气态电子供体支持微生物还原地下水中五价钒的研究

发布时间：2020-05-11 18:32

【摘要】：钒作为一种过渡金属广泛存在于地壳中,由于其具有熔点高,质地坚硬等特点被广泛应用于工业中。工业的快速发展导致环境中的钒污染日益加重,其中地下水污染受到大家的广泛关注。运用微生物修复法来治理污染地下水是近年来的研究热点。电子供体在微生物修复过程中发挥关键作用,气态电子供体驱动的微生物修复过程生物量较低,无二次污染,逐渐成为研究的热点。利用氢气作为电子供体微生物还原五价钒过程中,7天内五价钒的去除率能够达到91.0±3.2%,还原的最终产物为四价钒,其中伴存的硝酸盐能够被完全去除,最终生成氮气。探究了初始五价钒浓度和五价钒负荷对五价钒和硝酸盐还原速率的影响。通过对微生物群落的分析发现Dechloromonas和Hydrogenophaga等功能微生物在反应中起着重要的作用。甲烷作为唯一电子供体和碳源可以有效的生物还原地下水中的五价钒,7天内五价钒的去除率能够达到95.8±3.1%,最终生成四价钒。硝酸盐的加入表明共存电子受体的存在能够抑制五价钒的还原效果。实验过程中检测到挥发性脂肪酸生成,可能来自于甲烷的氧化。高通量分析结果表明,细菌Methylomonas作为已知的能够参与甲烷氧化和硝酸盐还原的功能菌得到明显富集,厌氧甲烷氧化古菌Methanobacterium占比从0.25%增加到85.2%。利用微生物电解池生产氢气和甲烷,原位支持微生物还原五价钒。在0.8 V电压下,一个周期(6天)内,产生氢气与甲烷的体积比约为4:6。将微生物电解池与生物还原V(V)反应器相连,实验结果表明五价钒的去除效果良好,五价钒初始浓度为1.5 mM时去除率可以达到94.6±1.3%。这一过程弥补了间歇供给电子供体的缺陷,同时达到了回收能源和废水处理等目的。Geobacter是一种重要的产电微生物,在微生物电解池中的占比增加到33.07%,同时,为能够参与五价钒还原过程的功能微生物在生物还原五价钒反应器中的占比增加至12.97%。本研究利用气态电子供体(氢气和甲烷)实现了地下水中五价钒的微生物还原,为五价钒污染地下水的高效修复提供了可靠的理论依据和技术支持。
【图文】：

12图 2-1 反应器装置图表 2-1 试验所用试剂表试剂名称 浓度（g/L） 相关参数 生产厂家NaHCO30.5040 分析纯 国药集团化学试剂CaCl20.2464 分析纯 国药集团化学试剂MaCl2·6H2O 1.0572 分析纯 国药集团化学试剂NaCl 0.4459 分析纯 国药集团化学试剂KCl 0.0283 分析纯 国药集团化学试剂KH2PO40.0299 分析纯 国药集团化学试剂

的去除率为 24.2 ± 1.7 mM/h，，反应速率高于本研究中 V(V)的电子供体的差异（Liu et al., 2017）。对比 V(V)和硝酸盐的平级动力学速率常数可以得到 V(V)的去除速率慢于硝酸盐，生物的毒性较硝酸盐更高（Liu et al., 2017）。
【学位授予单位】：中国地质大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X523;X172

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 姜媛;杨庆;;潜伏的“城市血液病”——地下水污染[J];大自然;2019年06期

2 曲智;尹勇;;城市地下水污染现状及防治技术研究[J];清洗世界;2019年11期

3 王志刚;;地下水污染的监测与预警[J];内蒙古水利;2018年11期

4 田波;王中群;;贵州省主要城市地下水污染特征初步研究[J];环境与发展;2018年12期

5 魏屹峤;;我国地下水污染现状与防治对策研究[J];绿色环保建材;2019年01期

6 洪梦悦;;地下水污染及其修复技术[J];环境与发展;2019年02期

7 韩丽;;农用土壤和地下水污染原因及调控措施研究[J];山西科技;2019年03期

8 宋宁;郝晓凡;;探讨地下水污染特点和应对措施[J];清洗世界;2019年04期

9 杨品璐;;城镇地下水污染现状与对策研究[J];绿色环保建材;2019年09期

10 陈建生;张茜;马芬艳;詹泸成;王涛;;长江三峡库区水渗漏引起的地下水污染问题讨论[J];河海大学学报(自然科学版);2019年06期

相关会议论文 前10条

1 王书;闫天龙;;探地雷达在地下水污染调查中的模拟研究[A];2015中国地球科学联合学术年会论文集（十五）——专题41环境地球物理方法技术与研究进展、专题42浅地表地球物理进展、专题43工程地球物理技术进展与应用[C];2015年

2 闫天龙;杨进;;探地雷达在地下水污染调查中的应用研究[A];2015中国地球科学联合学术年会论文集（十五）——专题41环境地球物理方法技术与研究进展、专题42浅地表地球物理进展、专题43工程地球物理技术进展与应用[C];2015年

3 柳亚杰;汪冀;;浅谈水源污染与区域健康关系——保定地下水污染及与环境健康分析[A];第七届环境与发展论坛论文集[C];2011年

4 杨基振;游道e

本文编号：2658890