影 受污染的 干净的 响，结果表明，在氧气、硫酸根、铁和硝酸银等不同电 土壤 土壤 子受体存在情况下，C(M)能被微生物转化.添加 水层 糖最有利于促进Cr(M)去除，与有氧条件相比，厌 氧条件下转化单位量C(M)需要较少的可溶有机 受污染的地下水 碳.Cr(M)含量大于每千克40mg时，相比厌氧条 图3植物修复去除污染物方式示意图[] 件硝酸银或硫酸盐存在时，有氧条件促进了C(M) Fig.3 Principle of phytoremediation[] 更快还原.重度污染土壤摻加轻度污染土壤后， Cr(M)生物转化得到促进.刘仕业等: 铬污染毒性土壤清洁修复研究进展与综合评价 (1)植物修复. 植物修复的关键是找出相应的耐重金属植物, 原理示意图如图 3 所示,其作用表现在三个方面:一 是吸收作用,利用超富集植物吸收作用将有毒物质 转移到植物体内,然后对这些作物进行收割,从而 达到降低污染物浓度的目的;二是稳定作用,利用 耐重金属根系分泌物降低重金属的迁移性,减少 对周围环境的污染;三是挥发作用,耐重金属植物 通过提取、吸收将重金属转移到植物体内,然后将 其转化为气体释放到大气中,从而降低土壤重金 属污染程度[51] . 寻找出超富集植物是植物修复的关键,Baker 和 Brooks [52]定义了 Co、Cu、Cr、Pb 和 Ni 超富集植 物,为其干叶片组织重金属含量大于每千克 1000 mg,而对于 Mn、 Zn,其标准是金属质量分数大于 1% . 目前国外仅发现 Decoma niccolifera 和 Sutera fodina Wild 两种铬的超富集植物,均来自津巴韦布, 其干叶片铬含量分别高达每千克 1500 mg 和每千克 2400 mg [53] . 我国科研人员张学洪在桂北某电镀厂 附近相继发现铬的超富集植物:李氏禾(Leersia hex鄄 andra Swartz)、双穗雀稗(Paspalum distichum),李氏 禾属禾本科杂草,为多年生草本植物,对铬具有超富 集特征,干叶片平均铬含量最高达每千克 1786郾 9 mg,叶片与根部含量比高达 11郾 59 [54] ,其生长速度 快,分布广泛,适应能力强,因此是一种良好的铬污 染修复物种;双穗雀稗为多年生禾本科杂草,其具有 显著铬积累特征, 干叶片铬含量最高达每千克 2977郾 7 mg, 叶 片 与 根 部 土 壤 铬 含 量 比 高 达 56郾 83 [55] ,使用该植物修复土壤,土壤中铬含量大大 降低. 图 3 植物修复去除污染物方式示意图[56] Fig. 3 Principle of phytoremediation [56] 植物修复作为新兴的修复技术,其特点是操作 简单,成本低廉,原位修复,绿色环保. 缺点是修复 速度慢,不适宜严重重金属污染,对污染物的形态要 求较高,且修复植物的处理也是目前面临的问题. (2)微生物修复. 微生物参与氧化还原反应能用于金属污染修 复,部分微生物能直接氧化或还原金属污染物,另一 部分可以分泌氧化或还原剂参与金属污染物化学反 应. 它的作用机理划分为两个阶段:一是微生物吸 附阶段,这个阶段主要是重金属离子与微生物表面 的基团进行络合、螯合、静电吸附的过程;二是微生 物积累阶段,该阶段主要通过微生物细胞的运输、吸 附方式转存到微生物体内[57] . 微生物修复重金属 污染土壤分为原位、异位,原位是在污染场地培养、 投放高效微生物,主要用以修复有机污染;异位需要 挖出污染土壤,需要进行生物反应器处理、厌氧处 理、预制床技术. 自有报道细菌还原 Cr(遇)以来,研究工作者已 经确定的具有 Cr(遇)还原能力或耐铬能力的细菌 有肠杆菌属、芽孢杆菌、假单孢菌属、硫酸盐还原菌 等. 关晓辉等[58] 以纳米 Fe3O4为载体,制备了复合 生物吸附剂纳米 Fe3 O4 负载浮游球衣菌,然后以红 外光谱仪表征其特征,并对含铬废水进行了吸附研 究. 红外光谱分析表明,—CONH2和—NH—是复合 生物吸附剂的活性基团,Cr(遇) 吸附量达 0郾 0217 mmol·g - 1 ,最佳吸附 pH 值在 2 ~ 3 之间. Srivastava 和 Thakur [59]从皮革鞣制污水土壤中 分离出黑曲霉,考察该真菌对铬的去除活性. 在 pH 值为 6,温度为 30 益下,摇瓶培养以评估黑曲霉吸附 铬的效力. 实验结果表明,在土壤含水量为 40% ,铬 酸盐含量为每千克 250 mg 和 500 mg 时,黑曲霉能去 除其中 70% 以上的铬. 然而,含有每千克 2000 mg 铬酸钾的土壤混合堆肥 5% 和 10% 后,真菌黑曲霉 的去除铬效率显著增加. Tseng 和 Bielefeldt [60]在各种电子受体存在情况 下,对 Cr(遇)微生物转化进行了测试,考察了炭添 加、铬添加、重度污染土壤掺加轻度污染土壤的影 响,结果表明,在氧气、硫酸根、铁和硝酸银等不同电 子受体存在情况下,Cr(遇)能被微生物转化. 添加 糖最有利于促进 Cr(遇)去除,与有氧条件相比,厌 氧条件下转化单位量 Cr(遇)需要较少的可溶有机 碳. Cr(遇)含量大于每千克 40 mg 时,相比厌氧条 件硝酸银或硫酸盐存在时,有氧条件促进了 Cr(遇) 更快还原. 重度污染土壤掺加轻度污染土壤后, Cr(遇)生物转化得到促进. ·1283·