土壤氰化物污染生物修复技术的实践应用

谢燕飞，崔洋洋，朱雯毅，陈伟，王呈祥

（江苏格林勒斯检测科技有限公司，江苏无锡 214000）

土壤中的氰化物，是工业生产与开发的主要原材料，此种材料在工业市场中，常被应用于机械制造、冶金生产、化学合成、染料印刷等领域，在对氰化物化学性质的分析中发现，此种物质含有剧毒，一旦附着在生物体上，会对生物体造成生命威胁，且作用效果十分迅速[1，2]。 伴随着我国工业生产规模的逐步扩张，大量的氰化物排入水体中，淤泥具有一定吸附性，因此氰化物会在迁移过程中赋存在土体环境中[3，4]。 现如今，相关氰化物的治理已经成为了有关单位的关注重点，为了解决与此方面的相关问题，调查单位通过采样的方式，对土壤质量进行了分析，但由于氰化物在土壤中存在迁移现象，迁移的过程不仅会对土壤环境造成二次污染，同时也会干预到土壤的修复能力、威胁到土壤中的动植物，甚至迁移到农业生产覆盖范围，对产出的庄稼、粮食造成污染，最终食物经过食物链流经人体，对人类健康造成安全威胁[5]。 因此，加大对土壤环境中氰化物污染的治理，修复土壤环境，已成为了各个卫生单位的工作重点。 但现如今，仍没有相关实践与研究成果表示，氰化物治理工作取得成绩，因此本文将在早期实践工作的基础上，尝试将生物修复技术应用到治理过程中， 通过技术实践应用的方式，解决土壤环境受到化学物质影响造成的二次污染问题。

1 土壤氰化物污染生物修复技术实践过程

1.1 土壤氰化物污染水解反应

在利用土壤氰化物污染生物修复技术完成对受到氰化物污染的土壤修复时，生物修复技术主要利用土壤中微生物生命活动的降解作用，代谢土壤中氰化物污染物。 此过程以水解行为为主，氰化物主要通过代谢、氧化、还原、取代四个步骤被水解，不同环节降解氰化物的霉菌物质不同[6，7]。 具体内容如表1 所示。

表1 具体描述了土壤氰化物在不同阶段发生水解反应时所需要的酶类物质， 在此过程中，水解行为的发生，主要由氰水解酶对其起到某种程度上的催化作用，在此作用下，氰化物质被初步分解，被转换成为甲酸物质与氮氨物质。 通过此种方式，对污染物进行降解处理，可以降低氰化物质在土壤中的活性，并在一定程度上缓解污染物在土层中的迁移能力。 同时，氰化物水解酶在实际应用中通常不需要其他物质作为辅助因子，并且，此类分解酶的分布较为广泛，常出现在真菌、细菌等微生物体内[8]。 因此，可直接使用微生物样本进行土壤分离的筛查，并使用化学技术进行物质的转换， 转换后可得到一株产碱杆菌体， 此种菌体对于氰化物具有较强的耐受能力。在常温环境下（温度在25.0 ～30.0°C 范围内，pH值约等于8.0）， 菌体对于氰化物的转化率可以高达90.0%。 在此过程中，微生物通过降解反应，将氰化物及其化合物质进行催化， 此时化合物将被转换成为氰酸物质，在持续催化反应下，氰酸物质与碱性环境发生反应， 在生成大量二氧化碳后，氰酸物质被分解。 经过大量的实践与研究证实，单细胞生物可以有效地降解氰化物，因此，结合水解过程， 对土壤中氰化物污染进行处理，生成氨分子与二氧化碳气体，是具有一定理论依据的。

表1 土壤氰化物污染水解反应过程

1.2 利用菌群对氰化物降解

上文提出的水解反应可以初步实现对土壤中氰化物的降解，而要进一步实现对污染物的处理，解决土壤环境污染问题， 还需要在完成上述相关工作后，利用生物菌群为环境提供的修复技术，对氰化物进行深度降解处理[9]。 处理步骤如下。

将菌群悬浊液按照10.0%的质量分数进行配比，将其与初步净化后的土体接种，接种后，将其在菌群适宜环境下放置24.0h， 为菌群分解与生命体活动预留充足时间。 在菌群与氰化物接触的前6.0h 内，降解氰化物的效率较高，此时土体中40.0%的氰化物均可在菌群的生命活动下被降解[11]。此后，菌群活动处于一种缓慢活动状态，此种状态将持续2.0～30.h， 在菌群发生反应6.0～15.0h内， 土体中氰化物将持续被分解20.0%。 如图1所示。

图1 降解过程图

考虑到在此过程中，生物修复技术的使用效果可能受到外界多种因素与环境的干扰，部分菌群会在不适宜的环境下失去降解活力。 因此，在进行生物修复技术的实践中，需要时刻控制反应环境的变化，尽量为其提供一个相对稳定且适宜的降解环境，确保对氰化物降解的完全消化。 同时， 在利用菌群实现对氰化物降解的过程中，还可以通过水解、氧化、还原以及取代或转移，这四种途径实现。 在水解的过程中，可通过氰水解酶催化实现，通过一步水解得到甲酸和氨等化学物质， 或在氰水合酶的催化作用下转换为甲酰胺，再进一步水解产生甲酸和氨等化学成分。 与上述其他三种降解方式相比，通过水解实现对氰化物的降解能够有效提高降氰活性，并且在降解的过程中不需要添加任何辅底物和辅因子，因此这种降解方法的可行性极高。

1.3 生物联合修复污染

根据上述论述内容，利用菌群完成对氰化物的降解后， 将多种不同技术与生物修复技术联合，可进一步提高对土壤中氰化物污染的修复效果。 首先，通过植物与微生物的协同作用，实现对土壤当中氰化物污染的修复。 通过微生物协同植物和共生菌根完成对降解群落的构建，在实现通过植物完成对土壤修复的同时，植物的根系部分能够产生一种分泌物，并为微生物提供充足的营养成分和能量来源，以此进一步促进微生物对氰化物的降解，并在一定程度上提高降解效率。 木霉菌是一种常见的生物修复微生物，通过培养木霉菌的真菌菌株可以将氰化物作为唯一的碳源和氮源。 在此基础上，通过增加葡萄糖成分，能够进一步提高降解速率， 提升可达3 倍以上。 除此之外， 木霉菌在降解过程中的应用优势在于，能够通过ABC 转运蛋白透性酶上的活跃细胞解毒系统增强木霉菌群落本身的额氰化物耐受性，以此为土壤净化无污染的修复提供基础条件。 同时，木霉菌能够产生实现对氰化物降解的酶甲酰胺水，也能够吸收并降解金属当中含有的氰化物成分。 将木霉菌菌落与其他植物的根系连接，可以建立更加稳定且长效的修复氰化物的生物共生机构。 在实际应用中，不仅可以有效提高对被污染土壤的修复速度，同时还能够克服传统被污染土壤修复的局限性问题，以此在最短的时间当中实现对土壤生态条件的恢复。 同时，上述操作可以进一步通过盆栽试验的方式验证。 将一种名为木霉菌的微生物接种到小麦植物的种子和根系当中，通过协同作用，完成对小麦幼苗的培养，其耐受能力得到有效提升，对于氰化物的耐受强度超过100μg/g 的质量分数。 同时， 在这一过程中，木霉菌也表现出了与以往相比更加显著的降氰效果。 通过实现对植物复合根系的修复，达到提升微生物修复效果的方法在土壤氰化物污染修复当中具有极高的可行性。

其次，通过将生物与化学或物化修复进行进行联合，实现对土壤当中氰化物污染的修复。 具有高耐受能力的氰降解微生物，在适宜的条件当中都具备着极高的降氰能力，并且在对含有氰化物的水进行治理时，也具备更加突出的表现。 基于这一特点，通过将生物修复技术与化学或物化技术相结合的方式，制定合理的修复方案，也能够实现对土壤中氰化物污染的治理。 将受到重金属和氰化物污染的土壤埋在黏土当中，此时氰化物会在微生物的作用下开始降解，并逐渐产生二氧化碳和氨化学物质。 通过将氧化法与细菌生物降解相结合的方式，对土壤进行生物修复，可将土壤当中原本含有的高质量浓度的氰化物释放，并使其质量分数降低到1μg/mL 甚至0.1μg/mL。

2 实践应用效果分析

在完成对土壤氰化物污染生物修复技术实践应用的理论研究后，选择某工业园区作为此次实践应用的区域，将工业园区周边环境作为生物修复技术的应用场所。 经过对环境土体的采样检测， 土壤中氰化物的含量严重超标， 与《NY-10 1257-2017》 文件对工业生产污染物排放所提出的要求呈现违背趋势。 为了改善区域土壤环境，将生物修复技术应用到接种到试验区土体内，并按照本文提出的内容，执行生物修复实践。

在修复土壤环境中，为了确保获取的实践应用效果数据具有一定真实性，将实际环境作为技术的实践应用环境，不需要人为干预土层中的温度、pH 值与湿度。 以3.0d 作为一次实践周期，在完成对氰化物的降解与环境修复处理后，在前期采样区域获取土壤样本，对其进行氰化物含量检测，结果如图2、3 所示。

由图2、3 可知：随着氧化剂用量的增加，总氰化物去除率变化不明显；随着氧化剂用量的进一步加大，土壤中还原性高于氰化物的物质被消耗殆尽，氰化物质量分数呈现快速下降趋势；在氧化剂用量超过3%以后，由于转化率的提升(表现为土壤中剩余总氰化物质量分数下降)，氧化反应速率下降，氰化物的去除率趋于稳定。 此时土壤中的氰化物含量显著降低，已满足《NY-10 1257-2017》文件对工业生产污染物排放所提出的标准。因此，可以证明生物修复技术在土壤氰化物污染物治理中所起到的作用是十分显著的，因此，可在后期的研究中， 尝试将此项技术应用到工业园区周边生物环境中， 以此种方式提高周边土壤环境质量。

图2 氧化剂用量对土壤中氰化物形态的影响

图3 氧化剂用量对土壤总氰化物去除率的影响

3 结束语

对土壤环境中的氰化物进行修复与有效治理，属于市场环境保护单位的长期话题，尽管现如今市场内实施的污染治理方法较多，但大多数方法均缺少技术作为支撑，为了更好的解决环境污染问题， 本文深入到了土壤氰化物污染治理中，并在完成对技术的实践应用后，对其实践效果进行分析，以此种方式，为我国工业绿色生产提供保障。