论文部分内容阅读
砷(As)是一种高毒类金属,会引起皮肤癌、膀胱癌等疾病。由于污水灌溉、工业污泥及含砷农药等在农业生产中的大量使用,造成土壤严重的污染。土壤砷污染已成为当前日益严重的环境问题之一。本文主要研究了商业锰氧化物和生物锰氧化物等两类锰氧化物对砷污染土壤的修复效果,主要研究内容为:1)通过浸提实验(水浸提和TCLP法浸提)研究了两类锰氧化物对砷修复效果,以及锰氧化物类型、投加量、培养时间、共存离子等因素对砷修复效果的影响;2)通过连续浸提方法分析了锰氧化物修复前后土壤中砷的形态变化;3)通过植物发芽实验研究锰氧化物修复后土壤的潜在毒性;4)基于16S RNA高通量测序分析锰氧化物修复前后微生物结构和生物多样性变化;5)通过X射线光电光谱仪(XPS)分析砷的价态变化,分析锰氧化物对含砷土壤的修复机制。主要结论为:1)研究了四种商业锰氧化物(微米二氧化锰、纳米二氧化锰、纳米三氧化二锰、纳米四氧化三锰)对砷污染土壤的修复效果,结果表明:当四种锰氧化物投加量分别为1%,5%和10%时,四种商业锰氧化物均能有效降低土壤中水溶性砷和TCLP砷的浸出量,且随着锰氧化物投加量的增加,砷的浸出量逐渐降低;对比四种锰氧化物可知,纳米锰氧化物的修复效果略好于微米二氧化锰;Tessier连续浸提结果可知,锰氧化物添加后可交换态砷比例降低,而有机结合态砷比例增加;植物毒性实验结果表明,添加四种商业锰氧化物后植物的种子发芽率、相对根长和种子发芽指数均有所提高,表明土壤中砷的毒性有所降低。土壤修复前后XPS的结果表明土壤中的As(III)全部转化为As(V)。2)研究了锰氧化菌Pseudomonas putida strainMnB1(ATCC 23483)所诱导产生的生物锰氧化物对土壤中砷的修复效果,研究结果表明:与四种商业锰氧化物相比,生物锰氧化物修复砷时投加量明显降低,且单位投加量对砷的修复效果更高;随着修复时间(15天、30天、45天和60天)的延长,砷的修复效果没有明显变化,在修复时间为15天时,砷的修复已达到稳定;土壤中添加1%、2%和3%的无机盐(如FeCl3,CaCl2和NaCl)会明显降低生物锰氧化物对土壤中砷的浸出量,提高生物氧化锰对砷的修复效率,其中添加FeCl3后的修复效果最好,而投加Na2HPO4会明显抑制生物锰氧化物对砷的修复效率;Tessier连续浸提结果可知,生物锰氧化物添加后可交换态砷比例降低,而残渣态砷比例增加,与商业锰氧化物基本一致;高通量测序结果可知,经30天生物锰氧化物修复后,土壤中生物多样性明显提高,在门、纲和属水平上细菌结构明显改变,生物锰氧化物投加量越高,细菌群落改变越明显。