含水介质中游离态微生物/生物膜与重金属间的交互作用及机制研究
批准号:
42107061
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
李宵慧
依托单位:
学科分类:
环境水科学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
李宵慧
中文摘要
地下水重金属污染的微生物修复技术受到广泛关注。要准确评估修复过程中重金属的环境风险,必须全面掌握重金属运移行为及赋存形态的变化,其核心在于阐明含水介质中微生物-重金属之间的交互作用。本项目拟选取地下水中典型阴离子态、阳离子态重金属污染物以及对应耐受微生物为研究对象,综合多学科交叉知识,通过批实验、柱实验和数值模拟相结合的手段,采用多种现代表征分析技术,系统研究含水介质中游离态以及生物膜固着态微生物与重金属之间的相互作用,阐明微生物和重金属的运移行为规律及相关关系,揭示微生物与重金属间的微观作用过程及机理,建立有效模拟微生物及重金属运移行为的数值模型。研究结果有助于准确评估微生物修复过程中重金属的迁移转化,亦可为地下水重金属污染微生物修复技术的发展和应用提供科学依据和理论支持。
英文摘要
Bioremediation of heavy metals contaminated groundwater has attracted extensive attention. It is necessary to understand the transport and speciation changes of heavy metals to assess their environmental risks during the bioremediation process. Clear clarification of the interaction and mechanism between microorganisms and heavy metals in porous media is urgently needed. Considering the research limitations in this field, typical anionic, cationic heavy metals and the corresponding metal-tolerant microorganisms will be selected as the research objects. Based on the interdisciplinary knowledge, batch experiments, column experiments, and numerical simulations will be combined to explore the interaction and correlation between free microorganisms/biofilm and heavy metals. A range of analytical technologies will be utilized to further elucidate the governing mechanism. Numerical models will be established based on the experimental results to effectively simulate the transport of microorganisms and heavy metals in porous media. The proposed research has important theoretical significance and practical value for the accurate prediction of the heavy metals environmental behaviors in groundwater, and the development and application of bioremediation technologies.
地下水重金属污染的微生物修复技术受到广泛关注。阐明含水介质中微生物-重金属间交互作用,掌握微生物对重金属运移行为的影响是准确评估修复过程中重金属的环境风险的关键。以地下水中典型阴离子态、阳离子态重金属污染物以及对应耐受微生物和自然土壤菌群为研究对象,研究了生物膜固着态微生物对重金属运移行为的影响。研究发现多孔介质中微生物是影响重金属运移的重要因素,且具体影响与微生物的存在形式及两者共运移模式相关。游离态重金属可通过自身的运移能力变化促进或抑制重金属的迁移,可作为载体携带重金属以胶体吸附态迁移。生物膜形态存在的微生物则表现为促进了重金属的迁移,且具体促进程度与生物膜种类、体系离子强度密切相关。生物膜可通过改变介质表面性质、占据介质吸附位点、排阻效应等协同促进重金属的运移。微/纳米塑料作为一类典型新污染物,可通过吸附作用等与重金属发生相互作用。探究了微塑料对重金属的吸附以及两者间共运移行为的相互影响。多孔介质中滞留及溶液中共存重金属可通过静电作用、架桥作用等抑制胶体态纳米塑料的运移,介质中颗粒/纤维态微塑料可通过竞争吸附位点、改变孔隙结构提供优势通道等促进重金属的运移,促进程度受微塑料形态、粒径、表面生物膜加载及老化程度、系统流速等因素协同影响。建立了有效模拟重金属及微塑料运移行为的数值模型。探究了天然石灰石颗粒/高钙生物炭作为快速砂滤系统改良滤料在水体重金属、微塑料去除方面的应用潜力,发现石灰石由于其独特的化学成分及表面粗糙度对微塑料具有高效去除性能,高钙生物炭对重金属和纳米塑料同时具体较高的吸附和滤除能力。研究成果推进了对多孔介质中重金属、微/纳米塑料环境行为过程的认识,为准确评估土壤-地下水系统中重金属、微/纳米塑料及其复合污染物的环境行为、生态风险以及绿色修复等提供了理论基础和科学依据。
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