微生物诱导碳酸盐沉积修复猛、铬污染土的稳定性及环境效应研究

发布时间：2020-06-30 00:30

【摘要】：微生物诱导碳酸盐沉积技术(MICP)是微生物成矿学的一种应用。其基本原理是依靠微生物代谢产生的生物酶,促使碳酸根离子的产生,并与环境中的钙离子结合,形成碳酸钙沉淀。碳酸钙在沉积过程中可吸附并包裹土壤中的可交换态重金属,从而实现修复重金属污染土的目的。本文以巴氏芽孢八叠球菌为目标菌株,首先研究了细菌在重金属环境下的生长特性,随后对菌株进行筛选驯化;通过对重金属液体和土体的修复实验得出修复参数,并对修复后污染土进行酸性稳定性和冻融循环稳定性实验;利用微观分析和定性测试技术对微生物矿化修复锰、铬污染土的机理及酸性稳定性机理进行初步探究;最后进行现场灌浆试验以评价MICP方法的环境效应。论文主要结论如下:(1)适量Mn2+可促进芽孢八叠球菌的生长,而Cr6+会抑制细菌的生长繁殖,且Cr6相对于Mn2+对目标菌株有较大的生物毒性。当培养基中的Mn2+、Cr6+浓度分别达到1100mg/L和700mg/L时,目标菌株的快速繁殖期不再出现。通过对耐重金属菌株的筛选驯化,芽孢八叠球菌对Mn2+、Cr6+的最高耐受浓度分别达到1300mg/L、900mg/L左右。(2)随着重金属浓度的不断升高,微生物矿化方法对不同浓度的锰、铬污染液的修复效果逐渐降低。经三次生物修复后,锰、铬污染土中可交换态去除率分别为85.64%和77.56%,土中修复效果与水中修复效果具有相关性。微生物矿化方法可以有效降低重金属污染土中的可交换态,使其转换为其他相对稳定的形态。增加修复次数可增强对锰、铬污染土的修复效果。(3)通过对不同条件下所生沉积物的微区分析显示,基础沉积物中的CaC03矿化物球霰石和方解石共存,细小球霰石的孔隙和方解石晶体表面的微孔结构,可吸附大量重金属。生物矿化修复方法通过表面吸附和共沉淀作用对锰离子起固定作用;而对铬的修复则是通过表面吸附作用,实现对铬离子的固定;当污染液中同时含有锰和铬时,沉积物中包含的锰和铬离子比重相较于单质重金属情况下均有所降低,两者相互影响。(4)酸性环境和冻融循环条件均可使修复土中锰、铬重金属由碳酸盐结合态向可交换态转化,酸性环境对修复土的稳定性影响较大。酸性环境下化学作用的发生导致吸附包裹的可交换态重金属被释放,并产生硫酸钙沉淀。在冻融循环条件下,由于土壤物理破坏,导致重金属重新析出。(5)生物灌浆法产生的副产物氨氮,会对周围水质产生一定影响。降雨条件会加速氨氮的迁移,合理设置隔离墙可阻隔微生物修复剂的扩散。
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU441
【图文】：

重金属污染,生物修复,重金属污染治理

１．２．邋３重金属污染治理的措施逡逑对重金属污染土的治理大致可以分为三类，分别是物理修复、化学修复和生物修复，逡逑如图１－１所示。物理修复成本较高，如热处理、挖掘处理等技术需消耗大量的人力和物力。逡逑化学修复工期较短且成本较低，如稳定固化（离子矿化）技术，但大量化学试剂的加入可逡逑能产生次生污染。生物修复虽然对环境扰动小，但处理周期较长。目前污染土修复方法的逡逑发展趋势为从生态学角度解决土壤污染，必要时进行多技术联合使用。逡逑

过程图,尿素水解,过程

逡逑图１－２简单形象地介绍了邋ＭＩＣＰ过程，过程Ａ：钙离子吸附在细胞表面，细菌使尿素逡逑水解，生成铵根和碳酸根离子；过程Ｂ：碳酸钙逐渐沉淀在细胞壁外；过程Ｃ：以细胞为逡逑晶核形成碳酸钙结晶；过程Ｄ：碳酸钙结晶逐渐将细胞包裹并导致其死亡［３２＿３３］。逡逑图１－２尿素水解的ＭＩＣＰ过程示意图１３Ｍ３１逡逑②微生物与重金属的吸附、转化、溶解作用逡逑微生物与重金属的作用机理因其种属及形态的差异表现出不同的修复机制。总体来说，逡逑微生物的作用机理可以分为吸附、转化、溶解三种［３４＿３５］，如图１－３所示。逡逑４：邋？土：逡逑．？贱／还原后物质逡逑＜细胞代sE逡逑３逦ｃ逦Ａ灥沉财程逡逑ｉ邋Ｉ邋？邋＊邋？逦１逦ｂ溶解过程逡逑？邋Ｃ生物转化过程逡逑？邋Ｄ胞内积累过程逡逑图卜３微生物与重金属的作用机理示意图＾３５］逡逑如图卜３中Ａ所示的是微生物对重金属的吸附沉淀过程，Ｂ表示继吸附沉淀过程后的再逡逑次溶解过程，除发生于细胞外的Ａ、Ｂ两个过程，细胞内也会发生重金属的生物转化过程和逡逑胞内积累过程，如图１－３中Ｃ、Ｄ所示ｔ３５］。然而微生物吸附和胞内富集存在明显的区别，前逡逑者表现出被动性，后者则表现为主动性。复杂的细胞表面结构是微生物吸附重金属的关键逡逑因素

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