沈阳某铬盐生产化工厂过去曾堆放大量固体废物铬渣,其周边水土尤其是周边农田区域已经受到严重的重金属铬污染。针对该地区受变价重金属铬污染较重的现状,使用微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)修复技术对该地区污染土进行修复,揭示其修复机制,同时为了解决MICP技术带来的土壤易板结问题,与生物炭联合使用,研究该联合技术对该地区污染土的修复效果及修复后的稳定性。研究内容及成果如下:(1)自铬污染场地分离出一株具有诱导碳酸盐沉淀能力的菌株,通过对该菌进行革兰氏、芽孢、荚膜染色、基因测序、TEM检测等手段进行鉴定,证实该菌为芽孢八叠球菌属,并命名为Sporosarcina pasteurii XL-1,革兰氏阳性,卵圆状,有鞭毛、荚膜。Sporosarcina pasteurii XL-1对Cr(Ⅵ)、Cr(Ⅲ)的耐受范围分别为0-1500 mg/L、0-2000 mg/L,分别在0-100mg/L、0-250 mg/L范围内脲酶活性良好。(2)通过研究菌株Sporosarcina pasteurii XL-1对溶液及土壤中Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的修复效果表明:提高温度能够促进Sporosarcina pasteurii XL-1的还原酶活性,抑制脲酶活性,有利于Cr(Ⅵ)的去除,对Cr(Ⅲ)的去除不利;菌液浓度为1 M时会抑制矿化作用;在p H为9-12时,Sporosarcina pasteurii XL-1对溶液中Cr(Ⅵ)、Cr(Ⅲ)均有较好的去除效果;Ca Cl₂是矿化过程中较理想的钙源;Sporosarcina pasteurii XL-1修复溶液中Cr(Ⅵ)、Cr(Ⅲ)时,均需要控制菌液浓度、p H、温度、Ca²⁺浓度、营养物浓度在适宜的范围内。Sporosarcina pasteurii XL-1修复铬污染土的最佳菌液浓度为15%;最佳菌液与胶结液添加比为1:1。提高修复次数能够显著提高对Cr(Ⅵ)、Cr(Ⅲ)污染土的修复效果,修复三次后,对Cr(Ⅵ)、Cr(Ⅲ)的修复效果分别达到66%、79%。经修复后的污染土中,铬的可交换态大幅下降,碳酸盐结合态显著升高,降低了Cr(Ⅵ)、Cr(Ⅲ)的迁移性。(3)通过研究菌株对Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的修复机制,结果表明:Sporosarcina pasteurii XL-1对Cr(Ⅵ)的去除主要是菌株胞外酶的生物还原作用,以及通过类质同位替换的方式参与矿化过程,还原后形成的Cr(Ⅲ)部分形成化学沉淀;对Cr(Ⅲ)的去除主要是矿化作用,同时部分Cr(Ⅲ)会因p H升高而产生化学沉淀。当加入1%(v:v)菌液及25 m M的胶结液,温度控制在30℃,初始p H控制为7时,Cr(Ⅵ)的去除机制中还原、矿化、化学沉淀占比约为60%、33%、7%;Cr(Ⅲ)去除机制中矿化、化学沉淀占比为71%、29%。软件模拟结果表明Cr(Ⅵ)主要以Cr O₄^2-的形式,Cr(Ⅲ)主要以Cr(NH₃)₆Cl²⁺的形式参与矿化过程。(4)通过对生物炭进行微观表征,并研究生物炭的引入对MICP过程的影响及联合使用对铬污染土的修复效果,结果表明:生物炭孔隙结构多且复杂,能够为Sporosarcina pasteurii XL-1提供良好的栖息环境,并且孔隙结构充足有利于吸附重金属离子。桃壳炭及玉米秸秆炭对菌株的生长代谢及脲酶活性有促进作用,其中桃壳炭的促进效果最显著,而稻壳炭及椰壳炭有抑制效果,竹炭对菌株活性影响较小。桃壳炭的加入能够显著改善对铬污染土壤的修复效果,且修复后的稳定性也会有所提高。(5)SEM、XRD微观结果证实桃壳炭及玉米秸秆炭对MICP过程有正面影响,能够为细菌提供结合位点,改善土壤孔隙度,有效降低重金属毒性。通过研究桃壳炭对Cr(Ⅲ)的吸附动力学,结果表明:桃壳炭对Cr(Ⅲ)的吸附主要以化学吸附为主,且膜扩散是影响吸附过程的主要控制步骤。通过对比原土、经菌液修复、联合修复的微观表征结果,表明桃壳炭的加入能够改善修复后污染土的板结问题,提高修复效果。其中,Cr(VI)的修复归因于桃壳炭对细菌活性的改善,提高细菌的还原及矿化能力。Cr(Ⅲ)的修复是基于桃壳炭的吸附降低毒性,并且改善细菌活性,改善土壤p H值。该论文有图70幅,表12个,参考文献123篇。