摘要
六价铬(Cr(Ⅵ))是工业废水中典型的有毒有害重金属离子，易溶于水，毒性大，氧化性强。当饮用水中的Cr(Ⅵ)浓度大于0.1mg/L时，就可能导致健康损伤，并可能引发多系统的过敏反应和中枢神经系统的紊乱，控制Cr(Ⅵ)污染成为环境治理的迫切问题。厌氧生物还原法治理Cr(Ⅵ)污染成为了研究热点。厌氧生物还原Cr(Ⅵ)是以有机物作为电子供体，Cr(Ⅵ)作为电子受体进行异化呼吸，将Cr(Ⅵ)还原成低毒的Cr(Ⅲ)的过程。但厌氧生物还原Cr(Ⅵ)的方法还存在还原速率低、还原效果不好的问题。现有研究发现腐殖酸(HA)及其模式物蒽醌-2,6-二磺酸钠(AQDS)作为氧化还原介体具有生物催化及电子传递的功能，能够提高厌氧生物还原过程的反应速率和反应效果。本文研究了HA和AQDS介导强化厌氧生物还原Cr(Ⅵ)的效果及硫酸根(SO42-)的影响，考察了厌氧还原菌胞内总铬、活性氧簇(ROS)和还原力NADH/NAD+的含量变化，结合16SrDNA生物测序，分析了HA及AQDS介导强化厌氧生物还原Cr(Ⅵ)的机理。 本文通过添加Cr(Ⅵ)对厌氧污泥进行驯化获得富含铬还原菌的污泥，在此基础上，考察了HA及AQDS对厌氧生物还原Cr(Ⅵ)的影响。结果表明，HA及AQDS对厌氧生物还原Cr(Ⅵ)影响显著，在Cr(Ⅵ)浓度为20mg/L时，HA的最佳投加浓度为40mg/L，AQDS的最佳投加浓度为30mg/L。当分别投加40mg/L的HA及AQDS时，厌氧生物还原Cr(Ⅵ)均较空白组有明显的促进作用，且AQDS的促进作用较HA明显。SO42-浓度为200mg/L时，厌氧生物还原Cr(Ⅵ)会受到明显的抑制，添加40mg/L的HA或AQDS，能够减弱SO42-对厌氧生物还原Cr(Ⅵ)的抑制作用，维持较好的Cr(Ⅵ)还原效果，特别是AQDS实验组72h反应结束后，Cr(Ⅵ)的还原率达到了98.15%。 考察了HA及AQDS对Cr(Ⅵ)还原过程中还原菌胞内总铬、胞内ROS和NADH/NAD+的影响。结果表明：72h反应结束后，添加HA及AQDS的实验组中胞内总铬的含量均较空白组低，并且AQDS组还原菌胞内总铬的含量较HA组更低，HA及AQDS降低了还原菌胞内总铬的积累，降低Cr(Ⅵ)对微生物的毒害作用。Cr(Ⅵ)可以使还原菌胞内产生大量ROS，72h反应结束后，添加HA及AQDS的实验组中胞内ROS均较空白组低，并且AQDS组的胞内ROS的含量较HA组更低，HA及AQDS的投加降低了ROS，减少了其对铬还原菌代谢过程的不利影响。72h反应结束后，添加HA及AQDS的实验组中胞内NADH的含量均较空白组低，且AQDS的作用强于HA，HA及AQDS可以促进电子从NADH转移给胞外的Cr(Ⅵ)，降低细胞内NADH的含量，减少NADH对Cr(Ⅵ)的胞内还原及总铬的积累。 利用16SrDNA测序技术对厌氧生物还原Cr(Ⅵ)的污泥样品进行测序，并对结果进行了OTU聚类分析、Alpha多样性分析、Beta多样性分析及种群结构分析。研究结果表明，添加HA或AQDS的实验组中虽然微生物的多样性稍有下降，但与厌氧生物还原Cr(Ⅵ)相关的功能微生物丰度有所增加。添加HA和AQDS的实验组，微生物种群结构与空白组存在一定的差异，HA及AQDS的实验组中微生物种群结构具有相似性。在门水平上，添加了HA或AQDS的实验组中富含铬还原菌及醌呼吸细菌的变形菌门和放线菌门的丰度增加。在纲水平上，添加了HA及AQDS的实验组中，β-变形菌纲、希瓦氏菌属所属的γ-变形菌纲、δ-变形菌纲所占百分比均有所提高，厚壁菌门中富含铬还原菌的梭菌纲及放线菌门中富含铬还原菌的放线菌纲含量与空白组相比均有所增加。在属水平上，添加HA和AQDS的实验组中，与厌氧生物还原Cr(Ⅵ)相关的功能微生物的丰度都有所提高，与空白组相比，添加腐殖酸的实验组中，希瓦氏菌属、Desulfotomaculum、地杆菌属分别提高了4.0倍、1.1倍、2.8倍；添加AQDS的实验组中，希瓦氏菌属、Desulfotomaculum、地杆菌属分别提高了6.3倍、1.3倍、2.2倍。
NETL