丝状菌对生物淋滤去除底泥中重金属的促进作用

论文摘要

本文以株洲霞湾港重金属污染底泥为研究对象，利用生物淋滤法（Bioleaching）去除底泥中的重金属，考察了氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans）与丝状菌（Filamentous Bacteria）混合使用对于重金属去除效果的影响。发现丝状菌的加入可以促进各种重金属的去除，缩短处理时间，实验结果证明，该技术作为重金属-有机物复合污染底泥的治理技术是可行的。生物淋滤技术利用自然界中一些微生物的直接作用或其代谢产物的间接作用，将固相中某些不溶性成分（如重金属）分离浸提出来。生物淋滤采用的主要细菌是氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans）与氧化硫硫杆菌（AcidiAcidithiobacillus thiooxidans）等嗜酸性硫杆菌，在其代谢分解过程中，产生氧化、还原、络合、吸附或溶解作用。生物淋滤法是国际上近年兴起的一项非常有前景的金属浸提技术。与化学浸提法相比，它具有反应温和、耗酸少、运行成本较低等优点。对生物淋滤技术的研究和应用正扩展到环境污染治理等领域，例如污水污泥或者其焚烧灰分中重金属去除、重金属污染土壤、河流底泥的生物修复、工业废弃物如粉煤灰中重金属脱毒等。氧化亚铁硫杆菌的生物淋滤过程有多种抑制因素，其中水溶性有机物，特别是小分子有机酸对氧化亚铁硫杆菌氧化亚铁离子过程具有很强的抑制作用。当前绝大部分的研究都是单独考察生物淋滤对于重金属的去除效果，而底泥的污染类型大部分都属于重金属‐有机物复合污染，生物淋滤过程中有机质降解产生的低分子有机酸对硫化杆菌有很强的抑制作用。株洲霞湾港底泥重金属污染非常严重，Cu、Cd、Pb和Zn四种重金属的最高浓度分别达到了460mg/kg、100mg/kg、1040mg/kg和4000mg/kg，都大大超过国家标准。同时，霞湾港底泥可溶性有机物的含量也较高，因此在生物淋滤过程中可能产生大量低分子有机酸，影响重金属的去除效果。本实验通过接种氧化亚铁硫杆菌菌液，以FeSO4为底物，研究了生物淋滤技术对Cu、Cd、Pb和Zn四种重金属的去除效果。并考察了丝状菌加入前后，底泥中四种重金属去除效果的差异。结果表明，丝状菌可以有效抑制低分子量有机酸对氧化亚铁硫杆菌的毒害作用，促进各种重金属的去除。当加入10%（体积比）的丝状菌后，生物淋滤过程中系统pH值在5d内降低到2以下，Fe2+在4d内完全氧化，经过10d的处理，Cu、Cd、Pb和Zn四种重金属的最高去除率分别达到76.3%、92.5%、52.6%和88.5%，与不加入丝状菌的处理相比，达到最大去除率所需的时间缩短1～2d，四种重金属中，丝状菌的加入对Pb的去除促进作用最为明显，其去除率增加一倍左右。因此，在生物淋滤处理重金属‐有机物复合污染底泥工艺中接入丝状菌对处理效果有很好的促进作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 插图索引
• 附表索引
• 第1章 绪论
• 1.1 底泥重金属污染现状
• 1.2 底泥中重金属污染物的来源
• 1.3 底泥中重金属的危害
• 1.4 重金属污染底泥的修复技术
• 1.4.1 物理修复
• 1.4.2 化学修复
• 1.4.3 生物-生态修复
• 1.4.3.1 生物处理方法
• 1.4.3.2 生物淋滤技术
• 1.5 生物淋滤技术的主要机理及研究现状
• 1.5.1 生物淋滤的定义
• 1.5.2 生物淋滤技术的主要机理
• 1.5.2.1 直接机理
• 1.5.2.2 间接机理
• 1.5.3 生物技术方面的研究进展
• 1.5.3.1 微生物学技术
• 1.5.3.2 生物化学与分子生物学技术
• 1.5.3.3 生物表面活性剂技术
• 1.5.4 影响生物淋滤的反应条件
• 1.5.4.1 温度
• 1.5.4.2 氧气浓度
• 1.5.4.3 二氧化碳浓度
• 1.5.4.4 初始 pH 值
• 1.5.4.5 细菌的种类
• 1.5.4.6 元素硫的种类与投加量
• 1.5.4.7 氧化还原电位（ORP）
• 1.5.4.8 金属种类
• 1.5.4.9 底泥（污泥）种类和浓度
• 1.5.5 抑制因子
• 1.5.6 复合污染底泥治理难点
• 1.6 课题来源、研究目的及内容
• 1.6.1 课题来源
• 1.6.2 研究目的
• 1.6.3 主要研究内容
• 第2章 小分子有机酸对生物淋滤的影响
• 2.1 引言
• 2.2 试验仪器和试剂
• 2.2.1 主要试验仪器
• 2.2.2 培养基
• 2.2.3 药品及试剂
• 2.3 主要特性参数与测定方法
• 2.3.1 pH 值与 ORP 值
• 2+浓度'>2.3.2 Fe²⁺浓度
• 2.4. 试验内容
• 2.4.1 氧化亚铁硫杆菌的驯化分离与加富培养
• 2+影响'>2.4.2 低分子量有机酸对氧化亚铁硫杆菌氧化 Fe²⁺影响
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 淋滤过程中的 pH 值和 ORP 变化
• 2+影响'>2.5.2 低分子量有机酸对氧化亚铁硫杆菌氧化 Fe²⁺影响
• 2.5.3 小结
• 第3章 丝状菌对生物淋滤去除霞湾港底泥中重金属的促进作用
• 3.1 引言
• 3.1.1 霞湾港概况及重金属污染状况
• 3.1.2 生物淋滤技术治理重金属-有机物复合污染底泥的缺陷
• 3.2 试验目的
• 3.3 试验仪器和试剂
• 3.3.1 主要试验仪器
• 3.3.2 主要特性参数与测定方法
• 3.3.2.1 含固率
• 3.3.2.2 pH 的测定
• 3.3.2.3 有机质的测定
• 3.3.2.4 DOM 的测定
• 3.3.2.5 底泥重金属含量
• 3.4 试验内容
• 3.4.1 霞湾港底泥基本理化性质调查
• 3.4.1.1 底泥样品
• 3.4.1.2 样品处理
• 3.4.2 底泥重金属生物淋滤试验
• 3.4.2.1 A.f 种液的制备与驯化
• 3.4.2.2 丝状菌的培养
• 3.4.2.3 底泥重金属淋滤试验
• 3.5 试验结果及讨论
• 3.5.1 霞湾港底泥基本理化性质
• 3.5.2 底泥生物淋滤试验
• 3.5.2.1 氧化亚铁硫杆菌的驯化
• 2+浓度的变化'>3.5.2.2 生物淋滤过程中 pH 值和 Fe²⁺浓度的变化
• 3.5.2.3 重金属淋滤效果
• 3.5.3 小结
• 第4章 结论和建议
• 4.1 结论
• 4.2 建议
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录