疏浚底泥重金属稳定化实验方案
实验目的：1.筛选和优化对底泥重金属具有固化效果的药剂
2. 筛选对重金属具有超富集能力的微生物
3. 筛选和研制速生能源植物，开展底泥植物修复及土壤
化利用技术研究
1. 重金属固化剂筛选的实验设计
1.1 实验材料：实验底泥取自华中科技大学喻家湖
1.2 实验试剂：HCl(36-38%)、HNO3(65-88%)、HClO4(70-72%)、CuSO4·5H2O、氢氧化钠、盐酸、硫化钠、硫酸铝、Ca2O2、CaO、磷酸二氢钙(MCP)、磷酸氢二铵(DAP)、人造沸石、硅酸钠、固化污泥，所用实验试剂均为优级纯或分析纯，实验用水为去离子水。

1.3 实验仪器
实验所用器皿：移液管，容量瓶，烧杯，20目筛，60目筛，100目筛，玛瑙研钵，烧杯锥形瓶等玻璃容器，微孔滤膜，滤纸，50ml离心管等。

实验中用于存放和处理样品的容器都经过10％的硝酸浸泡24h，用去离子水洗净后方可使用。

主要实验仪器：原子吸收分光光度计、恒温干燥箱、水平式振荡装置、磁力搅拌器、pH计、压力过滤器、微孔滤膜、烘箱。

1.4 实验步骤
（1）现场观测与采样
在华中科技大学喻家湖污染源、最深处的一条直线上及两边设置S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8、S9九个采样点，采样点多布设于水流缓慢，沉积稳定的地带，利用抓斗采泥器采集表层0-80cm底泥，保存于洁净塑料样品袋中(排出空气)。

迅速带回实验室，去除上层积水，拣除塑料、玻璃、石块和败叶等杂物, 经自然沉降1周，得到底泥样品。

图表 1 武汉喻家湖底泥采样点分布
（2）底泥样品的预处理
物理分析时，利用12000r/min离心机将底泥固液分离，得到间隙水和固体底泥。

固体底泥自然风干，先取风干样品100-200g，用玛瑙研钵研磨，然后过20目筛，留在筛上的底泥再倒在研钵上重新碾碎，如此反复，使全部底泥过筛然后将底泥混匀后盛于广口瓶中，作为底泥颗粒分析及其他物理性质测定之用。

化学分析时，取风干样品一份，用玛瑙研钵研磨，使全部通过60目筛(0.25mm)。

这种泥样可供形态分析及pH等项目的测定。

分析有机质含量时，可以取一部分已通过60目筛的泥样进一步碾磨，使其全部通过100目筛（0.15mm）为止。

进行底泥中重金属含量以及形态测定时，必须在通过60目筛的样品中，取一部分继续研磨，并直至全部通过100目筛(0.149mm)为止。

碾磨过筛后的样品混合均匀后，即可装袋、装瓶，并贴上标签，为避免光和微生物的降解作用，采集样品贮存在暗处和4℃以下。

（3）底泥理化性质的测定
测定项目测定方法标准代号
含水率烘干法
PH 电位法
TOC 稀释热法
全氮半微量凯氏法
全磷用碱熔-钼锑抗比色
重金属火焰原子分光光度法
重金属形态Tessler五步连续提取法
A. 含水率测定：秤取过20目筛50-100g样品，置于具盖容器中105℃下烘干，恒重至两次称重值的误差小于1%，计算样品含水率。

B. PH值的测定：取5克样品置于小烧杯中，磁力搅拌器上剧烈搅拌1
分钟，使底泥充分分散，静置30分钟后，用pH测定仪测量底泥样品的pH值。

C. TOC测定：测定底泥中有机质含量采用稀释热法。

稀释热法(重铬酸钾容量法)是利用浓硫酸和重铬酸钾迅速混合时所产生的热氧化有机质，以代替外加热法中的油浴加热，操作更加方便。

D. 全氮测定：采用半微量凯氏法测定底泥中全氦含量。

底泥中的全氮在硫酸铜、硫酸钾与粉的存在下，用浓硫酸消煮，使转变为硫酸铵，然后用氢氧化钠碱化，加热蒸馏出氨，经硼酸吸收，用标准酸滴定其含量。

F. 全磷测定：
G. 重金属的测定：
①底泥样品的消解
HNO3+ HClO4体系:称取干污泥样品0.5000g于锥形瓶中,加入少许水湿润,然后加入HNO315mL,于电炉上缓慢加热分解,蒸至近干。

取下烧杯稍冷后加入混酸(V(HNO3)∶V(HClO4) = 1∶4)10mL ,放于电炉上使样品继续分解,蒸至近干。

稍冷后反复加入10mL HNO3,蒸至近干,样品蒸至近灰白色。

取下加入10%的HNO3溶液过滤,移入50mL容量瓶中,并稀释至刻度,摇匀。

②污泥样品中中金属元素含量的测定
按工作条件测量标准系列吸光度绘制浓度-吸光度曲线。

已消解的污泥样品溶液喷入火焰,测定吸光度,取三次平均值,从标准工作曲线上分别查出其相应的浓度。

F.重金属形态的分析：Tessler五步连续提取法
G.浸出毒性测定：底泥浸出毒性的测试方法为：与《固体废物浸出毒性浸出方法醋酸缓冲溶液法》类似，仅用水平式振荡装置取代翻转式振荡装置，由振动频率110±10r/min取代转速30±2 r/min。

（4）实验方法
根据添加的固化剂不同，分五批进行试验，分别为硫化物及硫酸盐类、磷酸盐、氧化物过氧化物类、矿物盐类和固化污泥。

分析其固化效果。

将每一种添加剂按下表分别加入装有底泥样品的方形木盒中，置于室内，放置两周，每周测一次抗压压强，分析固化效果。

将每一种添加剂按下表2所示的不同加入量单独和底泥样品充分混合,于室内放置,每天搅拌一次,连续7 d,四分法取样进行浸出毒性测定。

空白为纯底泥，每组做两个平行，每组实验的底泥质量为100g，下表中的百分数表示其成分占总质量的百分比。

表二重金属固化实验
1.4 结果分析与讨论
1.4.1 不同固化剂对疏浚底泥PH值的影响1.4.2 不同固化剂对TOC的影响
1.4.3 不同固化剂对重金属浸出毒性的影响1.4.4 不同固化剂对重金属总量的影响
1.4.5 不同固化剂对重金属形态的影响
1.4.6 重金属形态与其浸出毒性的关系
综上，选择合适的重金属固化药剂。

2. 筛选对重金属具有超富集能力的微生物
2.1 实验材料：实验底泥取自华中科技大学喻家湖
2.2 主要实验试剂与仪器：
2.2.1微生物培养基的制备
（1）细菌培养基：牛肉膏3g，蛋白胨10g，氯化钠5g，琼脂20g，蒸馏水1000ml；pH=7.0。

（2）真菌培养基：黄豆芽100g，葡萄糖20g，琼脂20g，蒸馏水1000 ml，自然pH。

（3）放线菌培养基（高氏一号培养基）：可溶性淀粉20g，氯化钠0.5g，硝酸钾1g，磷酸氢二钾0.5g，硫酸镁0.5g，硫酸亚铁0.01g，琼脂20g，蒸馏水1000 ml，pH=7.4-7.6。

2.2.2 实验仪器
手提式压力蒸汽灭菌锅、电子分析天平、恒温生化培养箱、恒温水浴振荡器、超净工作台等
2.3 实验方法
（1）微生物的驯化
菌株的驯化在恒温水浴振荡培养室中进行。

准确称取10g土样加入到90mL加有玻璃珠的无菌水中，150r/min充分振荡10min待孢子分散后，静置五分钟取上清液，经过适当浓度稀释后接种到已灭菌的装有50mL含Cu2+浓度为200mg/L的液体培养基中，摇床恒温振荡培养。

细菌培养温度为37℃，培养时间为1d；真菌、放线菌为28-30℃，培养时间分别是3-5d和5-7d。

菌种培养的转速均为150r/min-1。

菌种经过培养后再按5%的接种量，依次接种于Cu2+含量为
300-50000mg/L的新鲜液体培养基中，继续摇床振荡培养。

如此通过不断提高培养基中的Cu2+浓度对土壤中的耐受重金属的菌株进行驯化。

（2）耐受微生物的分离纯化及鉴定
采用对Cu2+耐受性最高的液体培养基作为菌源，在无菌操作条件下，对此培养液经过适当浓度稀释后在无重金属的固体培养基上划线分离，培养5d后，观察菌落形态。

为了使菌株更加纯化，用平板培养基再转接分离3次。

纯化的菌株可以在光学显微镜下进行形态观察，以便类别鉴定。

（3）微生物的富集培养和保存
为了使菌株能更好更长久地保持活性，取平板上分散的单菌落，在无菌操作下，用接种环挑取少量菌种接种在试管斜面富集培养基中，置于29℃生化培养箱中培养4d后，保存在4℃冰箱中，以备后续研究使用。

2.4 结果分析与讨论
2.4.1 菌株生长特性的研究
2.4.2 菌株对重金属吸收特性的研究
3. 选育对重金属具有超富集能力的植物
3.1 实验材料：
实验底泥取自华中科技大学喻家湖、玉米、印度芥菜、超积累油菜、紫花苜蓿、黑麦草、不结球白菜
3.2 主要实验试剂与仪器：
3.3 实验方法：
采用室温盆栽试验，将土壤和底泥风干后过2mm筛，按底泥和土壤的体积比为3:0，2:1，1:2，0:3，4种配比，每盆装1.8kg，每个配比3个重复。

玉米、印度芥菜、超积累油菜、紫花苜蓿、黑麦草、不结球白菜和苋这7种植物种植在不同配比的土壤中,并保持其持水率为30％～60％。

植物发芽后6d定苗，玉米每盆2株，印度芥菜每盆6株，超积累油菜每盆5株，紫花苜蓿每盆5株，黑麦草每盆15株，不结球白菜每盆5株。

培养两个月后，测定生化指标。

3.4 结果分析与讨论：
3.4.1 底泥对植物生理生态性质的影响
测定不同底泥和土壤配比对植物发芽率、根系活力和叶绿素含量的影响。

3.4.2 植物在不同底泥配比下积累不同重金属的数量
测定不同底泥配比下，植物地上部分积累重金属数量
3.4.3 植物对底泥中重金属的去除效果
测定底泥中重金属的去除率。