用光合细菌生物降解岩溶水中硫酸盐的研究

摘要

岩溶水是一类具有高矿化度、高硬度、高硫酸盐含量的特殊水质，其中主要含有Ca2+、Mg2+、Na+、K+、SO42-等离子，可溶性固体总含量大于1g/L，多呈中性或偏碱性，且带苦涩味。高矿化度、高硬度及高硫酸盐含量的地下岩溶水不经过处理直接排放，就会给生态环境带来一定的危害，同时也影响分布地区的工业生产。
　　小店区位于山西省太原市的南边，属于干旱或半干旱地区，水资源严重缺乏。其地下水质属于岩溶水，其中矿化度、总硬度、SO42-三项指标均高于饮用水标准，不可以直接用于生产和生活。近些年来，由于工业与城市化的迅速发展，所排出的污水和废水较多，地表以及地下水资源污染严重。因此，小店区严重缺水的形势已严重影响到人畜饮用和经济发展。必须处理岩溶水以达到用水要求，不但可以提供丰富的生产和生活用水，而且避免地下水资源的浪费。
　　常规的降低岩溶水含盐量的水处理方法主要是利用物理化学方法。①投加化学药剂法;②离子交换法;③电渗析法;④反渗透法等。但这些方法投资运行成本较高。采用生物方法来降解处理岩溶水的矿化度、硬度和SO42-，具有高效率、低成本、见效快，无二次污染的特点，同时也可以解决传统高矿化度、高硬度及高硫酸盐含量的岩溶水处理中遇到的问题，同时符合当前对环境保护的要求。
　　传统的硫酸盐还原菌处理水中高浓度硫酸盐，硫被还原成为H2S，对反应系统中菌群有一定的抑制作用，且H2S有恶臭且有毒，严重污染大气，若不能妥善处理，将造成二次污染。而光合细菌可以利用多种有机物作为碳源，利用光能进行高产的能量代谢，是处理有机废水常用的微生物之一，应用前景非常广阔。光合细菌适宜的生长温度范围较广，10℃-40℃内均可，且易培养。本身无毒无害，无需稀释，可处理高浓度有机废水，适用于缺水地区，不会在处理水域对人、畜造成毒副作用。光合细菌法以其见效快，前期投资少，可操作性强，无二次污染的特点成为21世纪水处理领域中最耀眼、最具前景的微生物处理法之一，将综合应用于农业、水产、畜牧及新能源的开发和食品工业等领域。
　　本项目主要对太原市小店区地下岩溶水的矿化度、总硬度、硫酸盐进行生物降解处理，从而达到饮用水的标准(250～900mg/L)，即:矿化度降低到1000mg/L以下，总硬度降低到450mg/L以下，硫酸盐降低到250～900mg/L以下。本论文通过选用光合细菌（沼泽红假单胞菌，Rhodopseudanonas palustris;球形红假单胞菌，Rhodopseudomonas sphaeroides以及沼泽红假单胞菌和球形红假单胞菌的混合菌），分别采用单独使用光合细菌处理、加入光合细菌生长所需营养成分处理、用聚合氯化铝絮凝光合细菌处理三种处理方法，对小店区地下岩溶水中的硫酸盐进行厌氧和好氧处理，旨在降低硫酸盐含量，达到饮用水标准。主要内容分为三部分:第一，沼泽红假单胞菌的培养及处理岩溶水;第二，球形红假单胞菌的培养及处理岩溶水;第三，沼泽红假单胞菌和球形红假单胞菌混合菌的培养及处理岩溶水。结果显示:
　　用沼泽红假单胞菌处理岩溶水可以降解岩溶水的硫酸盐，且用聚合氯化铝絮凝沼泽红假单胞菌后在厌氧光照条件下处理效果更好，可以使硫酸盐含量由原来的1999.6mg/L降为720.24mg/L。单独使用沼泽红假单胞菌处理时，当菌液体积比岩溶水体积为1∶3，处理4d时，岩溶水中硫酸盐含量降到最低，且菌密度呈下降趋势;加入沼泽红假单胞菌生长所需的营养成分后，其菌密度随处理时间的延长而增大，水中硫酸盐含量降低;用浓度为0.010mol/L的聚合氯化铝絮凝沼泽红假单胞菌，60min菌体絮凝效果最佳，同时用其处理岩溶水中的硫酸盐效果更好。
　　用球形红假单胞菌处理岩溶水，球形红假单胞菌经培养96h后可以进入对数生长期，培养6天后可用;球形红假单胞菌厌氧和好氧处理岩溶水，测得岩溶水中硫酸盐含量变化不明显;与对照组相比，岩溶水中球形红假单胞菌的菌密度会随着处理时间的增加而增大。
　　用沼泽红假单胞菌和球形红假单胞菌的混合菌处理岩溶水，混合菌厌氧光照条件下可以降解岩溶水的硫酸盐，但未达到饮用水标准，可以使硫酸盐含量由原来的2021.64mg/L降为1211.75mg/L;处理组A组（添加营养成分和絮凝剂絮凝的混合菌）硫酸盐含量值在4d时降到最低值，效果最好。
　　综上所述，选用沼泽红假单胞菌处理岩溶水，效果较好，处理后硫酸盐含量可达到饮用水标准。

目录

摘要

第一章 综述

1 岩溶水

2 岩溶水处理的意义

3 物理化学方法

3．1 化学药剂法

3．2 离子交换法

3．3 电渗析法

3．4 反渗透法

4 生物学方法

5 固定化光合细菌处理岩溶水

6 本课题研究的内容与意义

第二章 沼泽红假单胞菌处理岩溶水

1 材料与方法

1．1 实验材料

1．2 实验方法

2 结果

2．1 沼泽红假单胞菌生长曲线的测定

2．2 沼泽红假单胞菌厌氧处理岩溶水

2．3 沼泽红假单胞菌好氧处理岩溶水

2．4 沼泽红假单胞菌菌密度测定

2．5 在岩溶水中加入沼泽红假单胞茵所需营养成分

2．6 沼泽红假单胞菌的固定化

2．7 絮凝沼泽红假单胞菌处理岩溶水中的硫酸盐

2．8 岩溶水中硫酸盐含量测定

3 讨论

3．1 沼泽红假单胞菌净水机理

3．2 岩溶水中硫酸盐含量的变化

3．3 在岩溶水中添加一定的沼泽红假单胞菌所需营养成分

3．4 固定化沼泽红假单胞菌处理岩溶水

4 结论

第三章 球形红假单胞菌处理岩溶水

1 材料与方法

1．1 实验材料

1．2 实验方法

2 结果

2．1 球形红假单胞菌的生长曲线

2．2 厌氧条件下，球形红假单胞菌处理岩溶水

2．3 好氧条件下，球形红假单胞菌处理岩溶水

2．4 厌氧条件下，球形红假单胞菌菌密度

2．5 好氧条件下，球形红假单胞菌菌密度

3 讨论

4 结论

第四章 沼泽红假单胞菌和球形红假单胞菌混合处理岩溶水

1 材料与方法

1．1 实验材料

1．2 实验方法

2 结果

2．1 沼泽红假单胞菌和球形红假单胞菌混合菌生长曲线的测定

2．2 厌氧条件下，沼泽红假单胞菌和球形红假单胞菌混合菌厌氧处理岩溶水

2．3 厌氧条件下，沼泽红假单胞菌和球形红假单胞菌混合菌菌密度测定

2．4 厌氧条件下，沼泽红假单胞菌和球形红假单胞菌混合处理岩溶水

2．5 岩溶水中硫酸盐含量测定

3 讨论

4 结论

参考文献

攻读学位期间取得的研究成果

致谢

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