微生物淋滤电子废物拆解地土壤中重金属的研究

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电子产品更新换代速度快,电子废物数量大,由于不规范拆解对土壤造成了严重的重金属污染,对人类健康产生巨大威胁。氧化亚铁硫杆菌(Acidithiobacillus ferrooxidans,A.f)对重金属具有较强耐性,并能改变土壤中重金属的形态,降低重金属的含量。本文首先对典型电子废物解地进行调查采样,测定土壤中重金属的含量和赋存形态分布,同时考察A.f菌对重金属的耐受性和去除能力;然后针对影响微生物淋滤土壤中重金属的主要因素,比较不同条件下重金属的形态和含量变化,在单因素的基础上开展响应曲面—Box-Behnken设计实验;最后针对微生物淋滤前后土壤理化性质的变化,采用有机肥对淋滤后的土壤的理化性质进行恢复。主要研究结果如下:选取浙江温岭典型电子废物拆解区遗址进行调查采样,对采集土壤的重金属含量和形态进行了分析测定。结果发现,研究区土壤已受到重金属(Cd、Cu、Zn和Ni)严重污染。其中Cd、Cu、与Zn呈重度污染,超标数10倍以上,且在土壤中大多以可交换态赋存,存在很大毒害性。利用重金属高浓度污染的土壤为材料,对A.f进行驯化,以提高其重金属耐受性和去除能力。结果发现,驯化后A.f菌的重金属耐受性和去除能力有明显的提高。考察单因素固液比、接种量、起始pH和FeSO4·7H2O含量对微生物淋滤土壤中重金属含量和形态改变的影响,并在单因素实验基础上,根据Box-Behnken中心组合实验设计原理,选取固液比(X1)、接种量(X2)、起始pH(X3)和FeSO4·7H2O含量(X4)4个因素作为独立变量,以重金属去除率(Yi)作为响应值,设计4因素3水平响应面试验,通过优化试验得到最佳工艺条件,并模拟其在工程中的应用。通过响应面综合试验研究,重金属Zn、Cd、Ni和Cu去除率最优工艺条件为:固液比1.2%,接种量1.0%,起始pH 1.0,FeSO4·7H2O含量4.3%,此条件下重金属Zn、Cd、Ni和Cu均得到明显去除,并提高了土壤稳定性;生物淋滤在工业应用中固液比应控制在5~10%。根据淋滤前后土壤理化性质的变化,利用生物炭和有机肥对淋滤后的土壤的理化性质进行恢复,结果发现,生物炭的可以改善酸性土壤的pH,淋滤后的土壤在施加有机肥之后,其有机质和总N、总P和总K的含量均有明显的提高。综上所述,电子废弃物拆解地土壤受到重金属严重污染,微生物淋滤可以有效去除土壤中的重金属,并改变土壤中的重金属赋存形态,降低重金属毒性的同时可以提高土壤的稳定性,淋滤后的土壤养分也可以得到有效改善,实现污染土壤真正意义上的修复。
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