SRB对重金属污染土壤淋洗废液的再生处理及其机理研究

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目前,我国土壤环境中重金属污染严重。土壤淋洗修复技术可以快速、永久地去除污染土壤中的重金属,但也存在淋洗废液对环境有二次污染等问题。本论文选用硫酸盐还原菌(Sulfate-Reducing Bacteria,SRB)处理淋洗废液,研究单一和复合淋洗废液中的络合态金属的去除效果,以及重金属去除机理,以期达到多金属淋洗废液的资源化再生和无害化处置。此外,采用再生的淋洗液再次淋洗重金属污染土壤,为解决土壤淋洗废液处置与排放问题,以及降低土壤淋洗修复经济成本和环境成本提供科学依据。本文的研究结果如下:(1)实验结果表明,SRB可以在七天内显著降低淋洗剂中络合态Cu的含量。在Cu含量固定为50 mg·L-1情况下,SRB对Cu2+、Cu-EDTA、Cu-GLDA、Cu-CA、Cu-MC的去除效果均可达到60%以上。其中,SRB所能承受的Cu与EDTA、GLDA、CA和MC的最高摩尔比分别为1:10、1:25、1:100、1:25。复合淋洗剂(MC)与单一淋洗剂EDTA、GLDA和CA相比,对菌体的毒性较为温和,因此,采用MC不仅可以保持相对较好的土壤淋洗效率,同时还更利于淋洗后续淋洗废液的处理和回收再利用。(2)机理实验表明,SRB对络合态重金属的去除主要有菌体氧化还原作用、菌体胞外聚合物(EPS)吸附和死菌体吸附三种途径,其中SRB的氧化还原作用是主要途径。SRB提取的EPS对络合态Cu有一定的吸附效果,其对Cu2+、Cu-EDTA、Cu-GLDA、Cu-CA、Cu-MC的吸附量分别为210.96、204.75、193.64、190.95、200.63 mg·g-1,该吸附过程能够拟合准一级、准二级动力学方程。SRB菌体对络合态Cu的吸附作用较小,去除率在3.92%-6.65%。扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)分析表明,SRB主要通过氧化还原作用使络合态Cu以Cu S沉淀去除。(3)全因子实验表明,SRB能够有效地去除高浓度的络合态Cd、Pb、Cu和Zn四种重金属,其中络合态Cu的最大去除率为73.87%,络合态Cd次之,为46.51%,络合态Pb和Zn的最大去除率为17.14%和5.80%。重金属去除与硫酸盐还原率呈正相关,且Zn的增加能够促进硫酸盐还原。多金属体系中,各络合态重金属的去除之间存在协同作用,Cu对SRB去除各络合态重金属的效率均为消极影响,Zn为积极影响。(4)实际土壤淋洗实验表明,EDTA与MC均表现出了对土壤中Cd、Pb、Cu、Zn四种重金属较好地去除效率。经SRB处理的EDTA和MC淋洗废液中络合态Cd、Pb、Cu、Zn的去除在11天达到最佳,对应重金属的最佳去除率分别是89.63%、27.11%、98.08%、8.46%和72.62%、22.63%、80.12%、1.15%,均有较好的去除效果。此外,经过SRB处理的两种淋洗废液均可再生,再生后的EDTA和MC对土壤中Cd、Pb、Cu的去除效果分别能达到第一次淋洗的40.92%、71.32%、54.83%和34.96%、45.17%、45.05%。
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