全 文 ：生物杖术通银
研 究 报 告 刀才口2万日田呢址口 G Y B U 乙L E TJ W 2(X 为 年 增 刊
嗜酸氧化硫硫杆菌对污染土壤中放射性核素杯的溶出
衰世斌 黄 微 李福德 李 娜 张晋秋 何 岱 2
(中国科学院成都生物研究所 ,成都 61 仪阵1;2四川省辐射环境管理监侧中心站 ,成都 61 0 31)
摘 要: 来用啥改氧化硫硫杆菌菌株 H T一8 对污染土旅 中徽贵放射性核素杯进行了徽生物促浓研究结果表明 ,H T一8
菌株能通过持续产政等作用显井促进污染土堆中杯的滚出
关a 词: 喻改孰化硫硫杆菌 土堆 污染 放射性核素 怀 促浓
S ol u b U 七 a ti o n of R a d io n u比 d e Pl u to ul u 刃 in C on ta m ln a ted 5 01 1 初 th
A Ci右功勿ba C扭哪
Y uan shib in , D o雌 W ei, Li Fude, Li N a, z h an g jin qi u, H e D aiZ
价口姗火州 加公心 of B沁甸盯.血 伽 , se A c政 my of & 扮nc , 口犯侧州 61 0 41 ;落必h~ ce 吹 rof R司如访n E朋~ 川以
Mo 瓜功ri叮 & S叩e, .1咯 C人e侧州 u 610031)
A 比tm Ct :
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be solub il zed by th e str山11 , w hi eh can
Prod uee ad d steadi 扮.
K ey wo 川s : Ac idi 面 ob ac沮 us thi o明 山m 50 1 C on.旧旧Iu tlon R adi on uclid e Pl uto ni urn So lub il zati on
怀是极毒元素 , 已知质量数为 232 ~246 的全部
怀的同位素均为放射性核素[l 怀是制造核武器的
重要元素之一 ,当金属态怀因发生核爆炸而散碎分
布于土坡中 ,便形成了怀污染土坡 由于杯一239 的
放射性强 半衰期长 ,对公众安全和环境的潜在危
害很大l,]
怀在土坡中有数种存在形态 ,而以离散 吸附
混合 凝聚 沉积和熔结等形态为主 怀污染土壤的
处理有物理法和化学法等 物理法包括高梯度磁性
分离 电动力学去污和就地玻璃固化等 ,化学法主
要有土壤清洗去污和堆浸等13
在 N ev ad a 核试验场杯污染场地的环境整治主
要就是采用表土清除 污土完全清刮 沥青或路油
筱盖 深层翻耕 永久性栅栏隔离以及污土固定(用
金属铁 水解聚丙烯腑钠盐和油类物质等固定污染
土坡 ,抑制怀的扩散 )等物理 化学治理方法 在
Nev ad a 核试验场采用生物治理方法对于去除怀的
硫化混合物的试验表明也有一定的效果 至今 ,在
H朋而rd o ak R id罗 Chem obylFe m al d 和 Nevad a 等
放射性污染场地的修复技术已实现工程应用13
但是 ,传统的物理 化学治理方法存在成本高
处理效果不理想 , 并易造成二次污染等诸多问题 ,
而采用原地修复生物反应器 ,应用微生物技术大规
模处理怀微污染土壤可能具有良好的应用前景
采用原地生物反应器修复放射性微污染土壤
的关键是如何通过微生物的作用促进放射性核素
自土壤中溶出至液相 ,这样达标的土壤就可原地回
填 ,含有较高浓度放射性物质的液相则可转至其它
生物反应器 ,采用徽生物吸附剂对贵重核素进行富
集回收 微生物对污染土壤中的毒害重金属和放射
性核素的促溶作用主要包括胞内和胞外的累积作
用 胞外络合作用 氧化还原作用 甲基化和脱甲基
收稿 日期:2(X 玲一03 一肠
墓金项 目:86 3 计划 放射性污染土坡徽生物快速修复技术 项 目(2以场AA以记351 )
作者简介:衰世斌 (1 97 3一),男 ,博士 ,副研究员 ,硕士生导师 ,主要从事环境生物技术研究;E 一 卜 因朋b@c ib ac en
2 X为 年 增 刊 袁世斌等 :嗜酸氧化硫硫杆菌对污染土壤中放射性核素怀的溶出 36 1
化作用以及微生物在新陈代谢过程中改变介质的
物理化学环境而促使金属元素溶出等作用 其中改
变介质的酸度的微生物有硫杆菌和产酸菌等14闷
19 2 年 W ak sm an 等分离得到嗜酸氧化硫硫杆
菌(A e诚th jo石ae边us 功fo ox笼da ns , A .r菌 ) A .r菌是一
种矿质化能自养菌 ,专性好氧 ,高度嗜酸 ,革兰氏阴
性 ,棒状 A .t菌以氧化单质硫或还原态的硫化物来
获得 自身细胞生长和代谢所需要的能量 , 以 N玩+
为氮源 ,以空气中的 CO :为碳源 目前已经有许多
国家对 A .t菌的生物浸矿和微生物脱硫进行了大
量研究 Id ac haba 等采用 A .t菌从混凝土废物中浸
取 C户的初步研究表明约 50% 的 C户可以被浸出
Sre ekrishan 等比较 了微生物和化学方法从污泥中
浸取重金属 Cd Cu Zn Pb C r和 N i等的费用 ,发
现利用 A .t菌 自污泥中浸取重金属的费用最少 A.
t菌还可以从废弃的旧电器中回收金属 , Bra nd 等发
现废旧电器中约 o % 的 Al Ni Pb Cu 和 Zn 能被
A t菌浸出l,一川
采 用 本 室 保 藏 的 嗜 酸 氧 化 硫 硫 杆 菌
(A c诚th初bae边, 功万阅石山刀s)附 一8 菌株开展 了污
染土壤中微量放射性核素怀的促溶试验研究 ,现将
结果报道如下
1 材料与方法
1.1 橄 1 放射性核素杯污染土样预处理及减容
将采 自罗布泊原核试验场边沿区的放射性核
素怀微污染风沙土样品平铺在搪瓷盘中或塑料布
上晾干 ,去掉碎石和植物根基 ,捣碎并全部通过孔
径为 2. 0 m m 的分样筛 ,混合均匀 ,碾碎后在 lro
下烘干 ,保存在干燥的磨口瓶中或塑料瓶中备用
在微生物促溶处理前 ,采用铁栅筛 双板筛和
螺旋筛对怀微污染土壤进行筛分 ,经测定粒径大于
0. 25 ~ 的土粒放射性活度远远低于我国暂行的
(拟开放场址土壤 中剩余放射性可接受水平规定
(川 53一2 X )) 中对怀活度的相关规定 , 为干净土
粒 ,粒径小于 0. 25 m m 的土粒为怀污染土壤 ;将粒
径小于 0. 25 ~ 的土粒与嗜酸氧化硫硫杆菌活性
菌液混合处理
1.2 嗜酸氧化硫硫杆菌 (A eidithiobac illus th iox i-
dan )盯 一8 菌株
嗜酸氧化硫硫杆菌 HT一8 菌株系本实验室 自
行分离 自酸性 自然土壤环境 ,现已经由国家知识产
权局指定的中国典型培养物保藏中心鉴定后长期
保藏 (保藏号 CCTC C M 208131) A .t菌活化培养基
配方为 :0.20 9 C aCI: ZH ZO ,0.50 9 M gS O 7H必 ,
3.50 9 K H刃 4, 0.40 9 (N H4 )2Fe (50 4):6H ZO , 自来水
加至 l以X) m L ,调 pH 值至 3.5一4.0 ,在 o .I M 几 蒸
汽压力下灭菌 30 m in ,冷却 将研细过 60 目筛的硫
粉 ro .o g 在无菌箱(室 )内均匀地摊在离紫外线灯
30 cm 处灭菌 30 m in ,然后加人已灭菌的上述溶液
中 取 A. t菌活化培养基 150 ml 于 5的 ml 锥形瓶
中 ,吸取 20 m L A .t菌的活性菌液加人到活化培养
基中 , 然后置于 28~32 的恒温振荡器中振荡培
养 按 同样方法逐渐减少接种量进行转移培养
15d ,经过反复转移培养并过滤 ,获得 A .t菌的活性
菌液(微生物生物量为 10 一巧 g L一, )
1.3 富含铁和硫的反应培养基
富含铁和硫的反应培养基的配方为 :(N氏)多仇
2.50 9 , KH ZPO 4 2.50 9 , M爵氏 7H ZO 0.50 9 , CaC12
2H 20 0. 25 9 , Fe s认 7H 刃 8.0 9 ,硫粉 4.50 9 ,黄铁
矿粉 2. 20 9 ,加 自来水至 1 侃旧ml 混合均匀
1 .4 促溶助 荆
促 溶助 剂 的配方 为 N a燕03 SH刃 23 .0 9 ,
D TpA 2 .5 0 9 ,甲酸 15. o nil ,柠檬酸 8. 0 9 ,磷酸
按 0.50 9 , EDTA 一Na: 12.50 9 ,有机肥料 24.0 9 ,加
自来水至 1 仪又) 耐 混合均匀
1.5 微生物促溶处理
在微生物促溶反应器 内将 A .t菌 的活性菌液
与促溶助剂按 1.0: 1.8 (vl v)的比例混匀 ,按 105.26
g 土 1 0 nil A. t菌与促溶助剂混合液的量将减容
后的杯污染土壤投入 , 然后按 18 .0 耐 /l 0 9 土的
量将富含铁和硫的反应培养基投人 ,于 25~38 通
气搅拌处理 10一15d (l(X) 一250 r/m in ) 取样分析
1.6 土壤 中怀活度的浏试
采用 国家标准 的萃取 色层法 (G B llZ1 9.1-
1989 )测定土壤中的微量怀 土壤用石旬酸加热浸取
进行前处理 然后用三正辛胺一聚三氟抓乙烯色层
粉萃取色层吸附怀 , 并用 ro m ol L一, 的盐酸和 3
mo l L一, 的硝酸分别洗涤色层柱 .以去除牡 铀等干
362 吸物技术通橄刀勿. 动彻城盯 2仪刃 年 增刊
扰离子 最后用草酸一硝酸溶液解吸怀 在低酸度下
进行电沉积制源 用低本底 a 计数器或 以谱仪测
t
1.7 土峨养分分析
土壤养分全氮 全磷和有机质采用国家标准方
法分析
2 结果与讨论
2.1 放射性徽污染土滚的放射分选
各放射性徽污染土坡样品经不同孔径土筛筛
选后所得样品的怀一239 放射性比活度侧定结果见
表 1
土城中怀一23 9 的溶出率最高 , 这也与该菌的最适
温度范围墓本一致门
2. 3 转速对放射性污染土城中怀溶出的影响
在恒温振荡器中开展徽生物促溶试验 ,保持溶
出系统的温度为 35土0.5 ,转速为 10 一25 0 rl而n
徽生物促溶处理后的土坡经离心和过滤后 ,在不同
转速条件下土坡样品中杯一239 的溶出率见表 3
裹 3 不同转油条件下土坟中怀一239 的溶出率 % )
衰 1 不同较径土幼的杯一239 放射性比活度(Bq /kg )
街妞 ion 目
叩倪d(甲. )
肠 d No .1
肠U 附 .3
与 U No .4
l(X) 土 1 125 土1 150 土1 175土1 2(X) 土1 225 上1 250 土l
76 .23 82.19 85 .34 88 .57 9 1.23 89 .的 8 8.67
72 .卯 50 .28 82. 67 86 .6 1 87. 34 86 .4 5 86 .79
74 .12 81.9 84 .22 87 .04 89 .12 88 .56 87 .80
R 时 iele 51. (画 ) >2.0 < 0. 25
肠 11 N o.l
肠 1 N o.2
黝 11 N o.3
肠云 1 N o.4
6.0 x l0一,
9 .0 减10一,
1l.o x lo刁
2.0 x l0一,
0 .25. 2 .0
2 .sx l0 )
2 .3 x lo 闷
3 .sx lo 确
3 .5 x 10 闷
1.87 x 10 一3
1.98 x l0 一3
2 .56 x l0 一,
1.82 x l0 一3
由表 1可见 ,粒径大于 2.0 ~ 和粒径为 0.2 5-
2. 0 ~ 的土壤样品中放射性比活度均低于粒径小
于 0. 25 ~ 的土壤 ,粒径越小 ,放射性 比活度越大
112 根据我国暂行的 拟开放场址土坡中剩余放射
性可接受水平规定(田53一2(X 幻))中对杯一239 活度
的相关规定 ,粒径小于 0. 25 ~ 的土粒为需净化处
理的怀一23 9 徽污染土坡
2. 2 滋度对放封性污染土坡 中杯溶 出的影响
在恒温振荡器中开展徽生物促溶试验 ,保持振
荡器的转速为 2(X) rl而n ,温度徽 25~38 微生物
促溶处理后的土壤经离心和过滤后 ,在不同处理温
度下土城样品中怀的溶出率见表 2
由表 3 可见 ,在 10 ~2(X) :/m in 转速范围内 ,各
个土样中杯一239 的溶出率基本上随转速的提高 ,
溶解氧含量的增加而增大 更高的转速条件下 ,溶
出率反而有所下降 因此 ,控制转速在 2加 r/m in 左
右即可
2.4 pH 值的变化情况
在恒温振荡器中开展微生物促溶试验 ,控制溶
出系统温度为 35 士0.5 ,转速为 Zo r/而n 微生物
促溶体系溶液 pH 值的变化情况见表 4
裹 4 落液 pH 位的变化情况
Ti 二 (h) 24 72 120 168 216 2研 3印
与 U NO .l 3.9 3.8 3.5 3.2 2.8 2 .5 2 .3
阮 11 N o .2 3.8 3 .8 3.4 3 .2 2 .9 2 .4 2.2
肠 U No .3 4 .1 3 .9 3.6 3 .3 2 .8 2 ,6 2.4
与云 N o .4 4 .0 3 .8 3.7 3.2 2.9 2 .6 2.5
衰 2 不同皿度下土幼中杯一2的 的落出率(%
乳. p .( ) 25 全0 .5 28 出 0 .5 32士0 .5 35土0 .5 38土0 .5
肠石 1 N o.l 57.4 3 .37 79 .07 8 8.砧 84 .(y7
与 11 N o.2 58.12 68 .10 80 .18 如 .12 86 .33
肋 让 N o.3 45.39 56 .65 72 .11 82 .2 1 80 .78
由表 4 可见 ,各个土样的微生物促溶系统溶液
pH 值随着培养时间的延长基本呈现下降的趋势 ,
表明随着培养时间延长 ,在促溶系统中产生了硫酸
等酸性物质 明
2. 5 徽生物促溶处理后土坡的养分含全变化
徽生物促溶妊理后的土坡经离心和过滤后,土
壤杯一239 和土壤养分全 N 全 P 和有机质的含t
变化情况分别见表 5 由表 2 可见 ,在 35士0.5 条件下 ,放射性污染
2以为 年 增 刊 袁世斌等 :嗜酸氧化硫硫杆菌对污染土壤中放射性核素怀的溶出 363
裹 5 橄生物促落处理前后土坟中杯一239 的含. 和土幼
养分含.
O at e
0 d
7 d
15 d
vlu t侧心unI 一23 9
(断l吨)
TP 伽卿 ic
(% ) .困找er
1.98 x 10一3
0 .32 x l0一3
0 .25 x 10一3
2. 48
2 .18
2 .12
2 .5 6 1
2 .385
2. 25 1
由表 5 可见 , 微生物促溶处理 15d , 放射性污
染土坡经离心和过滤后 , 测得其中杯一239 的最终
去除率为 87 .37 % ,土壤养分全 N 全 P 和有机质的
损失率分别为 14 .52% 16 .2 % 和 12 .10 % , 土壤肥
力基本得到保持
今考文做
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月卜中门卜叫.月卜 4.闷卜司.闷卜闷.阅卜一闷卜闷.闷卜 如阅卜闷.闷卜叫.闷卜川.闷卜叫.月卜川.闷卜闷.月卜闷,月卜闷.明卜巾月卜口曰 , 川叫卜闷.月卜叻.闷卜叫卜. 卜..月卜 日.闷卜 月卜弓.月卜叫卜闷, 叫.阅卜中阅卜闷.闷卜阅.月卜司.闷卜嘴.阅卜峭.刁卜门.门卜闷.月卜确.月卜闷.月, 闷.月卜峭一月卜月.川. .卜月卜闷.阅卜帝闷卜司口月卜闷.
(上接第 351 页)
3 结论
从中温酒曲中分离得到一株能利用木糖及半
纤维素水解液产乙醇的黄曲霉 27 , 进一步研究表
明, Z7 在利用粗纤维质原料的过程中能产生木聚
糖酶活 本研究优化了 Z7 的产酶条件 , 获得最佳
条件为 : 玉米芯 2% , 尿素 0. 2% , 醉母青 0. 25 % ,
K zH P04 0.5% , N aN 0 3 0.1% , M 爵04.7H刃 0.1% ,
pH 10 , 纱布封口. 随着初始 pH 的增高 , 酶活力增
强 , 可确定27 产碱性木聚糖酶 薄层层析的结果证
明, z7 产生的木聚糖酶确实能将木聚糖水解为木
寡糖及少量的木糖
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