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宁波大学硕士学位论文

纳米材料增强MICP技术修复复合重金属污染土的试验研究

摘要

微生物诱导碳酸盐沉淀（microbiallyinducedcarbonateprecipitation，简称

MICP）是一种广泛存在于自然界中的生物矿化反应，凭借绿色环保、易于控制等特点

成为重金属污染土修复的热门技术。本文以从污染土中分离出的产脲酶菌HMsoil-

01作为试验菌株，首先通过水溶液试验结合VisualMINTEQ软件阐明MICP技

术促重金属共沉淀的特性及机理，在此基础上通过土柱浸泡试验、毒性浸出试

验、无侧限抗压强度试验等研究纳米纤维素、多壁碳纳米管增强MICP技术修

复铜镉铅复合污染土的特性，并从重金属形态分析、微观分析角度探究内在修

复机理，最后以酸雨浸泡、冻融循环试验评价修复技术的稳定性。本文主要成

果如下：

（1）MICP过程中铜（Cu）、镉（Cd）、铅（Pb）为相互竞争关系，竞争

能力大小：铅铜镉。MICP对复合重金属溶液中铜、镉、铅去除率最高分别为

69.43、66.48、99.85%，铜、镉去除率较单一存在时分别降低10.9、16.96%，铅

较单一存在时提高0.5%。复合重金属溶液中共沉淀现象明显，沉淀中铜、镉、

铅元素质量百分数较单一存在时有明显提高，沉淀主要由碳酸盐、氢氧化物、

氯化物等组成。

（2）纳米材料能显著增强MICP技术对污染土中各重金属的固定效果，降

低重金属的浸出浓度。当纳米纤维素、多壁碳纳米管掺量分别为0.5%、0.25%

时对重金属的固定效果最佳，掺入纳米纤维素后镉的浸出浓度低于多壁碳纳米

管，铜、铅浸出浓度则高于多壁碳纳米管。

（3）随着在营养液中浸泡时间的增加，土柱中各重金属浸出浓度逐渐降低并趋向

2+2+2+

稳定，无侧限抗压强度随之提高。土柱浸泡14d后Cu、Cd、Pb浸出浓度分别为

4.64、5.58、0.36mg/L，无侧限抗压强度达到699.3kPa。掺入纳米材料可改善重金属的

浸出特性并提高修复后土柱的无侧限抗压强度。掺入0.5%纳米纤维素后土柱表面

2+2+2+

Cu、Cd、Pb浸出浓度分别降低至2.97、2.73、0.13mg/L，土柱强度达到

1128.8kPa；掺入0.25%多壁碳纳米管后相应重金属浸出浓度分别降低至2.71、3.25、

0.1mg/L，强度达到1033.3kPa。浸泡后土柱表面铜、镉浸出浓度均大于土柱内部，土

I

纳米材料增强MICP技术修复复合重金属污染土的试验研究

柱表面和内部铅浸出浓度基本一致。

（4）在酸雨浸泡试验中污染土各重金属浸出浓度与溶液pH呈负相关，与浸泡时

间呈正相关，各重金属浸出浓度大小为铅镉铜。纳米纤维素增强MICP技术修复后

2+2+2+

污染土在酸雨浸泡下Cu、Cd、Pb浸出浓度整体低于多壁碳纳米管，稳定性

更佳。

2+2+

（5）冻融循环试验中污染土各重金属浸出浓度与循环次数呈正相关，Cu、Cd

2+

浸出浓度较为接近且均大于Pb，过程中污染土明显发生质量损失。纳米材料增强

MICP技术修复后污染土在冻融循环下各重金属浸出浓度均小于在酸雨浸泡环境中，表

明修复后污染土抗冻融能力要高于耐酸能力。

（6）经纳米材料增强MICP技术修复后重金属污染土中弱酸可提取态向可还原

态、残渣态转变，可氧化态变化幅度较小。MICP修复后污染土颗粒表面粗糙不平，有

大量圆球状、片状矿物附着；在加入纳米材料后矿物数量、附着面积进一步加大，土

颗粒基本被完全包裹；经酸雨浸泡及冻融循环后部分矿物溶解，土颗粒在扫描电镜下

重新可见。

关键词：MICP，复合重金属污染土，纳米纤维素，多壁碳纳米管，修复