嗜酸性氧化硫硫桿菌及黑曲霉發(fā)酵液淋洗修復(fù)重金屬污染土壤和底泥的研究.pdf

1、工農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展使人們生活水平逐年升高的同時，其伴隨產(chǎn)生的“三廢”物質(zhì)也對環(huán)境造成了嚴(yán)重的破壞，其中土壤和底泥的重金屬污染問題日趨嚴(yán)重，成為陸地和水生生態(tài)系統(tǒng)安全的一大威脅，乃至危及人類的生命與健康。土壤（底泥）淋洗法是一種極具發(fā)展前景的重金屬污染治理技術(shù)，近年來，微生物生長代謝所產(chǎn)的生物酸及各種活性物質(zhì)被國內(nèi)外學(xué)者研究證明能有效去除環(huán)境介質(zhì)中的重金屬。
　　本研究主要應(yīng)用兩種微生物所產(chǎn)的酸性發(fā)酵液作為土壤（底泥）淋洗劑，包括嗜酸

2、性氧化硫硫桿菌Acidithiobacillus thiooxidans TS6和黑曲霉Aspergillus niger Y9純培養(yǎng)發(fā)酵液（以下分別簡稱TS6發(fā)酵液和Y9發(fā)酵液），并以EDTA溶液作為參照。通過搖瓶浸提試驗和柱淋洗試驗，研究了各淋洗劑在不同洗脫條件下對重金屬的溶出情況，并考察了淋洗前后土壤（底泥）中的重金屬賦存形態(tài)及其他理化性質(zhì)的變化。主要研究結(jié)果如下:
　　(1)采用多種污染指數(shù)評價法對供試土壤和底泥的重金屬污

3、染狀況作出評價。單因子污染指數(shù)和地累積指數(shù)表明，土壤和底泥中重金屬的污染程度均為Cd＞Zn＞Pb＞Cu，而Cr和Ni則幾乎不存在污染。內(nèi)梅羅綜合污染指數(shù)表明，土壤和底泥均達(dá)到了重度污染水平，而底泥比土壤污染更為嚴(yán)重。潛在生態(tài)風(fēng)險指數(shù)表明，土壤與底泥中Cd的污染最為嚴(yán)重，潛在生態(tài)風(fēng)險系數(shù)最高，是潛在生態(tài)風(fēng)險的絕對主導(dǎo)貢獻(xiàn)因素，應(yīng)引起密切關(guān)注和極高重視。多種評價方法的結(jié)果雖有一定差異，但總體結(jié)論一致:供試土壤和底泥的重金屬污染程度非常嚴(yán)重，

4、以Cd、Zn和Pb為主。
　　(2)使用TS6發(fā)酵液和Y9發(fā)酵液對污染土壤和底泥進(jìn)行搖瓶浸提試驗。結(jié)果表明:重金屬的浸出率隨時間的延長而增加，其中2h內(nèi)是快速浸出階段;隨著固液比的增加，體系pH升高，重金屬浸出率降低。TS6發(fā)酵液和Y9發(fā)酵液對土壤中Cd、Pb、Zn的最大浸出率分別為94.6％、18.3％、78.7％和74.8％、48.5％、61.8％，對底泥中Cd、Pb、Zn的最大浸出率分別為100％、3.96％、82.3％和6

5、8.3％、44.9％、67.8％，底泥體系下固液比的增大會使重金屬浸出率迅速降低。綜合考慮重金屬浸出率和運行成本，用TS6發(fā)酵液分別以30％和10％的固液比浸出較適宜該污染土壤和底泥的修復(fù)。
　　(3)采用搖瓶試驗研究EDTA溶液及添加EDTA的發(fā)酵液對重金屬的浸出情況。搖瓶試驗結(jié)果表明，EDTA溶液對土壤和底泥中的Cd、Pb、Zn浸出率最高分別達(dá)到88.9％、100％、55.9％和76.6％、72.5％、51.6％，在體系pH為

6、4.5～7.6的條件下(固液比為5％～30％)均有較好的重金屬浸出效果，其對Pb的去除率比發(fā)酵液體系高很多。向兩種發(fā)酵液中添加一定量的EDTA固體，對TS6發(fā)酵液去除重金屬無益，而明顯提高了Y9發(fā)酵液對Cd、Pb、Zn的浸出率。
　　(4)采用柱淋洗試驗研究發(fā)酵液和EDTA溶液對土壤和底泥中重金屬溶出的動態(tài)情況，及淋洗后土壤和底泥中重金屬形態(tài)的變化。結(jié)果表明:TS6發(fā)酵液和Y9發(fā)酵液淋洗后，土壤中Cd、Pb、Zn的去除率分別達(dá)到8

7、9.5％、6.99％、68.1％和73.7％、33.7％、58.4％，底泥中Cd、Pb、Zn的去除率分別為:64.6％、0.46％、48.8％和36.2％、15.3％、50.7％。重金屬的形態(tài)分級結(jié)果表明:兩種發(fā)酵液可以有效去除土壤中各種形態(tài)的Cd和Zn，使殘留在土壤中的Cd和Zn主要以穩(wěn)定的殘渣態(tài)存在，從而降低了它們的毒性，但可交換態(tài)的Pb含量有所增加;兩種發(fā)酵液均使底泥中的Cd向較穩(wěn)定形態(tài)轉(zhuǎn)變，殘留的Pb、Zn碳酸鹽結(jié)合態(tài)和鐵錳氧化

8、物結(jié)合態(tài)減少，但其可交換態(tài)的含量增加。相比而言，EDTA溶液對土壤和底泥中重金屬的去除率雖然較高，但淋洗后土壤中Cd和Zn的前三種形態(tài)所占比例較高，底泥中可交換態(tài)Pb和Zn含量甚至成倍增加。故綜合重金屬去除率和殘留重金屬存在形態(tài)考慮，該污染土壤較適宜用約10倍PV的TS6發(fā)酵液淋洗修復(fù)，而該污染底泥較適宜用20倍PV以上的Y9發(fā)酵液淋洗修復(fù)。
　　(5)兩種發(fā)酵液淋洗后，土壤和底泥的陽離子交換量(CEC)和有效氮磷鉀含量有一定程度