（环境工程专业论文）腐殖质微生物还原的影响因素及其去除污染物的研究.pdf

摘要 摘要 腐殖质是一种非均质的高分子有机物，普遍存在于陆地和水体环境中。人们 发现某些微生物能够以腐殖质及其模式物葸醌2 ，6 双磺酸盐( a q d s ) 为唯一电 子受体氧化多种有机物或氢支持菌体的生长，并提出腐殖质呼吸概念。有机物含 量丰富的沉积物、污染的土壤以及废水处理厂的活性污泥中都发现了许多具有腐 殖质还原能力的细菌。此后大量研究也表明，通过腐殖质微生物还原，即腐殖质 腐殖质还原菌协同作用，腐殖质及其模式物不仅可以作为终端电子受体促进微 生物厌氧氧化有机酸盐、酚类等物质，而且可以作为电子穿梭物质促进金属化合 物、偶氮染料、硝基化合物等的生物还原转化。因此，腐殖质微生物还原在污染 物的生物降解和污染环境的生物修复中具有重要意义。 本文通过缩短曝氧气时间间隔改进驯化方法获得富含腐殖质还原菌的污泥， 与课题组以前驯化方法相比驯化时间大大缩短，只需要驯化2 1 天即可使l m m a q d s 的8 0 在8 h 内被还原菌还原。在此基础上，以a q d s 作为腐殖质模式物， 利用驯化污泥考察了腐殖质微生物还原的影响因素；考察了a q d s 作为电子穿 梭物质时驯化污泥还原去除c r ( v i ) 的影响因素；同时还对a q d s 作为电子穿梭物 质时污泥降解对硝基酚( p n p ) 进行了研究，探讨了降解的机理。这些研究为通过 腐殖质微生物还原修复污染环境提供了基础依据。 对腐殖质微生物还原的影响因素的研究表明：驯化西湖底泥还原腐殖质的温 度范围为1 5 - - - 4 5 ，最适温度为3 0 - - 3 7 ；还原腐殖质的p s 范围为5 - - 9 ，最 适为7 ，并且微生物能调节p h 趋向中性；适当提高微生物量能促进腐殖质的还 原；溶解氧、光照和外加磁场的存在对腐殖质还原均有一定的抑制作用；不同氮 源对腐殖质还原的效果好坏依次为n i - h c i c o ( n h 2 ) 2 n a n 0 3 n a n 0 2 ：金属离 子的影响表明，m 甙i i ) 和m n ( i i ) 促进了腐殖质的还原，z n ( i i ) 、n i ( i i ) 、c a ( i i ) 则不同程度抑制了腐殖质的还原，f e ( i i i ) 作为a q d s 的竞争电子受体或与还原态 a q d s 反应而影响腐殖质的还原，h g ( i i ) 完全抑制腐殖质的还原。 对驯化后富含腐殖质还原菌污泥还原去除c r ( v i ) 的影响因素研究表明： a q d s 的加入有效的促进了还原菌将c r ( v i ) 还原为c r ( g i ) ，而c r ( v i ) 的存在也 导致了a h 2 q d s 积累的延迟；a q d s 浓度、外加碳源浓度和初始c r ( v i ) 浓度对 腐殖质还原菌还原c r ( v i ) 有着较大的影响，适当提高外加碳源和a q d s 浓度对 c r ( v i ) 的还原有促进作用，随着初始c r ( v 1 ) 浓度的提高其完全去除时间也延长； n 0 3 。和s 0 4 2 。对c r ( v i ) 还原有抑制影响；f e ( i i i ) 、m n ( i i ) 和m g ( i i ) 对c r ( v i ) 还原 有促进作用，而c u ( i i ) 、z n ( i i ) 、n i ( i i ) 和h g ( i i ) 则抑制了c r ( v i ) 还原；连续还 原c r ( v i ) 的实验进一步表明，a h 2 q d s 可以迅速与c r ( v i ) 发生化学反应，分别转 化为a q d s 和c r ( i i i ) ：在碳源充足的条件下，a q d s 可循环利用，实现长期连续 浙江大学硕士学位论文 还原c r ( v i ) ，这对于实际应用具有较大的指导意义。 通过污泥对p n p 的降解实验表明：在有外加碳源作为电子供体时，未经驯 化的西湖底泥、驯化西湖底泥或驯化四堡污泥均能降解酚类物质p n p ，而加入腐 殖质模式物a q d s 对p n p 的微生物降解有促进作用；在电子供体充足时微生物 能长期连续降解p n p ；随着p n p 浓度的提高，由于毒性的影响其降解速率降低： 以乙酸钠作为电子供体时的降解效果要好于葡萄糖作为电子供体的培养；液相色 谱分析结果表明，p n p 的降解产物主要为对氨基酚p a p ，其降解机理是：微生 物氧化碳源将电子传递给a q d s ，a q d s 作为电子穿梭体将电子传递给p n p 的 n 0 2 将其还原为- n h 2 ；通过微生物降解p n _ p 的可能途径有两条：( a ) 腐殖质还原 菌氧化碳源直接传递电子给p n p 将其还原降解；( b ) 通过a q d s 的穿梭作用微 生物间接将电子传递给p n p 将其还原降解。研究结果可以作为微生物修复对硝 基酚污染的理论依据。 关键词：腐殖质微生物还原；腐殖质还原菌；葸醌2 ，6 双磺酸盐；c r ( ) ； 对硝基酚；降解机理 u a b s t r a c t a b s t r a c t h u m i cs u b s t a n c e sa 愆h e t e r o g e n e o u sh i g h - m o l e c u l a r - w e i g h to r g a n i cm a t e r i a l s w h i c ha r eu b i q u i t o u si nt e r r e s t r i a la n da q u a t i ce n v i r o n m e n t s s o m em i c r o o r g a n i s m s f o u n di ns o i l sa n ds e d i m e n t sa r ea b l et ol l s eh u m cs u b s t a n c e sa n di t sm o d e le o m - p o u n da q d s a sa ne l e c t r o na e e e p t o rf o rt h ea n a e r o b i co x i d a t i o no fo r g a n i cc 0 1 - p o u n d sa n dh y d r o g e nt os u p p o r tg r o w t h , w h i c hi sn a m e dh u m u sr e s p i r a t i o n an u n l b e ro fm i c r o o r g a n i s m sw h i c hc a l lr e d u c eh u m u sw e r ef o u n di ns e d i m e n t sa b u n d a n t o fo r g a n i cm a t e r i a l s ，c o n t a m i n a t e ds o i l sa n da c t i v a t e ds l u d g e a n dm a n ys t u d i e sr e - p o r t e dt h a tb ym i c r o b i a lh u m u sr e d u c t i o n , h u m u sa n di t sm o d e ln o to n l ya se l e c t r o n a c c e p t o rs u p p o r ta n a e r o b i cm i c r o b i a lo x i d a t i o no fo r g a n i ca c i d sa n dp h e n o l i cc o m - p o u n d s ，b u ta l s o c a ns h u t t l ee l e c t r o n st o s u p p o r tb i o r e d u c i o no f t h en o x - i o u s ( e g , m e t a l s ，a z od y ea n dn i t r o a r o m a t i sc o m p o u n d s ) a se l e c t r o ns h u t t l e s s om i c r o - b i a lh u m u sr e d u c t i o nh a si m p o r t a n ts i g n i f i c a n c e sf o rb i o d e g r a d a t i o no fp o l l u t a n t sa n d b i o r e s t o r a t i o no fc o n t a m i n a t e ds i t e s i nt h i sp a p e r , s l u d g ee n r i c h e dw i n lh u m u s r e d u c i n gb a c a t e r i aw a so b t a i n e da f t e r 21d a y sb yi m p r o v e da c c l i m a t i o nm e t h e d ，a n da c c l i m a t i o nt i m ew a ss h o r t e n e dc o m p a r e 、机t 1 1p r e v i o u sm e t h & o ft a s kg r o u p s t h ef o l l o w i n gs t u d i e sc o n t a i n e dt h ei n f l u - e n c ef a c t o r so fh u m u sr e d u c t i o nb ya c c l i m a t e ds e d i m e n t sw i t l la q d sa sh u m u s m o d e lc o m p o u n d s ，t h ei n f l u e n c ef a c t o r so fc r ( ) r e d u c t i o nb ya c c l i m a t e ds e d i m e n t s w i t ha q d sa se l e c t r o ns h u t t l e s ，a n db i o d e g r a d a t i o np n pb ys l u d g ew i t ha q d sa s e l e c t r o ns h u t t l e s 1 1 1 ep r e s e n ts t u d i e sc o u l db ch e l p f u li nr e m e d i a t i o no fc o n t a m i n a t e d s i t e sb ym i c r o b i a lh u m u sr e d u c t i o n t h er e s u l t so fi n f l u e n c ef a c t o r so fh u m u sr e d u c t i o ns u g g e s t e dt h a ta c c l i m a t e d s e d i m e n t sc a nr e d u c eh u m u sd u r i n g1 5 - - 4 5 ，a n dt h eo p t i m u mt e m p e r a t u r ei s3 0 3 7 a ti n i t i a t i v ep h4 - 9 ，h u m u sr e d u c t i o nw a so c c u r r e d ，a n dt h eo p t i m u mp hi s7 h u m u sr e d u c t i o nw a s p a r t i a l l yi n h i b i t e di nt h ep r c s e n c eo f0 2o rl i g h t t h ed e g r e eo f h u m u sr e d u c t i v ea c t i v i t i e sc a u s e d b y d i f f e r e n t n i t r o g e n s o u r c e si s d c i c o ( n h 2 ) 2 n a n 0 3 n a n 0 2 m g ( i i ) 、m n ( i i ) e n h a n c e dh u m u sm i c r o b i a lr e d u c t i o n , b u tf e ( i i i ) ，z n ( i i ) n i ( i i ) ，c u ( i i ) s h o w e dp a r t i a li n h i b i t i o nf o rh u m u sr e d u c t i o n ，a n d h g ( i i ) c o m p l e t e l yi n h i b i t e dh u m u sr e d u c t i o n t h er e s u l to fi n f l u e n c ef a c t o r so fc r ( v i ) r e d u c t i o ns h o w e d ：c r ( v i ) r e d u c t i o nw a s p r o m o t e di nt h ep r e s e n c eo fa q d s ，a n da c c u m u l a t i o no fa h 2 q d sw a sd e l a y e d n l er a t eo fc r ( v i ) r e d u c t i o nw a sa f f e c t e db yc a r b o nr e s o u r c ec o n c e n t r a t i o n ，a q d s c o n c e n t r a t i o na n di n i t i a lc r ( v 1 ) c o n c e n t r a t i o n n 0 3 。o rs 0 4 2 i n h i b i t e dc r ( v i ) r e d u c t i o n m g ( i i ) ，m n ( i i ) ，f e ( h i ) e n h a n c e dc r ( v i ) r e d u c t i o n ，b u tz n ( i i ) ，n i ( i i ) ，c u ( i i ) ， 浙江大学硕士学位论文 h g ( i i ) i n h i b i t e dc r ( v t ) r e d u c t i o n l o n g t e r mc r ( v i ) r e d u c t i o nc o u l db eo c c u r r e d w h e nc a r b o nr e s o u r c ei se n o u g h p n pc a nb eb i o d e g r a d e db ys e d i m e n to fw e s tl a k e ) a c c l i m a t e ds e d i m e n to f w e s tl a k ea n da c c l i m a t e ds l u d g es a m p l ef r o ms i b a ow a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n tw i t h e x t e r n a lc a r b o nr e s o u r c ea se l e c t r o nd o n o r , a n db i o d e g r a d a t i o no fp n pw a se n h a n c e d w i t ha q d sa se l e c t r o ns h u t t l e 砀ed e g r a d a t i o nw a sc o n t i n u e sw i t he n o u g hc a r b o n r e s o u r c e a c e t a t ew a sb e t t e rt h a ng l u c o s ea se l e c t r o nd o n o r t h et i m eo fc o m p l e t e d e g r a d a t i o nw a sp r o l o n g e d 谢廿ll l ：i g l lp n pc o n c e n t r a t i o n i - i p l ca n a l y s ed e m o n s t r a t e d p n pw a sr e d u c e dt on 心o w i n gt o - n 0 2r e d u c e d n h 2b ya q d ss h u t t l ee l e c t r o n s b e t w e e nb a t e r i aa n dp n p t h em u l t i d i m e n s i o n a la p p r o a c ht od e g r a d ep n p b ys e d i m e n to rs l u d g e ：f i r s t ，d i r e c td e g r a d a t i o no ft h ec h e m i c a l s ；s e c o n d ，i n d i r e c td e g r a d a t i o n b yr e d u c i n ga q d sw h i c ha c t 雒e l e c t r o ns h u t t l e st ot r a n s f e re l e c t r o n st ot h ec y c l i c n i t r a m i n e s t 1 1 ep r e s e n ts t u d yc o u l db eh e l p f u li nd e t e r m i n i n gt h ef a t eo fp n pi nt h e e n v i r o n m e n t sr i c hi nh a k e yw o r d s ：m i c r o b i a l h u m u s r e d u c t i o n ，h u m u s - r e d u c i n gb a c t e r i a ，a n t h r a q u i n o n e - 2 ，6 一d i s u l f o n a t e ，c r ( v i ) ，p n p , m e c h a n i s mo fd e g r a d a t i o n 第一章前言 第一章前言 腐殖质，也叫醌类物质( 如：葸醌2 磺酸盐a q s 、葸醌2 ，昏双磺酸盐a q d s 、 羟基萘醌l q 等) ，普遍存在于陆地、海水和土壤沉积物等自然环境中。由于腐 殖质在环境中极难被自然降解，因此过去普遍认为在环境中尤其是在有毒的生态 环境中，腐殖质不能够参与微生物的生理代谢过程。 但最近腐殖质还原被确认为是一种新型的细菌厌氧呼吸方式。在厌氧条件 下，某些细菌，即腐殖质还原菌可以腐殖质及其模式物作为唯一末端电子受体， 氧化环境中的多种有机物。此后大量研究进一步表明，腐殖质还原菌是一类以环 境中腐殖质类物质及其模式物作为唯一电子受体，氧化多种有机物质，并获取能 量进行腐殖质呼吸( 亦即醌呼吸) 的厌氧微生物，这类微生物广泛分布于自然水 体特别是有机质含量丰富的底泥沉积环境与地下厌氧环境中。大量的研究也表 明，腐殖质由于其结构上具有接受电子的醌类基团的特点，可以作为末端电子受 体，支持有机酸盐、氯代化合物、芳香族化合物等有机化合物的厌氧生物氧化。 并且，这种结构特点，使其还可以作为电子穿梭物质( 亦即氧化还原中间体) ， 在生物或非生物还原降解有机污染物如偶氮染料、多卤取代化合物、硝基取代芳 香族化合物等以及还原无机化合物如f e ( i n ) 、c r ( v i ) 、u ( v i ) 等过程中起到极其重 要的传递电子的作用。在这过程中，腐殖质结构中的醌类基团的氧化态形式可以 结合来自电子供体的电子转化为还原态的羟醌，又可以将电子转移给亲电子物质 使之还原，还原态的腐殖质即重新转化为氧化态，其氧化态还原态的循环形成 实现对污染物质持续的还原转化。 由于腐殖质在自然环境中无处不在，因此腐殖质还原菌在环境中是普遍存在 的，构成一个复杂的生物类群。越来越多的研究表明，腐殖质微生物还原在环境 污染治理中发挥着重要的作用，对自然厌氧环境中有机物“污染环境”原位修复 有巨大的潜能。因此以腐殖质及其模式物作为电子受体或电子穿梭物质，利用腐 殖质还原微生物厌氧还原重金属和降解有机污染物技术及其原理在环境生物修 复领域具有巨大的应用前景。深入探讨腐殖质微生物还原条件下不同污染物的降 解特性、机理及其影响因素和关键生物的生理、生化特性，将对实际污染修复过 程产生重要的指导作用，也对元素的生物地球化学循环具有重要的生态学意义。 第二章文献综述 2 1 腐殖质概述 第二章文献综述 2 1 1 腐殖质的来源、性质 腐殖质是羰基结构高分子量芳香族聚合物，来源于动植物残体的腐殖化反应 ( h u m i f i c a t i o n ) ，或者说来源于微生物的生物活动，普遍存在于陆地、海水和土壤 沉积物等自然环境中【啦! 。腐殖质被认为比它们的前体更难解。自然腐殖质的主 要组成部分是腐植酸，根据在酸碱性水溶液中的溶解度，可以将其分为胡敏酸 ( h u m i ea c i d 即腐殖酸，h a ) 和富里酸( f u l v i ea c i d 即富啡酸，煤化学中称黄腐酸， f a ) 。胡敏酸溶于碱溶液，但在酸性溶液( 一般p h c o ( n h 2 ) 2 n a n 0 3 n a n 0 2 ；l m m 不同金属离子对底泥还原a q d s 的影响表 明，m g ( i i ) 和m n ( i i ) 促进了腐殖质的还原，z n ( i i ) 、n i ( i i ) 和c u ( i i ) 则不同程度 抑制了腐殖质的还原，f e ( i ) 作为a q d s 的竞争电子受体或与还原态a q d s 反应 而影响腐殖质的还原，h g ( i i ) 完全抑制腐殖质的还原。在腐殖质还原过程中，体 系p h 呈上升趋势。 第四章富含腐殖质还原菌污泥还原c r ( v i ) l 婀究 第四章富含腐殖质还原菌污泥还原c r ( v i ) 的研究 4 1 概述 铬广泛应用于电镀、制革、化工、等行业，排放大量含铬废水和铬渣。铬的 存在形式有c r ( ) 和c r ( v i ) 两种，其中c r ( v i ) 易溶子水，氧化性强。毒性大，容 易引发生物基因突变1 5 8 】，引起肺癌、肠道疾病和贫血等；c r ( ) 溶解度小，毒性 也相对较小。铬污染从而成为环境污染的重要因素之一。我国和许多国家都把铬 及其化合物列入优先控制污染物名单【鲫j 。就电镀废水而言，全国约有1 万家电镀 厂，每年排放出的废水达4 0 亿m 3 6 0 1 。而把c r ( v 1 ) 转变成c r ( ) ，不仅是一种 有效的解毒方式，而且也是最终从水环境中去除铬的关键步骤。 目前对含铬废水和铬渣的处理主要有传统的物理化学方法、微生物还原法和 生物吸附法。其中微生物还原法具有出水水质好、可同时处理多种重金属、运行 费用低、无二次污染等优点，从而使得其成为含铬废水处理的研究热点【5 8 6 1 】。 通常微生物还原c r ( v i ) 有微生物直接还原c r ( v i ) 和微生物代谢产物间接还原 c r ( v 1 ) 。直接还原c r ( v i ) 作用机理，普遍认可的是酶的催化还原作用【6 2 】。w a n g 等人1 0 3 1 报道，e s c h e r i c h a i ac o l ia t c c3 3 5 4 6 菌种在p h 为7 ，3 6 的厌氧条件下 具有优良的长势和快速的还原能力，研究指出酚类物质作为电子供体其浓度可达 1 0 0 0 m g l ，此时铬还原能力为5 0 ，但铬的还原能力易受z n ( i i ) ，c u ( i i ) 离子的 影响，研究同时指出六价铬的还原反应是在一种溶解性酶的作用下完成。间接还 原c r ( v i ) 作用机理是细菌生命活动的代谢产物与c r ( v i ) 发生化学反应而达到还原 目的。研究较多的是硫酸盐还原菌晔1 ，它们代谢生成的强还原剂h s 将c r ( v i ) 还 原c r ( i i i ) 。近年来开始有不少利用异化铁还原菌还原c r ( v i ) 愀t 6 5 】，其原理是： 异化铁还原菌将f e ( i i i ) 还原为f e ( i i ) ，v e ( i i ) 与c r ( v r ) 发生化学反应，分别转化 为f e ( 1 l i ) 和c r ( 1 i i ) ，再生的f e ( i i i ) 又可继续参与微生物还原。由前文综述所述， 利用腐殖质还原菌间接还原c r ( v i ) 也已经有研究报道，但为基于纯培养的微生物 的研究，且没有深入研究各种因素的影响。 本课题组以前以腐殖质模式物a q d s 作为电子穿梭物质，初步探讨了其对 驯化污泥还原c r ( v 1 ) 的促进作用。但没有深入研究还原的影响因素，本实验的目 的在于进一步探讨腐殖质微生物还原促进c r ( v i ) 还原的影响因素，为今后实际应 用提供更多依据。 2 7 浙江大学硕士学位论文 4 2 材料和实验方法 4 2 1 实验材料与设备 4 2 1 1 污泥来源 一 富集驯化富含腐殖质还原菌的西湖底泥。 4 212 试剂材料 铬酸钾、重铬酸钾、葸醌2 ，6 双磺酸钠( a q d s ) 、氯化铁、氯化铵、磷酸 二氢钠、含水氯化钙、氯化钾、六水合氯化镁、二水钴酸钠、乙酸铵、乙二胺四 乙酸、碳酸氢钠、硫酸钠、硝酸钠、氯化铁、氯化铜、氯化汞、氯化锌、氯化镍、 乙酸钠、盐酸、氢氧化钠、高锰酸钾、六水合硫酸亚铁铵、十二水合硫酸铁铵、 去离子水、氮气。 4 213 仪器设备 同3 2 1 3 。 4 2 2 实验方法 4 221 实验装置 同3 2 2 1 图3 2 。 4 2 2 2 实验方案 1 、无机盐营养液配置 同3 2 2 2 。 2 、a q d s 作为电子穿梭物促进微生物还原c r ( v i ) 的影响因素及相应的a q d s 还 原批次实验 于2 5 0 m l 锥形瓶中加入1 0 m l 驯化污泥，除特别说明，配置上述的无机盐 培养液，乙酸钠5 m m 、a q d sl m m ，c r ( v i ) 浓度1 0 m g l ，用1m m n a o h 或6 m m h c l 调节p h ，均于恒温振荡器中培养：( 1 ) a q d s 浓度的影响实验：a q d s 浓 度分别为o 5 、1 、5 m m ，设置灭菌组和不加a q d s 对照组；( z ) c r ( v i ) 浓度的影响 实验：c r ( v i ) 浓度分别为1 0 、2 0 、4 0m g l ，设置对照组；( 3 ) 乙酸盐浓度的影响 实验：c r ( v i ) 浓度1 5 m g l ，乙酸钠浓度分别为2 、5 、1 0 m m ，设置对照组；( 4 ) 硝酸根、硫酸根的影响实验：n 0 3 浓度1 0 、3 0 m g l ，s 0 3 2 。浓度1 0 、3 0 m g l ，设 置对照组；( 5 ) 重金属的影响实验：m g ( i i ) 、m n ( i i ) 、z n ( i i ) 、n i ( i i ) 、c u ( i i ) 、 f e ( i i i ) 、h g ( i i ) 的氯盐浓度为l m m ，设置对照组；( 6 ) 长期还原实验：乙酸钠5 m m 、 a q d sl m m 。待所有反应体系c r ( v i ) 消失后通过医用注射器加入等同初始c r ( v i ) 浓度的c r ( w i ) ，续加三次。 2 8 第四章富含腐殖质还原菌污泥还原c r ( v 1 ) 的研究 4 2 3 分析测定方法 4 2 3 1a h 2 q d s 的测定 测定方法同3 1 3 2 。 4 2 3 2c r ( v i ) 和总铬浓度的测定 采用二苯碳酰二肼分光光度法。 总铬的测定，是在酸性溶液中，c r ( m ) 被高锰酸钾氧化成叫) 。c r ( v i ) 与 二苯碳酰二肼作用，生成紫红色络合物，过量的高锰酸钾用亚硝酸钠分解，而过 量的亚硝酸钠又被尿素分解，于波长5 4 0 n m 处进行分光光度测定。 使用试剂：( 1 ) - - 苯碳酰二肼丙酮溶液( 0 2 5 ) ：于棕色瓶中置冰箱中保存， 颜色变深时不能再用；( 2 ) 硫酸溶液( 1 + 7 ) ；( 3 ) 4 ( 删叼高锰酸钾溶液；( 4 ) 铬标准贮 备液：称取于1 2 0 干燥2 h 的重铬酸钾0 2 8 2 9 9 ，于1 0 0 0 m l 容量瓶中定容，每 毫升溶液含o 1 0 0 r a gc r ( v i ) ；( 5 ) 2 0 ( m v ) 尿素溶液：将尿素2 0 9 溶于水并稀释至 1 0 0 m l ：( 6 ) 2 ( m v ) e 硝酸钠溶液：将亚硝酸钠2 9 溶于水并稀释至1 0 0 m l 。 标准曲线绘制：吸取5m l 浓度为1 0 0m g l 铬标准溶液，稀释到1 0 0m l ， 得到浓度为5 m g l 的铬标准使用液。分别吸取浓度为5 m g l 的标准使用液0 ，l ， 3 ，5 ，1 0m l 于5 0m l 比色管中，加纯水至刻度，使铬浓度分别为0 ，0 1 0 ，0 3 0 ， o 5 0 ，1 0 0 m g l 。向比色管中加入0 2 5 - - 苯碳酰二肼丙酮溶液2 5m l 和1 + 7 硫 酸溶液2 5m l ，立即混匀，放置1 0 m i n 。分光光度仪在5 4 0 n m 的波长下，用3 c m 的比色皿，以纯水为参比，测定标准系列溶液的吸光度，并绘制校准曲线。 c r ( w ) 浓度( m g n 0 图4 1c r ( v i ) 的标准曲线 浙江大学硕士学位论文 4 233f e ( i i ) 浓度的测定 由于f e ( h i ) 也可与邻菲哕啉( 1 ，1 0 - p h e n a n t h r o l i n e ，p h e n ) 形成淡黄色络合物 f e ( p h e n ) 3 3 + ，而且这种络合物可被散射光还原为橙红色的f e ( p h e n ) 3 2 + ，因此当 f e ( i i i ) 共存时，邻菲哕啉分分光光度法难以准确测定f e ( i i ) 【6 6 1 。另外，当样品中 含有大量f e ( i i i ) 时，测定中f e ( i i i ) 的水解也给测定带来误差。因此本研究中f “i i ) 的测定参考姚群峰等【67 】的方法进行了改进。 方法如下：f e ( i i ) 标准溶液：准确称取0 7 0 2 2g ( n h 4 h s 0 4 f e s 0 4 6 h 2 0 ( 分析 纯) 溶于6 0m l1 + 4 的盐酸中，去离子水定至1 l ，此溶液每毫升含f e ( i i ) 1 0 0i x g 。 f e ( i i i ) 标准溶液：准确称取0 8 6 3 4gf e ( n i - 1 4 ) ( s 0 4 ) 2 1 2 h 2 0 ( 分析纯) 溶于6 0m l1 + 4 的盐酸中，去离子水定至1 l ，此溶液每毫升含f e ( i i i ) 1 0 0l x g 。 0 2 的邻菲哕啉：称取0 2 9 邻菲哕啉溶于1 0 0m l 去离子水中，加2 滴盐 酸：乙酸铵缓冲溶液o h4 2 ) ：称取2 5 0 9 乙酸铵( n h 4 c 2 h 3 0 2 ) 溶于1 5 0m l 纯水 中，再加人7 5 0m l 冰乙酸，混匀；n h 4 f 溶液：2m o l l ；i + i 盐酸：6m o l l 。 于2 5 m l 的比色管中，加人2 0 m l h c l ( 6 0 t o o l l ) ，准确加入一定量的f e ( i i ) 标准溶液，再依次加入2 0 m o l l 的脚溶液2 0 m l ，0 2 的邻菲哕啉溶液 2 0 m l ，乙酸铵缓冲溶液5 0 m l ，加去离子水定容至2 5 m l ，混匀，放置15 r a i n ， 用试剂空白作参比，用3 c m 比色皿于5 1 2 r i m 波长处测其吸光度。 f e ( i i ) 浓度( m g l ) 图4 2f e ( i i ) 的标准曲线 4 2 3 4p h 的测定 p h 用p h s 一3 c 型精密p h 计测定。 3 0 第四章富含腐殖质还原菌污泥还原c r t v i ) 的研究 4 3 实验结果与讨论 4 3 1a q d s 浓度的影响 不同a q d s 浓度对c r ( v i ) 还原和相应的a q d s 还原情况分别见图4 3 a 、b 。 从图4 3 a 可以看出，初始实验中，由于污泥吸附的原因前5 h 灭菌对照与其他培 养对c r ( v i ) 的去除基本相同，而5 h 后加a q d s 培养的c r ( v i ) 的还原速率明显快 于没有添加a q d s 培养和灭菌对照，且随着a q d s 浓度的提高，对c r ( v i ) 的还 原速率也随之增大，加入2 m ma q d s 培养对c r ( v i ) 的去除最快，在1 9 h 时c r ( v i ) 去除率达到8 5 4 ，培养2 9 h 时溶液中c r ( v 1 ) 没有检测到。初始实验中c r ( v i ) 降 低到检测限下后，由于还原态a q d s 的积累，加a q d s 的培养溶液颜色开始变 成橙红色。 续加同初始实验等浓度的c r ( v i ) 后，lm m 和2 m m a q d s 的培养由于积累 的还原态a q d s 浓度较高，能将c r ( v i ) 迅速全部还原，0 5m ma q d s 的培养则 只能迅速还原部分c r ( v i ) ，而没有加a q d s 的培养则只能在后续培养中还原 c r ( v i ) ，后两者完全去除c r ( v i ) 的时间比加入高浓度a q d s 的培养分别滞后了1 9 、 5 3 小时。续加的c r ( v i ) 被还原后，a h 2 q d s 再次得到积累，并能达到饱和。这 表明，微生物还原腐殖质产生的a h 2 q d s 化学还原c r ( v i ) ，使得a n 2 q d s 积累 滞后。 由表4 1 可知，培养前后体系的p h 也均有不同程度的升高，随着a q d s 浓 度的增加p h 增幅也变大，而孙丽蓉等人【3 9 】的研究a q d s 促进微生物还原f e ( i i i ) 的结果却表明随着a q d s 浓度的增加p h 变小，这可能是c r ( v i ) 与f e ( i i i ) 的还原 所引起的环境化学效应不同导致的。 浙江大学硕士学位论文 宝 邑 赵 蛏 罄 眨 爱 时间 时间( 1 1 ) 图4 3a q d s 浓度对c r ( v i ) 还原( a ) 和相应的a q d s 还原的影响( b ) ( 1 表示续加c r ( v i ) ) 表4 1 培养前后的p h 变化 3 2 一8邑谜蛏hjliu 第四章富含腐殖质还原菌污泥还原o ( v 1 ) l 的研究 ，- 、 至 e 、_ ， 魁 殛 们 q a n 工 时间 时间 图4 4c r ( v i ) 浓度对c r o r l ) 还原( a ) 和相应的a q d s 还原的影响0 3 ) 4 3 2c r ( v i ) 浓度的影响 从图4 4 中可以看出，初始c r ( v i ) 浓度越低还原菌对c r ( v i ) 的还原越快， 1 0 m g lc r ( v i ) 培养中2 0 h 左右即没有c r ( v i ) 检测出，而2 0 、4 0 m g lc r ( v i ) 培养 此时c r ( v i ) 去除率分别为3 4 5 n2 1 8 ，分别要4 8 h 、9 1 h 左右c r ( v i ) 才降低到 检测限以下。相应地，当溶液中c r ( v i ) 没有检出后a h 2 q d s 的积累随着初始c r ( v 1 ) 浓度的提高而有不同时间的滞后，且c r ( v i ) 浓度越大a h 2 q d s 开始积累的滞后 浙江大学硕士学位论文 时间越长，a l l 2 q d s 产生滞后的时间与c r ( v i ) 还原结束的时间具有一致性。而没 有加c r ( v i ) 的培养在6 7 h 时a h 2 q d s 浓度即达到0 9 4m m 。1 0 、2 0 、4 0m g lc r ( v i ) 浓度培养中a h 2 q d s 达到稳定浓度的时间分别为9 1 、1 1 5 、1 3 9 h ，这进一步表明 c r ( v 1 ) 的存在对培养中腐殖质还原有强烈的“抑制”作用，这一方面是因为c r ( v i ) 对微生物有毒性，但主要的原因是c r ( v 1 ) 与a h 2 q d s 发生了氧化还原反应，其 具体机理见4 3 7 。l o v l e y 等【l l 】研究腐殖质还原菌还原f e ( i i i ) 的结果也表明 a h 2 q d s 的积累发生在f e ( ) 完全被还原后。 ，、 毫 邑 蜊 避 享 i ，_ 、 芝 g 、_ ， 倒 蠖 q 士 时间0 1 ) 时间( h ) 图4 5 乙酸钠浓度对c r ( v i ) j 丕原( a ) 和相应的a q d s 还原的影响( b ) 3 4 第四章富含腐殖质还原菌污泥还原c r ( v i ) 的研究 4 3 3 乙酸盐浓度的影响 外加碳源对腐殖质还原菌还原c r ( v ) 和a q d s 的影响结果如图4 5 。可以看 出，乙酸钠浓度对还原效果有着较大的影响。没有加乙酸钠的培养，c r ( v i ) 要8 2 小时左右才降低到检测限以下。这是由于没有外加碳源作为电子供体，腐殖质还 原菌只能进行内源呼吸，产生的电子很少，通过a q d s 传递给c r ( v i ) 也就很少， 不能有效还原c r ( v i ) 。在碳源浓度5m m 时，随碳源浓度的提高c r ( v t ) 浓度下 降较快，a q d s 的还原速率和强度也随碳源浓度的提高而增大：而当乙酸钠浓度 超过5 m m 时，各培养对c r ( v ) 的去除几乎在相同时间内完成，之后对a q d s 的 还原速率也相差不大，这是由于在外加碳源已经充裕情况下菌利用碳源的速率是 确定的。从经济的角度出发，外加碳源只要能满足需要即可。 4 3 4n 0 3 。和s 0 4 2 的影响 从图4 。6 a 可以看出，n 0 3 和s 0 4 对c r ( v i ) 还原有较大的影响。尽管在开始 5 h 内不加n 0 3 和s 0 4 2 和加n 0 3 和s o ? 的培养对c r ( v i ) 的还原差别不大，但在 1 0 h 时没有加这两种阴离子的培养c r ( v 1 ) 浓度已降低到0 4 1 m g l ，而加阴离子的 培养c r ( v 1 ) 还原受到抑制，且同样浓度的s 0 4 2 。比n 0 3 对c r ( v i ) 还原的抑制作用 要大，随着n 0 3 和s 0 4 2 浓度的增大，对c r ( v ) 还原的抑制程度也越大。这可能 是两种阴离子都是潜在的电子受体，与a q d s 竞争微生物传递的电子。一些研 究也表明【6 ，细菌e n t e r o b a c t e rc l o a c a e 和e s c h e r i c h i ac o l i 在厌氧纯培养条件下 还原c r ( v 7 ) 都受到n 0 3 或s 0 4 不同程度的抑制，且s o , 2 。的抑制效应要大于 s 0 4 2 ，但好氧条件下的微生物如b a c i l l u sc o a g u l a 船，b a c i l l u ss p 还原c r ( v i ) 贝j j 没 有明显的影响。图4 6 b 是相应的a q d s 还原情况，当c r ( d ) 还原完成后，a i - 1 2 q d s 开始积累，但加入n 0 3 - 或s 0 4 2 的培养a q d s 还原也受到不同程度的影响，最终 a q d s 的还原程度也要低于没加阴离子的对照。 表4 2 表明加入1 0 m g ln 0 3 - 或s 0 4 玉的培养p h 变化与不加的对照培养变化 差不多，但3 0 m g l 的培养p h 增幅较大，分别达到7 4 9 和7 5 5 。 3 5 浙江大学硕士学位论文 时间 时间 图4 6n 0 3 和s 0 4 2 - 对c r ( ) 还原c a ) 和相应的a q d s 还原的影响a b ) 表4 2 培养前后的p h 变化 设置 初始p h终p h 3 6 一s邑越蛏一h善o 芝邑谜避凸孕g 第四章富含腐殖质还原菌污泥还原c r ( v 1 ) 的研究 4 3 5 重金属离子的影响 一般工业