火山渣负载土著氮细菌净化氨氮污染地下水特性

刘 婷， 张玉玲， 白 雪， 王吉利， 宋和威， 丁 杨

(吉林大学 新能源与环境学院， 长春 130021)

1 实 验

1.1 主要仪器

紫外-可见光分光光度计(722型， 上海洪纪仪器设备有限公司); 扫描电子显微镜(SEM, JSM-6700F型， 日本电子株式会社).

1.2 主要材料及试剂

1.2.1 土著氮细菌与负载材料来源

氮细菌为前期从吉林省某农业作业区污染地下水筛选得到[19]， 经鉴定为Pseudomonas(假单胞菌属)， 菌体呈杆状， 其SEM照片如图1所示. 火山岩从吉林省某火山岩矿区采集得到， 将矿物粉碎、 洗净、 风干后， 过0.5～2 mm筛即得实验所需火山渣， 如图2所示. 主要矿物成分为22%(质量分数， 下同)石英， 31%碱性长石和47%斜长石， 主要元素是O，Si，Al等， 孔隙率74%～78%， 最大孔径0.60 nm， 是以微孔和介孔为主的硅酸盐矿物材料， 比表面积为0.52～0.95 m2/g.

图1 氮细菌的SEM照片Fig.1 SEM image of nitrogen bacteria

图2 火山渣的宏观形态Fig.2 Macroscopic morphology of scoria

1.2.2 主要试剂

FeCl24H2O，Na2SO4，CaCl2，MgCl26H2O，Na2CO3，NaHCO3，Na2S，NH4Cl，K2HPO43H2O，NaCl,MgSO47H2O，FeSO4，CON2H4和葡萄糖等均为分析纯试剂， 购自国药集团化学试剂有限公司.

1.3 方 法

1.3.1 负载材料制备

1) 氮细菌负载材料的制备和生长规律.

将培养基[19]和火山渣于121 ℃灭菌20 min， 冷却后按m(固)∶V(液)=1∶15混合， 按质量分数3%接种生长稳定期降解菌， 在10 ℃， 100 r/min振荡培养箱中培养2 d， 过滤并用生理盐水洗净， 即得到负载材料. 期间定时监测OD600值， 对比微生物生长随时间变化情况.

2) 负载材料固定效果.

取1 g负载材料于离心管中， 加入50 mL生理盐水， 超声振荡20 min. 取1滴上清液到血球计数板上， 采用直接计数法， 考察微生物固定情况.

表1 水化学因子质量浓度设置 Table 1 Hydrochemical factors mass concentration setting table mg/L

1.3.3 检测方法

2 结果与讨论

2.1 氮细菌负载材料性能分析

1) 氮细菌负载材料生长规律.

氮细菌负载材料的生长规律如图3所示. 由图3可见， 氮细菌负载材料OD600值在2 d内逐渐上升， 第2天达到峰值1.046， 此后OD600值变化较小. 表明前期培养基中营养物质充足， 为氮细菌提供了良好生存条件， 细菌生长状况良好； 随着时间的延长， 培养基中营养物质逐渐消耗， 也可能在细菌繁殖过程产生了有害物质， 不利于降解菌生存， 因此细菌生长变缓.

2) 负载材料固定效果.

在显微镜下用血细胞计数板计数， 根据

菌株数量(个/g)=显微镜计数×5×104×稀释倍数/火山渣质量

计算氮细菌数目. 固定后火山渣上负载的氮细菌生物量约为2.12×107个/g.

2.2 氮细菌负载材料净化污染地下水规律分析

图3 氮细菌负载材料的生长规律Fig.3 Growth law of nitrogen bacteria loading materials

图水化学因子条件下的去除规律Fig.4 Removal law under condition of

图水化学因子条件下的去除规律Fig.5 Removal law under condition of

图6 Ca2+,Mg2+水化学因子条件下的去除规律Fig.6 Removal law under condition of Ca2+,Mg2+ hydrochemical factors

图7 Fe2+,Mn2+水化学因子条件下的去除规律Fig.7 Removal law under condition of Fe2+,Mn2+ hydrochemical factors

图8 S2-水化学因子条件下的去除规律Fig.8 Removal law under condition of S2- hydrochemical factor

图9 S2-,SO2- 4水化学因子条件下的去除规律Fig.9 Removal law under condition of S2-,SO2- 4hydrochemical factors

2.3 氮细菌负载材料微观结构分析

图10 火山渣及其反应前后负载材料的SEM照片Fig.10 SEM images of scoria and loading materials before and after reaction

火山渣及其反应前后负载材料的SEM照片如图10所示. 由图10可见: 火山渣表面凹凸不平， 表面粗糙， 有较多孔隙； 负载材料反应前微观形态上表面较光滑， 有较多细小突起， 有较清晰的棱角， 负载大量氮细菌； 负载材料反应后表面更平滑， 吸附了大量离子， 细小突起被覆盖.

3 结 论

1) 固定后火山渣上负载的氮细菌生物量约为2.12×107个/g;

4) 负载材料反应后吸附了大量离子， 表面变平滑， 细小突起被覆盖.