微生物对渭河河床沉积物-水界面Cr迁移转化的作用机理

微生物对渭河河床沉积物—水界面Cr迁移转化的作用机理本文通过室内模拟实验,研究了不同黏粒含量沉积物中铬的其赋存形态及释放潜能,分析了沉积物对Cr的还原吸附特征。通过厌氧耗氧条件下水槽模拟实验对比研究,阐明了水动力条件对微生物介导下沉积物-水界面Cr迁移转化和赋存形态变化影响。结合微生物培养、纯化、形态观察及菌种鉴定研究,揭示了微生物对沉积物-水界面铬迁移转化和赋存形态变化的影响作用机理。研究结果如下:1)沉积物基本特征为:不同黏粒含量沉积物的pH呈中性,具有较强的氧化性,电导率均>600μm/cm,沉积物中重金属Cr均高于其环境背景值;而渭南段的黏粒和有机质含量高于咸阳段。同时,渭河两段河水水质存在部分指标超标现象。2)不同黏粒含量的渭南段和咸阳段沉积物,连续浸提时其沉积物Cr的生物有效态（可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态和有机结合态）所占比例均远小于残渣稳定态,其残渣态所占比例>97%。铬的吸附还原实验结果显示铬的还原率大部分在40%以上,吸附率较小,低于15%;渭南段黏粒土质对铬的吸附还原量大于咸阳段沙质土。不同黏粒含量的沉积物,其单一浸提剂的提取铬的效果存在差异性,渭南段黏粒含量较高沉积物中重金属Cr的提取率高低顺序CaCl₂>DTPA>HCl,而咸阳段黏粒含量较低沉积物的为HCl>CaCl₂>DTPA,且咸阳段黏粒含量较低沉积物中重金属Cr比渭南段黏粒含量较低的更容易释放到水环境中。3)在高铬水不断更新条件下,使得微生物为适应新环境其数量和种群变化主要经历四个时期:初步适应期,微生物数量较少菌种较杂;快速增长期,微生物数量持续增高杂菌较多;竞争生长期,微生物数量逐渐降低,杂菌较少;稳定期,微生物数量稳定均为耐高Cr菌种（蜡样芽孢杆菌、蕈状芽孢杆菌、枯草芽孢杆菌和假蕈状芽孢杆菌）。而渭南段黏粒和有机质含量较高的表层沉积物中微生物菌落和种群数明显高于咸阳段的沙土质。4)耗氧和厌氧条件下渭南段和咸阳段不同黏粒含量沉积物-水界面Cr⁶⁺的含量均随水体更新率变化先快速增长,后趋于稳定;而Cr³⁺的含量随水体更新率变化先快速增长,后仍持续增长,但其增长速度较之前缓慢;厌氧条件下Cr⁶⁺和Cr³⁺的整体含量高于耗氧条件下的,渭南段Cr⁶⁺和Cr³⁺的含量整体低于咸阳段的。这主要是渭南段沉积物黏粒和有机质含量高微生物作用导致的,咸阳段沉积物黏粒和有机质含量较低,铬的价态变化易受耗氧厌氧环境条件变化影响。渭南段黏粒土沉积物铬的释放强度小于咸阳段沙质土沉积物。5)在水动力作用下,不同黏粒含量沉积物表层中铬残渣态所占比例大于95%,铬的生物有效态中有机结合所占比例呈递减趋势,铁锰氧化物结合态呈递增趋势;在耗氧厌氧条件下渭南段和咸阳段沉积物生物有效态表现为:耗氧渭南段>厌氧咸阳段>耗氧咸阳段>厌氧渭南段;与原沉积物铬赋存形态相比,铬的赋存形态向Fe-Mn氧化物结合态转化,该形态较易释放到水环境中。6)渭南段黏粒土质沉积物-水界面铬的迁移转化机理由微生物和物理化学共同作用影响,蜡样芽孢杆菌和枯草芽孢杆菌释放还原性酶将六价铬转化成三价铬形成Cr（OH）₃,同时物理化学作用主要是还原性离子将六价铬还原成三价铬,最终三价铬沉淀一部分自然沉降到沉积物表层,一部分与微生物吸附络合形成菌胶团悬浮在水体中,从而减少水体中铬含量。而咸