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--> --> --> 随着矿区农业、采矿业以及化工生产业的不断发展，污染物不断地排放，导致矿区地区浅层地下水不同程度的污染[1-3]。监测显示，某矿区地下水中超标的污染物有重金属Cr、阴离子硫酸盐还原菌(SRB)价格低廉，是去除重金属离子非常有效的方法之一。董慧等[11]利用SRB去除矿山废水中污染物，在进水pH为3.0、水温为26~27 ℃、进水Fe2+的质量度低于450 mg·L?1、mCOD/m硫酸根离子>2.0的条件下，
该矿区地下水污染成分复杂，单一杂化材料无法使出水Cr(Ⅵ)、
1.1. 硫酸盐还原菌的富集、分离与鉴定
实验所用菌株取自阜新市皮革园区生化池。以乙醇为碳源、按5%接种量接入菌株进行富集培养，直至其适应新碳源环境，并能够大量繁殖；采用叠皿夹层培养法对菌株进行纯化分离，直至得到形态单一菌落，将其继续培养即得到纯化的菌株；对菌株分别进行革兰氏染色、芽孢染色、在1 600倍油镜下镜检观察；将菌株置于2份等量的浅层液体培养基中培养：1份进行摇床振荡好氧培养，1份在液体培养基液面滴加石蜡油置于厌氧培养箱中进行厌氧培养。3 d后分别进行基因测序，并利用透射电镜在放大30 000倍条件下进行镜检观察。1.2. 纳米ZrO2-聚丙烯酰胺杂化材料制备
室温下，称取2 g氧氯化锆，溶于200 mL质量分数为95%的乙醇溶液中，ZrOCl2在乙醇溶液中进行水解和缩聚反应，反应如式(1)和式(2)所示。在得到无色透明的纳米二氧化锆明胶后，向200 mL溶胶中加入0.6 g丙烯酰胺单体、0.05 g亚硫酸氢钠和过硫酸钾作为引发剂，将混合溶液充分搅拌均匀，在25 ℃下，进行聚合反应30 min，得到纳米ZrO2-聚丙烯酰胺无机-有机杂化材料。
1.3. 硫酸盐还原菌的固定化
称取质量分数为2.5%的海藻酸钠于300 mL蒸馏水中，充分溶胀后，加入200 mL纳米ZrO2-聚丙烯酰胺杂化材料混匀溶解，密封并于室温下存放8~12 h，再向混合溶液中加入质量分数为2.5%的制孔剂聚乙二醇以及100 mL经驯化培养后处于对数期生长的菌液(平板计数法得到菌液对数期的菌密度为3×108个·mL?1)，充分混合、搅拌均匀后，利用注射器滴入到pH=6的2%CaCl2饱和硼酸溶液中，期间利用搅拌器以100 r·min?1的搅拌速率进行交联。4 h后取出颗粒，用0.9%生理盐水进行冲洗，再吸干表面水分，重复3遍。在小球使用前，再放入富集培养基中激活12 h。1)机械强度测试。将固定化细菌颗粒放于100 mL的玻璃注射器中，向玻璃注射器施加一定的压力，观察颗粒的破损情况；同时，用手捏固定好的细菌颗粒，根据整个过程细菌颗粒的变化情况来描述其机械强度，从颗粒的硬度以及弹性对其进行强度分级：当颗粒较软时，认为其强度等级较差；当颗粒具有一定的硬度、弹性较差时，认为其强度等级中等；当颗粒具有一定的硬度且弹性好时，认为其强度等级良好；当颗粒硬度大且易碎时，认为其强度等级为优。
2)传质性能测试。将固定化的细菌颗粒加入到一定量的滴有墨水的蒸馏水中，2 h后取出，观察颗粒颜色进入颗粒的深度，与未加入墨水的固定化颗粒进行对比，确定其传质性能，传质性能分级如下：当颗粒仅有表面变黑且颜色较浅时，认为其传质能力较差；当距离颗粒中心约1/2处变黑且颜色较深时，认为其传质能力中等；当颗粒中心变黑、颜色较浅时，认为其传质能力良好；当颗粒中心变黑、颜色较深时，认为其传质能力为优。
3)成球性能测试。根据固定化过程肉眼判断成球状况的规则性，根据颗粒成球的黏连性判断颗粒的成球性能。成球性能分级如下：当难于成球、黏连严重时，认为其成球性能较差；当成球的形状不规则、部分黏连时，认为其成球性能中等；当成球形状规则、部分黏连时，认为其成球性能良好；当成球形状规则、无黏连时，认为其成球性能为优。
4)细菌活性测试。取一定量的细菌颗粒，置于上述配置的细菌富集培养基中，并向培养基中加入浓度为500 mg·L?1的
1.4. 动态实验
设计6组直径为50 mm、高为50 cm、总容积为0.98 L的动态柱，底部0~3 cm填有进水炉渣含水层，含水层以上30 cm填充反应层，反应层以上设有3 cm炉渣过滤层，如图1所示。1#柱反应层采用纳米ZrO2-SRB颗粒，颗粒中包含200 mL杂化材料和100 mL菌液，进水水力负荷为2.935 m3·(m2·d)?1，进水成分近似模拟该地区地下水的成分：5 mg·L?1 F?、10 mg·L?1 Cr(Ⅵ)、10 mg·L?1 Cr(Ⅲ)、500 mg·L?1
1.5. 再生实验
利用0.1 mol·L?1 HCl、0.2 mol·L?1乙醇和质量分数为2.5%硫脲作为洗脱液，将吸附污染离子后的纳米ZrO2-SRB颗粒加入50 mL洗脱液，并在35 ℃下180 r·min?1下振荡处理60 min，再放入富集培养基中激活12 h。脱附完成后，再次进行吸附，如此吸附-脱附重复3次，并计算每次再生后颗粒对Cr(Ⅵ)、Cr(Ⅲ)、1.6. 测定方法
pH采用玻璃电极法测定；Cr(Ⅵ)采用二苯碳酰二肼分光光度法测定；Cr(Ⅲ)采用高锰酸钾氧化-二苯碳酰二肼分光光度法测定；2.1. 硫酸盐还原菌的鉴定结果与分析
1 600倍油镜下镜检SRB的革兰氏染色、经番红复染的芽孢染色、SRB透射电镜放大30 000倍的检测结果如图2所示。由图2(a)可看出，经革兰氏染色后，SRB被染为红色，初步判断该菌株呈阴性；由图2(b)可看出，经番红复染后被染为红色，说明该菌株无芽孢；由图2(c)可明显看出，该菌株呈杆状，且具有鞭毛。
好氧和厌氧条件下培养的菌株经DNA测序后，测序结果相同，说明该菌株生化类型为兼性厌氧型。基因测序以及BLAST基因库比对、序列同源性分析如表1所示，可看出，该兼性厌氧菌与Citrobacter amalonaticus TB10的相似性最高，相似度达99.93%，说明该菌株与Citrobacter amalonaticus TB10属于同一性质的菌株，均为柠檬酸性杆菌。并利用MEGA 6.0软件得到所测菌株序列与其他物质的亲缘关系；得到的进化树结果如图3所示。
2.2. 纳米ZrO2-聚丙烯酰胺杂化材料的结构表征分析
将制得的纳米ZrO2-聚丙烯酰胺杂化材料在60 ℃条件下烘干，采用SEM在放大倍数为5 000倍下观察其表观结构，并进行EDS能谱和FT-IR红外光谱分析，结果如图4所示。可以看出，纳米ZrO2-聚丙烯酰胺杂化材料表面孔隙明显，质地均匀，分散性较好；主要含N—H、C—H、C=O、C—N、Zr—O—Zr特征峰，说明杂化材料中既有有机物吸收峰又有无机物吸收峰，由此可见，ZrO2与聚丙烯酰胺间是通过共价键连接。
2.3. 纳米ZrO2-SRB颗粒的性能测试
固定化细菌颗粒如图5所示。通过对其做系列性能分析后，发现其在成球过程中形状规则且无黏连，说明其成球性好；在玻璃注射器中施加一定的压力后不易破损，压力增大，破损程度增大，说明其具有一定的硬度、弹性较好；将其加入到滴有墨水的蒸馏水中，2 h取出后发现其中心颜色变黑，且颜色较深，说明其传质性能良好；将其放于培养基中一段时间后，发现培养基颜色变深，且有黑色沉淀生成，会产生一种臭鸡蛋气味的气体产生，此时测定硫酸根的去除率为69.9%，说明其活性良好。
2.4. 动态实验结果分析
6个动态柱的出水情况如图6~图11所示。对比1#、2#动态柱出水情况，可以看出，在SRB和杂化材料投加量相同条件下，纳米ZrO2-SRB颗粒反应层对Cr(Ⅵ)、Cr(Ⅲ)、
对比1#、3#、4#动态柱的出水情况，可以看出，不同进水水力负荷均不会影响到纳米ZrO2-SRB颗粒对Cr(Ⅵ)、Cr(Ⅲ)、
对比1#、5#、6# 3个动态柱内的出水情况，可以看出，当Cr(Ⅵ)的浓度增加到50 mg·L?1时，纳米ZrO2-SRB颗粒对Cr(Ⅵ)的最大去除率仍然可维持在99.7%，但在初始1~3 d时，由于SRB的活性较低，5#动态柱出水中Cr(Ⅵ)的去除率仅为62.3%，相比于1#动态柱去除率91.8%，明显有所下降。这说明纳米ZrO2对高浓度Cr(Ⅵ)的选择吸附性较低，但是靠SRB对Cr(Ⅵ)的还原作用仍然可使出水浓度维持在较佳水平，且当Cr(Ⅵ)浓度增大后，不会影响到纳米ZrO2对F?和Cr(Ⅲ)的吸附效果，但对
2.5. 吸附再生实验结果分析
纳米ZrO2-SRB颗粒经过0、1、2、3次脱附再生后，对Cr(Ⅵ)、Cr(Ⅲ)、
2.6. 纳米ZrO2-SRB颗粒处理铬和氟污染地下水的机理分析
1)微观结构表征。将包埋后得到的纳米ZrO2-SRB颗粒和处理不含Cr(Ⅲ)的污染地下水后得到的颗粒分别在60 ℃条件下烘干，采用SEM在放大倍数为2 000倍下观察材料的表观结构和XRD分析，结果如图13所示。可以看出，处理污染物前，细菌颗粒呈现明显的微球状，孔道通畅，表面较为光滑，主要含有的成分是ZrO2和一种有机物CH4N2O·C2H2O4。吸附处理污染水后的细菌颗粒形状变得不为明显，且表面变得粗糙，出现大量的凸形褶皱；处理污染水后的颗粒成分主要有C、O、Zr、S、H、Cr、F等元素；处理不含Cr(Ⅲ)的污水后，出现了ZrCr2H10、C6Cr2O12、ZrS0.67、ZrO0.67F2、Cr(OH)3新物质，Cr最终以Cr(Ⅵ)和Cr(Ⅲ)形式存在，说明SRB可将溶液中的
2)等温吸附实验。取100 mL含10 mg·L?1 Cr(Ⅵ)、10 mg·L?1 Cr(Ⅲ)、5 mg·L?1 F?、500 mg·L?1
Langmuir和Freundlich模型的方程式分别如式(3)和式(4)所示。
式中：
F?、Cr(Ⅵ)、Cr(Ⅲ)、
2)结构表征结果表明：纳米ZrO2-SRB颗粒处理污染物后出现大量凸形褶皱，且颗粒组成中出现S、Cr、F元素。
3)纳米ZrO2-SRB颗粒处理污染物的机理为：SRB对Cr(Ⅵ)、
4) 0.1 mol·L?1 HCl、0.2 mol·L?1乙醇、质量分数为2.5%硫脲和培养基的活化共同作用对于纳米ZrO2-SRB颗粒的再生具有良好的效果。
参考文献
