读书报告10_细菌促进镉在冲积砾石含水介质中运输的试验研究.ppt

environ qual细菌促进镉在冲积砾石含水介质中运输的试验研究alaboratorystudyofbacteria facilitatedcadmiumtransportinalluvialgravelaquifermedia 主要内容 1 前言2 材料与方法3 结果与讨论4 结论 前言 colloids e g microbes humicsubstances claysandmetaloxides haveanaffinityforheavymetalsbecausetheirsurfacesareoppositelychargedandcolloidshavehighadsorptioncapacities 胶体 例如微生物 腐殖质 粘粒 金属氧化物 与重金属带有相反电荷 并且胶体本身有较强的吸附能力 所以胶体和重金属之间有一定的亲和力 thetransportvelocityofheavymetalsadsorbedtocolloidscaneitherbeenhancedorinhibitedrelativetodissolvedmetals dependingonthebehaviorofthecolloidstowhichtheyareattached thetransportvelocityofheavymetalsadsorbedontothemobilecolloidscanbedramaticallyacceleratedbecausecolloidsthattravelthroughhighlypermeablelargeporescantravelfasterthanconservativetracers 相对于可溶性金属 根据胶体对重金属的吸附行为 重金属吸附到胶体时的转运速率可以被增强或抑制 重金属吸附到可移动胶体的运输速率可以急剧增加是因为它穿过高渗透的大孔隙比保守的示踪化合物要快 例如 有胶体存在时 cu和zn的传输速率增加了5 50倍 铅的传输速率增加了10 3000倍 bacteriaareimportantcolloidsthatcanaffectheavymetaltransportinthesubsurfaceenvironment bacterialsurfacesareoftennegativelychargedinnaturalenvironmentsandtheirsurfacesdisplayfunctionalgroupsthateffectivelybinddissolvedcationicmetals concentrationsofbacteriaingroundwatercanbeveryhigh particularlyiftheaquiferisaffectedbyhumanactivities forexample bacterialconcentrationscanbeashighas104cfu mlingroundwaterthathasbeencontaminatedbyseptictankeffluentandontheorderof103cfu mlinlandfillleachate 细菌是很重要的胶体 它能够影响重金属在地下的运输 在自然条件下 细菌表面通常带负电 并且它的表面可以有效地结合金属阳离子 尤其是被人类活动影响的含水层 地下水中细菌浓度就会非常高 比如 化粪池废水污染的地下水中细菌浓度高达104cfu ml 垃圾渗滤液的细菌浓度大约是103cfu ml tostudybacteria facilitatedmetaltransportingroundwater realisticvaluesofbacterialconcentration ionicstrength andchemicalcompositionshouldbeconsideredintheexperimentaldesign 为了研究细菌促进金属在地下水中的运输 在试验设计中要考虑到细菌浓度 离子强度 化学组成 studiesreportedintheliterature theobjectivesofthisstudywereto i examinetheeffectsofph bacterialandcdconcentrations adsorptiontime surfacecharge andbacterialsizeoncdadsorptiononbacteria and ii investigatebacteria facilitatedcdtransportinsaturatedalluvialgravelaquifermedia thefirstobjectivewasaccomplishedthroughbatchexperimentsintheabsenceofaquifermaterial thesecondobjectivewasachievedbyconductingcolumnexperimentswitheitherb subtilissporesore coliatdifferentinfluentconcentrationsofbacteria 本试验的目的 i 是ph值 细菌浓度 镉浓度 吸附时间 表面电荷和细菌大小对细菌吸附镉的影响的研究 ii 是细菌在饱和的冲积砾石含水介质中的促进镉迁移的研究 目的 i 要通过在含水介质存在下的批实验来完成 目标 ii 是通过进行柱实验来完成枯草芽孢杆菌孢子或者大肠杆菌的不同细菌浓度对镉影响的研究 材料与方法1 propertiesofcontaminants aquifermaterialandgroundwater污染物 含水层介质 地下水的性质批试验和土柱试验中使用的是呈革兰氏阳性的枯草芽孢杆菌孢子和呈革兰氏阴性的大肠杆菌细胞 其它种类的细菌如沙门氏菌 枯草芽胞杆菌生长细胞 产气大肠杆菌 产气荚膜梭菌等均可以在垃圾渗滤液中发现的细菌也在批试验中用到 如表1所示 镉是一种有毒重金属 硝酸镉是本试验的金属来源 用于土柱试验的含水层介质有较低的阳离子交换能力和有机碳含量 几乎不含有粘土矿物 砂砾表面通常覆盖着一层6到13um厚铁氧化物 用于土柱实验的颗粒大小与实际含水介质尽量接近 从冲击砾石含水层的泵取得未处理的地下水是本试验背景电解质 其离子强度是0 002mol l ph值为6 5 7 8 自来水的化学组分与采集含水介质的田间地下水的化学组分相似 2 cultureandassayofthebacteria细菌的培养和鉴定枯草芽孢杆菌在300c的nbs介质中培养5天 在800c下加热10分钟以杀死生长细胞 然后将温度保持在 200c下 解冻后 在5000rpm的离心10min 弃去上清液 这些细胞在无菌自来水中悬浮 再次离心 如此重复两次 制成本试验需要的合适的悬浮浓度 冷冻本试验采集的枯草芽孢杆菌样本 两天后 解冻样本 并在800c下加热10分钟 内生孢子用在300c条件下保温48小时并包含5mg l的利福平的chg琼脂的过滤膜过滤后 测其数量 其他种类的细菌 大肠杆菌 枯草芽孢杆菌营养细胞等 在bhi培养基中培养 为了去除培养液中的阴阳离子 在实验进行之前 用生理盐水 8 5g l氯化钠 冲洗这些细菌细胞 并用无菌自来水把溶液稀释到所需浓度 试验中采集的细菌样品用平板计数法来分析 3 batchexperimentsoncadmiumadsorptionontobacterialsurfaces细菌表面吸附镉的批实验未处理的地下水是本试验的背景电解质 无细菌控制的镉用于判断镉的吸附和在实验仪器的沉淀 批实验通常在有40ml的带螺旋盖的玻璃瓶中进行 试验一旦达到平衡 悬浮液就会通过0 45um的薄膜过滤 酸化 然后通过火焰火焰原子吸光法分析镉浓度 枯草芽孢杆菌孢子和大肠杆菌营养细胞用于研究ph值 吸附时间 镉和细菌浓度对于镉吸附的影响 在研究表面电荷和细菌大小对于镉吸附的影响的试验中 也用到其他种类的细菌 4 columnexperimentsoncadmiumtransport镉运输的土柱试验用蠕动 peristaltic 泵使流速到达所需的32 4ml min 用自来水冲洗土柱试验 这些流速相当与22m d的孔隙流速 试验之前 用硝酸 氢氧化钠使自来水ph值调至7 0 7 7 在实验之前用5pv的自来水冲洗土柱实验 固定的ph值下 在注入细菌前 把含有大约4mg l镉和2mg l溴的溶液注入5 0pv的土柱上 溴化物作为保守示踪剂 用来估算孔隙水流速以及检测试验系统中的非平衡物理过程 然后把细菌注入含有镉和溴的3 4pv的土柱 之后 在特定的ph值下 土柱试验用自来水冲洗 从流出的土柱试验中每3到10分钟提取样品 过滤和未过滤的样品酸化后通过火焰原子吸光法测定镉浓度 使用溴离子选择性电极来测定溴的浓度 结果与讨论 batchexperiments批试验 columnexperiments土柱试验 结论ourstudyhasdemonstratedthatb subtilissporesande colicellsactascarriersandfacilitatorsforthetransportofcdinalluvialgravelaquifermedia resultinginasignificantincreaseintotalcdconcentrations andenhancedcdtravelvelocity bacteria facilitatedtransportofheavymetalsmaybeapotentialprobleminsitessuchaslandfillsandduringlanddisposalofindustrialanddomesticeffluentandsludge wherebacteriaandheavymetals 本试验证明 枯草芽胞杆菌孢子和大肠杆菌是镉在冲积砾石含水介质中迁移的载体和促进因子 使总镉的浓度显著上升 镉迁移速率显著增加 例如在垃圾填埋场 工业及生活污水 污泥的土地处理等细菌与重金属可能共存的地方 细菌促进重金属的迁移可能会是一个潜在问题 有毒的且难迁移的重金属与可移动的细菌的协同运输就会比预期更早到达水源 从而对地下水的质量造成威胁 ourexperimentalresultssuggestthatthereseemstobesomethresholdvaluesinbacterialtometalconcentrationsformetaladsorptionontothebacteriaand consequently bacteria facilitatedmetaltransporttooccur thesethresholdvaluesmaybespecifictotheexperimentalconditionsinvolvedassomefactors e g solutionph ionicstrength concentrationsofbacteriaandmetalsandtheirratio havemajorinfluenceonthedegreeofmetaladsorptionontobacteria 试验结果表明对于细菌表面对金属的吸附 细菌与金属浓度比存在临界值 进而影响其对金属迁移的促进作用 这些临界值受到细菌吸附金属过程中的溶液ph 离子强度 细菌浓度 金属浓度 细菌与金属浓度比等条件的重要影响 thelikelihoodofbacteria facilitatedmetaltransportisprobablygreatestinareasthatareclosetocontaminantsourceswherebacterialconcentrationsarehighorwheretheconcentrationratioofbacteriatometalishigh innaturalgroundwatersystemsawayfromcontaminantsources theavailablesurfaceareaofaquifermediawouldbemuchgreaterthanthatofbacteria sometaladsorptionontotheaquifermediawoulddominatethetransportofheavymetals 在靠近污染源的地区 细菌浓度较高 细菌与金属浓度比率也较高 细菌对金属迁移的促进作用更容易发生 在远离污染物源的天然地下水系统 含水介质的比表面积比细菌大 所以含水介质对金属的吸附就会控制重金属的运输 ourstudyshowedthatcdadsorptionontobacterialsurfaceswaspositivelyrelatedtosolutionph bacterialconcentration andnegativesurfacecharge wasinverselyrelatedtometalconcentration andshowednoclearrelationshipwithbacterialsize ourstudyalsosuggeststhatthemechanismofcdcotransportwithb subtilissporesclearlydiffersfromthatwithe coli andadsorptionofcdontothebacteriawasanonlinearkineticprocess 研究显示镉吸附到细菌表面与溶液的ph值 细菌浓度