【摘 要】
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砷(As)、铅(Pb)和镉(Cd)是铅锌冶炼场地最主要的重金属污染物,其生物蓄积性强、毒性持久,严重威胁人类的健康。因此,研发同步修复As、Pb和Cd复合污染土壤的材料迫在眉睫。生物炭负载微生物是一种安全环保的修复措施。本研究从重金属污染场地土壤中筛选和鉴定了 4株功能菌株,将功能菌株与生物炭结合用于修复污染土壤,评估了其对3种重金属复合污染的修复效果并探讨了相关机理,以期为生物炭负载微生物在3种
【基金项目】
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国家重点研发计划项目“铅锌冶炼场地土壤重金属生物转化与化学稳定化耦合修复技术研发”(2019YFC1805203)
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砷(As)、铅(Pb)和镉(Cd)是铅锌冶炼场地最主要的重金属污染物,其生物蓄积性强、毒性持久,严重威胁人类的健康。因此,研发同步修复As、Pb和Cd复合污染土壤的材料迫在眉睫。生物炭负载微生物是一种安全环保的修复措施。本研究从重金属污染场地土壤中筛选和鉴定了 4株功能菌株,将功能菌株与生物炭结合用于修复污染土壤,评估了其对3种重金属复合污染的修复效果并探讨了相关机理,以期为生物炭负载微生物在3种重金属复合污染土壤中的应用提供理论依据。本文主要结论如下:(1)从铅锌冶炼场地土壤中筛选出的4株功能菌株HN2、GS6、HN8和HN11具有重金属耐受、As氧化和解磷等能力。16S rDNA鉴定结果分别为解淀粉芽孢杆菌Bacillus amyloliquefaciens、蜡样芽孢杆菌Bacillus cereus、芽孢杆菌Bacillus velezensis和芽孢杆菌Bacillus velezenis。4株功能菌株的As、Pb和Cd耐受浓度分别为0.5-50、15-50和15-50 mmol/L。生长曲线测定表明4株功能菌株生长速度较快,均可在8-12 h左右进入对数期。(2)对菌株培养条件优化后,菌株HN2、GS6、HN8和HN11活菌数分别可达到5.9×109、1.0×109、1.1×109和1.2×109 CFU/mL。制备的同步稳定多重金属的混合菌剂对As、Pb和Cd的吸附量分别为67.03、10.39和1.65 μg/g。XRD、FTIR和XPS分析表明,混合菌剂通过胞外聚合物吸附As、Pb和Cd,通过生物矿化作用共沉淀Pb和Cd,通过氧化As(III)降低As毒性。(3)制备了生物炭(BC)、钙改性生物炭(CBC)、混合菌剂(M)、生物炭和钙改性生物炭物理吸附微生物(BCM)以及海藻酸钠包埋生物炭微生物小球(BCB)5种材料。基于修复效果和成本,选用1%投加量的BCM和BCB。利用XRD、FTIR和XPS探究BCM和BCB修复重金属污染土壤的机理,结果表明2种材料通过形成Ca2As2O7、官能团络合和氧化As(Ⅲ)降低As毒性,通过形成Pb5(PO4)3OH和官能团络合修复Pb污染,通过离子交换来修复Cd污染,并且As与Pb/Cd之间也会发生共沉淀作用。(4)开展了 28天土壤培养实验以验证材料对土壤重金属的修复效果及评价材料的安全性,结果表明添加材料后土壤中重金属由可交换态向有机结合态和残渣态转化;土壤pH稳步上升0.2-0.4,EC稳步下降400-500 μS/cm;BCM提高了 47.75%脱氢酶活性,而没有显著影响脲酶活性(p=0.080>0.05);CBC和BCB提高了微生物物种丰富度,M和BCM增加了优势菌群均匀度。
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