火山渣負載土著氮細菌凈化氨氮污染地下水特性

劉 婷， 張玉玲， 白 雪， 王吉利， 宋和威， 丁 楊

(吉林大學 新能源與環境學院， 長春 130021)

1 實 驗

1.1 主要儀器

紫外-可見光分光光度計(722型， 上海洪紀儀器設備有限公司); 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業作業區污染地下水篩選得到[19]， 經鑒定為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采集得到， 將礦物粉碎、 洗凈、 風干后， 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%(質量分數， 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Fig.1 SEM image of nitrogen bacteria

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

1.2.2 主要試劑

FeCl24H2O，Na2SO4，CaCl2，MgCl26H2O，Na2CO3，NaHCO3，Na2S，NH4Cl，K2HPO43H2O，NaCl,MgSO47H2O，FeSO4，CON2H4和葡萄糖等均為分析純試劑， 購自國藥集團化學試劑有限公司.

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律.

將培養基[19]和火山渣于121 ℃滅菌20 min， 冷卻后按m(固)∶V(液)=1∶15混合， 按質量分數3%接種生長穩定期降解菌， 在10 ℃， 100 r/min振蕩培養箱中培養2 d， 過濾并用生理鹽水洗凈， 即得到負載材料. 期間定時監測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板上， 采用直接計數法， 考察微生物固定情況.

表1 水化學因子質量濃度設置 Table 1 Hydrochemical factors mass concentration setting table mg/L

1.3.3 檢測方法

2 結果與討論

2.1 氮細菌負載材料性能分析

1) 氮細菌負載材料生長規律.

氮細菌負載材料的生長規律如圖3所示. 由圖3可見， 氮細菌負載材料OD600值在2 d內逐漸上升， 第2天達到峰值1.046， 此后OD600值變化較小. 表明前期培養基中營養物質充足， 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， 培養基中營養物質逐漸消耗， 也可能在細菌繁殖過程產生了有害物質， 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板計數， 根據

菌株數量(個/g)=顯微鏡計數×5×104×稀釋倍數/火山渣質量

計算氮細菌數目. 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律分析

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

圖水化學因子條件下的去除規律Fig.4 Removal law under condition of

圖水化學因子條件下的去除規律Fig.5 Removal law under condition of

圖6 Ca2+,Mg2+水化學因子條件下的去除規律Fig.6 Removal law under condition of Ca2+,Mg2+ hydrochemical factors

圖7 Fe2+,Mn2+水化學因子條件下的去除規律Fig.7 Removal law under condition of Fe2+,Mn2+ hydrochemical factors

圖8 S2-水化學因子條件下的去除規律Fig.8 Removal law under condition of S2- hydrochemical factor

圖9 S2-,SO2- 4水化學因子條件下的去除規律Fig.9 Removal law under condition of S2-,SO2- 4hydrochemical factors

2.3 氮細菌負載材料微觀結構分析

圖10 火山渣及其反應前后負載材料的SEM照片Fig.10 SEM images of scoria and loading materials before and after reaction

火山渣及其反應前后負載材料的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； 負載材料反應前微觀形態上表面較光滑， 有較多細小突起， 有較清晰的棱角， 負載大量氮細菌； 負載材料反應后表面更平滑， 吸附了大量離子， 細小突起被覆蓋.

3 結 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) 負載材料反應后吸附了大量離子， 表面變平滑， 細小突起被覆蓋.