【摘要】：微生物誘導(dǎo)碳酸鹽沉積技術(shù)(MICP)是微生物成礦學(xué)的一種應(yīng)用。其基本原理是依靠微生物代謝產(chǎn)生的生物酶,促使碳酸根離子的產(chǎn)生,并與環(huán)境中的鈣離子結(jié)合,形成碳酸鈣沉淀。碳酸鈣在沉積過(guò)程中可吸附并包裹土壤中的可交換態(tài)重金屬,從而實(shí)現(xiàn)修復(fù)重金屬污染土的目的。本文以巴氏芽孢八疊球菌為目標(biāo)菌株,首先研究了細(xì)菌在重金屬環(huán)境下的生長(zhǎng)特性,隨后對(duì)菌株進(jìn)行篩選馴化;通過(guò)對(duì)重金屬液體和土體的修復(fù)實(shí)驗(yàn)得出修復(fù)參數(shù),并對(duì)修復(fù)后污染土進(jìn)行酸性穩(wěn)定性和凍融循環(huán)穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn);利用微觀(guān)分析和定性測(cè)試技術(shù)對(duì)微生物礦化修復(fù)錳、鉻污染土的機(jī)理及酸性穩(wěn)定性機(jī)理進(jìn)行初步探究;最后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)以評(píng)價(jià)MICP方法的環(huán)境效應(yīng)。論文主要結(jié)論如下:(1)適量Mn2+可促進(jìn)芽孢八疊球菌的生長(zhǎng),而Cr6+會(huì)抑制細(xì)菌的生長(zhǎng)繁殖,且Cr6相對(duì)于Mn2+對(duì)目標(biāo)菌株有較大的生物毒性。當(dāng)培養(yǎng)基中的Mn2+、Cr6+濃度分別達(dá)到1100mg/L和700mg/L時(shí),目標(biāo)菌株的快速繁殖期不再出現(xiàn)。通過(guò)對(duì)耐重金屬菌株的篩選馴化,芽孢八疊球菌對(duì)Mn2+、Cr6+的最高耐受濃度分別達(dá)到1300mg/L、900mg/L左右。(2)隨著重金屬濃度的不斷升高,微生物礦化方法對(duì)不同濃度的錳、鉻污染液的修復(fù)效果逐漸降低。經(jīng)三次生物修復(fù)后,錳、鉻污染土中可交換態(tài)去除率分別為85.64%和77.56%,土中修復(fù)效果與水中修復(fù)效果具有相關(guān)性。微生物礦化方法可以有效降低重金屬污染土中的可交換態(tài),使其轉(zhuǎn)換為其他相對(duì)穩(wěn)定的形態(tài)。增加修復(fù)次數(shù)可增強(qiáng)對(duì)錳、鉻污染土的修復(fù)效果。(3)通過(guò)對(duì)不同條件下所生沉積物的微區(qū)分析顯示,基礎(chǔ)沉積物中的CaC03礦化物球霰石和方解石共存,細(xì)小球霰石的孔隙和方解石晶體表面的微孔結(jié)構(gòu),可吸附大量重金屬。生物礦化修復(fù)方法通過(guò)表面吸附和共沉淀作用對(duì)錳離子起固定作用;而對(duì)鉻的修復(fù)則是通過(guò)表面吸附作用,實(shí)現(xiàn)對(duì)鉻離子的固定;當(dāng)污染液中同時(shí)含有錳和鉻時(shí),沉積物中包含的錳和鉻離子比重相較于單質(zhì)重金屬情況下均有所降低,兩者相互影響。(4)酸性環(huán)境和凍融循環(huán)條件均可使修復(fù)土中錳、鉻重金屬由碳酸鹽結(jié)合態(tài)向可交換態(tài)轉(zhuǎn)化,酸性環(huán)境對(duì)修復(fù)土的穩(wěn)定性影響較大。酸性環(huán)境下化學(xué)作用的發(fā)生導(dǎo)致吸附包裹的可交換態(tài)重金屬被釋放,并產(chǎn)生硫酸鈣沉淀。在凍融循環(huán)條件下,由于土壤物理破壞,導(dǎo)致重金屬重新析出。(5)生物灌漿法產(chǎn)生的副產(chǎn)物氨氮,會(huì)對(duì)周?chē)|(zhì)產(chǎn)生一定影響。降雨條件會(huì)加速氨氮的遷移,合理設(shè)置隔離墻可阻隔微生物修復(fù)劑的擴(kuò)散。
【學(xué)位授予單位】：揚(yáng)州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TU441
【圖文】：

１．２．邋３重金屬污染治理的措施逡逑對(duì)重金屬污染土的治理大致可以分為三類(lèi)，分別是物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)，逡逑如圖１－１所示。物理修復(fù)成本較高，如熱處理、挖掘處理等技術(shù)需消耗大量的人力和物力。逡逑化學(xué)修復(fù)工期較短且成本較低，如穩(wěn)定固化（離子礦化）技術(shù)，但大量化學(xué)試劑的加入可逡逑能產(chǎn)生次生污染。生物修復(fù)雖然對(duì)環(huán)境擾動(dòng)小，但處理周期較長(zhǎng)。目前污染土修復(fù)方法的逡逑發(fā)展趨勢(shì)為從生態(tài)學(xué)角度解決土壤污染，必要時(shí)進(jìn)行多技術(shù)聯(lián)合使用。逡逑

逡逑圖１－２簡(jiǎn)單形象地介紹了邋ＭＩＣＰ過(guò)程，過(guò)程Ａ：鈣離子吸附在細(xì)胞表面，細(xì)菌使尿素逡逑水解，生成銨根和碳酸根離子；過(guò)程Ｂ：碳酸鈣逐漸沉淀在細(xì)胞壁外；過(guò)程Ｃ：以細(xì)胞為逡逑晶核形成碳酸鈣結(jié)晶；過(guò)程Ｄ：碳酸鈣結(jié)晶逐漸將細(xì)胞包裹并導(dǎo)致其死亡［３２＿３３］。逡逑圖１－２尿素水解的ＭＩＣＰ過(guò)程示意圖１３Ｍ３１逡逑②微生物與重金屬的吸附、轉(zhuǎn)化、溶解作用逡逑微生物與重金屬的作用機(jī)理因其種屬及形態(tài)的差異表現(xiàn)出不同的修復(fù)機(jī)制�？傮w來(lái)說(shuō)，逡逑微生物的作用機(jī)理可以分為吸附、轉(zhuǎn)化、溶解三種［３４＿３５］，如圖１－３所示。逡逑４：邋？土：逡逑．？賤／還原后物質(zhì)逡逑＜細(xì)胞代sE逡逑３邐ｃ邐Ａ灥沉財(cái)程逡逑ｉ邋Ｉ邋？邋＊邋？邐１邐ｂ溶解過(guò)程逡逑？邋Ｃ生物轉(zhuǎn)化過(guò)程逡逑？邋Ｄ胞內(nèi)積累過(guò)程逡逑圖卜３微生物與重金屬的作用機(jī)理示意圖＾３５］逡逑如圖卜３中Ａ所示的是微生物對(duì)重金屬的吸附沉淀過(guò)程，Ｂ表示繼吸附沉淀過(guò)程后的再逡逑次溶解過(guò)程，除發(fā)生于細(xì)胞外的Ａ、Ｂ兩個(gè)過(guò)程，細(xì)胞內(nèi)也會(huì)發(fā)生重金屬的生物轉(zhuǎn)化過(guò)程和逡逑胞內(nèi)積累過(guò)程，如圖１－３中Ｃ、Ｄ所示ｔ３５］。然而微生物吸附和胞內(nèi)富集存在明顯的區(qū)別，前逡逑者表現(xiàn)出被動(dòng)性，后者則表現(xiàn)為主動(dòng)性。復(fù)雜的細(xì)胞表面結(jié)構(gòu)是微生物吸附重金屬的關(guān)鍵逡逑因素

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