摘 要

在如今经济飞速发展的同时，工业的高效运作为经济铺平了道路。与此同时，因生产或加工需要（尤以电镀工业、化工业为多），各种重金属离子扮演着重要的角色，然而大量的重金属经不当排放至江湖中进而污染了大量的土壤，重金属经过微生物的富集以及食物链的传递至人的身体中，会对人身体造成严重的威胁。

目前在多种对重金属污染土壤的治理方法中，生物治理方法为很多学者青睐，其中利用微生物其高效经济的优点来治理土壤污染正不断被采纳中。硫酸盐还原菌的EPS拥有优异的吸附重金属离子性能，在与同样有良好吸附性能的生物炭一同负载后，将会实现更优异的吸附能力。本文在此基础上进行了进一步的研究，主要研究内容与结果如下：

（1）本研究对土壤中的硫酸盐还原菌进行了筛选、分离、纯化，并对得到的菌株进行了生长曲线的测定。该菌株在培养84小时时达到最大OD₆₀₀值0.3067，在61h左右时ORP值达到最低值-314mv，培养基pH最大值为6.3。

（2）本研究对EPS与生物炭的最优吸附条件进行了探究。通过单因素实验得到生物炭负载EPS的最优负载比例为0.5g生物炭、5mL EPS，pH为7.0，金属浓度为20mg/L。

（3）本研究通过模拟实验探究了生物炭负载EPS对模拟重金属污染土壤的吸附效果。在土壤重金属含量为20mg/L，土壤pH为7.0时吸附效果最优。

关键词：EPS吸附；生物炭；重金属；土壤

Abstract

At the same time as the economy is developing at a rapid pace, the efficient operation of industry has paved the way for the economy. At the same time, due to the production or processing needs (especially in the electroplating industry and the chemical industry), various heavy metal ions play an important role. However, a large amount of heavy metals are improperly discharged into rivers and lakes and pollute a large amount of soil. Heavy metals pass through. The enrichment of microorganisms and the transmission of the food chain into the human body pose a serious threat to the human body.

At present, in many methods for the treatment of heavy metal contaminated soils, bioremediation methods are favored by many scholars, and the use of microorganisms for their efficient economic advantages to control soil pollution is being continuously adopted. The EPS of sulfate-reducing bacteria has excellent adsorption of heavy metal ions, and will achieve better adsorption capacity when loaded together with biochar which also has good adsorption properties. Based on this, this paper has carried out further research. The main research contents and results are as follows:

(1) In this study, the sulfate-reducing bacteria in the soil were screened, separated and purified, and the growth curve of the obtained strain was determined. The strain reached a maximum OD ¬ 600 value of 0.3067 at 84 hours of culture, and the ORP value reached a minimum of -314 mv at about 61 h, and the maximum pH of the medium was 6.3.

(2) This study explored the optimal adsorption conditions for EPS and biochar. The optimal loading ratio of biochar-supported EPS was 0.5g biochar, 5mL EPS, pH 7.0 and metal concentration 20mg/L by single factor experiment.

(3) This study explored the adsorption effect of biochar-loaded EPS on simulated heavy metal contaminated soil through simulation experiments. When the soil heavy metal content is 20mg/L and the soil pH is 7.0, the adsorption effect is optimal.

Key Words: EPS adsorption; biochar; heavy metals; soil

目录

第1章 绪论 1

1.1 我国土壤重金属污染现状 1

1.2重金属污染危害 3

1.2.1 镉污染危害 3

1.2.2 铜污染危害 3

1.3传统重金属污染治理研究进展 4

1.4通过细胞产物（EPS）治理重金属污染研究进展 5

1.5研究课题的目的与意义 5

1.5.1 研究课题的目的和意义 5

1.5.2 研究课题的主要内容及技术路线 6

第二章 硫酸盐还原菌的初筛、分离纯化及其性能研究 7

2.1 引言 7

2.2 实验材料与方法 7

2.2.1 菌源选取 7

2.2.2 实验仪器及试剂 7

2.2.3 实验方法 9

2.2.3.1 培养基配方及实验试剂 9

2.2.3.2 硫酸盐还原菌株的筛选、分离与保存 9

2.2.3.3菌株的生长曲线测定 10

2.3 结果与讨论 10

2.3.1 SRB菌株的筛选、分离与保存 10

2.3.2菌株生长曲线的研究 11

2.4本章小结 12

第三章 生物炭负载EPS最优吸附条件的探究 14

3.1引言 14

3.2实验材料与仪器 14

3.2.1菌株培养基 14

3.2.2实验仪器及药品 14

3.3实验方法 15

3.3.1镉离子标准曲线的测定 15

3.3.2铜离子标准曲线的测定 15

3.3.3硫酸盐还原菌EPS的提取 16

3.3.3.1透析袋的预处理 16

3.3.3.2 EPS的提取 16

3.3.4不同EPS生物炭负载比例的镉离子吸附效果 17

3.3.5不同EPS生物炭负载比例的铜离子吸附效果 17

3.3.6不同铜离子浓度下的吸附效果 17

3.3.7不同镉离子浓度下的吸附效果 17

3.3.8不同pH下对铜离子的吸附效果 18

3.3.9不同pH下对镉离子的吸附效果 18

3.3.10 EPS吸附前后官能团变化 18

3.4结果与讨论 18

3.4.1不同EPS生物炭负载比例的重金属离子吸附效果 18

3.4.2不同重金属浓度下的吸附效果 19

3.4.2不同pH值下的吸附效果 21

3.4.3 EPS吸附前后官能团变化 22

3.5本章小结 23

第四章 模拟污染土壤的吸附效果研究 25

4.1引言 25

4.2实验材料与仪器 25

4.3实验方法 25

4.3.1 BCR连续提取法测定土壤重金属含量 25

4.3.1.1 溶液准备 25

4.3.1.2 BCR连续提取法 25

4.3.1.3 实验步骤 26

4.3.2 不同重金属浓度对吸附土壤重金属的效果 26

4.3.3 不同pH对吸附土壤重金属的效果 26

4.4结果与讨论 27

4.4.1 不同重金属浓度对吸附土壤重金属的效果 27

4.4.2 不同pH对吸附土壤重金属的效果 28

4.5本章小结 29

第五章 结论与存在问题 31

5.1 结论 31

5.2 存在的问题 31

参考文献 32

致谢 34

第1章 绪论

1.1 我国土壤重金属污染现状

在我国，为保持经济的高速运作，工业水平的迅猛发展以及城市化进程的不断提高使镉污染问题愈发严重，根据2014年国土资源部发布的《全国土壤污染状况调查公报》显示，镉已经成为我国土壤污染超标率最高的金属元素，目前已经达到了7.0%。我国于上世纪80年代初可耕地的镉污染面积仅有0.93万公顷，仅2003年一年就增加了0.4万公顷，至2016年，我国镉污染土地面积已超过20万公顷，占总耕地面积的六分之一^[1]。由国家环保部实施的重金属污染防治规划看出，该规划中所涉及到的重点整治省区，已经包括广西、河南等共计十四个省区^[2,3]。土壤镉污染具有长期性和隐蔽性，土壤中含有大量微生物，镉进入土壤后被这些微生物富集在体内，并通过食物链逐层传递，最终可能富集至粮食作物中，对人体的健康造成极大的威胁^[4]。同时，这些被污染的粮食作物会造成相应的粮食减产，我国每年因为此造成的直接经济损失高达200亿元。2015年对粮食作物的调查显示，我国两大小麦主产区（黄淮海小麦优势产区和长江中下游小麦优势产区）耕地的土壤铬含量已达0.06 mg/Kg，两大主产区产出的小麦已经受到了一定的污染^[5]。近十年来，我国发生了多起重大镉污染事件，特别是2012年广西龙江水体经工厂污水排放近20吨镉，直接导致约28.4万条尾鱼死亡^[6]，并严重污染了水体两岸的土壤。

而铜离子溶液因具有良好的杀菌作用配置成波尔多溶液被频繁用于农业当中，以及金属加工、机械制造与大量的铜矿开发^[7]，使得大量的铜流入部分地区土壤当中，使得这些区域土壤中铜的含量远远超出了该地区土壤环境可容纳量。从而对这些地区的动植物以及土壤微生物造成了不同程度的危害，通过食物链的传递进而威胁着人类的健康。表1-1为我国不同类别土壤的全铜量，不同地域不同土壤的含铜量会有较大的却别，含铜量最低的为盐土的0.3mg/kg，最高的为棕壤的272.0mg/kg。该表中土壤平均含铜量为21.9mg/kg。而在某些高污染地区比如矿区附近的土壤铜含量可高达5000mg/kg^[8]。据对长江中下游几个大型铜矿的土壤植被调查显示，被调查的4个矿区土壤的含铜量都极高，平均值范围为3810-8633mg/kg，其中在湖北铜绿山古铜矿区的土壤含铜量的最大值更是高达18755mg/kg^[9]，上述地区的铜含量已经远超过我国《土壤环境质量标准》的限制。因此，治理铜污染土壤的事项刻不容缓。

表1-1 我国不同类别土壤的全铜量

我国于2008年公布《土壤环境质量标准（修订）》，其中将土壤根据保护目标分为三级^[10]，其中第二级为土壤质量的临界值，也是初步筛选判别土壤污染程度的筛选值。我国全国土壤污染普查也据此第二级标准值（下表简称“标准”）制定出判别土壤污染程度的标准，划分为表1-2中的五个等级^[5]。

表1-2 土壤污染程度的划分标准

以上五个级别，除去无污染这一级别没有实质性的危害，剩余四种级别的污染程度土壤中，重度污染土壤已弃用或者已作为其他用处，而中轻度污染的土壤特别是农业用土地大多都还承载着农业生产的任务，这些还在农业生产的被污染土壤时刻影响着人们的食品健康。值得指出的是，中轻度污染便占了总耕地面积的15.94%^[5]，为污染土壤中占比最高的。因此，找到一种高效便捷且经济的除去土壤重金属污染的方法便是我国污染治理事业里面一项重中之重且迫在眉睫的巨大工程。

1.2重金属污染危害

1.2.1 镉污染危害

镉在自然界中，存在游离态、络合物态、碳酸盐态、铁锰氧化物结合态和残渣态，其中游离态镉和络合物态镉极易造成镉污染^[1]。且镉污染拥有极强的隐蔽性和持续性，因此治理镉污染需要耗费大量的时间以及经费。根据相关植物研究显示，稻谷类植物很容易将土壤中的镉富集至其植物体中^[11]，与此同时，稻谷类植物是中国人必不可少的粮食食材，因此镉十分容易通过此途径进入人体中。具体的危害途径如图1-3所示^[12]。

图1-3 镉进入人体的渠道

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