【摘要】： 在有色金屬礦采選過程中產(chǎn)生了大量選礦尾砂,尾砂大多就地筑壩處理,這些尾砂中重金屬隨礦山酸性廢水和酸性降雨等進(jìn)入土壤環(huán)境后,造成重金屬污染,帶來了一系列環(huán)境問題,如土壤基質(zhì)被污染,土壤結(jié)構(gòu)變差、養(yǎng)分缺乏,生態(tài)景觀遭破壞,地下水體受到污染,以及生物多樣性銳減等。因此,需要對礦區(qū)重金屬污染土壤中的重金屬進(jìn)行處理。 本文以鉛鋅銅礦區(qū)重金屬污染土壤為研究對象,采用本地嗜酸性氧化硫硫桿菌(Acidithiobacillus thiooxidans)對土壤中的重金屬(Cu,Zn,Pb)進(jìn)行生物淋濾。發(fā)現(xiàn)生物淋濾可以降低土壤中的重金屬濃度,改變重金屬的化學(xué)形態(tài),實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明,該技術(shù)作為土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)是可行的。 生物淋濾技術(shù)是指利用自然界中一些微生物的直接作用或其代謝產(chǎn)物的間接作用,產(chǎn)生氧化、還原、絡(luò)合、吸附或溶解作用,將固相中某些不溶性成分(如重金屬、硫及其它金屬)分離浸提出來的一種技術(shù)。生物淋濾技術(shù)采用微生物主要是一些嗜酸性的無機(jī)化能自養(yǎng)菌,其中以氧化硫硫桿菌(Acidithiobacillus thiooxidans)和氧化亞鐵硫桿菌(Acidithiobacillus ferrooxidans)應(yīng)用最廣泛,因?yàn)槠渲亟饘偃コ矢叩葍?yōu)點(diǎn),它的研究和應(yīng)用正擴(kuò)展到環(huán)境污染治理等領(lǐng)域,例如:城市污水處理廠的厭氧消化污泥、重金屬污染河床底泥、廢棄的鎳鎘電池、制革廠污泥,城市垃圾的焚燒飛灰等中的重金屬去除。 氧化硫硫桿菌的生物淋濾過程有多種影響因素,其中土壤的固體濃度和淋濾所需要的能源物質(zhì)硫的濃度是影響生物淋濾效率的重要因素,而且這兩者也控制著生物淋濾的運(yùn)行成本。就土壤的固體濃度來說,從經(jīng)濟(jì)的角度看,生物淋濾過程采用的土壤濃度越高,就越有利于降低運(yùn)行成本。然而,土壤是一個(gè)復(fù)雜的緩沖體系,濃度越高,對pH的緩沖性能越好,不利于系統(tǒng)迅速達(dá)到酸性環(huán)境,而氧化硫硫桿菌又是一種嗜酸性的無機(jī)化能自養(yǎng)菌,且高的土壤濃度意味著高的重金屬濃度,也會(huì)對微生物活性產(chǎn)生影響。通過實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),在5個(gè)選取的濃度1%,2%,5%,8%,10%中,1%的固體濃度條件下微生物活性,pH的下降速率和重金屬去除率最好。在這個(gè)濃度下13天之內(nèi)土樣中98.08%Zn,96.44%Cu,和43.52%Pb能夠被去除。氧化硫硫桿菌通過氧化硫或硫化物獲取能量,因此硫的濃度與細(xì)菌的生長繁殖息息相關(guān),在最適的硫濃度下,氧化硫硫桿菌淋濾速率最高,找到一個(gè)最佳的硫濃度,對于優(yōu)化生物淋濾過程有著重要意義。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,在5種選取的濃度1%,2%,5%,8%,10%中,在2%的硫濃度下微生物活性,pH的下降速率和重金屬的去除率最佳。在這個(gè)濃度下13天之內(nèi)土樣中Zn,Cu,Pb的去除率也可以達(dá)到97.54%,97.12%,44.34%。起始pH值對生物淋濾效果也有重要影響,對起始pH進(jìn)行對比生物淋濾實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),起始pH值對本地嗜酸性氧化硫硫桿菌淋濾重金屬Zn,Cu,Pb影響不是很明顯,在實(shí)驗(yàn)前不需要對污染土壤進(jìn)行預(yù)酸化,這樣也可以降低生物淋濾運(yùn)行成本。 重金屬總量雖然是評價(jià)土壤生物效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)的前提,但僅以土壤中重金屬總量并不能很好地預(yù)測和評估土壤重金屬的生物效應(yīng)和環(huán)境效應(yīng)。重金屬的生物毒性更大程度上是由其形態(tài)分布所決定的,不同的形態(tài)產(chǎn)生不同的環(huán)境效應(yīng),直接影響到重金屬的毒性、遷移及在自然界的循環(huán),因此研究土壤中重金屬的形態(tài)特征具有重要的意義。本文采用BCR的4步連續(xù)提取法,將土壤中的重金屬分為4種形態(tài):可交換態(tài)、可還原態(tài)(鐵和錳氧化態(tài)),可氧化態(tài)(硫化和有機(jī)結(jié)合態(tài))及殘?jiān)鼞B(tài)。通常認(rèn)為當(dāng)重金屬以可交換態(tài)存在時(shí),重金屬是很活躍的,生物毒性較大;而當(dāng)重金屬以殘?jiān)鼞B(tài)存在時(shí),生物毒性較小。生物淋濾實(shí)驗(yàn)后對土樣中殘余重金屬進(jìn)行BCR 4步連續(xù)提取,然后通過原子吸收光譜法(AAS法)對重金屬進(jìn)行定量分析,發(fā)現(xiàn)生物淋濾不僅可以降低土樣中的重金屬含量還可以改變重金屬的形態(tài)分布,淋濾實(shí)驗(yàn)完成后,土樣中重金屬多以殘?jiān)鼞B(tài)存在,這樣也減少了對周圍環(huán)境的危害。 本文采用生物吸附技術(shù)去處理回收淋濾出來的重金屬離子,選擇了地衣芽孢桿菌的死菌體作為生物吸附材料,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明地衣芽孢桿菌死菌體具有很好的吸附能力。
【圖文】：

物純化技術(shù)： 利用特殊植物將污染物鈍化/固定，降低其生物有，使其不能為生物所利用，達(dá)到鈍化穩(wěn)定、隔斷、阻止其進(jìn)入水體的，以減少其對生物和環(huán)境的危害。植物枝葉分解物、根系分泌物重金屬離子的鰲合作用等都可固定土壤中的重金屬。物揮發(fā)：植物可以從土壤中吸收污染物并將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)釋一些植物能將土壤中的 Se，As 和 Hg 等甲基化，從而形成可揮發(fā)放到大氣中去。物降解：利用植物及其根際微生物區(qū)系將有機(jī)污染物降解，轉(zhuǎn)化2，H2O）或無毒物質(zhì)，以減少其對生物與環(huán)境的危害。物轉(zhuǎn)化：在植物的根部或其他部位通過新陳代謝作用將污染物轉(zhuǎn)的形態(tài)。物刺激：植物的根系分泌物如氨基酸、糖、酶等物質(zhì)能促進(jìn)根系物的活性和生化反應(yīng)，有利于污染物的釋放和降解。

（用2 %的水瓊脂作底層平板，上面涂布異養(yǎng)菌（酵母） 菌液，上面在冷凝有Waksman固體瓊脂培養(yǎng)基）涂布培養(yǎng)（每個(gè)稀釋度3個(gè)重復(fù)），培養(yǎng)10-15d后在平板上出現(xiàn)1-3mm的淡黃色菌落，并同時(shí)有白色菌落出現(xiàn)，見圖3.1。鏡檢發(fā)現(xiàn)淡黃色菌落中主要是短桿菌。挑取該菌落制成菌懸液按上法作稀釋分離，取不同稀釋度的稀釋液作平板涂布并于28℃下培養(yǎng)。如此重復(fù)2次以后，在平板只存在淡黃色菌落，通過涂片，，革蘭氏染色和鏡檢，觀測菌體形態(tài)的一致性，最終獲得目的菌株。3.2.4 菌種的保藏采用斜面低溫保藏法進(jìn)行保藏，將菌種接種在適宜的固體Waksman斜面培養(yǎng)基上，待菌充分生長后，棉塞部分用油紙包扎好，移至2—8℃的冰箱中保藏，為保持活性每月移種一次。圖3.1 固體培養(yǎng)基上的氧化?
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2008
【分類號】：X53

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