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水是人类环境的重要组成部分,在人们的生产和生活中具有不可替代的作用。但是随着人类活动的日益频繁,一些工厂企业不合理的排放含有高氯酸盐的废水,导致大量含高氯酸盐的污染物进入水体中,引起严重的污染,影响周围动植物生长,对人类的健康构成威胁。
高氯酸盐污染的去除技术主要有物理化学法、化学还原法和生物法。但是,物理化学法只是将高氯酸盐浓缩或转移,并不能将其从水体中完全去除;化学还原法需要特殊的环境或者催化剂,在日常环境中很难应用;生物法中微生物多为严格厌氧,且异养微生物对有机物的依赖限制了异养法在水体修复中的应用,而自养微生物又缺乏足够的电子供体来降解高氯酸盐。因此,针对以上情况,本文首先采用液相还原法制备纳米铁作为微生物的电子供体,并利用分子生物学技术从城市污水处理厂污泥中驯化、筛选、鉴定出高效高氯酸盐降解菌,将其扩大培养并与纳米铁联合构建降解高氯酸盐的体系,研究该体系降解高氯酸盐的性能,影响因素、动力学及反应机理,为其在实际水体环境修复中的应用奠定基础。研究结果表明:
1.将城市污水处理厂污泥经过驯化、筛选、鉴定,获得具有降解高氯酸盐能力的菌株-β变形菌纲,Thauera Phenylacetica。对该菌经过18天的扩大培养,其增长速率达到稳定水平,OD600约为0.063。
2.0.28g-L-1的纳米铁与微生物(OD600=0.0017)构建的纳米铁.微生物体系在14天内可将50mg·L-1高氯酸根降解到检测限以下(1 mg·L-1)。此外,探讨了体系pH、温度、DO、NO3-浓度对降解高氯酸盐的影响。pH为7.5,温度为30℃,DO为0.2 mg·L-1时更利于微生物降解高氯酸盐。随着体系中NO3-对浓度的增加,体系中高氯酸根降解速率降低,反应时间增长。
3.在构建的纳米铁.微生物耦合体系中,加入0.28 g·L-1纳米铁可维持该体系26天的高效反应,向体系中重新投加0.28 g·L-1的纳米铁后,该封闭体系仍可运行18天,是一种可持续体系。
4.纳米铁-微生物体系降解高氯酸盐的过程中其准一级反应速率常数(Kobs)有一个转折时间区域,在此转折时间区域前,其Kobs=0.034 d-1,在转折时间区域后,其Kobs为0.362d-1。
5.研究了体系降解高氯酸盐的过程中微生物的生存状态,总RNA含量测定及吖啶橙染色结果均显示,体系中微生物的数量为先降低后升高的趋势。