涉铅污染土壤重金属地球化学形态、风险及其微生物修复基础

发布时间：2018-11-01 17:30

【摘要】：近年来,随着人口的增长、工业化和城镇化的进一步深化,人类对矿物的需求日益增加,随之而来的重金属污染问题也日益突出,特别是环境中重金属的污染与人类健康的关系引起了世界各地人们和相关卫生组织的广泛关注。因此,就如何解决重金属污染的问题成为各国关注的焦点。大气降尘、雨水、河流等媒介中的重金属污染元素最终以各种方式蓄积入城市土壤,而城市环境土壤中的重金属元素进环境后能通过扬尘、手口直接接触等途径进入人体,危害人群健康。对城市土壤重金属污染的研究有助于进一步了解土壤中重金属元素的释放机理、形态转化、毒性、生物可利用性、修复措施以及对生态系统和人体健康的危害等多方面的特性,同时对基于重金属元素形态分析的的潜在生态风险评价和人群暴露风险评价有重要意义,为污染土壤中重金属的治理提供理论基础和依据。本研究以陕西省某涉铅加工企业为研究区域,以该样品区域的土壤样品为研究对象,在野外调查与前期研究的基础上,根据一点多样混合采样法收集土壤分析样品,采用Tessier连续形态分析法对城市土壤重金属Pb、Zn、Cd、Or、 Cu、 Sb形态进行分级。在对6种重金属活性系数(MF)、迁移系数(MJ)、综合潜在生态风险指数(RI)以及人群健康风险研究的基础上,对重金属地球化学形态分布、迁移能力、生物活性与环境风险进行了评价,通过利用从长期受到铅污染区域筛选的枯草芽孢杆菌菌株干粉制剂与一定浓度的铅、锑离子溶液进行的动力学和热力学实验,对重金属元素进行了微生物的吸附淋溶机理研究,之后通过土壤微生物淋溶实验研究了枯草芽孢杆菌干粉制剂在实际环境中对污染土壤中的铅离子和锑离子的淋溶,为枯草芽孢杆菌干粉制剂在实际工程中的应用提供理论和技术基础。本研究主要结论为：(1)通过使用Tessier五步连续提取法对该区域土壤样品的地球化学形态分析和环境风险评价研究表明该区域土壤重金属Pb、Zn、Cd、Cr、Cu和Sb形态分布差异较大,Cd、Cr、Cu、Sb、Zn主要以残余态存在,而重金属Pb主要以铁锰氧化物结合态存在,重金属铅环境迁移性最大,Cr迁移性最小。潜在生态风险评价表明该区域土壤重金属潜在生态风险极强,重金属Pb、Cd、Sb生物活性相对较高,Pb(MF=35.77%)的最强,Cd(MJ=0.091)的迁移能力最大。人群暴露风险评价表明该区域城市土壤重金属Cd和Cr对儿童和成人的致癌风险处于中低等水平,但Cr对儿童将产生较大的非致癌风险。而重金属Pb对儿童和成人均产生非常明显的非致癌风险和中等程度的致癌风险,重金属Pb是该区域城市土壤最主要的环境污染物与健康风险因子。(2)通过铅锑的枯草芽孢杆菌吸附混合正交试验的分析研究表明枯草芽孢杆菌干粉制剂是一种优秀的铅锑离子生物吸附剂。热力学和动力学分析表明本实验更符合弗因德里希(Freundlich)等温吸附模型和假二级反应动力学模型,枯草芽孢杆菌干粉制剂和铅、锑离子的吸附过程是一个自发进行的过程(铅锑的吉布斯自由能均为负值△G°0),铅的吸附为吸热的化学反应(ΔH°=28.51 kJ/mol0),锑的吸附为放热反应(ΔH°=-2.49 kJ/mol0),铅锑离子在枯草芽孢杆菌固液表面的混乱度是均在增加的反应(铅ΔS°=154.28 J/mol·k;锑ΔS°=47.78 J/mol·k)。(3)通过枯草芽孢杆菌干粉制剂与污染土壤的振荡淋溶实验表明枯草芽孢杆菌干粉制剂促进了土壤样品中的金属离子铅锑的淋溶,铅离子相比较于锑离子更易于淋溶,在实验温度15。C-35。C温度的升高不利于土壤中的金属离子的淋溶。枯草芽孢杆菌是铅锑污染修复的良好微生物,可用于辅助植物修复重金属铅锑的污染。
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【学位授予单位】：陕西师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X53;X172

【参考文献】