微生物沥浸及固化/稳定化处理重金属污染底泥的研究

摘要

近年来，湖南省各种采选矿及相关企业的发展，已使湘江成为国内重金属污染最严重的河流之一。株洲霞湾港是株洲清水塘工业区综合废水排放至湘江的主要渠道，经过近几十年的重金属积淀，霞湾港底泥中重金属蓄积严重，已严重超标。蓄积在底泥中的重金属往往会因外界环境的改变而重新释放进而污染上覆水体，因此对湘江及霞湾港等重金属污染的底泥进行安全处理处置是十分必要的。其中微生物沥浸法由于具有周期短、效率高、成本低等特点而受到越来越多的研究，而水泥基材的固化/稳定化是处理有毒有害废物的最佳技术，添加粉煤灰及其他重金属螯合剂的方法可以降低处理成本，减小增容比，也已成为研究的热点，本文中针对湘江长沙段污染底泥的性质及霞湾港污染底泥的特点，采用了微生物沥浸法和水泥、粉煤灰及有机硫化物DTCR(氨基二硫代甲酸型螯合物)联合固化/稳定化技术。
　　微生物沥浸处理重金属污染底泥的技术中，底物投加量(Substrate dosage/Sd)及底泥固体浓度(Solid concentration/Sc)是影响处理效果及成本的两个重要因素，本文中以硫酸亚铁盐为底物，培养以氧化亚铁硫杆菌为主要菌种的土著沥滤微生物，对湘江长沙段底泥进行微生物沥浸实验。实验结果表明：控制底泥固体浓度为13％、底物投加量为19.5g/L、沥浸时间为6d时，底泥中超标重金属Cd、Zn、Cu的去除率可分别达到83.1％、75.3％、61.2％；重金属形态分析显示沥浸后底泥中大部分重金属以残渣态存在，其中硫化物有机结合态Cu浸出较Zn、Cd需更低的pH，且Cu以间接机理浸出为主；而重金属重吸附的模拟实验则表明，以Fe2+为底物的沥浸体系中，黄铁矾的重吸附或共沉淀是沥浸实验后期重金属浸出率下降的原因之一。
　　在处理霞湾港重金属污染严重的水体底泥时，采用了水泥、粉煤灰及有机硫稳定剂DTCR固化/稳定化的方法，从固化体的抗压强度及重金属浸出毒性考察确定了底泥固化/稳定化的最佳工艺条件。结果表明：仅用水泥固化/稳定化重金属污染底泥，固化体抗压强度随水泥用量的增加而上升，重金属浸出浓度则下降，当水泥：干底泥质量比为0.6:1.0时，固化体7d抗压强度能达到0.98MPa的标准值；进一步研究发现，水泥：粉煤灰：干底泥质量比为0.54:0.06:1.0时，重金属浸出浓度有所上升，但7d及28d抗压强度仍能达到1.2MPa和2.7MPa；加入DTCR后，当水泥：粉煤灰：DTCR：干底泥质量比为0.54:0.06:0.012:1.0时，固化体7d及28d抗压强度为1.1MPa和2.1MPa，醋酸缓冲溶液法浸出的Cd、Pb、Zn、Cu浓度分别为0.102 mg·L-1、0.189mg·L-1、0.180mg·L-1和0.032mg·L-1。

目录

文摘

英文文摘

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 底泥重金属污染现状

1.3 重金属污染底泥处理处置方法

1.3.1 底泥生态疏浚技术

1.3.2 底泥掩蔽技术

1.3.3 电动修复技术

1.3.4 化学淋洗技术

1.3.5 植物修复技术

1.3.6 微生物修复技术

1.3.7 固化/稳定化技术

1.4 微生物沥浸法

1.4.1 硫杆菌的浸出机理及培养

1.4.2 微生物沥浸的影响因素

1.5 水泥基材的固化/稳定化及其衍生技术

1.5.1 水泥基材固化/稳定化机理

1.5.2 水泥基材常用固化技术及衍生技术

1.6 选题背景、研究目的及研究内容

1.6.1 选题背景

1.6.2 研究目的

1.6.3 研究内容

第2章 微生物沥浸处理重金属污染底泥的研究

2.1 引言

2.2 实验目的

2.3 试验材料和方法

2.3.1 主要特征参数及分析方法

2.3.2 底泥样品采集及分析

2.3.3 实验设置

2.4 实验结果和讨论

2.4.1 Sd/Sc优化分析实验结果及讨论

2.4.2 最佳固体浓度及底物投加量确定

2.4.3 沥浸前后底泥中重金属形态分布

2.4.4 重金属重吸附及共沉淀模拟

2.5 本章小结

第3章 水泥、粉煤灰及DTCR固化/稳定化重金属污染底泥的研究

3.1 引言

3.2 实验目的

3.3 实验材料及方法

3.3.1 主要特征参数及分析方法

3.3.2 底泥样品采集及分析

3.3.3 实验设定

3.4 实验结果及讨论

3.4.1 各水泥配比固化体抗压强度及重金属浸出试验

3.4.2 各粉煤灰替代量的固化体抗压强度及重金属浸出试验

3.4.3 各DTCR添加量的固化体抗压强度及重金属浸出试验

3.5 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

附录A 攻读学位期间发表论文目录

致 谢