复合修复剂结合微生物燃料电池修复铅污染土壤的效能研究

来源 :大连海事大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:tata890
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随着铅矿工业的高速发展,矿产工业带来巨大经济效益的同时引发了严重的土壤铅污染。微生物燃料电池(Microbialfuel cell,MFC)是一种用于修复铅污染土壤的新兴技术,然而该技术仅能将部分游离铅还原成单质铅以实现修复,其效能存在进一步提升的空间。向微生物燃料电池的混合体系中投加复合修复剂,吸附和沉淀的综合作用可将未被还原的游离态铅固定于土壤中,从而降低土壤中铅的浸出毒性。本文构建了单室微生物燃料电池用于修复铅污染土壤,向其中投加氧化镁、蒙脱土、磷酸二氢钙(质量比2:1:1)组成的复合修复剂,以提升铅污染土壤的修复效能。通过对比添加修复剂和开闭路条件下系统修复铅污染土壤的效果,分析修复剂和微生物燃料电池对铅污染土壤的修复作用及权重。分别在不同初始p H值和初始铅浓度条件下,研究复合修复剂结合微生物燃料电池对铅污染土壤的修复效果优化,基于土壤p H值、铅的分布、浸出毒性、铅形态变化的结果,揭示复合修复剂结合微生物燃料电池修复铅污染土壤的稳定原理。经不同方式处理的铅污染土壤p H值均存在不同程度升高,复合修复剂对体系的p H值存在较大影响,MFC生物电化学过程对体系的p H值未产生较大影响。复合修复剂使铅离子稳定存在土壤中,极大降低了铅的浸出毒性,使浸出毒性稳定在0.08mg/L-0.14mg/L,远低于标准限值(5mg/L),MFC的生物电化学作用不能使铅污染土壤的浸出毒性发生较大改变,添加复合修复剂闭路MFC浸出毒性略高于复合修复剂开路MFC。添加复合修复剂闭路MFC较未处理土壤的铅浓度降低了374.62 mg/kg,乙酸可提取态的比例降低了22.32%-31.67%,主要转化为可还原态(比例提高了2.08%-6.50%)、可氧化态(比例提高了17.17%-22.96%)和残渣态(比例提高了2.62%-5.00%)。与添加干净土闭路MFC相比,铅浓度没有明显降低,生物电化学驱动Pb2+的迁移作用大于重力的作用,铅在土壤中由下层迁移到上层。土壤不同初始p H值5、7、9条件对复合修复剂结合微生物燃料电池修复铅污染土壤效果产生重要影响,具体表现为:初始p H值为5的含铅土壤经过修复后铅去除效率最高,为22.28%;三个不同初始p H值含铅土壤经过处理后的浸出毒性值低于标准限值,其中初始p H值为7含铅土壤修复后浸出毒性值最低仅为0.54 mg/L;土壤初始p H值分别为5、7、9的含铅土壤比未处理含铅土壤乙酸可提取态占比分别降低20.73%-27.54%、24.26%-32.36%、15.38%-35.46%。经过比较,初始p H值7的含铅土壤经修复后在土壤中最稳定,处理效果最好。不同初始铅浓度2.5 g/kg、5 g/kg、10 g/kg条件对复合修复剂结合微生物燃料电池修复铅污染土壤的影响体现在:未经处理的铅污染土壤浸出毒性均高于标准限值,而经过处理的土壤浸出毒性随着土壤初始铅浓度的升高而升高,但均远远低于危险废物标准限值,最高仅为3.5mg/L。不同浓度的含铅土壤处理后的铅浓度较处理前均有不同程度的降低,其中10 g/kg的含铅土壤去除效率最高为21.02%,2.5 g/kg的含铅土壤去除效率最低为16.80%;初始铅浓度2.5 g/kg、5 g/kg、10 g/kg的土壤乙酸可提取态占比分别降低24.26%-32.36%、20.54%-28.69%、34.09%-42.78%,10 g/kg的含铅土壤处理前后乙酸可提取态的占比降低幅度最大,主要转化为可氧化态(比例提高了18.50%-22.79%)和残渣态(比例提高了10.57%-21.10%)。
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