嗜酸性氧化硫硫杆菌及黑曲霉发酵液淋洗修复重金属污染土壤和底泥的研究

发布时间：2018-05-24 19:26

本文选题：氧化硫硫杆菌TS6 + 黑曲霉Y9　；参考：《南京农业大学》2015年硕士论文

【摘要】：工农业的快速发展使人们生活水平逐年升高的同时,其伴随产生的"三废"物质也对环境造成了严重的破坏,其中土壤和底泥的重金属污染问题日趋严重,成为陆地和水生生态系统安全的一大威胁,乃至危及人类的生命与健康。土壤(底泥)淋洗法是一种极具发展前景的重金属污染治理技术,近年来,微生物生长代谢所产的生物酸及各种活性物质被国内外学者研究证明能有效去除环境介质中的重金属。本研究主要应用两种微生物所产的酸性发酵液作为土壤(底泥)淋洗剂,包括嗜酸性氧化硫硫杆菌Acidithiobbacillus thiooxidans TS6和黑曲霉Aspergillus niger Y9纯培养发酵液(以下分别简称TS6发酵液和Y9发酵液),并以EDTA溶液作为参照。通过摇瓶浸提试验和柱淋洗试验,研究了各淋洗剂在不同洗脱条件下对重金属的溶出情况,并考察了淋洗前后土壤(底泥)中的重金属赋存形态及其他理化性质的变化。主要研究结果如下:(1)采用多种污染指数评价法对供试土壤和底泥的重金属污染状况作出评价。单因子污染指数和地累积指数表明,土壤和底泥中重金属的污染程度均为CdZnPbCu,而Cr和Ni则几乎不存在污染。内梅罗综合污染指数表明,土壤和底泥均达到了重度污染水平,而底泥比土壤污染更为严重。潜在生态风险指数表明,土壤与底泥中Cd的污染最为严重,潜在生态风险系数最高,是潜在生态风险的绝对主导贡献因素,应引起密切关注和极高重视。多种评价方法的结果虽有一定差异,但总体结论一致:供试土壤和底泥的重金属污染程度非常严重,以Cd、Zn和Pb为主。(2)使用TS6发酵液和Y9发酵液对污染土壤和底泥进行摇瓶浸提试验。结果表明:重金属的浸出率随时间的延长而增加,其中2h内是快速浸出阶段;随着固液比的增加,体系pH升高,重金属浸出率降低。TS6发酵液和Y9发酵液对土壤中Cd、Pb、Zn 的最大浸出率分别为 94.6%、18.3%、78.7%和 74.8%、48.5%、61.8%,对底泥中 Cd、Pb、Zn 的最大浸出率分别为 100%、3.9%、82.3%和 68.3%、44.9%、67.8%,底泥体系下固液比的增大会使重金属浸出率迅速降低。综合考虑重金属浸出率和运行成本,用TS6发酵液分别以30%和10%的固液比浸出较适宜该污染土壤和底泥的修复。(3)采用摇瓶试验研究EDTA溶液及添加EDTA的发酵液对重金属的浸出情况。摇瓶试验结果表明,EDTA溶液对土壤和底泥中的Cd、Pb、Zn浸出率最高分别达到88.9%、100%、55.9%和 76.6%、72.5%、51.6%,在体系 pH 为 4.5～7.6 的条件下(固液比为5%～30%)均有较好的重金属浸出效果,其对Pb的去除率比发酵液体系高很多。向两种发酵液中添加一定量的EDTA固体,对TS6发酵液去除重金属无益,而明显提高了 Y9发酵液对Cd、Pb、Zn的浸出率。(4)采用柱淋洗试验研究发酵液和EDTA溶液对土壤和底泥中重金属溶出的动态情况,及淋洗后土壤和底泥中重金属形态的变化。结果表明:TS6发酵液和Y9发酵液淋洗后,土壤中Cd、Pb、Zn的去除率分别达到89.5%、6.99%、68.1%和73.7%、33.7%、58.4%,底泥中 Cd、Pb、Zn 的去除率分别为:64.6%、0.46%、48.8%和 36.2%、15.3%、50.7%。重金属的形态分级结果表明:两种发酵液可以有效去除土壤中各种形态的Cd和Zrn,使残留在土壤中的Cd和Zn主要以稳定的残渣态存在,从而降低了它们的毒性,但可交换态的Pb含量有所增加;两种发酵液均使底泥中的Cd向较稳定形态转变,残留的Pb、Zn碳酸盐结合态和铁锰氧化物结合态减少,但其可交换态的含量增加。相比而言,EDTA溶液对土壤和底泥中重金属的去除率虽然较高,但淋洗后土壤中Cd和Zn的前三种形态所占比例较高,底泥中可交换态Pb和Zn含量甚至成倍增加。故综合重金属去除率和残留重金属存在形态考虑,该污染土壤较适宜用约10倍PV的TS6发酵液淋洗修复,而该污染底泥较适宜用20倍PV以上的Y9发酵液淋洗修复。(5)两种发酵液淋洗后,土壤和底泥的阳离子交换量(CEC)和有效氮磷钾含量有一定程度的增加,但pH下降明显,低至2.0～4.8,通过添加适量生石灰的中和调理,可使土壤及底泥恢复至6.6～7.0的近中性pH。淋洗所产生的废液可将pH调至7来沉淀其中的重金属离子,之后作为培养新鲜微生物发酵液的基质回用。本论文的研究结果对于使用嗜酸性氧化硫硫杆菌和黑曲霉产生的酸性微生物发酵液在重金属污染土壤及底泥修复上的应用具有一定的指导意义。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：南京农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X53;X172

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