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钒污染地下水的微生物修复与机理研究

2020-12-02阅读(712)

钒污染地下水的微生物修复与机理研究

论文摘要

随着经济和工业的快速发展,重金属钒污染已成为饮用水的安全隐患,钒污染的微生物修复技术具有广泛的应用前景。本研究采用钒污染地下水,探讨不同接种体下微生物修复含钒地下水的性能,分析微生物群落结构,探究锯末作为固相碳源时微生物连续除钒的可行性,并揭示功能菌还原五价钒的作用机理。钒矿区（钒钛磁铁矿、石煤、石油伴生矿和铀钒矿）土壤作为接种体时,五价钒平均去除效率（反应60 h）分别为92.0%、69.0%、91.0%和87.1%,表明钒矿区土壤可作为接种体用于含钒地下水的生物修复。微生物群落分析发现,AcidobacteriaceaeSubgroup1uncultured、Bryobacter和Microvirga等菌属在反应器中富集,可能有助于五价钒的还原。钒矿区周围农田土壤健康风险评估结果表明,危害商（HQ）值分别为0.69（钒钛磁铁矿矿区）、3.64（石煤矿区）、0.77（石油伴生矿矿区）和0.56（铀钒矿矿区）,石煤矿区周围农田土壤中钒的非致癌风险较高。以矿区周边农田土壤样品为接种体时,五价钒去除率（反应60 h）为82.7%98.4%,且生物反应器细菌群落中以能够耐受或降低钒毒性的菌属（如Ruminococcaceaeincertaesedis、Trichococcus和Comamonas）为主导。以厌氧污泥为接种体、锯末为固相碳源时,合成地下水中五价钒去除率约90.3%,而在实际地下水中,五价钒去除率约为53.2%,微生物能够以锯末为碳源修复钒污染;添加麦饭石（4.0 g）和磷矿石（4.0 g）时,实际地下水中五价钒去除率升至82.6%,麦饭石和磷矿石的添加可强化微生物去除五价钒性能。以锯末为碳源的柱反应器实验结果表明,接种了驯化后的石油伴生矿矿区土壤和铀钒矿矿区周围农田土壤系统中,微生物能够迅速发挥持续的钒修复作用,而接种驯化厌氧污泥系统可更持久有效地去除实际地下水中的五价钒。研究发现屎肠球菌具有对五价钒的还原能力,其在15 d内可有效还原初始浓度为25.5254.7 mg/L的五价钒,且微生物还原速率随五价钒初始浓度的增大而增加。屎肠球菌还可修复五价钒/六价铬复合污染,且五价钒对六价铬的还原有促进作用,而五价钒的去除却受到抑制。屎肠球菌的细胞粗提物、细胞膜组分和细胞内可溶物质均可还原五价钒,并证明了其在细胞内外均具有还原五价钒的能力。本研究揭示了不同接种体的含钒地下水生物修复过程及反应机理,为修复重金属钒污染地下水奠定了理论基础,并为实际应用提供了技术支持。

论文目录

  • 中文摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  •   1.1 .地下水资源概况
  •     1.1.1 .地下水资源现状
  •     1.1.2 .地下水重金属污染现状
  •   1.2 .钒的概况
  •     1.2.1 .钒的来源
  •     1.2.2 .钒的应用
  •     1.2.3 .钒的毒性与危害
  •   1.3 .钒污染的主要来源
  •     1.3.1 .大气和土壤钒污染的来源
  •     1.3.2 .地下水中钒污染的来源
  •   1.4 .含钒废水的主要修复技术
  •     1.4.1 .物理法
  •     1.4.2 .化学法
  •     1.4.3 .生物法
  •   1.5 .微生物修复含钒地下水研究
  •     1.5.1 .接种体的选择
  •     1.5.2 .碳源的选择
  •     1.5.3 .微生物还原五价钒的机理研究现状
  •   1.6 .研究目的与意义
  •   1.7 .研究内容及技术路线
  •     1.7.1 .研究内容
  •     1.7.2 .技术路线
  • 第2章 钒矿区土壤污染特征及其作为接种体还原钒的可行性
  •   2.1 .引言
  •   2.2 .材料与方法
  •     2.2.1 .实验材料
  •     2.2.2 .实验方法
  •     2.2.3 .测试方法
  •   2.3 .结果与讨论
  •     2.3.1 .土壤中钒的分布特征
  •     2.3.2 .微生物修复潜力分析
  •     2.3.3 .微生物分析
  •   2.4 .本章小结
  • 第3章 钒矿区周围农田土壤健康风险评估及其对钒的还原性能
  •   3.1 .引言
  •   3.2 .材料与方法
  •     3.2.1 .样品分析
  •     3.2.2 .人体健康风险评估
  •     3.2.3 .微生物钒污染修复实验
  •     3.2.4 .微生物分析
  •   3.3 .结果与讨论
  •     3.3.1 .土壤样品中钒浓度及空间分布
  •     3.3.2 .健康危害评估
  •     3.3.3 .功能性微生物的鉴定
  •   3.4 .本章小结
  • 第4章 以锯末为碳源的含钒地下水修复研究
  •   4.1 .引言
  •   4.2 .材料与方法
  •     4.2.1 .实验材料
  •     4.2.2 .实验方法
  •   4.3 .结果与讨论
  •     4.3.1 .合成地下水中以锯末为碳源的五价钒去除
  •     4.3.2 .实际地下水中以锯末为碳源的微生物除钒
  •     4.3.3 .微生物分析
  •     4.3.4 .反应柱修复实际地下水中五价钒污染
  •   4.4 .本章小结
  • 第5章 功能菌还原五价钒的作用机理
  •   5.1 .引言
  •   5.2 .材料与方法
  •     5.2.1 .实验菌种
  •     5.2.2 .实验仪器与设备
  •     5.2.3 .实验用水
  •     5.2.4 .实验方法
  •     5.2.5 .分析方法
  •   5.3 .结果与讨论
  •     5.3.1 .钒的微生物还原
  •     5.3.2 .钒和铬复合污染的微生物还原
  •     5.3.3 .细胞组分的钒还原
  •     5.3.4 .屎肠球菌还原钒机理
  •   5.4 .本章小结
  • 第6章 结论与建议
  •   6.1 .结论
  •   6.2 .创新点
  •   6.3 .建议
  • 参考文献
  • 致谢
  • 作者简介
  •   个人简历
  •   主要学术成果
  •   获奖经历

    • 文章来源

    类型: 博士论文

    作者: 郝丽婷

    导师: 冯传平,张宝刚

    关键词: 地下水,五价钒,接种体,还原,微生物群落,屎肠球菌,固相碳源

    来源: 中国地质大学(北京)

    年度: 2019

    分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

    专业: 生物学,环境科学与资源利用,环境科学与资源利用

    单位: 中国地质大学(北京)

    分类号: X523;X172

    DOI: 10.27493/d.cnki.gzdzy.2019.000141

    总页数: 144

    文件大小: 5056K

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