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生物表面活性剂及其修复沉积物中铅污染的应用研究

张娟  
【摘要】:随着工业的发展,大量重金属进入沉积物中,严重危害水生生物的生长,并通过生物富集、食物链放大等过程,进一步影响陆地物种和人类,给国家的经济造成了重大危害。近年来,重金属修复方法得到广泛研究。常采用的重金属修复方法主要有物理修复、化学修复和生物修复方法。物理修复工程量大,耗材耗力,而且很难将沉积物处理到要求值;化学修复会造成二次污染,因此都不是理想的重金属修复方法。生物表面活性剂是微生物在一定条件下产生的集亲水性和亲油性于一体的代谢产物。生物表面活性剂具有无毒、易生物降解等环境友好性,因而十分适合修复重金属污染。 本文首先介绍了沉积物中重金属污染现状,主要修复方法及生物表面活性剂的应用;实验是以油田污水所筛选的高产生物表面活性剂菌株为实验对象,通过单因素分析方法确定了菌株的最佳发酵条件并提取生物表面活性剂;采用多种方法鉴定生物表面活性剂的结构,确定其为糖脂类生物表面活性剂;最后重点考察了在各条件下,生物表面活性剂对沉积物中重金属及其各形态的去除效果并探讨了生物表面活性剂与重金属作用的机理。所得结论如下: (1)菌株B-1为混合菌株,经分离得到两株菌,分别为Bbai-1和Bru-1。通过菌的生理生化特性试验及16S rDNA对菌株进行鉴定,初步确定Bbai-1为负短短芽孢杆菌属,Bru-1为泛生菌属。 (2)通过实验得到该菌的最佳发酵条件。培养基组成:花生油40 g/L;尿素5 g/L;K2HPO4 3 g/L;NaCl 5 g/L;pH值为7。培养条件:温度为25℃,转速为150 r/min。 (3)B-1所产表面活性剂是一种糖脂类的生物表面活性剂,产量为0.6-0.7 g/L,临界胶束浓度为175 mg/L,对温度、pH值及盐度具有较好的稳定性。与合成表面活性剂相比,生物表面活性剂的乳化能力保持时间更长,具有更好的稳定性。 (4)与化学合成表面活性剂相比,生物表面活性剂能有效去除沉积物中的铅。生物表面活性剂溶液的浓度及pH值对铅的去除率影响较大。在pH值为9时铅的去除效果最好,去除率为50.7%。加入低浓度的阳离子可以促进铅的去除,当加入浓度为10 mmol/L的NaNO_3,铅的去除率为46.6%。增加淋洗次数及时间有助于铅的去除,但是考虑到应用的经济性最佳淋洗时间为60 h。生物表面活性剂对天然沉积物中铅的去除率低于人为污染沉积物的去除率,为38.0%。对于铅的不同存在形态,生物表面活性剂对可交换态、碳酸盐结合态及Fe-Mn氧化态有较好的去除效果。 (5)淋洗前后沉积物的红外光谱对照可知,生物表面活性剂可能是通过改变沉积物的表面性质,从而将重金属由沉积物上解析下来。


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