土壤氰化物污染生物修復技術的實踐應用

謝燕飛，崔洋洋，朱雯毅，陳偉，王呈祥

（江蘇格林勒斯檢測科技有限公司，江蘇無錫 214000）

土壤中的氰化物，是工業生產與開發的主要原材料，此種材料在工業市場中，常被應用于機械制造、冶金生產、化學合成、染料印刷等領域，在對氰化物化學性質的分析中發現，此種物質含有劇毒，一旦附著在生物體上，會對生物體造成生命威脅，且作用效果十分迅速[1，2]。 伴隨著我國工業生產規模的逐步擴張，大量的氰化物排入水體中，淤泥具有一定吸附性，因此氰化物會在遷移過程中賦存在土體環境中[3，4]。 現如今，相關氰化物的治理已經成為了有關單位的關注重點，為了解決與此方面的相關問題，調查單位通過采樣的方式，對土壤質量進行了分析，但由于氰化物在土壤中存在遷移現象，遷移的過程不僅會對土壤環境造成二次污染，同時也會干預到土壤的修復能力、威脅到土壤中的動植物，甚至遷移到農業生產覆蓋范圍，對產出的莊稼、糧食造成污染，最終食物經過食物鏈流經人體，對人類健康造成安全威脅[5]。 因此，加大對土壤環境中氰化物污染的治理，修復土壤環境，已成為了各個衛生單位的工作重點。 但現如今，仍沒有相關實踐與研究成果表示，氰化物治理工作取得成績，因此本文將在早期實踐工作的基礎上，嘗試將生物修復技術應用到治理過程中， 通過技術實踐應用的方式，解決土壤環境受到化學物質影響造成的二次污染問題。

1 土壤氰化物污染生物修復技術實踐過程

1.1 土壤氰化物污染水解反應

在利用土壤氰化物污染生物修復技術完成對受到氰化物污染的土壤修復時，生物修復技術主要利用土壤中微生物生命活動的降解作用，代謝土壤中氰化物污染物。 此過程以水解行為為主，氰化物主要通過代謝、氧化、還原、取代四個步驟被水解，不同環節降解氰化物的霉菌物質不同[6，7]。 具體內容如表1 所示。

表1 具體描述了土壤氰化物在不同階段發生水解反應時所需要的酶類物質， 在此過程中，水解行為的發生，主要由氰水解酶對其起到某種程度上的催化作用，在此作用下，氰化物質被初步分解，被轉換成為甲酸物質與氮氨物質。 通過此種方式，對污染物進行降解處理，可以降低氰化物質在土壤中的活性，并在一定程度上緩解污染物在土層中的遷移能力。 同時，氰化物水解酶在實際應用中通常不需要其他物質作為輔助因子，并且，此類分解酶的分布較為廣泛，常出現在真菌、細菌等微生物體內[8]。 因此，可直接使用微生物樣本進行土壤分離的篩查，并使用化學技術進行物質的轉換， 轉換后可得到一株產堿桿菌體， 此種菌體對于氰化物具有較強的耐受能力。在常溫環境下（溫度在25.0 ～30.0°C 范圍內，pH值約等于8.0）， 菌體對于氰化物的轉化率可以高達90.0%。 在此過程中，微生物通過降解反應，將氰化物及其化合物質進行催化， 此時化合物將被轉換成為氰酸物質，在持續催化反應下，氰酸物質與堿性環境發生反應， 在生成大量二氧化碳后，氰酸物質被分解。 經過大量的實踐與研究證實，單細胞生物可以有效地降解氰化物，因此，結合水解過程， 對土壤中氰化物污染進行處理，生成氨分子與二氧化碳氣體，是具有一定理論依據的。

表1 土壤氰化物污染水解反應過程

1.2 利用菌群對氰化物降解

上文提出的水解反應可以初步實現對土壤中氰化物的降解，而要進一步實現對污染物的處理，解決土壤環境污染問題， 還需要在完成上述相關工作后，利用生物菌群為環境提供的修復技術，對氰化物進行深度降解處理[9]。 處理步驟如下。

將菌群懸濁液按照10.0%的質量分數進行配比，將其與初步凈化后的土體接種，接種后，將其在菌群適宜環境下放置24.0h， 為菌群分解與生命體活動預留充足時間。 在菌群與氰化物接觸的前6.0h 內，降解氰化物的效率較高，此時土體中40.0%的氰化物均可在菌群的生命活動下被降解[11]。此后，菌群活動處于一種緩慢活動狀態，此種狀態將持續2.0～30.h， 在菌群發生反應6.0～15.0h內， 土體中氰化物將持續被分解20.0%。 如圖1所示。

圖1 降解過程圖

考慮到在此過程中，生物修復技術的使用效果可能受到外界多種因素與環境的干擾，部分菌群會在不適宜的環境下失去降解活力。 因此，在進行生物修復技術的實踐中，需要時刻控制反應環境的變化，盡量為其提供一個相對穩定且適宜的降解環境，確保對氰化物降解的完全消化。 同時， 在利用菌群實現對氰化物降解的過程中，還可以通過水解、氧化、還原以及取代或轉移，這四種途徑實現。 在水解的過程中，可通過氰水解酶催化實現，通過一步水解得到甲酸和氨等化學物質， 或在氰水合酶的催化作用下轉換為甲酰胺，再進一步水解產生甲酸和氨等化學成分。 與上述其他三種降解方式相比，通過水解實現對氰化物的降解能夠有效提高降氰活性，并且在降解的過程中不需要添加任何輔底物和輔因子，因此這種降解方法的可行性極高。

1.3 生物聯合修復污染

根據上述論述內容，利用菌群完成對氰化物的降解后， 將多種不同技術與生物修復技術聯合，可進一步提高對土壤中氰化物污染的修復效果。 首先，通過植物與微生物的協同作用，實現對土壤當中氰化物污染的修復。 通過微生物協同植物和共生菌根完成對降解群落的構建，在實現通過植物完成對土壤修復的同時，植物的根系部分能夠產生一種分泌物，并為微生物提供充足的營養成分和能量來源，以此進一步促進微生物對氰化物的降解，并在一定程度上提高降解效率。 木霉菌是一種常見的生物修復微生物，通過培養木霉菌的真菌菌株可以將氰化物作為唯一的碳源和氮源。 在此基礎上，通過增加葡萄糖成分，能夠進一步提高降解速率， 提升可達3 倍以上。 除此之外， 木霉菌在降解過程中的應用優勢在于，能夠通過ABC 轉運蛋白透性酶上的活躍細胞解毒系統增強木霉菌群落本身的額氰化物耐受性，以此為土壤凈化無污染的修復提供基礎條件。 同時，木霉菌能夠產生實現對氰化物降解的酶甲酰胺水，也能夠吸收并降解金屬當中含有的氰化物成分。 將木霉菌菌落與其他植物的根系連接，可以建立更加穩定且長效的修復氰化物的生物共生機構。 在實際應用中，不僅可以有效提高對被污染土壤的修復速度，同時還能夠克服傳統被污染土壤修復的局限性問題，以此在最短的時間當中實現對土壤生態條件的恢復。 同時，上述操作可以進一步通過盆栽試驗的方式驗證。 將一種名為木霉菌的微生物接種到小麥植物的種子和根系當中，通過協同作用，完成對小麥幼苗的培養，其耐受能力得到有效提升，對于氰化物的耐受強度超過100μg/g 的質量分數。 同時， 在這一過程中，木霉菌也表現出了與以往相比更加顯著的降氰效果。 通過實現對植物復合根系的修復，達到提升微生物修復效果的方法在土壤氰化物污染修復當中具有極高的可行性。

其次，通過將生物與化學或物化修復進行進行聯合，實現對土壤當中氰化物污染的修復。 具有高耐受能力的氰降解微生物，在適宜的條件當中都具備著極高的降氰能力，并且在對含有氰化物的水進行治理時，也具備更加突出的表現。 基于這一特點，通過將生物修復技術與化學或物化技術相結合的方式，制定合理的修復方案，也能夠實現對土壤中氰化物污染的治理。 將受到重金屬和氰化物污染的土壤埋在黏土當中，此時氰化物會在微生物的作用下開始降解，并逐漸產生二氧化碳和氨化學物質。 通過將氧化法與細菌生物降解相結合的方式，對土壤進行生物修復，可將土壤當中原本含有的高質量濃度的氰化物釋放，并使其質量分數降低到1μg/mL 甚至0.1μg/mL。

2 實踐應用效果分析

在完成對土壤氰化物污染生物修復技術實踐應用的理論研究后，選擇某工業園區作為此次實踐應用的區域，將工業園區周邊環境作為生物修復技術的應用場所。 經過對環境土體的采樣檢測， 土壤中氰化物的含量嚴重超標， 與《NY-10 1257-2017》 文件對工業生產污染物排放所提出的要求呈現違背趨勢。 為了改善區域土壤環境，將生物修復技術應用到接種到試驗區土體內，并按照本文提出的內容，執行生物修復實踐。

在修復土壤環境中，為了確保獲取的實踐應用效果數據具有一定真實性，將實際環境作為技術的實踐應用環境，不需要人為干預土層中的溫度、pH 值與濕度。 以3.0d 作為一次實踐周期，在完成對氰化物的降解與環境修復處理后，在前期采樣區域獲取土壤樣本，對其進行氰化物含量檢測，結果如圖2、3 所示。

由圖2、3 可知：隨著氧化劑用量的增加，總氰化物去除率變化不明顯；隨著氧化劑用量的進一步加大，土壤中還原性高于氰化物的物質被消耗殆盡，氰化物質量分數呈現快速下降趨勢；在氧化劑用量超過3%以后，由于轉化率的提升(表現為土壤中剩余總氰化物質量分數下降)，氧化反應速率下降，氰化物的去除率趨于穩定。 此時土壤中的氰化物含量顯著降低，已滿足《NY-10 1257-2017》文件對工業生產污染物排放所提出的標準。因此，可以證明生物修復技術在土壤氰化物污染物治理中所起到的作用是十分顯著的，因此，可在后期的研究中， 嘗試將此項技術應用到工業園區周邊生物環境中， 以此種方式提高周邊土壤環境質量。

圖2 氧化劑用量對土壤中氰化物形態的影響

圖3 氧化劑用量對土壤總氰化物去除率的影響

3 結束語

對土壤環境中的氰化物進行修復與有效治理，屬于市場環境保護單位的長期話題，盡管現如今市場內實施的污染治理方法較多，但大多數方法均缺少技術作為支撐，為了更好的解決環境污染問題， 本文深入到了土壤氰化物污染治理中，并在完成對技術的實踐應用后，對其實踐效果進行分析，以此種方式，為我國工業綠色生產提供保障。