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        火山渣負載土著氮細菌凈化氨氮污染地下水特性

        2022-05-30 12:30:10張玉玲王吉利宋和威
        關(guān)鍵詞:生長

        劉 婷, 張玉玲, 白 雪, 王吉利, 宋和威, 丁 楊

        (吉林大學(xué) 新能源與環(huán)境學(xué)院, 長春 130021)

        1 實 驗

        1.1 主要儀器

        紫外-可見光分光光度計(722型, 上海洪紀(jì)儀器設(shè)備有限公司); 掃描電子顯微鏡(SEM, JSM-6700F型, 日本電子株式會社).

        1.2 主要材料及試劑

        1.2.1 土著氮細菌與負載材料來源

        氮細菌為前期從吉林省某農(nóng)業(yè)作業(yè)區(qū)污染地下水篩選得到[19], 經(jīng)鑒定為Pseudomonas(假單胞菌屬), 菌體呈桿狀, 其SEM照片如圖1所示. 火山巖從吉林省某火山巖礦區(qū)采集得到, 將礦物粉碎、 洗凈、 風(fēng)干后, 過0.5~2 mm篩即得實驗所需火山渣, 如圖2所示. 主要礦物成分為22%(質(zhì)量分?jǐn)?shù), 下同)石英, 31%堿性長石和47%斜長石, 主要元素是O,Si,Al等, 孔隙率74%~78%, 最大孔徑0.60 nm, 是以微孔和介孔為主的硅酸鹽礦物材料, 比表面積為0.52~0.95 m2/g.

        圖1 氮細菌的SEM照片F(xiàn)ig.1 SEM image of nitrogen bacteria

        圖2 火山渣的宏觀形態(tài)Fig.2 Macroscopic morphology of scoria

        1.2.2 主要試劑

        FeCl24H2O,Na2SO4,CaCl2,MgCl26H2O,Na2CO3,NaHCO3,Na2S,NH4Cl,K2HPO43H2O,NaCl,MgSO47H2O,F(xiàn)eSO4,CON2H4和葡萄糖等均為分析純試劑, 購自國藥集團化學(xué)試劑有限公司.

        1.3 方 法

        1.3.1 負載材料制備

        1) 氮細菌負載材料的制備和生長規(guī)律.

        將培養(yǎng)基[19]和火山渣于121 ℃滅菌20 min, 冷卻后按m(固)∶V(液)=1∶15混合, 按質(zhì)量分?jǐn)?shù)3%接種生長穩(wěn)定期降解菌, 在10 ℃, 100 r/min振蕩培養(yǎng)箱中培養(yǎng)2 d, 過濾并用生理鹽水洗凈, 即得到負載材料. 期間定時監(jiān)測OD600值, 對比微生物生長隨時間變化情況.

        2) 負載材料固定效果.

        取1 g負載材料于離心管中, 加入50 mL生理鹽水, 超聲振蕩20 min. 取1滴上清液到血球計數(shù)板上, 采用直接計數(shù)法, 考察微生物固定情況.

        表1 水化學(xué)因子質(zhì)量濃度設(shè)置 Table 1 Hydrochemical factors mass concentration setting table mg/L

        1.3.3 檢測方法

        2 結(jié)果與討論

        2.1 氮細菌負載材料性能分析

        1) 氮細菌負載材料生長規(guī)律.

        氮細菌負載材料的生長規(guī)律如圖3所示. 由圖3可見, 氮細菌負載材料OD600值在2 d內(nèi)逐漸上升, 第2天達到峰值1.046, 此后OD600值變化較小. 表明前期培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)充足, 為氮細菌提供了良好生存條件, 細菌生長狀況良好; 隨著時間的延長, 培養(yǎng)基中營養(yǎng)物質(zhì)逐漸消耗, 也可能在細菌繁殖過程產(chǎn)生了有害物質(zhì), 不利于降解菌生存, 因此細菌生長變緩.

        2) 負載材料固定效果.

        在顯微鏡下用血細胞計數(shù)板計數(shù), 根據(jù)

        菌株數(shù)量(個/g)=顯微鏡計數(shù)×5×104×稀釋倍數(shù)/火山渣質(zhì)量

        計算氮細菌數(shù)目. 固定后火山渣上負載的氮細菌生物量約為2.12×107個/g.

        2.2 氮細菌負載材料凈化污染地下水規(guī)律分析

        圖3 氮細菌負載材料的生長規(guī)律Fig.3 Growth law of nitrogen bacteria loading materials

        圖水化學(xué)因子條件下的去除規(guī)律Fig.4 Removal law under condition of

        圖水化學(xué)因子條件下的去除規(guī)律Fig.5 Removal law under condition of

        圖6 Ca2+,Mg2+水化學(xué)因子條件下的去除規(guī)律Fig.6 Removal law under condition of Ca2+,Mg2+ hydrochemical factors

        圖7 Fe2+,Mn2+水化學(xué)因子條件下的去除規(guī)律Fig.7 Removal law under condition of Fe2+,Mn2+ hydrochemical factors

        圖8 S2-水化學(xué)因子條件下的去除規(guī)律Fig.8 Removal law under condition of S2- hydrochemical factor

        圖9 S2-,SO2- 4水化學(xué)因子條件下的去除規(guī)律Fig.9 Removal law under condition of S2-,SO2- 4hydrochemical factors

        2.3 氮細菌負載材料微觀結(jié)構(gòu)分析

        圖10 火山渣及其反應(yīng)前后負載材料的SEM照片F(xiàn)ig.10 SEM images of scoria and loading materials before and after reaction

        火山渣及其反應(yīng)前后負載材料的SEM照片如圖10所示. 由圖10可見: 火山渣表面凹凸不平, 表面粗糙, 有較多孔隙; 負載材料反應(yīng)前微觀形態(tài)上表面較光滑, 有較多細小突起, 有較清晰的棱角, 負載大量氮細菌; 負載材料反應(yīng)后表面更平滑, 吸附了大量離子, 細小突起被覆蓋.

        3 結(jié) 論

        1) 固定后火山渣上負載的氮細菌生物量約為2.12×107個/g;

        4) 負載材料反應(yīng)后吸附了大量離子, 表面變平滑, 細小突起被覆蓋.

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