零价铁与微生物协同修复铬污染土壤研究

发布时间：2020-06-28 08:35

【摘要】：近年来,含铬废水的大量排放及铬渣和含铬污泥的渗滤给周边环境土壤造成严重的污染。零价铁因具有粒径小、表面积大和还原能力强等优势,被广泛应用于铬污染土壤修复,但其在修复过程中存在易受铁氧化物钝化失活的缺点,因此,本研究利用零价铁在缺氧条件释氢的特性,尝试在修复体系中引入微生物,通过生物作用促进零价铁腐蚀以提高修复效果,研究协同体系降低铬从土壤到植物转移的机制及调控方法。零价铁与微生物协同修复结果显示,生物作用促进了零价铁腐蚀并在零价铁表面生成了更多具有高比表面积和反应活性的次生矿物,如绿锈、纤铁矿和磁铁矿等,为Cr(Ⅵ)的去除提供充足的反应位点,因此,协同体系对土壤中Cr(Ⅵ)的去除效果明显优于单独体系,对Cr(Ⅵ)去除率高达85.6%,比零价铁和微生物单独作用分别高出2.9和2.2倍;经协同体系修复后,土壤中57.0%易吸收态总铬被转化为固定态总铬从而稳定于土壤中,大幅度地降低铬对生物和环境的危害。此外,低pH和高零价铁用量均有利于铬污染土壤的修复。通过间歇实验考察土壤中常见的环境因子对协同修复铬污染土壤的影响。实验结果表明,由于微生物可以从有机质的降解获得还原能力还原Cr(Ⅵ),因此,外加碳源如乙酸钠及腐殖质均可提高协同体系去除Cr(Ⅵ)的效果。而溶解氧、硝酸盐和硫酸盐则呈现不同的影响规律,由于硝酸盐和溶解氧会竞争零价铁释放的电子,硝酸盐和溶解氧均会抑制协同体系去除Cr(Ⅵ)的过程;虽然硫酸盐同样会竞争零价铁释放电子,但其生物还原过程会在零价铁表面生成如四方硫铁矿等活性矿物,增强协同体系对土壤中Cr(Ⅵ)的去除作用。盆栽实验结果表明,协同体系可有效降低铬对蕹菜的毒害作用。经协同体系修复后,铬的生物有效性明显降低,蕹菜对铬的吸收降低了69.1%,是零价铁单独体系修复效果的2倍。而且由于Cr(Ⅵ)被有效去除,且协同体系中很多Fe(Ⅱ)是以铁活性矿物的形式存在,协同体系中蕹菜对铁的吸收相比零价铁单独体系有所下降,且基本恢复到未受污染的水平。综上,零价铁与微生物协同作用可有效提高零价铁修复Cr(Ⅵ)污染土壤的效果,降低其迁移性和生物有效性,有望成为一种可行的铬污染土壤修复技术。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X53
【图文】：

非生物,零价铁,表面,元素含量

图 2-1 Fe0表面 SEM 图：(a) 反应前的 Fe0；(b) 非生物 Fe0；(c)-(f) 生物 Fe0Fig. 2-1 SEM images of the Fe0surface: (a) unreacted Fe0; (b) abiotic Fe0; (c)-(f) biotic Fe0surface不同体系中反应前后零价铁表面元素分布如表 2-5 所示。由表可知，未反应的 Fe是由 Fe（100%）组成，其表面没有杂质存在。在零价铁单独体系中，反应后的 Fe0表面的 Fe、O 和 Cr 元素的含量分别为 84.3%、4.2%和 0.4%，说明铬开始在零价铁表面积累且可能生成了少量铬铁沉淀物覆盖在其表面。与零价铁单独体系相比，协同体系中铁腐蚀加剧，其表面生成更多铁矿物致使其去除 Cr(VI)的能力得到提升，因而 Fe0表面的Fe 元素含量降低（71.3%），O 和 Cr 元素含量上升，分别为 14.1%和 1.3%。表 2-5 反应前后铁颗粒的 EDX 元素分析Tab. 2-5 Elements analysis of Fe0samples before and after reaction by EDXSample Elements (wt%)Fe O Cr C P Ca S

协同体系,修复过程,活性矿物,体系

第三章不同电子供体和受体对修复过程的影响0 2 4 6 8 10 12 140.00.20.40.60.81.0(a)Cr(VI)removal(CC/0)Time (d)SO42-=0 mmol/kgSO42-=0.5 mmol/kgSO42-=1 mmol/kgSO42-=5 mmol/kgSO42-=10 mmol/kg0 2 4 6 8 10 12 140.00.20.40.60.81.0(b)Cr(VI)removal(CC/0)Time (d)SO42-=0 mmol/kgSO42-=0.5 mmol/kgSO42-=1 mmol/kgSO42-=5 mmol/kgSO42-=10 mmol/kg图 3-5 硫酸盐对零价铁(a)单独体系(b)协同体系修复过程的影响Fig. 3-5 The effects of sulfate on the remediation of the (a) abiotic Fe0system and (b) bioticFe0system

【参考文献】