Pseudomonas hibiscicola strain L1同时处理水体中Ni(Ⅱ)和硝酸盐氮的研究

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近年来,随着工业化进程的不断深化,金属电镀设施,采矿,钢铁制造和生产皮革,纸张和玻璃产业规模扩大,导致大量工业废水进入地表水,形成多种复合污染水体。Ni(Ⅱ)与硝酸盐复合污染作为一种常见的电镀废水,不易通过常规处理方法处理,对地表水体与人类健康构成一定威胁。目前,针对水体中Ni(Ⅱ)的处理方法有膜分离、化学沉淀、电解法、离子交换和吸附法等;对水体中硝酸盐的去除方法有反渗透、吸附法、离子交换和化学还原法等。但上述方法仅针对某一污染物进行处理,还具有对环境造成二次污染,应用花费高等缺点。与此同时,微生物具有反硝化作用去除硝酸盐的能力,且大量研究表明了微生物同样具有去除Ni(Ⅱ)的作用。与物理化学法相比,微生物法具有二次污染少、成本低、生态友好等优点,在处理环境污染问题中备受关注。本文重点探求了一株能在水体中去除Ni(Ⅱ)同时反硝化的细菌,用于应对Ni(Ⅱ)和NO3--N对环境造成的复合污染问题。研究菌株去除Ni(Ⅱ)和NO3--N的能力及其反应代谢机制,为提高Ni(Ⅱ)和NO3--N处理效率提供理论支撑。本研究从某污水处理厂MBR工艺生物反应池所取得的活性污泥中分离出一株细菌,经16S r RNA鉴定分析,命名为Pseudomonas hibiscicola strain(栖木槿假单胞菌)L1。通过批次实验,研究初始Ni(Ⅱ)浓度对菌株L1反硝化作用的影响及初始硝酸盐浓度对Ni(Ⅱ)去除的影响;研究环境影响因子如碳源、C/N、p H及共存重金属离子对菌株去除Ni(Ⅱ)和硝酸盐影响;本文探讨了菌株L1对水体中Ni(Ⅱ)和硝酸盐的同时去除能力;并利用N平衡实验探究菌株反硝化的过程,通过SEM-EDS、FTIR及XRD分析仪器研究了菌株L1去除Ni(Ⅱ)的机理。实验结果表明:(1)菌株L1能有效去除Ni(Ⅱ)和硝酸盐,在72 h菌株的生长达到了稳定阶段,OD600为0.62左右;菌株对10 mg/L Ni(Ⅱ)的吸附量在96 h后达到饱和,去除率为83.35%,培养基中Ni(Ⅱ)浓度从10.37 mg/L下降至1.73 mg/L。对100mg/L硝酸盐的还原率在72 h内达到34.77%。(2)在初始硝酸盐浓度为100 mg/L时,菌株L1的脱氮效率为34%左右,对2-10 mg/L Ni(Ⅱ)的去除率为86%左右,但对20 mg/L Ni(Ⅱ)的去除率只有43%。在初始Ni(Ⅱ)浓度为10 mg/L时,菌株L1对Ni(Ⅱ)的去除率随硝酸盐浓度的增加而增加,对25-100 mg/L硝酸盐的还原效率为40%左右。研究发现在不同的初始Ni(Ⅱ)和硝酸盐浓度下,菌株L1对Ni(Ⅱ)的去除和硝酸盐还原是同时进行的,并且Ni(Ⅱ)的去除效果与硝酸盐浓度呈正相关。(3)菌株L1在不同环境影响因子下的去除效果显示:1)在不同碳源(葡萄糖、乙酸钠、琥珀酸钠和柠檬酸钠)条件下,菌株L1的生长代谢及对Ni(Ⅱ)和硝酸盐的去除效果不同;2)菌株L1的OD600及对硝酸盐的去除率随C/N(5、10、15、20)的增加而增大,但在C/N 10的条件下对Ni(Ⅱ)的去除率达到最大,同时考虑到经济性,最终培养基采用C/N 10;3)在p H为6-9时,菌株L1均能正常的生长代谢,也没有影响对硝酸盐的还原效果,在p H 7时Ni(Ⅱ)的去除效果最好;4)菌株L1在Cu2+存在时生长达到稳定期的时间提前,但其生长量及对硝酸盐的还原效果没有影响,菌株L1在Zn2+存在时生长达到稳定期的时间滞后,其生长量及对硝酸盐的还原效果都略微提高,Cu2+或Zn2+的存在都在一定程度上降低了Ni(Ⅱ)的去除率。(4)通过N平衡实验、SEM-EDS、FTIR和XRD分析方法证实了菌株L1对Ni(Ⅱ)和硝酸盐的去除过程。N平衡显示菌株L1通过反硝化作用还原硝酸盐并生成氮气;SEM-EDS分析表明菌株耐受Ni(Ⅱ)而表面有Ni元素的存在;FTIR分析表明,菌株L1表面主要存在羧基、羟基、氨基、酰胺基等官能团,而官能团-CHO、-NH和羰基在菌株L1吸附Ni(Ⅱ)的过程中起重要作用;XRD分析表明菌株L1去除Ni(Ⅱ)的过程没有使镍价态发生改变,而是吸附Ni(Ⅱ)后使其以Ni CO3、Ni(NH2)2、Ni(OH)2·2H2O和Na Ni4(PO4)3晶体结构形式存在。
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