铁细菌修复土壤中重金属污染的研究

发布时间：2020-07-02 09:56

【摘要】：随着农业生产和工业生产的迅速发展以及农药、化肥的大量使用,大量含重金属的污染物通过各种途径进入土壤,造成土壤严重污染。由于重金属不易被降解,易富集在活的生物机体中,重金属超标将严重危害着包括人类在内的各种生命体的健康与生存。因此,土壤中的重金属污染已经成为环境保护领域中的一个突出问题。在前期实验中发现,铁细菌是一种具有加固效果的矿化菌,能够在其生长过程中形成有很大吸附性的活性胶泥,可改善土体的液化特性。此时,如果能利用其吸附性来处理重金属污染,将具有很好的开发利用价值。为此,本研究利用铁细菌来修复五种重金属(Pb2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+和Cr3+)污染,研究了其对重金属离子的修复效果,并通过环境扫描电镜、X射线衍射仪、傅里叶变换红外光谱等分析手段,进一步研究了生物修复机理。本研究所取得的主要结论如下：(1)铁细菌生理特性研究结果表明：铁细菌可在标准培养基浓度为0.5～1.0倍,温度为25℃～35℃,pH为5-8的条件下生长。菌体的耐受性实验表明：铁细菌的最大pb2+耐受浓度约为700mg/L左右,最大Cd2+耐受浓度约为100mg/L左右,最大Cu2+耐受浓度约为400mg/L左右,最大Zn2+耐受浓度约为500mg/L左右,最大Cr3+耐受浓度约为400mg/L左右。经过驯化,铁细菌对Pb2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+、Cr3+五种重金属离子的耐受浓度分别达到1000mg/L、400mg/L、800mg/L、900mg/L、450mg/L左右。(2)铁细菌修复水中重金属离子Pb2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+、Cr3+的实验结果表明：在优化条件下(溶液中重金属离子浓度分别为200mg/L、20mg/L、110mg/L、150mg/L、60mg/L左右,培养基浓度浓度为1.0倍,温度为30℃,pH为7),铁细菌对Pb2+、Cd2+、Cu2+、 Zn2+、Cr3+的最大去除率可分别达到90%、85%、83%、65%、70%左右。(3)模拟污染土修复实验结果表明：经过一次菌悬液处理后,土壤中有效态pb2+、Cd2+、Cu2+、Zn2+、Cr3+的含量分别减少了58.37%、34.15%、45.92%、50.45%、40.18%；经过二次处理后土壤中有效态重金属含量进一步降低,与未处理土壤相比有效态重金属含量分别减少了76.04%、49.89%、68.14%、70.28%、58.7%。其中,对土壤中有效态pb2+和Zn2+的去除效果较为显著。(4)扫描电镜(SEM)分析表明,铁细菌生成的沉积物表面的颗粒相对较大,修复重金属离子后,沉积物的表面密布了许多较小颗粒,为铁细菌的代谢产物与重金属离子的共沉产物。X-射线衍射(XRD)分析表明,修复前后沉积物均以无定型为主。修复重金属离子前后沉积物的红外光谱(FTIR)研究分析表明,铁细菌生成的沉积物表面具有羟基、羧基、硫酸基等活性基团,且沉积物均以吸附性较强的施氏矿物为主。重金属离子与这些活性基团的结合、共沉反应是修复重金属离子的主要机理。最后,通过分子生物学16SrDNA基因序列分析研究,鉴定铁细菌为Arthrobacter niigatensis。
【学位授予单位】：扬州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：X53;X172

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