微生物与赤泥协同固化电解锰渣中锰的研究

来源 :北京有色金属研究总院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zzyu888888
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电解锰行业的快速发展使得电解锰渣的堆积量与日俱增,电解锰渣中可溶性锰离子的渗出对当地生态环境造成了破坏。为了降低锰离子的渗出,寻找合适的锰离子固化方法势在必行。本论文以广西某典型锰渣堆场为研究对象,调研分析了场地重金属污染情况及微生物的空间分布特征;探索了赤泥-硫酸盐还原菌(SRB)协同固化电解锰渣中锰的最佳条件和固化机理;通过动态淋滤柱实验进一步验证了协同修复效果,并采用高通量测序技术分析微生物群落结构差异和功能基因的变化;现场修复工作验证了菌液喷淋修复的实际效果。本文的研究结果如下:现场调研结果发现渣场渗滤液中只有Mn超过《污水综合排放标准》(GB 8978-1996)的限值,最大超标倍数为2790倍,其他重金属均未超标。锰渣中Cd、Pb、Fe、Mn和As的含量与渣堆深度呈正相关,渗滤液理化性质与微生物也存在相关性。电解锰渣中Mn2+、Mn3+和Mn4+的含量占比分别为87.11%、8.14%和4.75%,锰的浸出毒性为1027.97 mg/L。利用富含Mn2+的培养基驯化后的SRB中Desulfovibrio的相对丰度为11.8%。通过田口实验确定了赤泥-SRB协同修复的最佳条件,即赤泥添加量为20%、菌液接种量为15%、温度为30℃、酵母浸粉添加量为1.4 g/L。在最佳条件下持续修复42天,锰的固化率可达98.63%。协同固化机理表明,功能菌对锰的固化机理包括生物转化、生物矿化和生物吸附。在还原性的修复体系下,锰渣中的Mn3+和Mn4+向Mn2+转化,赤泥为修复体系提供了 Ca2+和Mg2+等阳离子,通过生物矿化作用,固化产物为硫化锰和铁白云石((CaMg0.3Fe0.7Mn0.1)(CO3)2)。生物吸附作用表现在整个修复过程,菌体表面的多糖、磷酸脂和多肽参与了重金属的吸附。在不同浸出条件下,固化产物中Cu、Cd、Zn、As和Pb的浸出浓度均低于修复前,符合《地表水环境质量标准》(GB 3838-2002)V类的标准要求。锰的浸出浓度为15.84mg/L,协同修复显著降低了渣样中锰的浸出。在修复后第9个月时锰浓度为15.76 mg/L,表明固化体具有环境稳定性和长效性。淋滤柱实验表明了赤泥-SRB协同修复组(ECS)实验效果优于单SRB修复组(ES),在修复70天后ECS组渗滤液中的锰浓度为13.23 mg/L。宏基因组分析表明,协同修复体系微生物涉及新陈代谢、细胞过程和信号传导等过程的功能基因均有提升,有利于修复体系微生态的建立。SRB修复电解锰渣现场示范工程,结果表明在修复12周后,锰固化率达到99%以上,渣堆表面植被得以恢复。在修复开始后56周修复区渗滤液中锰的平均浓度为15.24mg/L,修复区锰浓度呈现出持续降低的趋势。高通量测序结果显示,修复区微生物促进了N、S元素的循环。
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