微生物矿化修复铜、铅污染土的效果及稳定性研究

摘要

随着我国农业和工业生产的迅速发展，特别是重金属排放企业的增多，大量的含重金属废弃物被排放到自然环境中，造成了非常严重的环境污染问题。重金属不易被降解，易富集在动植物体中，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，寻找经济有效的方法治理重金属污染已刻不容缓。
　　本文基于微生物诱导碳酸盐沉积（Microbially Induced Carbonate Precipitation，MICP）的方法，利用芽孢八叠球菌诱导物对铜、铅污染土壤进行修复。首先研究了重金属环境下微生物的生长特性并对其进行了驯化;然后分别通过水、土中重金属的修复试验，评价微生物矿化方法的修复效果，并通过场发射扫描电镜和X射线衍射仪初步探究修复机理;其后通过研究已修复重金属污染土在酸性溶液浸泡、冻融循环、高温环境下的稳定性，比较分析影响稳定性的主要因素;最后通过土柱淋滤试验，模拟实际降雨条件对污染土稳定性的影响。论文得到以下几点结论:
　　(1)芽孢八叠球菌培养过程中随着重金属离子浓度的升高，菌体数量逐渐减少，生长延滞期逐渐增长，当Cu2+和Pb2+浓度分别为1000mg/L和1300mg/L左右时，细菌失去活性，不再出现快速生长期。对细菌驯化后对Cu2+和Pb2+耐受浓度提高到1300mg/L和1550mg/L左右。
　　(2)修复水中Cu2+和Pb2+污染时，当反应液中尿素和氯化钙的浓度都为1.5mol/L时去除率最高，此时对Cu2+参复一次的平均去除率为70.03％，对Pb2+修复一次的平均去除率为89.32％;修复土壤中Cu2+和Pb2+污染时，修复三次后的铜、铅污染土与未修复的污染土相比，可交换态含量分别减少46.68％和61.12％，碳酸盐结合态含量分别增加26.58％和40.68％，残渣态含量分别增加9.16％和12.74％。
　　(3)通过场发射扫描电镜和X射线衍射仪发现Cu2+修复沉积物大多以CaCO3的形式存在，Pb2+修复沉积物沉积物大多为CaCO3和PbCO3的共沉物。CaCO3通过表面吸附将Cu2+纳入到CaCO3晶体或者晶体间的间隙，从而实现对Cu2+的固定;Pb2+一方面可生成细小的PbCO3吸附在CaCO3晶体表面，另一方面CaCO3亦可通过表面吸附将Pb2+纳入沉积物的晶体或者晶体间的孔隙，从而实现对Pb2+的固定。
　　(4)在pH为2.5的硝酸溶液中浸泡60天，修复后的铜、铅污染土中可交换态含量占比分别增加20.02％和24.22％;在冻融循环环境中60天后，修复后的铜、铅污染土可交换态含量占比分别增加7.5％和6.22％;在高温120℃环境中60天后，修复后的铜、铅污染土可交换态含量占比分别增加9.56％和15.3％。
　　(5)经过酸雨淋滤，修复后的铜、铅污染土与未修复的铜、铅污染土相比，滤出的重金属含量分别减少16.29％和15.69％，并且土中可交换态平均含量分别降低24.32％和37.68％。

目录

摘要

1 绪论

1．1 引言

1．2 国内外应用及研究现状

1．2．1 重金属污染特点与修复方法概述

1．2．2 微生物矿化修复重金属污染理论基础

1．2．3 微生物修复重金属污染研究现状

1．2．4 修复重金属污染土稳定性研究现状

1．3 本文的研究意义及内容

1．3．2 研究内容

1．3．3 技术路线

2 微生物生长特性及耐重金属研究

2．1 微生物的来源、活化及保存

2．1．1 试验设备及材料

2．1．2 微生物来源及活化

2．1．3 微生物的保存

2．2 微生物数量检测

2．2．1 微生物数量检测方法

2．2．2 微生物生长曲线

2．3 重金属对微生物生长影响

2．3．1 含重金属培养基的配制

2．3．2 结果与分析

2．4 微生物驯化

2．5 本章小结

3 微生物矿化修复铜、铅重金属效果研究

3．1 微生物矿化修复水中重金属污染

3．1．1 试验材料

3．1．2 试验仪器

3．1．3 测定方法

3．1．4 试验方案

3．1．5 试验结果分析

3．2 微生物矿化修复土中重金属污染

3．2．1 试验材料

3．2．2 污染土壤制备

3．2．3 试验方案

3．2．4 土壤中各形态重金属提取

3．2．5 试验结果分析

3．3 修复机理分析

3．3．1 试验仪器

3．3．2 试验结果分析

3．4 本章小结

4 微生物矿化修复污染土的稳定性研究

4．1 修复污染土酸腐蚀稳定性研究

4．1．1 试验材料

4．1．2 试验步骤

4．1．3 试验结果分析

4．2 冻融、高温条件下稳定性研究

4．2．1 试验方案

4．2．2 试验结果分析

4．3 本草小结

5 污染土土柱酸雨淋滤试验研究

5．1 土柱淋滤试验材料与装置

5．1．1 试验材料

5．1．2 试验装置

5．2 土柱淋滤试验

5．2．1 试验方法

5．2．2 试验步骤

5．3 试验结果分析

5．4 本章小结

6 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间取得的学术成果

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