新疆土著钙化念珠藻去除矿山废水中Cd2+的机理研究

Xinjiang is abundant in mineral resources. Heavy metals in mine wastewater pose great threat to human health and the environment. Treatment of heavy metal in mine wastewater by microalgae has the advantage of high efficiency as well as low cost，thus it is promising to remediate heavy metal pollution by using local blue-green algae from Xinjiang deserts. The effect of calcification on the adsorption of heavy metal by microalgae cell is unclear, and the mechanism remains unknown. In this project, the calcifying Nostoc sp. isolated from Xinjiang deserts will be used to treat typical Cd2+ mine wastewater in Xinjiang. Through the investigation of the effect of cellular proteins, and extracellular polymeric substances (EPS) on calcification of Nostoc sp. and synergistic action of EPS and calcification on removal of Cd2+, the removal mechanism of Cd2+ by Nostoc sp. will be revealed. The research will provide fundamental basis for large-scale treatment of copper mine wastewater, and help achieving high efficient and low cost technology.

新疆矿产资源丰富，其开发和冶炼废水中所含重金属对人类健康和环境危害巨大。微藻处理矿山废水中的重金属具有高效低成本等优势，因此利用新疆荒漠中的土著蓝藻进行重金属污染修复潜力巨大。钙化过程对藻类吸收重金属影响机制尚不清楚。本研究拟以新疆荒漠中分离出的具有钙化性的念珠藻（Nostoc sp.）为对象，在处理新疆典型含Cd2+矿山废水环境下，通过研究念珠藻胞内蛋白和胞外聚合物（EPS）对钙化过程的影响，胞内蛋白、EPS及钙化过程对Cd2+的协同作用机理，从而揭示钙化念珠藻对重金属Cd2+的去除机制，为实现高效低成本的微藻处理矿山废水处理技术提供理论基础。

新疆矿产资源丰富，其开发和冶炼废水中所含重金属对人类健康和环境危害巨大。新疆的矿产资源丰富，在开采和冶炼过程带来大量的重金属污染，含Cd废水每年排放量巨大，对地下水和土壤造成较为严重污染，潜在危害巨大。因此，新疆迫切需要研发更为经济有效的重金属处理技术。微藻处理矿山废水中的重金属具有高效低成本等优势，因此利用新疆荒漠中的土著蓝藻进行重金属污染修复潜力巨大。. 本研究通过叶绿素荧光技术研究了Ca2+和Cd2+对钙化藻—喜钙念珠藻(Nostoc calcicola)光合系统II活性的影响，并构建喜钙念珠藻反应器处理人工模拟镉污染水中的Cd。重要结果如下：. 采用钙化念珠藻反应器对含Cd废水进行处理表明，N. calcicola可以显著提高出水的pH值，降低出水无机碳（dissolved inorganic carbonate, DIC）含量。两个月的连续观测表明，其对水体中Cd的去除率可以高达98.2-98.7%。分析Cd在藻体中的形态发现，其主要以有机结合态存在，其次是碳酸盐的结合态和可交换态。SEM-EDX结果显示，N. calcicola藻细胞周围存在的主要是由Ca, C和O元素组成的晶体物质，同时晶体伴有少量的Cd。. 同时，本研究以摇瓶批量实验研究了施氏假单胞菌（Pseudomonas stutzeri）诱导碳酸钙共沉淀（Microbially induced calcite precipitation，缩写为MICP）修复Pb污染的技术。分析了pH、Pb2+和Ca2+浓度对细菌生长及去除Pb的影响。实验表明P. stutzeri可耐受较高浓度的Pb，在初始Pb浓度为0.01-0.5mmol/L下，Pb去除率在97％以上。大部分Pb以微生物诱导形成碳酸钙时共沉淀去除。MICP技术还是一种具有应用前景的Pb污染的修复技术方法。. 以上结果表明，喜钙念珠藻对Cd具有一定的耐受性，Ca在一定程度上能够缓解Cd对其的胁迫作用；喜钙念珠藻EPS对Ca2+和Cd2+都具有较强的结合能力。此外，EPS有利于CaCO3的生长、对CaCO3晶体形貌有一定的影响。喜钙念珠藻反应器对Cd具有很好的去除效果，其诱导生成CaCO3过程对周围环境中Cd的去除具有一定的贡献。这些研究为实现高效低成本处理重金属污染提供了坚实基础。