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(yè)生產(chǎn)與開發(fā)的主要原材料，此種材料在工業(yè)市場中，常被應(yīng)用于機械制造、冶金生產(chǎn)、化學(xué)合成、染料印刷等領(lǐng)域，在對氰化物化學(xué)性質(zhì)的分析中發(fā)現(xiàn)，此種物質(zhì)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(yè)生產(chǎn)規(guī)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(huán)境中[3，4]。 現(xiàn)如今，相關(guān)氰化物的治理已經(jīng)成為了有關(guān)單位的關(guān)注重點，為了解決與此方面的相關(guān)問題，調(diào)查單位通過采樣的方式，對土壤質(zhì)量進行了分析，但由于氰化物在土壤中存在遷移現(xiàn)象，遷移的過程不僅會對土壤環(huán)境造成二次污染，同時也會干預(yù)到土壤的修復(fù)能力、威脅到土壤中的動植物，甚至遷移到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)覆蓋范圍，對產(chǎn)出的莊稼、糧食造成污染，最終食物經(jīng)過食物鏈流經(jīng)人體，對人類健康造成安全威脅[5]。 因此，加大對土壤環(huán)境中氰化物污染的治理，修復(fù)土壤環(huán)境，已成為了各個衛(wèi)生單位的工作重點。 但現(xiàn)如今，仍沒有相關(guān)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(chǔ)上，嘗試將生物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用到治理過程中， 通過技術(shù)實踐應(yīng)用的方式，解決土壤環(huán)境受到化學(xué)物質(zhì)影響造成的二次污染問題。

1 土壤氰化物污染生物修復(fù)技術(shù)實踐過程

1.1 土壤氰化物污染水解反應(yīng)

在利用土壤氰化物污染生物修復(fù)技術(shù)完成對受到氰化物污染的土壤修復(fù)時，生物修復(fù)技術(shù)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(huán)節(jié)降解氰化物的霉菌物質(zhì)不同[6，7]。 具體內(nèi)容如表1 所示。

表1 具體描述了土壤氰化物在不同階段發(fā)生水解反應(yīng)時所需要的酶類物質(zhì)， 在此過程中，水解行為的發(fā)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(zhì)被初步分解，被轉(zhuǎn)換成為甲酸物質(zhì)與氮氨物質(zhì)。 通過此種方式，對污染物進行降解處理，可以降低氰化物質(zhì)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(yīng)用中通常不需要其他物質(zhì)作為輔助因子，并且，此類分解酶的分布較為廣泛，常出現(xiàn)在真菌、細菌等微生物體內(nèi)[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(xué)技術(shù)進行物質(zhì)的轉(zhuǎn)換， 轉(zhuǎn)換后可得到一株產(chǎn)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(huán)境下（溫度在25.0 ～30.0°C 范圍內(nèi)，pH值約等于8.0）， 菌體對于氰化物的轉(zhuǎn)化率可以高達90.0%。 在此過程中，微生物通過降解反應(yīng)，將氰化物及其化合物質(zhì)進行催化， 此時化合物將被轉(zhuǎn)換成為氰酸物質(zhì)，在持續(xù)催化反應(yīng)下，氰酸物質(zhì)與堿性環(huán)境發(fā)生反應(yīng)， 在生成大量二氧化碳后，氰酸物質(zhì)被分解。 經(jīng)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(jié)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(jù)的。

表1 土壤氰化物污染水解反應(yīng)過程

1.2 利用菌群對氰化物降解

上文提出的水解反應(yīng)可以初步實現(xiàn)對土壤中氰化物的降解，而要進一步實現(xiàn)對污染物的處理，解決土壤環(huán)境污染問題， 還需要在完成上述相關(guān)工作后，利用生物菌群為環(huán)境提供的修復(fù)技術(shù)，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(zhì)量分數(shù)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(huán)境下放置24.0h， 為菌群分解與生命體活動預(yù)留充足時間。 在菌群與氰化物接觸的前6.0h 內(nèi)，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(tài)，此種狀態(tài)將持續(xù)2.0～30.h， 在菌群發(fā)生反應(yīng)6.0～15.0h內(nèi)， 土體中氰化物將持續(xù)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(fù)技術(shù)的使用效果可能受到外界多種因素與環(huán)境的干擾，部分菌群會在不適宜的環(huán)境下失去降解活力。 因此，在進行生物修復(fù)技術(shù)的實踐中，需要時刻控制反應(yīng)環(huán)境的變化，盡量為其提供一個相對穩(wěn)定且適宜的降解環(huán)境，確保對氰化物降解的完全消化。 同時， 在利用菌群實現(xiàn)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(zhuǎn)移，這四種途徑實現(xiàn)。 在水解的過程中，可通過氰水解酶催化實現(xiàn)，通過一步水解得到甲酸和氨等化學(xué)物質(zhì)， 或在氰水合酶的催化作用下轉(zhuǎn)換為甲酰胺，再進一步水解產(chǎn)生甲酸和氨等化學(xué)成分。 與上述其他三種降解方式相比，通過水解實現(xiàn)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(lián)合修復(fù)污染

根據(jù)上述論述內(nèi)容，利用菌群完成對氰化物的降解后， 將多種不同技術(shù)與生物修復(fù)技術(shù)聯(lián)合，可進一步提高對土壤中氰化物污染的修復(fù)效果。 首先，通過植物與微生物的協(xié)同作用，實現(xiàn)對土壤當中氰化物污染的修復(fù)。 通過微生物協(xié)同植物和共生菌根完成對降解群落的構(gòu)建，在實現(xiàn)通過植物完成對土壤修復(fù)的同時，植物的根系部分能夠產(chǎn)生一種分泌物，并為微生物提供充足的營養(yǎng)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(fù)微生物，通過培養(yǎng)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(chǔ)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(yīng)用優(yōu)勢在于，能夠通過ABC 轉(zhuǎn)運蛋白透性酶上的活躍細胞解毒系統(tǒng)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(fù)提供基礎(chǔ)條件。 同時，木霉菌能夠產(chǎn)生實現(xiàn)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(wěn)定且長效的修復(fù)氰化物的生物共生機構(gòu)。 在實際應(yīng)用中，不僅可以有效提高對被污染土壤的修復(fù)速度，同時還能夠克服傳統(tǒng)被污染土壤修復(fù)的局限性問題，以此在最短的時間當中實現(xiàn)對土壤生態(tài)條件的恢復(fù)。 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(xié)同作用，完成對小麥幼苗的培養(yǎng)，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(zhì)量分數(shù)。 同時， 在這一過程中，木霉菌也表現(xiàn)出了與以往相比更加顯著的降氰效果。 通過實現(xiàn)對植物復(fù)合根系的修復(fù)，達到提升微生物修復(fù)效果的方法在土壤氰化物污染修復(fù)當中具有極高的可行性。

其次，通過將生物與化學(xué)或物化修復(fù)進行進行聯(lián)合，實現(xiàn)對土壤當中氰化物污染的修復(fù)。 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(xiàn)。 基于這一特點，通過將生物修復(fù)技術(shù)與化學(xué)或物化技術(shù)相結(jié)合的方式，制定合理的修復(fù)方案，也能夠?qū)崿F(xiàn)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(chǎn)生二氧化碳和氨化學(xué)物質(zhì)。 通過將氧化法與細菌生物降解相結(jié)合的方式，對土壤進行生物修復(fù)，可將土壤當中原本含有的高質(zhì)量濃度的氰化物釋放，并使其質(zhì)量分數(shù)降低到1μg/mL 甚至0.1μg/mL。

2 實踐應(yīng)用效果分析

在完成對土壤氰化物污染生物修復(fù)技術(shù)實踐應(yīng)用的理論研究后，選擇某工業(yè)園區(qū)作為此次實踐應(yīng)用的區(qū)域，將工業(yè)園區(qū)周邊環(huán)境作為生物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用場所。 經(jīng)過對環(huán)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(yè)生產(chǎn)污染物排放所提出的要求呈現(xiàn)違背趨勢。 為了改善區(qū)域土壤環(huán)境，將生物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用到接種到試驗區(qū)土體內(nèi)，并按照本文提出的內(nèi)容，執(zhí)行生物修復(fù)實踐。

在修復(fù)土壤環(huán)境中，為了確保獲取的實踐應(yīng)用效果數(shù)據(jù)具有一定真實性，將實際環(huán)境作為技術(shù)的實踐應(yīng)用環(huán)境，不需要人為干預(yù)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(huán)境修復(fù)處理后，在前期采樣區(qū)域獲取土壤樣本，對其進行氰化物含量檢測，結(jié)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(zhì)被消耗殆盡，氰化物質(zhì)量分數(shù)呈現(xiàn)快速下降趨勢；在氧化劑用量超過3%以后，由于轉(zhuǎn)化率的提升(表現(xiàn)為土壤中剩余總氰化物質(zhì)量分數(shù)下降)，氧化反應(yīng)速率下降，氰化物的去除率趨于穩(wěn)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(yè)生產(chǎn)污染物排放所提出的標準。因此，可以證明生物修復(fù)技術(shù)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(shù)應(yīng)用到工業(yè)園區(qū)周邊生物環(huán)境中， 以此種方式提高周邊土壤環(huán)境質(zhì)量。

圖2 氧化劑用量對土壤中氰化物形態(tài)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(jié)束語

對土壤環(huán)境中的氰化物進行修復(fù)與有效治理，屬于市場環(huán)境保護單位的長期話題，盡管現(xiàn)如今市場內(nèi)實施的污染治理方法較多，但大多數(shù)方法均缺少技術(shù)作為支撐，為了更好的解決環(huán)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(shù)的實踐應(yīng)用后，對其實踐效果進行分析，以此種方式，為我國工業(yè)綠色生產(chǎn)提供保障。