（环境工程专业论文）丝状菌对生物淋滤去除底泥中重金属的促进作用.pdf

p r o m o t i o ne f f e c to ff i l a m e n t o u sb a c t e r i ao nb i o l e a c h i n go f h e a v ym e t a l sf r o mc o n t a m i n a t e ds e d i m e n t b y t a nx i a n y i b e ( h u n a nu n i v e r s i t y ) 2 0 0 8 at h e s i ss u b m i t t e di np a r t i a ls a t i s f a c t i o no ft h e r e q u i r e m e n t sf o rt h ed e g r e eo f m a s t e ro fs c i e n c e l n e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g i nt h e g r a d u a t es c h o o l o f h u n a nu n i v e r s i t y s u p e r v i s o r p r o f e s s o ry u a nx i n g z h o n g n o v e m b e r ，2 0 10 憎jl3惴9洲60 舢9iiii_y 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的 研究成果。除了文中特j j i j d n 以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。 作者签名：日期：知1 0 年i 乞月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行 检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打，v ”) 作者签名：漳陵欠 刷程轹去卅 1 日期：2 0 1 0 年、2 月f 日 日期：7 纠晖，z 月j 日 硕一l ：学位论文 摘要 本文以株洲霞湾港重金属污染底泥为研究对象，利用生物淋滤法( b i o l e a c h i n g ) 去 除底泥中的重金属，考察了氧化亚铁硫杆菌( a c i d i t h i o b a c i l l u s f e r r o o x i d a n s ) 与丝状菌 ( f i l a m e n t o u sb a c t e r i a ) 混合使用对于重金属去除效果的影响。发现丝状菌的加入可以 促进各种重金属的去除，缩短处理时间，实验结果证明，该技术作为重金属一有机物复 合污染底泥的治理技术是可行的。 生物淋滤技术利用自然界中一些微生物的直接作用或其代谢产物的间接作用，将固 相中某些不溶性成分( 如重金属) 分离浸提出来。生物淋滤采用的主要细菌是氧化亚铁 硫杆菌似c i d i t h i o b a c i l l u sf e r r o o x i d a n s ) 与氧化硫硫杆菌( a c i d i a c i d i t h i o b a c i l l u st h i o o x i d a n s ) 等嗜酸性硫杆菌，在其代谢分解过程中，产生氧化、还原、络合、吸附或溶解作用。生 物淋滤法是国际上近年兴起的一项非常有前景的金属浸提技术。与化学浸提法相比，它 具有反应温和、耗酸少、运行成本较低等优点。对生物淋滤技术的研究和应用正扩展到 环境污染治理等领域，例如污水污泥或者其焚烧灰分中重金属去除、重金属污染土壤、 河流底泥的生物修复、工业废弃物如粉煤灰中重金属脱毒等。 氧化亚铁硫杆菌的生物淋滤过程有多种抑制因素，其中水溶性有机物，特别是小分 子有机酸对氧化亚铁硫杆菌氧化亚铁离子过程具有很强的抑制作用。当前绝大部分的研 究都是单独考察生物淋滤对于重金属的去除效果，而底泥的污染类型大部分都属于重金 属有机物复合污染，生物淋滤过程中有机质降解产生的低分子有机酸对硫化杆菌有很 强的抑制作用。 株洲霞湾港底泥重金属污染非常严重，c u 、c d 、p b 和z n 四种重金属的最高浓度分 别达到了4 6 0 m g k g 、10 0m g k g 、10 4 0m g k g 和4 0 0 0m g k g ，都大大超过国家标准。同 时，霞湾港底泥可溶性有机物的含量也较高，因此在生物淋滤过程中可能产生大量低分 子有机酸，影响重金属的去除效果。 本实验通过接种氧化亚铁硫杆菌菌液，以f e s 0 4 为底物，研究了生物淋滤技术对c u 、 c d 、p b 和z n 四种重金属的去除效果。并考察了丝状菌加入前后，底泥中四种重金属去 除效果的差异。结果表明，丝状菌可以有效抑制低分子量有机酸对氧化亚铁硫杆菌的毒 害作用，促进各种重金属的去除。当加入l o ( 体积比) 的丝状菌后，生物淋滤过程中系 统p h 值在5 d 内降低到2 以下，f e 2 + 在4 d 内完全氧化，经过l o d 的处理，c u 、c d 、p b 和z n 四种重金属的最高去除率分别达到7 6 3 、9 2 5 、5 2 6 和8 8 5 ，与不加入丝 丝状菌对生物淋滤上除底泥中重金弱的促进作用 状菌的处理相比，达到最大去除率所需的时间缩短1 一2 d ，四种重金属中，丝状菌的加 入对p b 的去除促进作用最为明显，其去除率增加一倍左右。因此，在生物淋滤处理重 金属有机物复合污染底泥工艺中接入丝状菌对处理效果有很好的促进作用。 关键词：生物淋滤；丝状菌；小分子有机酸；重金属；底泥 i i i 硕卜学位论文 a b s t r a c t i nt h i sw o r kih a v ec a r r i e do u tb i o l e a c h i n ge x p e r i m e n to fh e a v ym e t a lc o n t a m i n a t e d s e d i m e n t sf r o mz h u z h o ux i a w a nh a r b o rb ya c i d i t h i o b a c i l l u sf e r r o o x i d a n sa n df i l a m e n t o u s b a c t e r i aa n di n v e s t i g a t e dt h ee f f e c to ff i l a m e n t o u sb a c t e r i ao nt h er e m o v a lr a t eo fh e a v y m e t a l s r e s u l t si n d i c a t e dt h a tf i l a m e n t o u sb a c t e r i ac o u l da l l e v i a t et h et o x i ce f f e c to fl o w m o l e c u l a rw e i g h to r g a n i ca c i d so na c i d i t h i o b a c i l l u sf e r r o o x i d a n sa n dp r o m o t et h er e m o v a lo f h e a v ym e t a l s h e n c e ，i ti sf e a s i b l et h a tt h ef i l a m e n t o u sb a c t e r i am i g h tb eu s e df o rb i o l e a c h i n g o fs e d i m e n tc o n t a m i n a t e dw i t hm e t a l sc o u p l e dw i t ho r g a n i cc o m p o u n d sb e c a u s ei th a sa p r o m o t i o ne f f e c to nt h er e m o v a lo fh e a v y m e t a l s t h eb i o l e a c h i n gp r o c e s sm a yb ed e f i n e da st h es o l u b i l i z a t i o no fm e t a l sf r o ms o l i d s u b s t r a t e se i t h e rd i r e c t l yb yt h em e t a b o l i s mo fl e a c h i n gb a c t e r i ao ri n d i r e c t l yb yt h ep r o d u c t s o fm e t a b o l i s m b i o l e a c h i n gp r o c e s s e sa r eb a s e do nt h ea b i l i t yo fm i c r o o r g a n i s m st ot r a n s f o r m s o l i dc o m p o u n d sa n dr e s u l ti ns o l u b l ea n de x t r a c t a b l ee l e m e n t sw h i c hc a nb er e c o v e r e d ： m e t a ls o l u b i l i z a t i o nf r o ms o l i dw a s t e so ro t h e rs o l i d si sa c h i e v e dt h r o u g hav a r i e t yo f a c i d o p h i l i ca n dc h e m o a u t o l i t h o t r o p h i cb a c t e r i as u c ha sa c i d i t h i o b a c i l l u sf e r r o o x i d a n sa n d a c i d i a c i d i t h i o b a c i l l u st h i o o x i d a n s i th a sb e e np a i dg r e a ta t t e n t i o ni nr e c e n ty e a r sd u et oi t s l o wc o s ta n dh i g he f f i c i e n c ya n dg o o dd e h y d r a t i o nc a p a b i l i t ya f t e rb i o l e a c h i n g b i o l e a c h i n g h a sp r o v e dt ob eap o s s i b l ew a yt or e m o v eh e a v ym e t a l sf r o mm e t a lc o n t a m i n a t e dm a t e r i a l s s u c ha s a n a e r o b i c a l l yd i g e s t e ds e w a g es l u d g e ， c o n t a m i n a t e dr i v e rs e d i m e n t ， s p e n t n i c k e l c a d m i u mb a t t e r i e s ，t a n n e r ys l u d g ea n di n c i n e r a t o rf l ya s h t h ep r o c e s so fb i o l e a c h i n gb ya c i d i t h i o b a c i l l u sf e r r o o x i d a n sh a sb e e ni n h i b i t e db ya v a r i e t yo fp a r a m e t e r s i nw h i c hd i s s o l v e do r g a n i cm a t t e r sp a r t i c u l a r l ys m a l lm o l e c u l a rw e i g h t o r g a n i ca c i d sh a v e as t r o n gi n h i b i t o r ye f f e c to nt h eo x i d a t i o no ff e r r o u si o n sb y a c i d i t h i o b a c i l l u sf e r r o o x i d a n s m o s to ft h ec u r r e n ts t u d yo n l yi n v e s t i g a t et h er e m o v a le f f e c t o fh e a v ym e t a l sb yb i o l e a c h i n gb u tam a j o r i t yo fs e d i m e n t sh a v eb e e nc o n t a m i n a t e dw i t h m e t a l sc o u p l e dw i t ho r g a n i cc o m p o u n d s s e d i m e n t so fz h u z h o ux i a w a nh a r b o rw a ss e r i o u s l yp o l l u t e db yh e a v ym e t a l s t h e m a x i m u mc o n c e n t r a t i o no fc u ，c d ，p b ，z nr e a c h e d4 6 0 m g k g ，10 0m g k g ，10 4 0m g k g ，4 0 0 0 m g k gr e s p e c t i v e l y , g r e a t l yh i g h e rt h a nt h ee n v i r o n m e n t a lq u a l i t ys t a n d a r d f u t h e r m o r e ，t h e c o n c e n t r a t i o no fd i s s o l v e do r g a n i cm a t t e r sw a sr e l a t i v e l yh i g h ，am a s so fs m a l lm o l e c u l a r w e i g h to r g a n i ca c i d sm a yb ep r o d u c e dd u r i n gb i o l e a c h i n ga n dc o n s e q u e n t l ya f f e c tt h e r e m o v a lo fh e a v ym e t a l s i n f l u e n c eo fs m a l lm o l e c u l a rw e i g h to r g a n i ca c i d so nt h eo x i d a t i o no ff e r r o u si o n sw a s s t u d i ed u r i n gt h eb i o l e a c h i n g w ea l s oi n v e s t i g a t e dt h ee f f e c to ff i l a m e n t o u sb a c t e r i ao nt h e i v 丝状菌对生物淋滤去除底泥中重金属的促进作用 r e m o v a lr a t eo fh e a v ym e t a l s r e s u l t si n d i c a t e dt h a tf i l a m e n t o u sb a c t e r i ac o u l da l l e v i a t et h e t o x i ce f f e c to fl o wm o l e c u l a rw e i g h to r g a n i ca c i d so na c i d i t h i o b a c i l l u sf e r r o o x i d a n sa n d p r o m o t et h er e m o v a lo fh e a v ym e t a l s p hc o u l dr e d u c et ol e s st h a n2w i t h i n5d a y so f b i o l e a c h i n ga n df e r r o u si r o nw a sc o m p l e t e l yo x i d i z e di n4d a y sw i t h10 o ft h ei n o c u l u m s c o n t a i n i n gf i l a m e n t o u sb a c t e r i a r e m o v a le f f i c i e n c i e so f7 6 3 f o rc u ，9 2 5 f o rc d ，5 2 6 f o rp b a n d8 8 5 f o rz nw e r eo b t a i n e da f t e r10d a y so fb i o l e a c h i n g t h et i m en e e d e df o r a c h i e v i n gt h eg r e a t e s tr e m o v a le f f i c i e n c i e sa d v a n c e df o r1 2d a y s t h ep r o m o t i o ne f f e c to n r e m o v a lo fp bw a st h em o s te v i d e n ti na l l4k i n d so fh e a v ym e t a l sa st h er e m o v a le f f i c i e n c y h a sd o u b l e d h e n c e ，i ti sf e a s i b l et h a tt h ef i l a m e n t o u sb a c t e r i am i g h tb eu s e df o rb i o l e a c h i n g o fs e d i m e n tc o n t a m i n a t e dw i t hm e t a l sc o u p l e dw i t ho r g a n i cc o m p o u n d sb e c a u s ei th a sa p r o m o t i o ne f f e c to nt h er e m o v a lo fh e a v y m e t a l s k e yw o r d s ：f i l a m e n t o u sb a c t e r i a ；l o wm o l e c u l a rw e i g h to r g a n i ca c i d s ；h e a v y - m e t a l s ； b i o l e a c h i n g ；s e d i m e n t v 硕上学位论文 目录 学位论文原创性声明i 摘要i i a b s t r a c t i v 目录v i 插图索引i x 附表索引x 第1 章绪论1 1 1 底泥重金属污染现状1 1 2 底泥中重金属污染物的来源2 1 3 底泥中重金属的危害2 1 4 重金属污染底泥的修复技术3 1 4 1 物理修复3 1 4 2 化学修复3 1 4 3 生物一生态修复4 1 4 3 1 生物处理方法4 1 4 3 2 生物淋滤技术5 1 5 生物淋滤技术的主要机理及研究现状。5 1 5 1 生物淋滤的定义5 1 5 2 生物淋滤技术的主要机理6 1 5 2 1 直接机理6 1 5 2 2 间接机理6 1 5 3 生物技术方面的研究进展6 1 5 3 1 微生物学技术6 1 5 3 2 生物化学与分子生物学技术9 1 5 3 3 生物表面活性剂技术9 1 5 4 影响生物淋滤的反应条件1 1 1 5 4 1 温度1 1 1 5 4 2 氧气浓度。1 2 1 5 4 3 二氧化碳浓度1 2 1 5 4 4 初始p h 值13 1 5 4 5 细菌的种类1 4 1 5 4 6 元素硫的种类与投加量1 5 1 5 4 7 氧化还原电位( o r p ) 1 6 1 5 4 8 金属种类1 6 1 5 4 9 底泥( 污泥) 种类和浓度1 7 1 5 5 抑制因子。l8 丝状菌对生物淋滤去除底泥中重金属的促进作用 1 5 6 复合污染底泥治理难点1 9 1 6 课题来源、研究目的及内容2 0 1 6 1 课题来源2 0 1 6 2 研究目的2 l 1 6 3 主要研究内容2 2 第2 章小分子有机酸对生物淋滤的影响2 3 2 1 引言2 3 2 2 试验仪器和试剂2 3 2 2 1 主要试验仪器。2 3 2 2 2 培养基2 3 2 2 3 药品及试剂2 4 2 3 主要特性参数与测定方法2 4 2 3 1p h 值与o r p 值2 4 2 3 2f e 2 + 浓度2 4 2 4 试验内容2 5 2 4 1 氧化亚铁硫杆菌的驯化分离与加富培养2 5 2 4 2 低分子量有机酸对氧化亚铁硫杆菌氧化f e 2 + 影响2 5 2 5 结果与讨论2 5 2 5 1 淋滤过程中的p h 值和o r p 变化2 5 2 5 2 低分子量有机酸对氧化亚铁硫杆菌氧化f e 2 + 影响2 9 2 5 3 小结。3 l 第3 章丝状菌对生物淋滤去除霞湾港底泥中重金属的促进作用3 2 3 1 引言3 2 3 1 1 霞湾港概况及重金属污染状况3 3 3 1 2 生物淋滤技术治理重金属有机物复合污染底泥的缺陷3 3 3 2 试验目的。3 4 3 3 试验仪器和试剂3 4 3 3 1 主要试验仪器3 4 3 3 2 主要特性参数与测定方法3 4 3 3 2 1 含固率。3 5 3 3 2 2 p h 的测定3 5 3 3 2 3 有机质的测定。3 5 3 3 2 4d o m 的测定3 7 3 3 2 5 底泥重金属含量。3 7 3 4 试验内容4 0 3 4 1 霞湾港底泥基本理化性质调查4 0 3 4 1 1 底泥样品4 0 3 4 1 2 样品处理4 0 3 4 2 底泥重金属生物淋滤试验4 1 v i l 硕f j 学位论文 3 4 2 1 a f 种液的制备与驯化4 l 3 4 2 2 丝状菌的培养4 1 3 4 2 3 底泥重金属淋滤试验4 l 3 5 试验结果及讨论4 1 3 5 1 霞湾港底泥基本理化性质。4 1 3 5 2 底泥生物淋滤试验4 2 3 5 2 1 氧化亚铁硫杆菌的驯化4 2 3 5 2 2 生物淋滤过程中p h 值和f e 2 + 浓度的变化4 4 3 5 2 3 重金属淋滤效果。4 6 3 5 3 小结5 2 第4 章结论和建议5 4 4 1 结论5 4 4 2 建议5 5 参考文献5 6 致 射6 4 附录a 攻读学位期间所发表的学术论文目录6 5 v i i i 丝状菌对生物淋滤去除底泥中系会属的促进作用 插图索引 图2 1 加入甲酸后培养液p h 值和o r p 的变化2 6 图2 2 加入乙酸后培养液p h 值和o r p 的变化2 7 图2 3 加入草酸后培养液p h 值和o r p 的变化2 8 图2 4 加入苹果酸后培养液p h 值和o r p 的变化2 9 图2 5 培养液中f e 2 + 浓度变化图3l 图3 1 第一次驯化过程中p h 值变化情况4 3 图3 2 第二次驯化过程中p h 值变化情况4 3 图3 3 第三次驯化过程中p h 值变化情况4 3 图3 4 生物淋滤过程中p h 变化图4 5 图3 5 生物淋滤过程中f e 2 + 浓度变化图4 6 图3 6 生物淋滤过程中渣场底泥各种重金属的去除率4 8 图3 7 生物淋滤过程中入江口底泥各种重金属的去除率4 9 图3 8 生物淋滤过程中涵洞底泥各种重金属的去除率5 l 图3 9 生物淋滤过程中铜霞公路底泥各种重金属的去除率5 2 i x 硕上学位论文 附表索引 表1 1 在生物淋滤技术中应用的微生物8 表1 2 温度对生物淋滤去除重金属的影响1 2 表1 3 不同起始p h 下各种重金属的溶解率1 4 表2 1 主要仪器和设备2 3 表3 1 霞湾港底泥重金属元素含量检测结果3 4 表3 2 霞湾港底泥重金属地积累指数i g e o 值与污染程度分级3 4 表3 3 主要仪器和设备3 5 表3 4 各种元素采用原子吸收分光光度法的测定范围3 8 表3 5 仪器使用条件3 9 表3 6 标准系列配制和浓度4 0 表3 7 供试底泥基本性质4 2 表3 8 底泥评级标准的确定和比较4 2 x 硕i j 学位论文 第1 章绪论 1 1 底泥重金属污染现状 水体底泥的污染状况是全面衡量水环境质量状况的重要因素。纳入水体的重金属 大部分在物理沉淀、化学吸附等作用下迅速由水相转入固相，沉积于河涌底泥中，在环 境条件发生改变时就可能被重新释放出来，使水体的重金属浓度增高，出现明显的二次 污染【2 】。水体底泥中的重金属污染，已成为世界关注的环境问题。目前国内外对河流底 泥重金属污染的治理主要包括物理、化学、生物及其三者的联合治理。 在我国，许多河流或湖泊底泥都受到了不同程度的重金属污染。窦佩琼等b 3 研究表 明，湘江株洲段清水塘地区底泥重金属富集量非常惊人，底泥己受到重金属元素c u 、z n 、 a s 、h g 、c d 、c r 、p b 不同程度的污染，亟待采取治理措施。王春凤等m 1 研究表明， 广州市河流已受到不同程度的重金属污染，工业活动是主要原因。刘伟等巧1 研究显示， 上海市小城镇河流沉积物受到不同程度的重金属污染，沉积物z n 、p b 和c u 污染是上海 市小城镇河流重金属污染的一大特征，小城镇生活污水的地面冲淋是河流沉积物p b 的一 个重要来源。白洋淀是我国华北地区唯一的天然大湖，对于拦蓄上游洪水、维护津浦安 全、缓解冀中缺水状况、调节当地小气候、改善生态环境等发挥着重要作用。杨卓等【6 1 采用地累积指数法和潜在生态危害指数法对白洋淀湖区底泥重金属元素进行了污染和 生态危害评价，结果表明白洋淀底泥中重金属c d 、p b 含量较高，分别表现为极强和轻微 一中等的生态危害以及极强和中度的污染程度，河流底泥中的重金属污染程度与其周围 城市的发展及其工业化进程密切相关。汾河是山西最大的河流，也是黄河的第2 大支流。 赵丽霞等f 7 1 分析了汾河底泥中重金属元素污染状况，河段底质已受到较严重的重金属元 素污染。巢湖水污染防治是国家“九五期间环境保护工作的重点。刘伟等【8 1 对巢湖清 淤合肥项目区域污染底泥调查研究表明，底泥中p b 、c r 、c d 、a s 的含量对巢湖尚不构 成潜在生态危害。鄱阳湖是我国最大的淡水湖，湖周边有我国著名的大型铜业基地德兴 铜矿和永平铜矿，在河湖交接处，重金属含量较高，且已影响到水生环境。曹维鹏等【9 】 对鄱阳湖6 条主要支流底泥中的重金属( c u 、c o 、c d 、p b 、n i ) 的形态进行了研究，表明 赣江支流、抚河底泥中5 种重金属的总含量较高，其原因可能是城市生活污水、工业废 水以及江支流、抚河区域的许多采矿点的废水未经处理而直接排放。贾振邦等【l o 】评价了 丝状菌对生物淋滤去除底泥中重金属的促进作用 深t j t l 3 条河流的底泥，多数河段都受到重金属严重污染。洪泽湖是我国5 大淡水湖之一， 据刘振坤等【l l 】对洪泽湖底质重金属污染的分析表明：洪泽湖底质重金属c d 污染严重，湖 底中汞的污染呈上升趋势。盘龙江起源于昆明市嵩明县西北梁王山，是滇池流域最大的 一条河流，由于城区扩建的加快、工农业的快速发展和城市人口的急剧上升，重金属对 盘龙江底泥已造成了一定程度的污染，其中锌( z n ) 、铜( c u ) 、镉( c d ) 的污染较为严 重【12 1 。南四湖位于山东省西南部，是黄河和废弃黄河间的黄泛地区。王晓军等【1 3 1 对南四 湖表层沉积物重金属元素的污染分析表明，整个南四湖的上级湖已经受至t j h g 、a s 、p b 和m n 等重金属元素的污染。我国河流底泥已受到不同程度的重金属污染，对河流底泥 重金属污染的治理已迫在眉睫。 1 2 底泥中重金属污染物的来源 底泥中的重金属来源主要分为自然来源和人工来源两大类。各种地质作用，如构造 活动、陆地和海底岩石风化、侵蚀及水动力作用等，都可造成重金属元素在水体中的分 散迁移和在沉积物中的沉积聚集等。自然过程作用的结果表现了重金属元素的自然丰度 和分布状态，即构成了其环境本底值( 也称为背景值或环境基线值) 。在没有人为污染的 情况下，水体中重金属的含量值一般很低，不会对人体健康造成危害；但工矿业废水、 生活污水等未经适当处理即向外排放、污染土壤和废弃物堆置场受流水作用、以及富含 重金属的大气沉降物输入，都使水体重金属含量急剧升高。通过各种途径进入水体的重 金属很容易被水体悬浮物或沉积物所吸附、络合或共沉淀，从而在水底的沉积物中富集， 致使沉积物中重金属浓度相对于水中要高得多。例如，滇池草海的沉积物中c d 浓度达 4 1 3 m 蚝n 钔，湘江部分河段沉积物中z n 含量可达3 0 0 0 m g k g 以上，p b 在2 0 0 0 m g k g 以上n 5 1 。沉积物是水体中重金属污染物的“汇 ，但当水体物理化学条件( 如p h 、e h ) 发生变化时，沉积物中的重金属又释放到水体中，成为水体中重金属的“二次污染源 16 】 1 3 底泥中重金属的危害 重金属是底泥中具有潜在危害的化学污染物，它不能被微生物分解，却能在生物体 内富集，某些重金属还能够通过烷基化作用将转化成毒性更大的甲基化合物，进而通过 食物链危害人体和生态系统健劂1 7 】。鉴于我国绝大多数河流受到污染，特别是流经城市 和工业区( 特别是采矿和冶炼工业区) 的河流受到了重金属和有机化合物的复合污染， 底泥的不当处置不但会产生水环境污染，而且会带来地下水和土壤的二次污染。国内外 河流被重金属污染的事件非常多。1 9 5 9 年日本熊本县水俣湾发生的因食用含汞废水污染 2 硕i j 学位论文 的鱼而引发水俣病：2 0 0 5 年株洲霞湾港地区的硫酸锌厂、炼铟厂等冶炼厂排放的工业废 水以及堆放废渣被雨水淋洗的含镉废水使得湘江水中的镉严重超标：2 0 0 6 年9 月岳阳新 墙河浩源化工公司和桃林铅锌矿化工厂废水未经任何处理，将超过国家标准1 0 0 0 多倍 的高浓度含砷废水直接排入新墙河。 1 4 重金属污染底泥的修复技术 底泥中的重金属会对水体产生污染，危害河流的底栖生物。底泥中的重金属毒性主 要取决于重金属的形态。如果能消除底泥中的重金属对水体和底栖生物的作用，则能有 效降低污染底泥的环境影响。当前国内外对河流污染物的修复主要有原位固定、原位处 理、异位固定、异位处理等4 种方法。原位固定或处理是底泥不疏浚而直接采用固化或 生物降解等手段来消除底泥的污染行为：异位处理或固定则是将底泥疏浚后再行处理， 消除其对水体的危害。在这些处理方法中，多采用物理修复、化学修复、生物修复以及 这3 种技术联合使用。 1 4 1 物理修复 物理修复方法是借助于工程技术措施，直接或间接消除底泥中污染物的修复方法。 主要由原位修复和异位修复2 种技术组成。原位物理修复技术包括填沙掩蔽、固化掩蔽、 引水、物理淋洗、喷气和电动力学修复等。环保疏浚、工程疏浚、异位淋洗、固化填埋、 玻璃化和用作建筑材料等属于异位修复技术，在国外都有普遍的应用。物理修复效果明 显，但工程量大，投入大，疏浚出的污泥如不进一步处理，则会对环境造成二次污染。 1 4 2 化学修复 化学修复是利用化学制剂与污染底泥发生氧化、还原、沉淀、聚合等反应，使重金 属从底泥中分离或转化成无毒的化学形态。主要有氧化还原、湿式氧化、化学浸提等方 法。常常与物理修复结合在起应用。化学修复方法存在花费大量化学药剂，运作困难 以及一些固化药剂可能对水生生物产生毒害作用等缺点。利用化学药剂浸提，能在一定 程度上减少底泥中重金属的含量。b r u n i n g 等【1 8 】利用e d t a ( 乙二胺四乙酸) 和p d a ( 嘧啶 一2 ，6 一乙酰乙酸) 来萃取底泥中的重金属，结果表明，利用0 1 m 的e d t a ，对z n 的最高 去除率可达7 0 ，p b 的最高去除率为3 0 。m c c r e a d y 等【1 9 】研究发现，利用盐酸能提高2 0 对河流底泥重金属的浸提能力。mn y s t r o e m 掣2 0 】比较了h c l 、n a c l 、柠檬酸、乳酸、柠 檬酸铵和蒸馏水对污泥重金属的浸提能力，盐酸是最有效的浸提剂。j o nr e n h o l d s 2 1 】采 用化学固定的方法对受铅污染的f o x 河流的疏浚底泥进行了恢复治理。治理过程为：先将 丝状菌对生物淋滤去除底泥中蘑金属的促进作用 污泥疏浚，上覆水用泵输送至当地污水处理厂处理，然后向底泥中加入磷酸盐、m g o 和 石灰石组成的混合物；磷酸盐用于结合底泥中的铅，形成能在较大p h 范围内稳定的磷酸 铅化合物，石灰石用于强化化学反应，m g o 在处理过程中起缓冲p h 值的作用；经一定 比例的混合与足够的反应时间，稳定后的底泥被疏浚，脱水稳定后的底泥输送到填埋场 作为非有毒有害废物进行填埋。经检测，该工艺对底泥中铅的固定率达到了9 9 7 ， 而处理费用却相对较低。a b r e 9 0 1 2 2 】用硝酸对污泥的沥滤结果表明， c u 、n i 的溶出率可 分别达到8 6 7 、1 0 0 。河流底泥中重金属所处的环境对其化学性质影响很大。采用硝 酸进行沥滤，可使底泥中绝大部分的z n 、c d 、n i 、c o 、m n 、c u 在几天到几周内溶出。 m u l l e ri 等【2 3 】通过研究，认为采用调整p h 或氧化还原电位的方法，能将底泥中的重金属 固定，从而有效防止疏浚污泥中重金属的迁移。用粘土、有机物等物质来吸附重金属也 可以达到固定的目的。贾今平等f 2 4 】研究了利用湿法和干法工艺治理电镀重金属污泥，得 到了综合利用产品铁黑，其在质量和性能方面都能达到相关标准的规定。利用该研 究成果可有效防止电镀企业排放的废水进入河流并沉积于河底，避免对河流生态产生极 大危害。另外，新兴的动电技术是一种经济有效的土壤修复技术，被认为是土壤重金属 修复最有前景的技术之一，人们也在考虑借鉴这个技术治理底泥中重金属物质。m n y s t r o e m 等t 2 0 】利用电渗析萃取技术修复河流底泥重金属污染，并研究了不同电解液的效 果。研究的电解液主要有h c l 、n a c l 、柠檬酸、乳酸、柠檬酸铵和蒸馏水。结果表明， 电渗析萃取技术对河流底泥的重金属萃取非常有效，利用蒸馏水做电解液对c u 的去除率 为4 8 、z n 为8 0 、p b 为9 6 ，而c d 达到了9 8 。 1 4 3 生物一生态修复 生物生态修复是利用培育的植物或培养、接种的微生物的生命活动，对底泥中的 污染物进行转移、转化及降解，从而达到去除污染物的目的。分为微生物修复、植物修 复、动物修复，以及不同生物联合修复等多种方法。生物生态修复具有处理效果好， 工程造价相对较低，运行成本低廉，不会形成二次污染等优点。 1 4 3 1 生物处理