摘 要

当前，土壤重金属污染日益恶化，其中以镉金属污染尤为严重，越来越多的案例都在提醒着人们要着手重金属镉污染的治理。然而传统的土壤重金属污染治理方法往往治标不治本，即在治理期间有很好的效果，但非治理期间污染依旧严重，这就促使我们要寻找一种有效的根治方法。近几年的研究中，利用植物或动物的天然特性，治理土壤重金属污染，取得了一定的成效。基于这种思想，在考察了众多微生物及生物的天然特性的同时，利用微生物诱导矿化沉淀(MICP)治理并修复土壤重金属污染，取得了初期的效果。在此背景下，本实验延续此研究思路，并利用产脲酶菌株诱导矿化沉淀镉离子。

产脲酶菌株从土壤中分离产生，其生长环境温和、生长速度适中、MICP过程效果明显，是达到实验要求的微生物。本研究主要研究了产脲酶菌株的生长曲线、固化效率等，研究表明当pH为8，溶氧量为150r/min，35℃为最佳生长环境；当溶液中镉离子浓度为4.5μg/L时具有较高的固化效率；对解析过程研究中，初始条件相同的前提下，含Mg² 溶液具有更好的解析效果；最后，由SEM图可知，沉淀矿化的矿物为球形积累在细菌上，从而形成沉淀。

该菌株有一定的耐酸性，不易被酸雨侵蚀，即产生的沉淀物不会造成环境的进一步污染。

关键词：土壤；重金属；微生物；MICP

Abstract

At present, soil heavy metal pollution is deteriorating, of which cadmium metal pollution is particularly serious, more and more cases are reminded that people want to start the treatment of heavy metal cadmium pollution.However, the traditional soil heavy metal pollution control methods are often palliative, that is, in the governance period has a very good effect, but non-governance during the pollution is still serious, which prompted us to find an effective way to cure. In recent years, the use of plant or animal natural characteristics, the management of soil heavy metal pollution, and achieved some success. Based on this idea, while investigating the natural characteristics of many microorganisms and organisms, the use of microbial induced mineralization precipitation (MICP)treatment and repair soil heavy metal pollution, and achieved initial results.In this context, this experiment continues this research ideas, and the use of urease-induced mineralization precipitation of cadmium ions.

The urease production is isolated from the soil, its growth environment is moderate, the growth rate is moderate, MICP process effect is obvious, is to meet the experimental requirements of microorganisms. In this study, we mainly studied the growth curve and curing efficiency of urease-producing strains. The results showed that when the pH was 8, the dissolved oxygen content was 150r / min and the optimum growth environment was 35 ℃. When the concentration of cadmium in the solution was 4.5μg / L When the initial conditions are the same, the Mg2 solution has better analytic effect. Finally, it can be seen from the SEM chart that the mineralized mineralization is spherical accumulation on the bacteria, Thereby forming a precipitate.

The strain has a certain acid resistance, not easily attacked by acid rain, that is, the resulting precipitate will not cause further environmental pollution.

Keywords:Soil; Heavy metals; Microorganisms; MICP

目录

第一章 绪论 1

1.1 我国土壤镉污染现状 1

1.2 镉毒性简介 1

1.3 传统土壤镉污染治理措施 2

1.4 产脲酶微生物治理镉污染的研究进展 2

1.4.1 微生物诱导碳酸钙沉淀(MICP)的种类 2

1.4.2 产脲酶株在MICP技术中应用的研究进展 3

1.5 研究课题的意义和技术路线 3

1.5.1 研究课题的意义 3

1.5.2 主要内容及技术路线： 3

第二章 高效产脲酶菌株的筛选、纯化及其生长条件优化 5

2.1 引言 5

2.2 实验材料与仪器 5

2.2.1 菌源选取 5

2.2.2 实验仪器及试剂 5

2.3 实验方法 7

2.3.1 培养基配方 7

2.3.2 产脲酶菌株的筛选、分离与保存 7

2.3.3 产脲酶菌株的产脲酶性能检测及条件优化 7

2.4 结果分析 10

2.4.1 土壤中产脲酶菌的筛选、纯化与产脲菌株的活性检测 10

2.4.2 UR-3产脲酶菌株的生长曲线 10

2.5 UR-3产脲酶菌株的生长环境优化 10

2.5.1 不同的温度对UR-3生长及产脲酶性能的影响 11

2.5.2 不同的pH对UR-3生长及产脲酶性能的影响 12

2.5.3不同的溶氧量对UR-3生长及产脲酶性能的影响 13

2.5 本章小结 14

第三章 产脲酶菌株对土壤中Cd² 离子的固化能力探究 15

3.1引言 15

3.2 实验及检测方法 15

3.3.1 土壤对Cd的吸附模型及吸附-解动力学实验 15

3.3.2 菌株对土壤溶液中Cd的固化实验 15

3.4 结果与讨论 16

3.4.1 土壤对Cd² 离子的吸附-解吸动力学 16

3.4.2 菌株对土壤溶液中Cd² 离子固化实验 17

3.4.3 细菌对污染土壤中Cd² 离子的固化产物分析 17

3.4.4 本章小结 18

第四章 结论与存在问题 19

4.1 结论 19

4.2 存在的问题 19

参考文献 20

致谢 23

第一章 绪论

1.1 我国土壤镉污染现状

伴随化工行业的迅猛成长，镉(Cd)的出产和使用量一直增加，镉及其化合物被普遍应用在电池、焊料。电镀、半导体材料、及制造合金等方面，同时，不合法销毁的金属镉，对土壤造成了重大污染。我国于上世纪70年代左右才开始有关土壤镉污染调查的工作，1980年的中国农业环境报告显示，我国农田土壤的镉污染面积为9333hm²，到2003年我国镉污染的耕地面积为1.33×10⁴hm²，并且，有多达11处污灌区的土壤镉含量严重超标^[1,2]。由近几年的有关研究来看，我多地土壤均存在镉污染的问题。大气镉沉降、污水灌溉、含重金属废弃物的随意丢弃等，都可造成不同程度的镉污染问题^[3]。当前，我国土壤镉污染的问题涉及到了多达11个省市的25个区域。例如，上海的蚂蚁浜土壤的镉污染平均含量达到了21.48mg/kg，广州的郊区老污灌区的土壤的镉含量高达228.0mg/kg^［4,5］。据2014年的《全国土壤污染状况调查公报》表明，我国土壤部分地区的污染较严重，耕作用地的土壤质量令人堪忧，此中，镉污染物点位超标率达到7.0%，呈现从东北到西南、从西北到东南方向逐渐升高的趋势，是草地、耕地和一些未利用地等的主要污染物之一^[6]。镉是“五毒”重金属元素之一，具有移动性大、毒性高、降解难、滞留周期长(半衰期超过20年)等特点，易被作物接收富集，对作物产量和品质有严重影响，还可由食物链在人体内累积，进而危害人体健康^[7，8]。

1.2 镉毒性简介