铬污染土壤中Cr(Ⅵ)的微生物还原及Cr(Ⅲ)的稳定性研究

摘要

随着现代工业的发展，每年产生大量的铬渣，铬渣的堆存对土壤造成严重的污染。因此，对铬污染土壤亟需治理和修复。目前传统的土壤铬污染修复方法都有其相应的缺点，没有得到广泛应用，而微生物修复逐步成为具有潜力的土壤修复技术。在前期建立铬渣堆场污染土壤微生物修复工艺的基础上，研究铬污染土壤中Cr(Ⅵ)的微生物还原特性及cr(Ⅲ)的稳定性，为铬渣堆场污染土壤修复提供重要的理论依据。
　　 论文以湖南某铁合金厂铬渣堆场铬污染土壤为研究对象，研究了铬污染土壤中土著微生物对Cr(Ⅵ)的还原能力，确定土壤中Cr(Ⅵ)还原的最佳条件。分别研究了厌氧和好氧条件下土著微生物还原Cr(Ⅵ)的还原特性，确定了土壤体系中主要物质体系的氧化还原顺序。土著微生物将铬污染土壤中Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ)后，研究了土著微生物、土壤水分管理及初始pH值等不同土壤条件下Cr(Ⅲ)的稳定性及Cr(Ⅲ)的稳定机理。得到如下结果：
　　 铬渣堆场铬污染土壤中土著微生物对Cr(Ⅵ)具有很强的还原能力，直接向土壤中添加营养物质就可刺激土著微生物活性，进行铬污染土壤的微生物修复。在温度为30℃，碳源投加量为8g/L，氮源投加量13g/L，pH值为10的条件下，土著微生物在48h内将Cr(Ⅵ)从原来306mg/kg还原到检出限以下。
　　 在好氧条件下，Cr(Ⅵ)的还原分为两个阶段进行，36h以前，Cr(Ⅵ)的浓度呈指数降低，其还原动力学方程为：C=-5.56*exp(t/7.33)＋15338.88(R2=0.995)，36h后，Cr(Ⅵ)的浓度呈直线下降，其还原动力学方程为：C=1157.65-14.43t(R2=0.999)。在厌氧条件下，Cr(Ⅵ)的浓度在12h之内，几乎没有变化，Cr(Ⅵ)几乎没有还原，但在12h后，Cr(Ⅵ)的浓度开始降低，其还原动力学方程：C=1776.95－75.825*t＋2.891*t2－0.0388*t3(R2=0.998)。
　　 在整个好氧条件反应体系中，NO3－离子浓度随培养时间迅速降低，Mn2＋离子浓度随培养时间延长逐渐增加，SO42－的浓度无明显变化，Fe2＋浓度先增加再降低，当Cr(Ⅵ)消失后，Fe2＋又升高。表明Fe2＋的还原与Cr(Ⅵ)的还原密切相关，在Cr(Ⅵ)的微生物还原过程中，含铁化合物参与电子转移，将Cr(Ⅵ)还原。Cr(Ⅵ)的还原在NO3－、Mn2＋和Fe2＋还原之后，在SO42－还原之前，各体系的还原顺序为NO3－-N2＞Mn4＋－Mn2＋＞Fe3＋－Fe2＋＞Cr(Ⅵ)-Cr(Ⅲ)＞SO42－-H2S。
　　 铬污染土壤得到修复后，Cr(Ⅵ)还原成Cr(Ⅲ)，经过240d的跟踪检测，在土壤初始pH6-10的范围内，灭菌土壤和未灭菌土壤，无论是干土、干湿交替土壤、还是淹水土壤未检测出Cr(Ⅵ)，表明Cr(Ⅲ)稳定性强。土壤中Fe2＋和Mn2＋的存在可能有利于Cr(Ⅲ)的稳定；土壤中实测的氧化还原电位远低于Cr(Ⅲ)理论氧化电位值；修复后土壤中99.86％的铬以残余态存在，此形态铬在土壤中稳定存在。因此，铬污染土壤经微生物修复，Cr(Ⅲ)能保持相对稳定。