铅锌尾矿库重金属污染微生物原位修复

发布时间：2017-10-26 11:03

  本文关键词：铅锌尾矿库重金属污染微生物原位修复

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【摘要】：尾矿库中堆存的大量尾矿,含有一定量的重金属离子,会在雨水、选矿水等的浸泡、淋滤作用下,溶出大量重金属离子,随地表径流、地下渗透等途径污染周围环境。目前尾矿原位修复方法中,微生物修复法具有成本低、效果好、易操作、无二次污染等优点受到广泛关注。本论文研究了硫酸盐还原菌和铁还原菌为主的修复菌群适宜的生长繁殖条件及对尾矿重金属污染的修复效果。实验使用广西河池某废弃尾矿库铅锌尾矿,经分析得出,尾矿中含有As、Cu、Fe、Pb、Sb、Zn、S含量分别为5.11%、0.054%、9.86%、0.31%、0.48%、0.95%、6.28%,重金属元素主要以硫化物的形式存在。铅锌尾矿粒度较细,皆在0.15 mm以下,比表面积较大,且尾矿渗透性较强,使得尾矿能够持续与水、氧气等接触,在自然界广泛存在的铁硫氧化菌的作用下,尾矿中重金属的溶出不可避免,此尾矿具有较高污染风险。尾矿表面附着的选矿药剂等有机物无法被硫酸盐还原菌利用,由于含量较低亦不会对细菌的生长造成影响,但硫酸盐还原菌为异养微生物,必须额外添加有机物供给硫酸盐还原菌生长繁殖。实验对比了0、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0 g/L的酵母提取物、蛋白胨、乳酸钠、葡萄糖溶液中还原菌群的生长繁殖状况以及溶液中重金属离子及SO42-浓度,为使硫酸盐还原菌大量生长繁殖并长期保持为优势菌种,选择1.2 g/L的酵母提取物、1.8 g/L的乳酸钠分别作为硫酸盐还原菌生长所需的氮源和碳源。通过对比去离子水、含有微量无机成分不含(NH4)2SO4溶液、含有微量无机成分及(NH4)2SO4溶液中分别添加酵母提取物及乳酸钠后,溶液中细菌去除重金属离子的效果发现,(NH4)2SO4能够促进无关杂菌的生长,因此含有微量无机成分不含(NH4)2SO4溶液更有利于硫酸盐还原菌发挥作用升高pH、降低Eh、沉淀重金属。较高浓度的重金属离子会对微生物具有毒害作用,尤其尾矿中含有的As,对微生物毒害作用较强。硫酸盐还原菌为厌氧菌,在厌氧条件下才能够发挥作用。通过实验发现在pH5.0,氧气量有限的情况下,微生物能够快速生长并消耗体系内的氧气,营造还原性氛围,在短时间内即可升高pH、降低Eh、对溶液中的Sb、Zn离子具有沉降去除作用。模拟广西河池酸雨环境,对尾矿进行模拟原位修复。在自然条件及接入氧化菌淋滤体系内,尾矿保持较强的渗透能力,尾矿及淋滤液pH降低、Eh升高,尾矿中的重金属离子被大量溶出。在接种了硫酸盐还原菌及接种硫酸盐还原菌、铁还原菌的淋滤体系内,尾矿的渗透能力急剧减弱,淋滤液pH升高至接近中性,Eh降低到200 mV以下,淋滤液中的重金属离子在硫酸盐还原菌的作用下被沉降除去。在接种硫酸盐还原菌体系中,7周后淋滤液中的重金属基本去除完全,去除率达到99%以上。在接种硫酸盐还原菌及铁还原菌淋滤体系中,重金属去除能力略低于只接种硫酸盐还原菌体系,淋滤液中含有少量的Fe2+维持还原性氛围。
【关键词】：硫酸盐还原菌 异化铁还原菌 铅锌尾矿库 重金属污染 原位修复
【学位授予单位】：北京有色金属研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X753;X172
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 1 选题背景、目的和意义12-23
• 1.1 尾矿库环境污染12-14
• 1.1.1 尾矿库现状12
• 1.1.2 尾矿库环境污染现状12
• 1.1.3 酸性矿山废水的产生12-14
• 1.2 矿区重金属污染修复14-16
• 1.2.1 物理修复法14-15
• 1.2.2 化学修复法15
• 1.2.3 生物修复法15-16
• 1.3 微生物还原机理16-20
• 1.3.1 硫酸盐还原菌及还原过程16-18
• 1.3.2 铁还原菌及三价铁还原18-19
• 1.3.3 微生物吸附转化19-20
• 1.4 研究意义和研究内容20-23
• 1.4.1 研究意义20-21
• 1.4.2 研究内容21-22
• 1.4.3 技术路线图22-23
• 2 材料与方法23-29
• 2.1 实验材料23-26
• 2.1.1 实验用细菌及培养基23-24
• 2.1.2 实验所用仪器24-25
• 2.1.3 实验所用药剂25-26
• 2.2 研究方法26-29
• 2.2.1 酸浸实验26
• 2.2.2 培养基有机成分对重金属去除效果及微生物种群结构影响26
• 2.2.3 培养基无机成分对重金属去除效果的影响26-27
• 2.2.4 不同含氧量、pH对修复效果的影响27-28
• 2.2.5 模拟酸雨环境下的淋滤修复实验28
• 2.2.6 pH、Eh测定28
• 2.2.7 溶液中As、Cu、Fe、Pb、Sb、Zn、SO_4~(2-)浓度的测定28
• 2.2.8 尾矿元素成分分析28
• 2.2.9 尾矿粒度分析28
• 2.2.10 尾矿元素物相分析28-29
• 3 铅锌尾矿性质分析29-32
• 3.1 实验用铅锌尾矿基本性质29-30
• 3.2 实验用铅锌尾矿酸溶性质分析30-31
• 本章小结31-32
• 4 微生物培养基成分对重金属去除效果及微生物种群结构的影响32-49
• 4.1 不同微生物碳源、氮源对重金属去除效果及微生物种群结构的影响32-36
• 4.1.1 不同酵母提取物浓度重金属去除效果及微生物种群结构影响34
• 4.1.2 不同蛋白胨浓度对重金属去除效果及微生物种群结构影响34-35
• 4.1.3 不同乳酸钠浓度对重金属去除效果及微生物种群结构影响35
• 4.1.4 不同葡萄糖浓度对重金属去除效果及微生物种群结构影响35-36
• 4.1.5 小结36
• 4.2 不同无机成分对重金属去除效果的影响36-47
• 4.2.1 pH变化规律37-38
• 4.2.2 Eh变化规律38-39
• 4.2.3 溶液中As离子浓度变化规律39-40
• 4.2.4 溶液中Cu离子浓度变化规律40-41
• 4.2.5 溶液中Fe离子浓度变化规律41-42
• 4.2.6 溶液中Pb离子浓度变化规律42-43
• 4.2.7 溶液中Sb离子浓度变化规律43-44
• 4.2.8 溶液中Zn离子浓度变化规律44-46
• 4.2.9 小结46-47
• 本章小结47-49
• 5 不同环境参数（pH、含氧量）对重金属去除效果的影响49-55
• 5.1 pH变化规律49
• 5.2 Eh变化规律49-50
• 5.3 溶液中As离子浓度变化规律50-51
• 5.4 溶液中Fe离子浓度变化规律51
• 5.5 溶液中Pb离子浓度变化规律51-52
• 5.6 溶液中Sb离子浓度变化规律52-53
• 5.7 溶液中Zn离子浓度变化规律53
• 本章小结53-55
• 6. 模拟酸雨环境下的淋滤修复55-60
• 本章小结58-60
• 结论60-62
• 攻读硕士学位期间取得的学术成果62-63
• 参考文献63-69
• 致谢69

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1 贾翠英，于亚兰;油田注入水中硫酸盐还原菌计数的最佳生长期[J];微生物学通报;1995年03期

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本文编号：1098362