黑炭负载零价铁耦合铬还原菌修复铬污染土壤

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随着社会现代化的发展,我国土壤重金属污染问题日益严峻。六价铬作为一种常见的重金属离子,存在于环境中具有高迁移性,对环境和人体健康产生严重的危害。微生物可以利用自身的活性物质,对重金属污染物进行生物吸附或氧化还原等作用。而零价铁是一种强还原剂,具有较强表面反应活性和相对较低的价格。以生物炭作为载体,不但可以克服游离微生物易受环境因素影响、生物稳定性弱的缺点,而且还可克服零价铁易氧化、分散性不好的劣势。本论文以黑炭负载零价铁-铬还原菌构成耦合体系,三者互存互促,协同修复铬污染土壤。以玉米秸秆为原料,采用直接热解法和碳热还原法分别制备了黑炭(BC)和黑炭负载零价铁(BF)材料,通过土壤稳定化培养实验,考察BC和BF对铬污染土壤中铬的稳定化效果及其形态变化。实验结果表明:BC可提高土壤pH值,BF则降低土壤的pH值。在投加量为5 g/kg的情况下,处理30 d后,BF对TCLP-Crtotal和TCLP-Cr(VI)的去除率均接近100%。形态分析表明,BF在对污染土壤中铬的稳定化效果、形态转化整体优于BC。以筛选纯化的蜡样芽孢杆菌作为铬还原菌,构建了黑炭负载零价铁-铬还原菌耦合体系,结果表明,高浓度的六价铬会抑制细菌生长,被黑炭负载零价铁固定化的铬还原菌处于高度密集状态,微生物的稳定性、抗毒性增强。耦合体系初始pH为7时,最适合菌株的生长并具有较高的六价铬去除效果。微生物能还原零价铁钝化层的Fe(III)为Fe(II),产生循环效果,增强耦合体系去除Cr(VI)的效果。经过30d的土壤钝化,黑炭负载零价铁-铬还原菌耦合(BF-A)使酸可提取态降低23.58%、可还原态增加9.09%、可氧化态增加10.16%、残渣态增加4.33%,对土壤铬的吸附、还原和共沉淀作用优于其他单独处理体系。采用高通量测序技术,分析各组在7d和30d时的微生物群落结构,结果表明,耦合体系使得微生物群落物种丰富度增加而且群落多样性最为丰富。对铬污染土壤过程中的微生物群落结构变化进行分析,可以看出芽孢杆菌纲确实是优势菌种,从属的水平上分析,各处理组都使群落组成结构发生一定变化。
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