不同含铁体系对水中硝酸盐与环丙沙星的降解研究

摘要

随着社会发展，工业化水平提高，人类对水资源的需求越来越大。与此同时，由于不合理的利用水资源，造成水源浪费严重与水污染现象日益加剧。水中污染物种类繁多，本文选取了地下水中常见的污染物硝酸盐以及抗菌剂环丙沙星进行了研究。
　　首先，对Fe2+促进Fe0进行硝酸盐还原机理进行探讨，发现:单独Fe0和Fe2+在中性条件下还原NO3-的效果都不理想，而将两者结合起来后显著提高了NO3-的还原效率;其还原中间产物为NO2-，而最终产物以NH4+-N为主;反应中电子主要来源于Fe0。随着Fe2+初始浓度的升高，NO3还原速率明显加快;Fe2+减少与NO3-还原有明显的相关性。Fe2+消耗殆尽，NO3-还原速率明显降低;NO3-还原停止，Fe2+不再减少。Fe2+强化Fe0还原NO3-是一个发生在铁粉表面的反应;对不同硝酸盐初始浓度数据进行线性拟合，分析发现该反应更接近零级反应;Fe2+的加入使Fe0表面加快生成了Fe3O4，加速了Fe0表面的给电子过程，从而强化了NO3-的还原。另外，对影响反应体系的因素进行研究显示:适当提高铁粉的加入量，Fe2+的初始浓度，相对偏中性的条件有利于反应的进行。
　　其次，研究了微生物协同零价铁降解硝酸盐的实验，首先从配水管网的管垢中对微生物进行富集分离，并进行DNA提取，PCR扩增，而后进行测序以确定菌种类别;然后分别对已分离的3种微生物纯菌种（SYQ-6，GSM-8，LF-7）与铁粉结合去除硝酸盐进行研究，结果表明:与SYQ-6，GSM-8相比，LF-7菌种对硝酸盐的降解有一定的效果，产物主要为亚硝酸盐;与铁粉结合后，最终转化产物中没有检测到铵根，反应过程中总氮在不断减小，可能转化为了含氮的其他气体。反应体系中乙酸盐几乎无明显变化，推测LF-7菌种可能是铁氧化硝酸盐还原自养菌，有待于进一步确定;反应后体系pH值维持在10左右。
　　最后，对模拟管网中少量环丙沙星进行探究，初始阶段以加氯消毒的超纯水作为模拟管网的进水对环丙沙星进行了探索研究，结果显示:模拟管网对环丙沙星有一定的降解能力;反应过程中次氯酸根在不断减小。腐蚀铁片，微生物还是次氯酸根的作用还有待进一步证实。由于模拟管网对环丙沙星转化有一定的效果，随后取自来水厂的碳后滤水代替超纯水作为模拟管网的进水进行研究。对环丙沙星及转化产物进行液相色谱分析发现:在初始环丙沙星加入量一定的情况下，以自来水厂的碳后滤水为进水的模拟管网环丙沙星峰面积略高，可能是碳后滤水中含有少量环丙沙星或者环丙沙星的前驱物;两组不同介质的模拟管网转化产物应属于同一种物质，具体产物结构有待于进一步证实。液相---质谱分析表明，超纯水作为进水的模拟管网与碳后滤水作为进水的模拟管网主要生成了质荷比(m/z)为263、306的产物;后者还产生了m/z=334的峰，而且含量较前者变化明显。此外，对实验过程中DOC及三维荧光进行监测，发现随着反应的进行，反应体系逐渐稳定。对环丙沙星降解前后管垢组成及微生物抗药基因进行测定，XRD的结果显示以碳后滤水为进水的模拟管网外层的管垢中Fe3O4量减少，内层无变化;16S rRNA以及微生物抗药基因的分析表明环丙沙星转化产物使水体微生物量减少，抗药基因在生物膜中减少，管垢中增加。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 水污染的现状、来源与危害

1．1．1 水污染现状

1．1．2 水污染来源与危害

1．2 水中硝酸盐污染与治理

1．2．1 硝酸盐的污染

1．2．2 当前硝酸盐治理的技术手段及方法

1．3 水中少量环丙沙星的污染与治理

1．3．1 水中环丙沙星的污染与潜在危害

1．3．2 环丙沙星的测定方法与治理技术

1．4 含铁物种的特点以及在水污染治理中的应用

1．4．1 Fe0对污染物的降解

1．4．2 Fe0与其他手段结合在水污染中的应用

1．5 研究内容与技术路线

1．5．1 研究内容

1．5．2 研究目的

第二章 Fe2+促进Fe0降解硝酸盐实验研究

2．1 实验材料与方法

2．1．1 实验药品与所有仪器

2．1．2 实验方法

2．1．3 分析方法

2．2 降解实验影响因素研究

2．2．1 不同铁物种条件下NO3-的还原

2．2．2 Fe2+初始浓度的影响

2．2．3 Fe0投加量的影响

2．2．4 pH值的影响

2．2．5 硝酸盐初始浓度的影响

2．3 溶液中Fe2+促进Fe0降解硝酸盐机理研究

2．4 本章小结

第三章 微生物耦合铁体系降解硝酸盐实验研究

3．1 微生物的分离与鉴定

3．1．1 培养基的组成以及微生物的分离

3．1．2 微生物细胞DNA的提取扩增以及鉴定

3．2 微生物与不同铁物种的联合降解实验

3．2．1 SYQ---6与不同铁物种降解硝酸盐实验探索

3．2．2 GSM---8与不同铁物种降解硝酸盐实验探索

3．2．3 LF---7菌种与不同铁物种降解硝酸盐实验探索

3．3 实验小结

第四章 模拟管网中环丙沙星降解研究

4．1 材料与方法

4．1．1 实验仪器与试剂

4．1．2 固相萃取程序

4．1．3 色谱分析条件

4．1．4 荧光分析条件

4．2 实验装置与方法

4．2．1 实验装置

4．2．2 环丙沙星降解实验

4．3 结果与讨论

4．3．1 超纯水作为进水的模拟管网中环丙沙星降解探索

4．3．2 自来水厂碳后过滤水作为进水的模拟管网中环丙沙星降解

4．3．3 转化产物对管垢组成及微生物的影响

4．4 本章小结

第五章 结论与建议

5．1 结论与建议

参考文献

致谢

作者简介