解磷菌—磷酸三钙胶囊的制备及其对铅污染底泥的稳定修复研究

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底泥铅污染问题日趋严重,众多学者致力于各种铅污染底泥修复技术的研究,提高底泥中铅的稳定性是修复铅污染底泥的关键。解磷微生物能将难溶磷转化为可溶性磷进而与铅反应形成更加稳定的磷铅化合物,在铅污染修复中发挥着重要作用。本研究旨在制备一种解磷菌–磷酸三钙胶囊,通过调整海藻酸钠和Ca Cl2的浓度来探讨胶囊制备的最佳配比,并调整胶囊内部包裹Ca3(PO42的含量对胶囊进行优化,进而对其最适初始铅浓度、温度、p H值进行分析,将其用于铅污染底泥的模拟修复,并探究胶囊对铅的钝化机制。本研究根据界面聚合法将解磷菌L15(Leclercia adecarboxylata)和磷酸三钙包裹在海藻酸钠凝胶中,制备成一种新型的解磷菌–磷酸三钙胶囊。通过调整海藻酸钠和Ca Cl2浓度来分析胶囊制作的最优比例,结果证实当海藻酸钠浓度为0.3%,Ca Cl2浓度为10%时,可以得到形状均匀的解磷菌–磷酸三钙胶囊。胶囊内部包裹0.07 m M磷酸三钙时可以达到98%的Pb2+钝化率。适用条件分析结果表明解磷菌–磷酸三钙胶囊对1.5 m M以下浓度Pb2+的钝化率较高,温度对解磷菌–磷酸三钙胶囊钝化Pb2+效果的影响不大,胶囊在微酸性(pH=3-6)条件下对Pb2+均具有较强的钝化能力。通过扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)、X射线衍射(XRD)和傅里叶红外光谱(FTIR)对与Pb2+反应前后的解磷菌–磷酸三钙胶囊进行表征分析,并通过激光共聚焦显微镜(CLSM)对胶囊内部包裹的解磷菌活性进行分析。结果表明羟基、羰基、亚硝基、醚键和糖类中的C-O键是参与Pb2+反应的主要的官能团,胶囊与Pb2+反应后有磷氯铅矿和磷酸铅生成且胶囊内部解磷菌的活性并没有减弱。铅污染底泥模拟修复的实验结果表明解磷菌–磷酸三钙胶囊对底泥中铅的钝化效果明显,90天后对低浓度(200 mg/kg)铅污染底泥和高浓度(800 mg/kg)铅污染底泥中弱酸态铅的稳定效率分别为78%和53%。低、高浓度铅污染底泥修复过程中上覆水体中可溶性磷含量都在0.15 mg/L以下,底泥p H在7-8之间。另外,解磷菌–磷酸三钙胶囊的加入提高了微生物群落结构的多样性,解磷菌L15可以成为底泥微生物群落中的优势菌种。综上,本研究所制备的解磷菌–磷酸三钙胶囊对铅污染底泥具有良好的修复效果,所得实验结果可为铅污染底泥的生物修复提供理论支撑。
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