零价铁PRB去除地下水四环素污染及其生物协同作用机理研究

发布时间：2017-12-15 01:14

本文关键词：零价铁PRB去除地下水四环素污染及其生物协同作用机理研究

【摘要】：随着工业、临床医学、畜禽和水产养殖等领域四环素的大规模生产和使用,大量四环素进入并滞留在土壤、地表水和地下水环境中。由于其持久性和高毒性,四环素一旦进入地下水环境很难被去除,这将对地下水饮用水源的饮用安全造成潜在的威胁。可渗透反应墙(permeable reactive barrier,简称PRB)以其廉价、高效、运行维护简单的特点,被广泛用于地下水污染的原位处理中。本论文以零价铁为PRB主要填充介质,分别构建零价铁、零价铁-微生物、微生物不同组合的PRB反应器。通过对比不同反应介质的PRB系统对四环素的降解效果及影响因素的研究,分析零价铁PRB和含生物零价铁PRB的性能差异。通过对比不同反应介质的PRB系统中反应介质变化及微生物种类的研究,揭示了零价铁PRB和微生物协同降解四环素的作用机理,探讨四环素的转换和电子转移的过程,研究微生物群落的变化和整个反应过程中微生物的作用。实验表明,零价铁PRB、零价铁-微生物PRB对四环素的降解效率分别为51.55%,42.83%,远远高于仅有微生物时对四环素的降解效率8.72%。零价铁PRB、零价铁-微生物PRB对TOC的降解效率分别是38.43%,30.78%,也远高于仅微生物存在时的降解效率2.13%。研究表明,PRB系统除了对四环素有降解作用外,还有一部分以四环素或者其次级产物的形式存在。研究表明,非生物零价铁PRB系统总铁和亚铁离子浓度高于生物零价铁PRB系统。通过对PRB系统中零价铁进行傅里叶红外光谱和X射线衍射分析,结果表明,反应后的零价铁介质表面有四氧化三铁产生。对PRB系统微生物EPS含量分析,结果表明零价铁存在时PRB系统内微生物EPS含量升高。本研究对PRB系统微生物进行了高通量测序分析,分析了 PRB系统内微生物种类及菌落结构,结果表明零价铁的存在对PRB系统微生物种类和菌落结构变化影响较大,微生物种群结构发生明显的变化。Comamonadaceae,Oxalobacteraceae和Chromatiaceae与没有铁离子存在的反应柱相比明显增加,同时微生物对四环素的去除效率也增加。通过研究,发现零价铁耦合微生物系统对四环素的去除作用机理除包括零价铁的吸附作用、还原作用和絮凝共沉淀作用等外,微生物对四环素本身和其降级产生的次级产物均有一定的转化和水解作用,其原因是,当四环素被降解的同时,零价铁被转化为Fe2+和Fe3+。Fe2+和Fe3+的存在,促进了微生物EPS明显增多,也使微生物种类和菌落结构发生了显著的改变。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X523

【参考文献】

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