【摘 要】
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六价铬[Cr(Ⅵ)]对我国及世界许多地区的地下水都造成了不同程度的污染,严重威胁人类的健康。渗透式反应墙(PRBs)作为一种地下水原位修复技术,具有运行稳定、成本低、长效等优
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六价铬[Cr(Ⅵ)]对我国及世界许多地区的地下水都造成了不同程度的污染,严重威胁人类的健康。渗透式反应墙(PRBs)作为一种地下水原位修复技术,具有运行稳定、成本低、长效等优点,成为当今国际上地下水修复的重要方法与研究热点。但是在长期运行的过程中,却存在反应介质消耗、堵塞的问题。本文针对此问题,使用硫铁矿和磁铁矿两种天然矿物分别与八种微生物进行组合实验,筛选一组最优铁矿石-微生物协同作用体系。通过摇瓶实验研究此体系对Cr(Ⅵ)的去除机理。将铁矿石、高岭土与一枝黄花叶子以一定比例混合后烧制成陶粒。对陶粒进行生物挂膜处理,与自制缓释营养盐混合后作为反应材料进行室内PRB模拟实验,研究此种新型矿物复合陶粒在PRB中对Cr(Ⅵ)的去除效果与机理。本文的实验成果如下:(1)实验确定了磁铁矿与铁还原细菌(Lysinibacillus sp.JLT12)为最优的协同作用体系,此体系在碳源为葡萄糖(8 g/L)、氮源为酵母粉(6 g/L)、p H=9的条件下对Cr(Ⅵ)的去除效果最好。(2)摇瓶实验表明,协同作用下Cr(Ⅵ)的还原速率明显增强,72 h时Cr(Ⅵ)的去除率达到97.5%,浓度由120.5 mg/L降至2.9 mg/L。动力学拟合结果表明此体系的反应速率较单一作用体系有显著提高,反应速率大于两者的总和。X射线衍射(XRD)与拉曼光谱分析结果表明磁铁矿与铁还原细菌自身不仅对Cr(Ⅵ)有吸附、还原作用外,铁还原细菌还可将磁铁矿表面和液相中的Fe(Ⅲ)还原为Fe(Ⅱ),Fe(Ⅱ)继续还原Cr(Ⅵ),保证了反应的持久性。(3)磁铁矿、高岭土、一枝黄花叶子比例9:1:1烧制成的陶粒性能最好,与缓释营养盐的最佳质量比为10:1.5。扫描电子显微镜(SEM)与16S r DNA高通量测序分析结果表明,陶粒的孔隙度丰富,功能性菌种Lysinibacillus sp.JLT12已经成功固定在陶粒表面。(4)室内PRB装置运行30天后,Cr(Ⅵ)的去除率达到98%,总氮(TD)、总磷(TP)、化学需氧量(COD)的排放量均在有效标准的控制范围内。X射线光电子能谱(XPS)分析表明,陶粒表面的Cr主要以Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)两种形式存在,Cr(Ⅵ)多数还原为Cr(Ⅲ),一部分以Fe(III)-Cr(Ⅵ)共沉淀的形式被固定。柱体过滤实验表明,陶粒的渗透系数几乎是磁铁矿粉的3倍。
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