胞外聚合物和廢水中Cr(Ⅵ)的相互作用及對(duì)其厭氧生物還原的影響.pdf

1、2014年工業(yè)廢水中總鉻（Cr）的排放量為131.8噸，已經(jīng)超過砷、鉛等成為排放量最大的重金屬污染物。尤其是Cr(Ⅵ)具有高毒性，其毒性是Cr(Ⅲ)的100倍以上，對(duì)環(huán)境有重大的危害。物理、化學(xué)和生物方法能夠?qū)崿F(xiàn)Cr(Ⅵ)的去除，與物理化學(xué)相比，生物還原法是一種成本低廉的，綠色環(huán)保的Cr(Ⅵ)去除方法。在Cr(Ⅵ)生物處理的過程中，微生物能夠?qū)r(Ⅵ)還原，但Cr(Ⅵ)對(duì)微生物有毒害作用，同時(shí)對(duì)共存有機(jī)物和NO3--N的去除有抑制作用

2、。另外，微生物胞外聚合物（EPS）能夠促進(jìn) Cr(Ⅵ)的還原；產(chǎn)生的Cr(Ⅲ)可以形成沉淀或者與EPS形成有機(jī)鉻復(fù)合物，排放到環(huán)境中的有機(jī)Cr(Ⅲ)絡(luò)合物會(huì)造成二次污染。針對(duì)以上問題，本文用厭氧反應(yīng)器研究EPS與Cr(Ⅵ)的相互作用、鉻在污泥中的存在形態(tài)及Cr(Ⅵ)厭氧生物還原機(jī)理。
　　本文首先考察了Cr(Ⅵ)對(duì)活性污泥的抑制作用，即不同Cr(Ⅵ)濃度條件下對(duì)CODCr去除率、NO3--N去除率以及NO3--N還原酶活性和電子傳

3、遞活性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著Cr(VI)濃度的升高，Cr(Ⅵ)對(duì)厭氧活性污泥活性的抑制作用逐漸增強(qiáng)，而且抑制作用是不可逆的。利用線性和指數(shù)方程對(duì)Cr(Ⅵ)對(duì)CODCr和NO3--N的抑制率進(jìn)行擬合，得到半抑制濃度為11.45 mg/L。實(shí)驗(yàn)同時(shí)表明，污泥胞間是Cr(Ⅵ)還原的主要場(chǎng)所，超過88.5%的Cr(Ⅲ)都分布胞間。
　　進(jìn)一步用厭氧反應(yīng)器來考察 Cr(Ⅵ)對(duì)厭氧反應(yīng)器性能的影響。通過緩慢提高進(jìn)水Cr(Ⅵ)濃度，對(duì)厭氧污

4、泥進(jìn)行馴化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，低濃度Cr(Ⅵ)（0-80 mg/L）對(duì)反應(yīng)器的性能沒有很大的影響；但高濃度Cr(Ⅵ)（80-120 mg/L）對(duì)反應(yīng)器性能產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。當(dāng)進(jìn)水Cr(Ⅵ)濃度為120 mg/L時(shí)，與進(jìn)水Cr(Ⅵ)濃度為80 mg/L時(shí)相比，CODCr的去除率從81.5%降低到73.9%，NO3--N的去除率從89.2%降低到76.5%；同時(shí)，出水中有NO2--N的積累，達(dá)到6.1 mg/L；此外，Cr(Ⅵ)的去除率由96.

5、5%降低至74.8%，出水中的Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)的濃度也分別升高至30.2和5.1 mg/L。在整個(gè)反應(yīng)過程中，至少97.7%產(chǎn)生 Cr(Ⅲ)都被固定在活性污泥中，僅有極少部分的 Cr(Ⅲ)以有機(jī)鉻形式排出。微生物菌群分析證實(shí)了大多數(shù)菌群多樣性和豐度隨Cr(Ⅵ)濃度升高而逐漸降低。
　　形貌分析表明污泥中的Cr主要是以Cr(Ⅲ)的形式存在，Cr(Ⅲ)沉淀大量分布在活性污泥表面。另外，隨著Cr(Ⅵ)濃度由0增加至50 mg/L，

6、Cr(Ⅵ)濃度的增加促進(jìn)了EPS的產(chǎn)生，EPS的量從231.42增加至1262.90 mg/gVSS，當(dāng)Cr(Ⅵ)濃度的增加至120 mg/L時(shí)，EPS的量降至452.85 mg/gVSS。在整個(gè)過程中，蛋白的量大于多糖的量。隨著Cr(Ⅵ)濃度的增加，EPS的三維熒光光譜中的特征峰發(fā)生了偏移，這表明EPS組分的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化。同時(shí)Cr(Ⅵ)濃度的增加引起3400 cm-1，1640 cm-1，1400 cm-1和1100 cm-1波峰區(qū)

7、域發(fā)生偏移，這表明羥基、羧基和氨基等基團(tuán)發(fā)生改變以適應(yīng)更高濃度的Cr(Ⅵ)?；钚猿煞謱?shí)驗(yàn)結(jié)果證明，EPS和營養(yǎng)液沒有還原Cr(Ⅵ)的能力；厭氧污泥還原Cr(Ⅵ)是酶介導(dǎo)，膜結(jié)合的還原酶在Cr(VI)還原過程中起主要作用。EPS和Cr的相互分析表明只有Cr(Ⅵ)能與EPS形成相互作用。蛋白類和腐殖酸類物質(zhì)是EPS與Cr(Ⅵ)絡(luò)合的主要成分；Cr(Ⅵ)與蛋白類物質(zhì)和腐殖酸類物質(zhì)的絡(luò)合系數(shù)ksv分別為2.817×104（R2=0.9594）和