【摘 要】
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本试验选取1株高效的同步异养反硝化生物矿化菌CN86（Acinetobacter）,研究其同时去除Cd2+,NO3--N及硬度的影响因素、生物反硝化特性、生物脱氮产物特性、去除重金属Cd2+的能力及去除机理,生物反应器对于Cd2+的去除特性,混合电子对菌株反硝化的影响特性,以及诱导碳酸钙沉淀的机理。结果表明:（1）在不同的有机物（丁二酸钠、乙酸钠、葡萄糖和醋酸钙）,初始Cd2+浓度（0、9、13、
【基金项目】
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国家自然科学基金（No.51678471）; 陕西省杰出青年基金项目（No.2019JC-31）; 陕西省重点研发项目（2018ZDXM-SF-029）
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本试验选取1株高效的同步异养反硝化生物矿化菌CN86（Acinetobacter）,研究其同时去除Cd2+,NO3--N及硬度的影响因素、生物反硝化特性、生物脱氮产物特性、去除重金属Cd2+的能力及去除机理,生物反应器对于Cd2+的去除特性,混合电子对菌株反硝化的影响特性,以及诱导碳酸钙沉淀的机理。结果表明:（1）在不同的有机物（丁二酸钠、乙酸钠、葡萄糖和醋酸钙）,初始Cd2+浓度（0、9、13、17、21和25mg/L）和p H（5.0、6.0、7.0、8.0和9.0）条件下分析环境因素影响。结果显示在丁二酸钠作为碳源,初始Cd2+浓度为10mg/L和初始p H为7.0的最适条件下,Cd2+去除率为100.00%,NO3--N去除率为89.85%,以及硬度的去除率为71.63%。通过设置添加/不添加Ca2+和恒定/不恒定p H对照试验探究Cd2+去除机理。研究发现Cd2+的去除受到共沉淀（与碳酸钙）和p H的共同作用的影响,其中共沉淀去除Cd2+起主要作用。此外,XRD和XPS分析表明可以通过CN86菌株将溶液中Cd2+转化为沉淀去除。气体检测显示菌株CN86产生的气体中检测到99.94%的N2,未检测到N2O。（2）以不动杆菌CN86建立了裕隆填料生物膜反应器生物,研究了不同初始Cd2+浓度（10mg/L、30mg/L、50mg/L）,不同初始p H（6.0、7.0、8.0）和不同HRT（4h、6h、8h）对裕隆填料生物膜反应器生物脱氮,去除Cd2+及去除Ca2+特性的影响。同时,以没有挂膜的裕隆填料组作为对照。结果表明:当初始Cd2+浓度浓度为10mg/L,初始p H为7.0,HRT为8h时,反应器去除硝酸盐,Cd2+和Ca2+的效果最好(硝酸盐去除率为99.13%,Cd2+的去除率为100%,Ca2+的去除率为69.54%)。同时,研究表明菌株可耐受初始浓度为50mg/L的Cd2+并仍保持一定的去除效果。使用气象色谱仪对反应器产生的气体进行成分分析,结果表明气体成分99.61%为氮气,且反应器稳定期没有检测到N2O。（3）研究了不动杆菌CN86同时去除Pb2+,NO3--N及Ca2+的影响因素。分别设置了不同初始Pb2+浓度（0、5、10、20、30和40mg/L）和不同初始Ca2+浓度（10、40、80、120和160mg/L）对菌株去除Pb2+,Ca2+和NO3--N影响。结果表明:当初始Pb2+浓度浓度为5mg/L,初始Ca2+浓度为160mg/L时,菌株CN86去除硝酸盐,Pb2+和Ca2+的效果最好(硝酸盐去除率为92.26%,Pb2+的去除率为94.77%,Ca2+的去除率为69.13%)。通过XRD分析生物沉淀,表明了Pb2+被转化为沉淀被去除。使用SEM分析比较了含Pb2+和不含Pb2+生物沉淀的形态区别。（4）设置混合电子供体试验研究混合电子供体(有机物;有机物+Fe2+;有机物+Mn2+;有机物+Fe2+/Mn2+)对菌株CN86脱氮及生物矿化的影响特性,研究表明在有机物作为电子供体条件下处理效果最佳,菌株CN86以Mn2+作为无机电子供体进行反硝化和生物矿化但处理效果稍差(硝酸盐去除率为83.33%,Ca2+去除率为63.21%)。结果显示菌株CN86具有一定耐受和去除Mn2+的能力（Mn去除率为73.17%）。通过多铜氧化酶cum A和MCO基因扩增表明菌株CN86具有氧化Mn2+的能力。（5）设置了细菌,EPS和生物沉淀对生物矿化影响的试验。结果表明,需要在菌株CN86的生物作用碳酸盐下才能形成。推测菌株CN86诱导碳酸盐沉淀的机理是以CN86菌体作为成核位点,菌株CN86的代谢作用产生CO2,CO2水合作用产生CO32-。菌体表面负电荷基团可以螯合Ca2+,进一步吸附CO32-。培养基中有机物不断被菌株CN86分解,使溶液中的CO32-浓度不断增加,同时使环境溶液p H不断升高,p H一定程度的升高更有利于碳酸盐沉淀的形成。已经成核的Ca CO3不断吸附溶液中Ca2+和CO32-,沉淀不断增大。设置梯度试验研究了碳源对菌株CN86去除Ca2+和改变溶液环境p H的影响特性。结果表明,随着碳源量的增加,反硝化的效果增加且反硝化速率加快,同时发现未添加Ca2+组的p H上升大于添加Ca2+组,这可能时由于菌株CN86诱导碳酸盐沉淀导致环境CO32-浓度下降,进而影响p H上升。设置了生物沉淀连续观察试验,通过扫描电镜观察到随着培养时间增加沉淀尺寸的增加,加强了本文所论述菌株CN86微生物诱导碳酸盐沉淀的机理。
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