铅锌冶炼废渣堆场土壤产黄青霉菌F1浸出修复研究

【摘要】摘要：铅锌冶炼过程产生大量含重金属的废渣,并弃置于环境,导致渣场及附近土壤遭受重金属的严重污染,治理废渣堆场重金属污染土壤是国内外研究的焦点,我国尤为迫切。目前常采用的化学方法或植物修复法存在见效慢、成本高或具有二次污染潜在危害等不足。本论文对铅锌冶炼废渣堆场土壤重污染的特征、微生物的分离筛选、浸出修复工艺及其机理等开展了较系统的研究,取得了如下成果：研究阐明了典型铅锌冶炼废渣堆场土壤的污染特征。铅锌冶炼废渣堆场土壤遭受重金属的重度污染：表层土壤中Pb、Zn、Cd和Cu的含量分别为1889.6mg·kg-1,5682mg·kg-1,48.4mg·kg-1和1848.6mg·kg-1,其中Pb超过《土壤环境质量标准(GB15618-1995)》二级标准限值的5.4倍,Zn超标18.94倍,Cd超标80.7倍,Cu超标18.5倍。且废渣堆场土壤Pb、Zn、Cd和Cu含量呈现随土层深度的增加而降低,随距污染源距离的增加而减少的空间分布规律。基于微生物在极端环境下生存的胁迫机制,从铅锌冶炼废渣堆场重污染土壤中分离筛选出一株具产酸特性、能使浸出液pH值从6.7降到2.7的重金属耐受菌,经18SrDNA和ITS鉴定为产黄青霉菌(Penicilliumchrysogenum),命名为F1。产黄青霉菌F1生长受pH值和重金属浓度的影响较大,能正常生长的pH值范围为5.0-9.0,当土液比在0-1：13.3范围内时,产黄青霉菌F1的生长符合SGompertz和Logistic模型。通过对铅锌冶炼废渣堆场污染土壤微生物浸出条件的优化,提出了“菌株培养产酸-重金属浸出”的二步法浸出修复新方法。产黄青霉菌F1浸出修复的最佳条件为温度28℃、土液比1：20、pH7.0,碳源葡萄糖投加量为90g.L-1,氮源A投加量为3g-L-’。在最佳条件下,产黄青霉菌F1对重金属含量高达12.62g.kg-1重污染土壤中Cd、Cu、Pb、Zn、Mn和Cr的浸出率分别为74%、59%、24%、55%、57%和25%,远远高于0.5%的柠檬酸、草酸、苹果酸和琥珀酸的浸出率。阐述了铅锌冶炼废渣堆场土壤产黄青霉菌F1浸出的作用机制。在浸出过程中,产黄青霉菌F1通过葡萄糖代谢,产生了葡萄糖酸、丙酮酸和草酸等有机酸。产黄青霉菌F1浸出修复土壤后,菌丝细胞壁外分泌大量胞外聚合物,且周围吸附大量的金属离子,表明产黄青霉菌F1对重金属的抗性机理为重金属通过胞外聚合物的截留。揭示了产黄青霉菌F1对土壤中重金属的形态转化规律。在浸出过程中,土壤中的Cd、,Zn和Mn主要以离子形态被浸出；Pb和Cr主要体现为形态的转换,以铁锰氧化物结合态和强有机态赋存的Pb转化成了残渣态,铁锰氧化物结合态的Cr转化成碳酸盐结合态；Cu既以离子形态被浸出,又有形态间的转换,被产黄青霉菌F1浸出后,Cu的铁锰氧化物结合态转化为水溶态和离子交换态。发现了重金属和pH值对葡萄糖氧化酶活性的调控机理,为浸出修复时土液比的确定提供了科学依据。单一重金属中,Pb、Cu、Cd、Mn和Cr对产黄青霉菌F1葡萄糖氧化酶活性具有抑制作用,Zn对葡萄糖氧化酶活性具有激活作用,以上六种重金属复合对葡萄糖氧化酶活性的影响大于单一重金属。酸性条件下产黄青霉菌F1胞外葡萄糖氧化酶的活性大于偏中性条件下的活性。从铅锌冶炼废渣堆场土壤筛选到的产黄青霉菌F1在治理重金属污染土壤过程中具有较好的应用前景。
【作者】邓新辉；
【导师】柴立元；杨志辉；
【作者基本信息】中南大学，冶金工程，2013，博士
【关键词】重金属；废渣堆场；土壤；产黄青霉；生物浸出；

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