多硫化钙还原与生物刺激联用修复高浓度Cr(Ⅵ)污染土壤

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我国是铬盐的主要生产国家,铬(Cr)污染已成为我国常见的一种土壤污染形式。为解决高浓度Cr(Ⅳ)污染土壤化学修复后的再氧化问题,本研究将多硫化钙还原与生物刺激联用,对高浓度Cr(Ⅳ)污染土壤进行修复,考察了修复过程中土壤p H、Cr(Ⅳ)浓度、Cr的不同形态浓度以及微生物群落多样性的变化,并对修复后土壤的浸出毒性及高锰酸钾氧化后的浸出毒性等进行检测。主要结果如下:(1)多硫化钙与生物刺激联合修复Cr(Ⅳ)污染土壤效果明显好于单独投加多硫化钙。加入葡萄糖11 g/kg、尿素13 g/kg,反应3 d后土壤中Cr(Ⅳ)的转化率超过92%,反应40 d时水溶态Cr下降95.6%,Cr的稳定性明显增强。对Cr的不同形态间转化关系进行相关分析和回归分析,结果表明铁锰结合态与有机结合态Cr可由水溶态Cr转化而来,可交换态Cr与碳酸盐结合态Cr两者间可互相转化。(2)微生物多样性分析表明Cr转化过程对细菌群落影响比真菌群落影响大。添加营养剂后细菌物种丰度下降,物种均匀度降低。细菌菌属Bacillus与Halomonas能适应Cr污染环境且成为优势物种。根据组间差异LEf Se(Linear discriminant analysis effect size)分析,微生物还原Cr(Ⅳ)的不同阶段特异的菌群差别较大。功能基因分析结果表明,细胞壁/膜/被膜生物合成、能量生产和转换、次生代谢产物的生物合成等功能基因在Cr转化过程发挥了重要作用。在微生物与环境变量的相关性分析中发现细菌菌属Demequina对Cr(Ⅳ)的还原影响较大。细菌菌属Brachybacterium、Alkalibacterium、Bacillus和真菌菌属Staphylotrichum、Schizothecium、Podospora对Cr形态的转化有重要贡献。(3)X射线衍射(XRD)结果表明微生物还原形成的Cr(Ⅲ)以Mn Cr2O4、Ni Cr2O4和KCa Cr2F9的形式存在。高锰酸钾氧化前、后的土壤毒性浸出试验表明联合修复能够较好实现Cr(Ⅳ)的还原和Cr(Ⅲ)的稳定,毒性浸出液中的Cr(Ⅳ)浓度在生物刺激40 d后下降95.03%。将生物刺激40 d的土壤样品进行紫外灭菌后,微生物还原Cr(Ⅳ)的效果保持稳定,还原产物Cr(Ⅲ)不会由于微生物的消亡而发生二次氧化。
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