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分离自活性污泥的硫酸盐还原菌用于铅锌冶炼渣重金属污染修复

北极星环境修复网  来源:微生物学通报  作者:闫潇  2019/6/12 14:44:01  我要投稿  
所属频道: 环境修复  关键词:硫酸盐还原菌 活性污泥 修复 

(2) 样品修复过程中的ORP值

跟踪测定修复过程中铅锌冶炼渣的氧化还原电位(ORP)的变化如图3可见,对照组ORP变化不显著且均高于300mV,处于氧化态电位,而修复组的电位存有降低的趋势,修复20d后电位下降至负值(还原态),且20~40d电位下降显著,最低电位达到−243mV(40d),40~50d 电位虽然仍处于负值但有上升趋势,这可能与修复后期微生物的营养消耗有关。

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2.3 硫酸盐还原菌作用下冶炼渣中重金属形态转化

渣样中铅、锌的化学形态主要以铁锰氧化态、有机结合态和残渣态为主,碳酸盐态含量不多,且生物可直接利用的可溶态含量相对较低,但该部分仍然有被动植物富集的风险。分别取原渣样,修复30和60d 的渣样检测重金属形态分布结果如图4所示。结果表明,原渣样中铅、锌、铬和镉主要以残渣态、有机结合态和铁锰结合态为主,分别占总量的67.50%,59.91%,76.21%和 93.13%;碳酸盐态含量随修复进程逐渐降低,但原渣中仍有少量重金属以化学性质活泼、环境活性高的水溶及可交换态存在,可见该渣样仍然有污染环境的风险。在硫酸盐还原菌修复的过程中,铅、锌、铬和镉4种金属的稳定态含量不断提高,且60比30d重金属固化效果更为显著。对于重金属铅,水溶态和可交换态的总量由原来的32.52%降低至3.30%,稳定态增加至96.71%;锌各化学形态的变化与铅有相似的趋势,其中水溶态和碳酸盐结合态含量变化较为显著,水溶态含量仅剩0.22%,碳酸盐结合态也由19.41%降至3.12%,减小了该类物质在酸性条件下再次复溶且形成二次污染的风险;原渣样中的铬93.12%属于稳定态(残渣态、有机结合态和铁锰结合态),经过60d的修复稳定态增加至 98%以上,降低了渣样中铬离子迁移转化的风险;渣样中镉的化学形态变化与铬相似,几乎全部聚集为稳定态,少量的碳酸盐结合态也在修复过程中由12.52%降至3.12%。在采用硫酸盐还原菌修复铅锌冶炼渣的过程中,各重金属离子稳定态增加、游离态减少,固化效果显著,降低了铅锌冶炼渣污染环境风险,同时还为类似污染场地的修复提供了实验基础。

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2.4 硫酸盐还原菌作用下体系中重金属还原情况

经过硫酸盐还原菌修复铅锌冶炼渣中各重金属浓度变化如图5所示,在实验过程中对照组溶液中铅、锌、铬和镉4种重金属浓度变化不明显,而修复组中各重金属含量变化较为显著,采集不同时段液体检测重金属离子浓度及生物量的变化可知,随修复时间重金属离子浓度逐渐降低且微生物经过短暂的延迟期后迅速增殖,该结果与修复过程中各重金属化学形态变化较为一致(稳定态含量增加)。对于铅而言,硫酸盐还原菌修复前10天铅的固化效果不够明显,该结果可能与硫酸盐还原菌对环境的适应性相关,随着硫酸盐还原菌的活性增强,溶液中铅浓度降低显著,50d后渣样中铅浓度仅为2.59mg/L,固化率达到69.35%,且溶液中锌、铬和镉的浓度变化与铅一致,固化率分别为83.11%(由283.79mg/L降低至47.91mg/L)、77.16%(由0.22mg/L降低至0.05mg/L)和 89.75%(由0.96mg/L 降低至0.09mg/L)且生物量由0.11增加至0.79(OD600)。总之,与对照组相比,接种硫酸盐还原菌的修复组重金属固化效果显著。因此,硫酸盐还原菌可作为这些重金属固定化的优良材料,用于修复类似污染场地,降低重金属的生物有效性及提升固化、稳定化的效果。

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2.5 修复过程试样的微生物群落结构变化

铅锌冶炼渣在修复过程中微生物群落结构演替如图6所示。结果表明,原冶炼渣样中以Bacillus、Exiguobacterium、Hydrotalea和Acidithiobacillus为主要菌群,其中 Acidithiobacillus属于冶炼渣场常见的微生物,可以加速重金属离子的溶出。与原渣样相比,经过30和60d的修复后,微生物群落结构发生了演替且微生物丰度增强显著,多样性明显增大,样品中Bacillus、Exiguobacterium 和 Acidithiobacillus 含量均有降低,分别由17.65%、28.74%和 7.50%减少至10.16%、0.55%和3.25%,而样品中Desulfovibrio的相对丰度从32.22%增加至63.72%,成为冶炼渣修复过程中的优势菌群,而且与原渣样相比,修复系统中微生物的浓度显著增加,分别由0.15增加至0.67(OD600),其中修复30−60d过程中,微生物浓度增加平缓。结合修复实验结果可知,多数土著微生物仍然在修复组存活,与硫酸盐还原菌有机共存。该过程可在冶炼渣表面构建健康的底层微生物生态系统,这一系统可在现有的条件下自我平衡、自我生长,通过分泌胞外聚合物粘附于冶炼渣表面生长,实现固化重金属,改善生态环境,促进植物根系发展等多种修复功能。

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