涉铅污染土壤抗铅细菌分离、鉴定及其热力学研究

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近年来工业的快速发展,大量的重金属污染物通过多种不同方式被释放到土壤中,对土壤的生态环境产生较为严重污染与破坏。我国主要的土壤重金属污染一般源自于工业污水的灌溉、生活垃圾渗滤液的渗透、矿山的大量开采、农药和肥料的过度施用以及大气污染物通过降雨的方式产生沉降等。这些重金属一旦进入土壤后,将会导致土壤环境系统的组成、功能和结构发生较大的改变,对土壤生物生理特性以及微生物群落的结构产生严重危害,并导致微生物无法对一些有毒、有害的物质进行吸附和降解,使污染物质在土壤中逐渐累积,进而通过“土壤→动植物→人体”等途径间接进入到人体内,严重破坏和危害人体正常的生理代谢活动。生物修复技术相较于传统工程措施和物理化学措施而言,其最终是由微生物来降解,产物大部分的无毒无害物质、并且将其转化为稳定的物质,不会对植物生长发育所需要的土壤生态环境产生损害和破坏。由于生物修复技术具有处理时间短、处理费用低、不会对环境产生二次污染等特点,使其成为目前国内外最有前途的土壤修复技术。重金属铅作为一种不能自然降解的元素,会直接影响水质、土壤质量和农作物生长等并最终通过食物链的循环累积到人体内,危害人体健康。本论文以陕西省某铅加工企业周围土壤为研究对象,筛选出对重金属铅有高抗性的细菌。利用MIS微生物自动化鉴定系统,对细菌进行了鉴定;采用平板划线的方法,测试了细菌对重金属和有机物的抗性;利用热力学与动力学吸附实验法,对细菌吸附重金属铅的过程及机制进行了研究。叙述本研究结果对利用微生物修复铅污染以及工程治理的科学与现实意义。主要的研究结论如下:(1)通过PLFA分析方法测定土壤样品的微生物种类和数量,由分析图谱得知在受铅污染的土壤样品中含有各种各样不同种类的微生物,其中放线菌所占的比重最大为70.44%,真菌所占的比重最小为0.81%。(2)通过平板划线法得出,抗铅细菌B1在固体培养基上的形态为圆形,表面微微凸起,白色,边缘规则,不透明,极易挑起,细菌形状为长杆状,有芽孢。通过MIS微生物自动化鉴定系统得出筛选出的抗铅细菌B1为蜡状芽孢杆菌属。(3)通过对抗铅细菌B1最佳的生长环境条件探索得出:在pH值为6.0左右、环境温度为35℃左右、溶液中渗透压在0.5%左右的环境中,细菌生长的最好。同时,抗铅细菌B1对浓度比较低的有机污染物具有一定的耐性。抗铅细菌对铅、锰、铬、锌、铜都有一定的抗性,而且一定浓度的锌和锰对抗铅细菌的生长还有促进作用。抗铅细菌在铅离子浓度为1200mg/L固体培养基中能正常生长,这说明本实验室筛选出来的细菌对铅离子具有极强的耐性。(4)通过对抗铅细菌B1最佳吸附重金属铅的条件探索,结果表明:当溶液中铅离子浓度为200mg/L、pH值为6.0、温度为35℃对的环境条件下,生物吸附的效果最佳。通过吸附动力学模型分别应用准一级动力学模型和准二级动力学模型对抗铅细菌B1进行非常良好拟合,得出用抗铅细菌B1吸附Pb2+的动力学过程更适合用准二级动力学方程进行描述。这说明抗铅细菌B1的吸附Pb2+的过程主要是化学吸附。通过颗粒内扩散模型,可知吸附过程主要受颗粒内扩散和液膜扩散共同控制。同时,应用Langmuir和Freundlich吸附等温线对数据进行拟合,得出Freundlich吸附等温线更适合模拟该抗铅细菌吸附铅离子的过程。
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