微生物礦化修復(fù)重金屬污染土壤

摘要：以選礦廠附近土壤為研究對(duì)象,分析了土壤中交換態(tài)重金屬含量, As、Pb、Cd、Zn和Cu的交換態(tài)濃度為14.01、4.95、0.64、33.46和12.95 mg/kg�；�于生物礦化原理,利用碳酸鹽礦化菌生長(zhǎng)代謝過程產(chǎn)生的脲酶來分解底物尿素,產(chǎn)生碳酸根離子,固結(jié)重金屬離子,使得土壤中活潑的重金屬離子轉(zhuǎn)變?yōu)樘妓猁}礦物態(tài),降低其危險(xiǎn)。

研究了溫度、pH和重金屬離子對(duì)酶活性的影響,發(fā)現(xiàn)環(huán)境30℃溫度有利于促進(jìn)酶活性;在弱酸性條件下,底物分解量減少15%;重金屬離子在低濃度時(shí)對(duì)脲酶活性影響不大,濃度提高后對(duì)酶活性抑制作用沒有加劇。將制備好的微生物礦化修復(fù)制劑噴灑于1 000 m2的污染土壤中,實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn),土壤中交換態(tài)重金屬離子含量在0~20 cm范圍內(nèi)明顯減少,As、Pb、Cd、Zn和Cu的交換態(tài)濃度分別減少至2.37、1.25、0.31、16.67和3.42 mg/kg。

隨著工業(yè)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，含有重金屬的污染物通過各種途徑進(jìn)入土壤，重金屬污染具有隱蔽性和難去除性，并且可以通過作物進(jìn)入人類的食物鏈，危害人類健康。Tessier等將重金屬在土壤中的形態(tài)分為可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、Fe-Mn氧化物結(jié)合態(tài)、有機(jī)結(jié)合態(tài)、殘?jiān)�晶格態(tài)，其中，尤以交換態(tài)危害最大，交換態(tài)是指土壤中可以被中性鹽類提取劑浸提的部分重金屬形態(tài)。

交換態(tài)重金屬在環(huán)境中移動(dòng)性和生物有效性最強(qiáng)，因此，被認(rèn)為是評(píng)價(jià)土壤重金屬污染的重要指標(biāo)。交換態(tài)總量通常所占比例不大，但重金屬對(duì)作物的污染主要是通過交換態(tài)來進(jìn)行的，極易被植物吸收利用。

國(guó)內(nèi)外利用微生物礦化修復(fù)重金屬污染開展了很多研究。其中，Roy等發(fā)現(xiàn)硫還原細(xì)菌可通過2種途徑將硫酸鹽還原成硫化物，一是在呼吸過程中硫酸鹽作為電子受體被還原，另一是在同化過程中利用硫酸鹽合成氨基酸，如胱氨酸和蛋氨酸，再通過脫硫作用使S2-分泌于體外，S2-可以和重金屬形成硫化物沉淀。Fujita等通過細(xì)菌對(duì)尿素的分解作用，使得Sr共沉淀在方解石礦物中，修復(fù)被Sr污染的地下水。

Ivan等利用尿素酶成功沉淀含有尿素的SrCl2和Ba Cl2溶液中的重金屬離子，得到SrCO3和Ba CO3，并研究了尿素酶在沉淀過程對(duì)晶體生長(zhǎng)過程和最終晶型的影響。Francesca等在PH為中性的被尾礦污染的溪水中，通過分析沉淀物中的殘余有機(jī)質(zhì)，發(fā)現(xiàn)重金屬離子共沉淀在水鋅礦（Zn（CO3）2（OH）6）中，是由當(dāng)?shù)丨h(huán)境中存在的一種光合微生物造成的。

王瑞興等基于生物礦化原理，利用細(xì)菌分離底物產(chǎn)生碳酸根離子，固結(jié)重金屬離子，達(dá)到修復(fù)污染土壤的目的。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，為了更有效固結(jié)重金屬離子，最理想的狀態(tài)就是在污染體系內(nèi)部，重金屬離子附近的微區(qū)域形成大量CO32-離子。碳酸鹽礦化菌能夠在其生長(zhǎng)過程中產(chǎn)生脲酶，并通過酶分解底物尿素產(chǎn)生CO32-，礦化固結(jié)環(huán)境當(dāng)中的重金屬離子，使其由可提取態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)檩^穩(wěn)定的碳酸鹽礦物態(tài)，降低其被植物吸收進(jìn)入人類食物鏈的風(fēng)險(xiǎn)，達(dá)到修復(fù)土壤的目的。

但是這些研究多停留在實(shí)驗(yàn)室階段，模擬受污染的土壤，對(duì)于自然界中實(shí)際受污染土壤的大面積修復(fù)還沒有開展。同時(shí)，這些修復(fù)方法在實(shí)際運(yùn)用中應(yīng)考慮的問題，如重金屬離子，重金屬污染區(qū)域環(huán)境溫度、PH對(duì)脲酶的影響也沒有展開研究。具體參見http://www.yiban123.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

因此，本實(shí)驗(yàn)以實(shí)際污染土壤為研究對(duì)象，通過實(shí)驗(yàn)確定溫度、PH和重金屬離子對(duì)脲酶活性的影響，并根據(jù)土壤中重金屬的濃度，制備碳酸鹽礦化菌，將其與底物尿素混合，開展修復(fù)污染土壤實(shí)驗(yàn)。

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