电化学强化氧化亚铁硫杆菌异位生物修复河床底泥重金属污染的调控机理研究

Heavy metal pollutants in sediments is a pressing environmental problem.It has been found that bioleaching/electrokinetics combination technology is more efficient and cheap than other commonly technique. However, the couple system and main principle of hybird technology were seldom concerned. At present has found biological leaching/electric power repair combination technology on heavy metal pollution repair higher efficiency and lower cost, but technical coupling system and related mechanism lack of system research. This project intends to further study. direct current/ thiobacillus to sediment of heavy metal pollution in cooperative transformation mechanism and migration removal mechanisms, tracking study electron in electrode, electron shuttle, microbial transfer way and transmission, and use to derive and verify dc field to ferrous oxide thiobacillus metabolic reinforcement mechanism. Explore the direct current /bioleaching system for city life sediment of heavy metal pollution in cooperative transformation mechanism; Analysis of the electric field on the coupling system of cooperative transformation of heavy metal pollutants removal of electric power system and its influencing factors. From direct current electric field on bioeaching process of promoting mechanism and bioleaching on the electric power to remove heavy metal pollutants improvement mechanism two aspects to science building electrokinetics/bioleaching technology coupling theory system. The study provides the theory basis for electrokinetics/bioleaching coupling technology, promote environmental restoration technology development, but also offer theoretical basis.for the improvement through genetic engineering bacteria optimization bioremediation effect.

底泥重金属污染是亟待解决的环境问题。相关研究已证明电化学方法可以显著提高氧化亚铁硫杆菌对底泥重金属污染的生物修复效率，但是电流对氧化亚铁硫杆菌的强化机制以及对重金属污染物的协同去除机制仍未能完全揭示。本项目拟以湘江重金属污染底泥为处理对象，深入研究电化学强化氧化亚铁硫杆菌对底泥重金属污染的协同转化机理及迁移去除机制，具体包括：追踪研究电子在电极、电子梭、微生物的传递途径和传递方式，并用来推导和验证直流电场对氧化亚铁硫杆菌代谢强化机理；探索电化学/生物修复体系对底泥重金属污染的协同转化机制；分析重金属污染物的电化学迁移机制及其影响因素；最终构建电化学对氧化亚铁硫杆菌生物修复底泥重金属污染过程的宏观调控机制。研究成果可望为底泥重金属污染修复的发展提供一种新思路和新探索，且为有关重金属污染治理生物修复研究与工程微生物的研究提供理论参考。

河床底泥是重金属、持久性有机污染物等陆源性污染物入河后的主要蓄积场所。环保清淤是国内外重金属污染河床底泥治理的主流措施。底泥的合理并安全处置是环保清淤工程领域的技术障碍之一。现有广泛应用于实际的措施为先脱水稳定化，然后安全填埋。这种方式易于操作，便于大规模机械化作业，而且几乎不造成二次污染。然而，大量的处置后底泥不仅不具有利用价值，还需要占用大量土地资源。因此，寻求一种经济高效标本兼治的重金属污染底泥修复技术一直是本研究领域努力目标。本项目将生物电化学研究方法用于河床底泥重金属污染修复的改进机制研究。发现矿山尾矿、矿渣和冶炼废水是矿区环境重金属污染的主要来源。利用相关性分析和主成分分析对所有数据进行统计学分析，结果表明：Cu、 Zn、Cd、As、Pb和Sb主要来自于矿区环境中人为活动所释放的污染物；Cr、Mn和Ni则主要随岩石风化形成土壤而来。重金属污染物主要通过大气和水体的扩散、迁移两条途径进入土壤环境中，并产生富集效应。重金属空间分布趋势分析表明，风、河流、迁移距离和地表植被覆盖程度等因素对重金属空间迁移过程产生影响。研究结果也揭示出重金属污染物在大气扩散和沉降过程中，风速和风向起到至关重要的作用。微米级零价铁可以促进SRB对沉积物重金属污染的稳定化作用，对于铜、镉、锌和铅的稳定效率可以分别达到100%，98.5%，90.69%，100%，SRB固定化包埋技术是一种具有可操作性的沉积物重金属污染控制技术，Cu、Zn、Pb、Cd的去除率分别达到76.3%，95.6%，100% 和 91.2%。新型炭基材料如碳纳米管和氧化石墨烯对重金属污染均有很好地处理效果。项目研究还发现亚铁离子在SRB 固定化沉积物重金属污染过程起着重要作用，其不仅可以提高SRB活性，还可生成硫化亚铁沉淀包裹金属硫化物沉淀，从而屏蔽固定化重金属污染物，强化其的抗氧化能力，阻止其在氧化而重新释放造成二次污染。研究成果推动底泥重金属污染修复理论与实践的进一步发展，为底泥的合理处理与资源化利用提供一种新思路和探索。