论文部分内容阅读
六价铬（Cr（Ⅵ））和二氯苯都是具有环境持久性、生物累积性的典型环境污染物,在化工园区集中排放的废水中常检测出二者的存在,其无害化治理是环境领域的难题。本课题使用实验室前期筛选的两株优势耐镍专利菌株（以下简称为“优势菌剂”）——Bacillus cereus FNXJ1-2-3（GCMCC9683,ZL201510291867.1）和Mucor circinelloides FNZJ3-2-2（GCMCC9684,ZL201510293835.5）为研究对象,首先分别在LB培养基中研究两株优势菌剂对Ni（Ⅱ）和Cr（Ⅵ）的耐受性和去除能力,发现它们都具有很高的Ni（Ⅱ）耐受性,虽无法有效降低废水中Ni（Ⅱ）的浓度,但对Cr（Ⅵ）却有良好的去除效果。通过两株优势菌剂对Ni（Ⅱ）和Cr（Ⅵ）的去除能力和菌株生长表现,发现它们均具有处理Ni（Ⅱ）和Cr（Ⅵ）混合废水的潜力和选择性去除Cr（Ⅵ）的能力。随后,研究两株优势菌剂单独去除Cr（Ⅵ）的单因素培养条件,通过数学模型拟合、扫描电镜、XPS表征分析等多种手段评价和分析了两种优势菌剂对Cr（Ⅵ）的去除性能和机制。接着,在去除Cr（Ⅵ）的适宜条件下,研究了它们对混合二氯苯的降解性能。结果表明,FNZJ3-2-2菌株对Cr（Ⅵ）和二氯苯去除能力都强于FNXJ1-2-3菌株,因此选择FNZJ3-2-2菌株作为同时去除Cr（Ⅵ）和降解二氯苯（以下简称为“除铬降氯”）的试验菌株。通过单因素试验和正交试验,在以二氯苯为唯一碳源的含Cr（Ⅵ）无机培养基中,进一步优化FNZJ3-2-2菌株的除铬降氯特性,确定开环机制。主要研究结果如下:（1）研究前期筛选出的两株耐镍菌株Bacillus cereus FNXJ1-2-3和Mucor circinelloides FNZJ3-2-2对Ni（Ⅱ）和Cr（Ⅵ）的耐受性及去除能力。两株菌分别能耐受90mg/L和200 mg/L的Ni（Ⅱ）,50 mg/L和100 mg/L的Cr（Ⅵ）,两株菌对Cr（Ⅵ）均有去除效果,但是不能去除或富集Ni（Ⅱ）,因此被称为耐镍菌。两株菌在Ni（Ⅱ）-Cr（Ⅵ）混合废水中均能保持良好的生物活性,在30 mg/L的Cr（Ⅵ）和30 mg/L的Ni（Ⅱ）的混合废水中对Cr（Ⅵ）去除率最高,FNXJ1-2-3和FNZJ3-2-2分别为87.68%和88.6%。当两株菌构建复合菌剂时,单一菌株对Cr（Ⅵ）的去除效果高于不同菌含量配比的复合菌剂,所以两株菌不适合作为复合菌剂使用。（2）在单因素试验得到的优势菌株的适宜除Cr（Ⅵ）条件下,FNZJ3-2-2菌株对Cr（Ⅵ）的去除能力强于FNXJ1-2-3菌株。动力学分析结果表明:FNXJ1-2-3在10 mg/L的Cr（Ⅵ）去除速率为3.401×10-2 mg L-1 h-1,在50 mg/L时为3.100×10-4 mg L-1 h-1。FNZJ3-2-2菌株在20 mg/L的Cr（Ⅵ）去除速率为7.310×10-3mg L-1 h-1,在60 mg/L时为6.383×10-4 mg L-1h-1。FNXJ1-2-3菌株对铬的吸附行为拟合Langmuir等温模型良好,R~2=0.998,最大吸附容量21.008 mg/L,FNZJ3-2-2菌株对铬的吸附行为拟合Freundlich等温模型良好,R~2=0.999,1/n=1.015,比较容易吸附。FTIR结果表明,两株菌主要通过官能团之间的配合,如氨基、甲基、羰基、磷酰基和多糖C-O伸缩振动等来实现与Cr的结合。XPS结果表明,两株菌的细胞内外均存在Cr（Ⅵ）→Cr（ⅡI）→Cr（0）的过程,随着Cr（Ⅵ）浓度的升高,两株菌的铬还原酶ECrⅥ→ⅡI,ECrⅡI→0受到不同程度的抑制。（3）通过研究细胞不同组分对Cr（Ⅵ）的去除,发现其去除Cr（Ⅵ）至少有四条途径,（1）:与表面官能团、胞外聚合物的相互作用。（2）:离子通道的作用。（3）:铬还原酶的作用。（4）:由营养物质（培养基等）提供的外部电子供体。（4）在以二氯苯为唯一碳源的条件下,考察了优势菌剂对二氯苯的降解率,结果表明,FNZJ3-2-2菌株对二氯苯的降解能力强于FNXJ1-2-3菌株。通过正交试验确立FNZJ3-2-2菌株在Cr（Ⅵ）-二氯苯混合废水中的适宜培养条件为:初始二氯苯浓度50 mg/L,p H为7.0,接种量0.1 g,初始Cr（Ⅵ）浓度20 mg/L,此时,邻二氯苯、间二氯苯、对二氯苯和Cr（Ⅵ）去除率分别为88.76%,85.43%、79.07%和90.22%。细胞内和细胞外粗酶液的酶活检测结果表明FNZJ3-2-2菌株主要通过对邻苯二酚进行邻位开环脱氯的方式降解二氯苯。本研究讨论了FNXJ1-2-3菌株和FNZJ3-2-2菌株对Ni（Ⅱ）和Cr（Ⅵ）的耐受性及去除特性,探索了不同环境因素对微生物去除Cr（Ⅵ）的影响,分析了菌株在去除Cr（Ⅵ）过程中细胞微观形貌和化学结构的变化,推导了菌株去除Cr（Ⅵ）的途径,最后建立了二氯苯,六价铬联合脱毒的以废治废体系,通过正交试验、酶活检测等手段分析其除铬降氯特性,为微生物细胞治理重金属-有机氯混合废水提供理论支撑和技术参考。