鐵尾礦土壤化利用及重金屬污染的微生物修復(fù)技術(shù).pdf

1、鐵礦的采選不僅造成大量固體廢物的排放和堆存，而且選礦藥劑和重金屬污染還會(huì)通過(guò)不同方式進(jìn)入大氣、水體和土壤中，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此鐵尾礦的土壤化、資源化利用不僅是突破鐵礦產(chǎn)業(yè)環(huán)境瓶頸的重要措施，而且可以解決礦山修復(fù)過(guò)程中土壤資源不足的問(wèn)題。本研究可為微生物技術(shù)修復(fù)土壤中的重金屬污染提供理論基礎(chǔ)，具有極為重要的應(yīng)用價(jià)值。傳統(tǒng)的修復(fù)重金屬污染的鐵尾礦的方法根據(jù)原理可分為化學(xué)法、物理法和生物法。化學(xué)法使用的添加劑會(huì)導(dǎo)致土壤的二次污染，而物理

2、修復(fù)技術(shù)成本高，流程及設(shè)備操作復(fù)雜。生物修復(fù)技術(shù)綠色環(huán)保且不會(huì)產(chǎn)生二次污染，在重金屬污染修復(fù)領(lǐng)域展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景，近年來(lái)逐漸成為污染土壤原位修復(fù)的首選技術(shù)。本文針對(duì)鞍山鐵尾礦重金屬污染的實(shí)際狀況，篩選出了耐受Pb、Mn和Zn的土著菌種，并優(yōu)化修復(fù)作用條件以提高修復(fù)效率，然后研究其在鐵尾礦土壤化利用過(guò)程中的應(yīng)用，有效改善鐵尾礦肥力，提高鐵尾礦利用效率。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴通過(guò)富集培養(yǎng)技術(shù)，對(duì)鐵尾礦樣品進(jìn)行馴化后，獲得了能

3、夠耐受Pb、Mn和Zn重金屬污染的菌種。對(duì)菌種的內(nèi)轉(zhuǎn)錄區(qū)間經(jīng)過(guò)擴(kuò)增后比對(duì)，分別繪制各菌種的系統(tǒng)進(jìn)化樹(shù)。三種菌種分別為能夠耐受Pb污染的土著菌種-卷枝毛霉，耐受Mn污染的土著菌種-棘孢木霉，耐受Zn污染的土著菌種-被孢霉，三種菌種在液體培養(yǎng)基中培養(yǎng)12h后基本達(dá)到對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，生物學(xué)特征明顯，對(duì)重金屬污染具有較強(qiáng)的耐受能力，同時(shí)能很好地適應(yīng)環(huán)境，為重金屬污染鐵尾礦的微生物修復(fù)提供了技術(shù)支持。⑵通過(guò)吸附實(shí)驗(yàn)，以三種真菌活化后的菌絲作為吸附劑，

4、分別用卷枝毛霉吸附Pb2+，棘孢木霉吸附Mn2+，被孢霉吸附Zn2+，分別考察了溫度、pH和初始接種量對(duì)各菌種吸附效果的影響。結(jié)果表明卷枝毛霉對(duì)Pb2+和棘孢木霉對(duì)Mn2+的吸附作用最佳pH為6，被孢霉對(duì)Zn2+的最佳pH為7;卷枝毛霉對(duì)Pb2+、被孢霉對(duì)Zn2+吸附作用的最佳溫度都為26℃，而棘孢木霉對(duì)Mn2+的吸附作用的最佳溫度為28℃;卷枝毛霉和棘孢木霉分別對(duì)Pb2+和Mn2+的吸附率在初始接種量為1.0ml的時(shí)達(dá)到最大值，而在初

5、始接種量為1.2ml的條件下被孢酶對(duì)Zn2+的吸附率最大。在初始重金屬離子濃度設(shè)置為20mg/L時(shí)，卷枝毛霉菌種對(duì)Pb2+、棘孢木霉菌種對(duì)Mn2+以及被孢霉菌種對(duì)Zn2+的吸附率分別達(dá)到了95.46％、92.78％和86.89％。三種菌種都可以很好的吸附溶液中的重金屬離子，吸附能力最強(qiáng)的為卷枝毛霉，其次是棘孢木霉，最小的是被孢霉。⑶ 通過(guò)吸附實(shí)驗(yàn)，分別研究了最佳實(shí)驗(yàn)條件下卷枝毛霉菌種對(duì)Pb2+、棘孢木霉菌種對(duì)Mn2+以及被孢霉菌種對(duì)Zn

6、2+的吸附熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)曲線，發(fā)現(xiàn)Langmuir型等溫吸附模型可以用于擬合三種菌種分別對(duì)重金屬離子的吸附作用過(guò)程，并且根據(jù)公式算得的卷枝毛霉對(duì)Pb2+、棘孢木霉對(duì)Mn2+、被孢霉對(duì)Zn2+的最大吸附量分別為79.76、76.42和78.16 mg/g，R2分別為0.9932、0.9693和0.9759，比較R2可知，卷枝毛霉對(duì)Pb2+的親和力大于另外兩種菌種的親和力。將卷枝毛霉對(duì)Pb2+、棘孢木霉對(duì)Mn2+、被孢霉對(duì)Zn2+的吸附曲線

7、分別進(jìn)行擬合發(fā)現(xiàn)，擬合曲線符合偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，說(shuō)明菌種主要通過(guò)離子交換和絡(luò)合等反應(yīng)吸附重金屬，卷枝毛霉對(duì)Pb2+，棘孢木霉對(duì)Mn2+以及被孢霉對(duì)Zn2+的最大吸附量分別為77.42、75.00和68.57mg/g; R2分別為0.9991、0.9192和0.9844，卷枝毛霉對(duì)Pb2+的吸附曲線擬合效果較好，三種菌種對(duì)重金屬吸附量都較高，說(shuō)明它們?cè)谥亟饘傥廴捐F尾礦的原位修復(fù)中具有較高的應(yīng)用潛力。⑷通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用研究，分析混合菌劑對(duì)鐵尾礦

8、中重金屬可交換態(tài)、酶活性以及微生物多樣性的影響。將菌種混合培養(yǎng)后制成微生物菌劑，應(yīng)用到鐵尾礦土壤化利用的過(guò)程中。結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)室微生物菌劑對(duì)重金屬具有較好的固定作用，固定效率分別為74.98％(Zn)、85.29％(Pb)和79.41％(Mn)，微生物菌劑的添加使得鐵尾礦中的微生物數(shù)量增加(p＜0.05)，其中細(xì)菌、真菌和放線菌的數(shù)量分別比施加菌劑前分別增加了16.81％、34.62％和27.63％。同時(shí)經(jīng)微生物菌劑處理的鐵尾礦過(guò)氧化氫