磁性生物炭联合功能微生物修复水体中变价重金属的机理研究文献综述

 2022-11-25 15:43:21

文 献 综 述

摘要:随着工业的发展和技术的进步,伴随着金属冶炼、矿物采集、肥料使用和电子产品的制造,大量重金属污染物被排入环境中,而重金属也会着食物链不断富集,不仅会引发多种生态环境问题,更会影响到各种生物甚至人类的生命安全。为了去除污水中的重金属离子,人们已经研究了多种有效的去除方法,如电化学、过滤、反渗透、离子交换、化学沉淀、吸附和混凝的几种物理化学和生物方法等。物理吸附法由于成本低、技术难度小、去除率高等因素最为常用。活性炭具有较易获得且环境友好的优点,是物理吸附法最常用的吸附剂。本研究利用制备得到的磁性生物炭,分析不同制备方法下合成的生物炭特性和表征,然后利用生物炭联合溶磷细菌对溶液中重金属Cr进行吸附研究,探究不同制备方法所得磁性生物炭对水体中变价重金属的差异以及所得最优磁性生物炭联合溶磷细菌对水体中变价重金属修复的修复机理。

关键词:磁性生物炭;铬离子;重金属修复;溶磷功能细菌;

1铬污染现状和危害

对环境的污染

随着工业的飞速发展,化肥和农药的大量使用,大面积的土地和自然水体被重金属污染。在我国受重金属污染的土壤有上万顷,占我国耕地总面积比例在15%以上[1],以每年几万吨粮食被重金属污染为例,直接经济损失高达200亿元。据统计,我国受重金属污染的水体达80%以上,尤其是长江、黄河、辽河等流域的重金属水体污染最为严重[2]

铬是土壤重金属污染和自然水体重金属污染的主要污染物之一,铬及其化合物在钢铁、电镀、制革、燃料等行业被大量应用,其污染问题已成为一个困扰人类已久的重大问题,对我国的经济发展产生了极大影响[3]。2011年8月,云南一化工厂发生铬污染致数万立方水水质变差、牲畜接连死亡的消息引发社会各界的极大关注。这一事件使包括9万立方米的水库中4万立方米水受到污染[4]。铬污染具有长期性、不可逆性、不可降解性等,进入环境后不会自然降解或分解,超过生态承载能力时会严重影响生态平衡。铬主要以三价铬和六价铬的形式存在于环境中,六价铬具有强氧化性,在土壤中能造成土壤硬化从而使农作物减产。在水体中和影响水体的理化性质,如三价铬可以使水体变浑浊,六价铬可以使水体呈黄色[3]。六价铬在水中有氧情况下较稳定,厌氧时易被还原为三价铬。而三价铬在水中不稳定,在中性或弱碱性水体中会发生水解,形成不溶于水的氢氧化铬沉淀。[5]

对生物的毒害

铬污染具有高毒性,且难以降解,在水体中,铬的浓度过高会造成水体中的浮游植物和生物大量死亡,降低水体的自净能力,导致水质下降。水体中的铬会随着食物链在生物体内富集[6],三价铬对人体无毒害,但六价铬的毒性是三价铬的100倍,一旦人体摄入过多,六价铬会与血红蛋白结合,积聚在肝、肾和内分泌腺中,造成鼻炎、咽炎和支气管炎等症状,过量摄入时,会造成急性肾衰竭,引发肺癌和皮肤癌[7]

如何处理铬污染已经成为了目前值得我们关注和研究的热点问题,为了从水体中处理过量的铬离子,使其被固定和吸附从而去除,人们已经分别采用了物理、化学、生物等多方面的技术,虽然各有优缺,但都能在一定程度上达到去除水体中重金属铬的作用。

2 铬的去除技术

2.1 传统化学方法

传统处理水体中的重金属污染物一般采用化学的方法去除,其中氧化还原法和化学沉淀法最为常见。氧化还原法是去除水体中重金属的前处理方法,通过投加化学试剂使水体中发生氧化还原反应,根据投加药剂的不同又可以分为氧化法和还原法[8]。化学沉淀法是向需要处理的水体中投加相对应的化学试剂,使得水体中的重金属物质和化学试剂发生化学反应,从而使得水体中游离态的重金属离子转化为不溶或难溶的物质,最终通过沉淀和过滤使得重金属污染物与水体分离[8]

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