Cr(Ⅵ)污染地下水原位生物修复砂柱实验研究

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铬是地下水污染中常见的重金属污染物之一,对生态系统和人类健康生活产生了严重的威胁。原位生物修复技术以其反应温和、环境扰动小、成本低、无二次污染的优点获得广泛关注并取得了快速的发展。筛选经济有效的碳源对强化微生物修复铬污染具有重要的意义。甘蔗糖浆具有经济、高效的特点,是一种有良好的应用前景的碳源。目前关于微生物修复地下水环境中Cr(Ⅵ)污染的研究一般是在序批式实验条件下进行的,但是其实验条件和实际环境条件相差甚远,研究结果并不能有效反应微生物在实际场地微生物中对Cr(Ⅵ)的还原效果,实验得到的参数也不能直接应用于Cr(Ⅵ)污染场地的实际修复中。因此,本实验利用一维砂柱流场实验来模拟地下水环境中Cr(Ⅵ)的迁移和转化过程,进一步阐明土著微生物修复铬污染在实际场地应用的可行性。选用常见碳源:葡萄糖、乳化油、甘蔗糖浆作为碳源强化土著微生物修复的实验结果表明,甘蔗糖浆具有最佳的还原效果,而且甘蔗糖浆具有经济高效并且无二次污染的优点,具有在铬污染场地实际应用的潜能。甘蔗糖浆的浓度为0.57 g/L时强化微生物还原的效果最好,初始六价铬的浓度在8.6 mg/L时,经过24 h的生物还原作用,六价铬的去除率为27%。微生物对硫酸根离子存在微弱的吸附作用,六价铬的生物还原过程中环境的pH值由于Cr(III)的沉淀作用以及微生物代谢产生有机酸而略有降低,环境的氧化还原电位由于还原环境的产生而出现降低。六价铬的去除率随甘蔗糖浆浓度的增加而增加;随初始六价铬浓度的增加而降低;随着水力停留时间的增加而增加。柱内石英砂表面元素的XPS分析结果显示六价铬被还原成了三价铬,并以氢氧化铬的形式存在。以柱内石英砂为分离源,分离出4种具有不同形态的菌株。序批式实验结果表明分离出的四种微生物都具有良好铬还原能力,其中菌株Cr-B具有最佳的还原效果,在六价铬浓度43 mg/L时经过336小时的生物还原作用,六价铬去除率为43.2%,并且生物还原过程与一级反应动力学模型相吻合(R2≥0.99),反应速率常数为1.35×10-3 h-1。菌株Cr-B进行16S rRNA鉴定发现,该菌种与芽孢杆菌属的相似性达到98%,构建系统发育树发现,与Bacillus sp 210.11(GQ199713.1)的同源性达到了100%。确定分离菌株Cr-B属于Bacillus sp.。
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