芽孢杆菌Cr02对Cr(Ⅵ)的好氧/厌氧还原及影响因素

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我国铬渣的大量产生导致堆放过程中场地土壤遭受严重的Cr(Ⅵ)污染。Cr(Ⅵ)具有溶解度高和迁移性强的特点,极易从表层土壤向深层土壤和地下水迁移。传统的修复技术易产生“返黄”现象,成为制约场地土壤铬污染成功修复的难点。微生物修复技术因成本低、环境友好而被广泛关注,但多数微生物难以在表层和深层土壤中实现好氧/厌氧的Cr(Ⅵ)持续生物还原。为此,本论文研究了铬污染土壤中土著微生物对Cr(Ⅵ)的好氧/厌氧还原效果,并从该土壤中筛选到一株在好氧/厌氧环境下对Cr(Ⅵ)具有高耐受性和强还原能力的芽孢杆菌Cr02(Bacillus sp.Cr02),研究了该菌在好氧/厌氧条件下对Cr(Ⅵ)的还原效果及机制,探讨了电子供体、pH、温度、Cr(Ⅵ)初始浓度和共存金属离子对其还原效率的影响,并考察了该菌对实际铬污染土壤的修复效果,以期利用该菌实现表层和深层铬污染土壤的协同修复。本论文取得以下有价值的研究结果:(1)明确了土著微生物对Cr(Ⅵ)有良好的还原作用。其在好氧条件下24 h内Cr(Ⅵ)还原量最低为387.6 mg/kg;在厌氧条件下36 h内Cr(Ⅵ)还原量最低为318.4 mg/kg,还原后铬以残渣态为主。(2)揭示了从土著菌中筛得的芽孢杆菌Cr02(Bacillus sp.Cr02)在好氧/厌氧条件下对Cr(Ⅵ)的生物还原机制。该菌在好氧和厌氧条件分别能耐受800和600mg/L Cr(Ⅵ)。铬转运基因Chr A在Cr02菌耐受Cr(Ⅵ)的过程中起到重要作用,降低了Cr(Ⅵ)对微生物的毒性,并且chr A的表达水平受到Cr(Ⅵ)的影响。胞外酶主导了Cr(Ⅵ)的生物还原,其在好氧/厌氧条件下能分别还原56%和48%的Cr(Ⅵ)(50 mg/L)。Cr(Ⅵ)可以与细胞壁上的羟基、羧基等官能团作用,还可以与由胞外酶产生的酰胺I带中的氨基等作用,以此来降低Cr(Ⅵ)对Cr02菌的毒性。(3)阐明了电子供体、pH、温度、初始Cr(Ⅵ)浓度等环境因子和土壤中共存的典型重金属离子对Cr02菌还原Cr(Ⅵ)的影响。好氧和厌氧条件下Cr02菌的最佳电子供体均是废糖蜜。好氧条件下,Cr02菌在25~35℃均能高效还原Cr(Ⅵ);在厌氧条件下,最佳温度为35℃。Cr02菌的最佳生长pH为9.5。好氧条件下Cr02菌能在60 h时将200 mg/L Cr(Ⅵ)全部还原;厌氧条件下Cr02菌能在60 h内将100 mg/L Cr(Ⅵ)全部还原。Cu2+(50 mg/L)可以促进Cr(Ⅵ)的还原,但50mg/L Cd2+和Zn2+对Cr(Ⅵ)的生物还原呈现出不同的抑制效果。(4)证实了Cr02菌对铬污染土壤的良好修复效果。修复30天后土壤仍以残渣态铬(90%)为主,Cr(Ⅲ)稳定性较好。
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