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铁氧化菌的耐砷性能及除砷特征

刘琼  
【摘要】:世界上很多国家和地区都分布有高砷地下水。在缺少替代水源的情况下,当地居民长期饮用高砷地下水,将带来很大的健康隐患。为保证这些地区居民的饮用水安全,必须先对高砷水进行处理。生物修复法是目前除砷领域研究的热点之一,而大量耐砷微生物的发现和耐砷机理研究又为生物法除砷的发展提供了新的思路。 本文分别选取了好氧铁氧化菌GE-1和厌氧铁氧化菌Strain 2002作为研究对象,利用室内实验研究了这两种菌的Fe(Ⅱ)氧化能力和耐砷性能,探讨了Fe(Ⅱ)氧化、铁沉降原因及耐砷机理。在此基础上,初步试验了这两种菌的除砷效果,并研究了菌存在对菱铁矿除砷系统的影响。 好氧铁氧化菌GE-1分离自浸泡生锈铁丝的自来水,属于假单胞菌。单菌体为无色杆状菌,长为1-5μm。GE-1生长升高环境pH,并分泌出大量胞外酶,都有助于Fe(Ⅱ)的氧化和铁的沉降,最终生成结晶度较低的水铁矿。GE-1有很大的耐砷潜力,在As(Ⅲ/Ⅴ)浓度高达100 mg/L的水环境中依然能正常生长。 厌氧铁氧化菌Strain 2002是前人从淡水湖沉积物中分离出的。单菌体为无孢子、有鞭毛的杆状菌,长为1-4μm。Strain 2002还原硝酸盐时,能同时以乙酸盐和Fe(Ⅱ)作为电子供体,导致Fe(Ⅱ)氧化。其Fe(Ⅱ)氧化和铁沉降的产物为包含菱铁矿、纤铁矿和针铁矿等在内的Fe(Ⅱ)和Fe(Ⅲ)混合矿物。Strain 2002耐As(V)能力要高于耐As(Ⅲ)能力,当水环境中的As(Ⅲ)浓度为2000μg/L时,Strain 2002的生长速度就会受到明显影响。 在高砷环境中,GE-1和Strain 2002都会逐渐收缩。当砷环境中无铁时,它们都不能通过吸收或生物吸附来降低砷的浓度,也不能改变砷的价态。当砷环境中有Fe(Ⅱ)时,它们氧化Fe(Ⅱ)、沉降铁的产物朝着结晶更差、颗粒更细小的方向转化。生成的铁沉淀能通过吸附或共沉降作用来除砷,效果很好。 在菱铁矿除砷系统中加入GE-1和Strain 2002后,由于引入了大量细菌,会造成吸附点位的减少和菱铁矿颗粒表面电荷的改变,不利于砷的去除。 本文取得成果为建立耐砷铁氧化菌的除砷适用技术和研究砷的迁移转化规律提供了理论基础。


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