本说明书一个或多个实施例涉及地下水处理技术领域，尤其涉及一种地下水中吡啶与钒的联合去除方法、接种物及应用。
背景技术：
吡啶作为溶剂被广泛应用于各种化工行业，如药品生产、染料生产、农药和除草剂生产、页岩油加工、食品加工和煤炭化，排放到环境中的吡啶难以完全降解，降解过程缓慢，而且危害大。
吡啶常与钒在环境中共存。有报道指出在加拿大的阿萨巴斯卡油砂地区，杂环有机物和钒酸盐在沉积物中同时出现。在该地区附近的用石油焦铺的道路中也检测出吡啶和钒共存。
目前，对环境中的机物和重金属污染各自分别进行处理，处理效率低。
技术实现要素：
本说明书实施例描述了一种地下水中吡啶与钒的联合去除方法、接种物及应用，可以在去除地下水中吡啶的同时，也去除了地下水中的五价钒。
第一方面，本说明书实施例提供了一种基于微生物共代谢的地下水中吡啶与钒的联合去除方法，所述方法包括：将接种物接种到生物反应器中，所述接种物为攀枝花钒污染场地的沉积物；对所述接种物进行驯化；将至少含有五价钒和吡啶的第一合成地下水注入到含有驯化后的所述接种物的生物反应器中，以进行五价钒和吡啶的共去除反应；其中，所述共去除反应至少进行12小时；在所述共去除反应期间，保持所述生物反应器内为厌氧环境，所述生物反应器所处的环境温度为23-27℃。
在一个实施例中，接种物的接种体积和生物反应器的容积的比值为1：5。
在一个实施例中，在所述第一合成地下水中，五价钒的初始浓度为10mg/l，吡啶的初始浓度为10mg/l。
在一个实施例中，所述第一合成地下水还含有第一有机物；所述第一有机物由葡萄糖、乙酸盐、柠檬酸盐和乳酸盐中的一种或多种组成，且所述第一有机物的初始浓度为100mg/lcod。
在一个实施例中，所述第一合成地下水还含有初始浓度为100mg/lcod的葡萄糖。
在一个实施例中，所述共去除反应持续时间为72小时。
在一个实施例中，所述对所述接种物进行驯化包括：向含有所述接种物的生物反应器中，注入第二合成地下水，以进行驯化反应；所述第二合成地下水含有初始浓度为10mg/l的五价钒、初始浓度为10mg/l的吡啶、初始浓度为100mg/lcod的葡萄糖；所述驯化反应持续时间为90天；在所述驯化反应期间，每间隔72小时，更换所述生物反应器中的所述第二合成地下水。
第二方面，本说明书实施例提供了一种用于地下水中吡啶与钒联合去除的接种物的驯化方法，将接种物接种到生物反应器中，所述接种物为攀枝花钒污染场地的沉积物；接种物的接种体积和生物反应器的容积的比值为1：5；向含有所述接种物的生物反应器中，注入第二合成地下水，以进行驯化反应；所述第二合成地下水含有初始浓度为10mg/l的五价钒、初始浓度为10mg/l的吡啶、初始浓度为100mg/lcod的葡萄糖；所述驯化反应持续时间为90天；在所述驯化反应期间，每间隔72小时，更换所述生物反应器中的所述第二合成地下水。
第三方面，本说明书实施例提供了一种由第二方面所述的方法驯化得到的接种物。
第四方面，本说明实施例提供了第三方面所述的接种物在地下水中吡啶与五价钒联合去除中的应用。
本说明书实施例提供的方案采用接种物中的微生物共代谢高效去除水中的吡啶与五价钒，实现了吡啶和五价钒的同时去除，降低了污水处理成本，并且污水处理本身所带来的二次污染小；该方案可以将吡啶降解解毒；还可以将五价钒还原成为可原位沉淀的四价钒，从而将钒从水中去除。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1示出了本说明书实施例提供的生物反应器。
具体实施方式
应理解，本发明的保护范围不局限于下述特定的具体实施方案；还应当理解，本发明实施例中使用的术语是为了描述特定的具体实施方案，而不是为了限制本发明的保护范围；在本发明说明书和权利要求书中，除非文中另外明确指出，单数形式“一个”、“一”和“这个”包括复数形式。
当实施例给出数值范围时，应理解，除非本发明另有说明，每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用。除非另外定义，本发明中使用的所有技术和科学术语与本技术领域技术人员通常理解的意义相同。除实施例中使用的具体方法、设备、材料外，根据本技术领域的技术人员对现有技术的掌握及本发明的记载，还可以使用与本发明实施例中所述的方法、设备、材料相似或等同的现有技术的任何方法、设备和材料来实现本发明。
五价钒(v(v))具有较高的氧化还原电势(eθ＝991mv)，可以作为厌氧吡啶生物降解的替代电子受体，这说明吡啶厌氧氧化与钒还原是可以耦合的。基于此，本说明书提供了一种基于微生物共代谢的地下水中吡啶与五价钒的联合去除方法。
接下来，结合具体实施例对本发明实施例的技术方案进行具体地说明。
实施例1、微生物共代谢联合去除地下水中吡啶和五价钒的可行性研究
取6个100ml的血清瓶用锡箔纸覆盖作为生物反应器。其中，制备的生物反应器可以如图1所示。用锡箔纸避光以模拟地下水环境。
所有生物反应器中均接种20ml采集自攀枝花钒污染场地的沉积物作为接种污泥。接种污泥也可以称为接种物或接种体。
将不同组分的合成地下水注入生物反应器中，使其充满瓶身并用橡胶塞密封瓶口以保持厌氧条件。具体实验过程为，将合成地下水完全倒满瓶子，用注射器插入瓶塞将多余废水吸出，保证完全厌氧环境。不同合成地下水的组分如表1所示。
表1
将所有生物反应器置于25±2℃下培养。设置72小时为一个反应周期，一个周期结束后更换新的合成地下水。连续运行反应器30个周期，直至各反应器中吡啶和v(v)去除效果稳定。其中，去除效果稳定是指相邻的两个反应周期的去除效果相同或者差异不明显。
之后同时运行所有反应器1个周期，周期结束时从每个反应器中抽取10ml溶液(取样过程用注射器打入少量氮气利用气压差取样品检测)，通过高效液相色谱法(highperformanceliquidchromatography，hplc)定量检测吡啶浓度，使用紫外-可见光(uv-vis)分光光度法检测五价钒的浓度。结果如表2所示。
表2
从表2可知，pyr-v反应器中运行72小时内pyr和五价钒的去除效率分别为94.8和51.2％；当体系中添加葡萄糖时，在pyr-v-g体系中，一个周期结束，pyr和五价钒的去除效率达到91.0和84.5％。添加葡萄糖有效的促进了五价钒的降解。而吡啶由于和葡萄糖均为电子供体，存在竞争关系，微生物优先利用葡萄糖，导致去除效率有所下降。在pyr-g反应器中，吡啶在72小时内去除率达到88.0％，表明吡啶和葡萄糖在微生物的作用下发生了共代谢降解。在v-g反应器中，一个周期内五价钒被很好地去除，达到93.0％的去除效率。同时，在对照组中，在只添加了吡啶和五价钒的反应器中，吡啶的浓度在72小时内几乎保持不变(未示出)，五价钒浓度略有下降(未示出)，表明吡啶在正常情况下难被微生物降解，且五价钒生物还原需要电子供体。
实施例2、碳源筛选
准备4个100ml的血清瓶瓶用锡箔纸覆盖，每个血清瓶中分别加入浓度为100mg/lcod的葡萄糖，乙酸盐，柠檬酸盐和乳酸盐，以及20ml接种沉积物，同时向各个反应器中添加含有浓度为10mg/l吡啶和10mg/l五价钒的合成地下水，使溶液充满反应器并密封瓶口以保持厌氧条件。将所有反应器置于25±2℃下培养。72小时为一个反应周期，连续运行反应器30个周期，直至吡啶和v(v)去除效果稳定。
之后同时运行所有反应器1个周期，周期结束时从每个反应器中抽取10ml溶液检测其中吡啶和五价钒的浓度。结果如表3所示。
表3
从表3可知，在反应72小时后，添加葡萄糖，乙酸盐，柠檬酸盐和乳酸盐的反应器中，吡啶的去除效率分别达到96.4、97.0、92.8、88.6％，五价钒的去除效率分别为92.9、92.1、76.9、85.9％，去除速率分别为0.134、0.135、0.129、0.123mg/l·h和0.129、0.128、0.107、0.119mg/l·h。结果表明葡萄糖相比于其他有机碳源支持微生物去除效果最好，因此确定葡萄糖作为支持吡啶和五价钒共代谢体系的最优碳源。
实施例3、代谢产物、菌群结构分析
将攀枝花钒污染场地的沉积物作为接种物添加到生物反应器中，100mg/lcod的葡萄糖作为最优共代谢基质，用含有10mg/l吡啶和10mg/l五价钒的合成地下水驯化初始污泥，经过90天的驯化，该生物反应器可在72小时内将吡啶和钒分别降低91.0％和84.5％。对驯化后的接种物进行微生物群落，代谢物分析，结果表明，与吡啶(pyr)相关的降解菌属如pseudomonas，geobacter，syntrophus和syntrophorhabdus在pyr-v-g和pyr-v反应器中富集，其丰度均比驯化前显著提高。同时与五价钒还原相关的细胞色素c含量在pyr-v-g中，相对于原始接种的攀枝花钒污染场地的沉积物来说有显著的提高。此外，胞外聚合物(eps)含量在pyr-v-g中含量高于原始接种物(驯化前的攀枝花钒污染场地的沉积物)，表明微生物在以葡萄糖为共代谢机制下更好的降解吡啶和五价钒。x射线光电子能谱(xps)结果表明，v-g、pyr-v与pyr-v-g中的五价钒还原为四价钒，以vo(oh)2形式存在。在72h反应周期内，pyr-g、pyr-v-g和pyr-v的总有机碳(toc)的去除率分别为34.4％，64.4％和19.1％，去除速率分别为0.472mg/l·h，0.880mg/l·h和0.124mg/l·h，pyr被降解开环产生氨氮。吡啶-葡萄糖体系、吡啶-钒体系与吡啶-葡萄糖-钒的氨氮产量分别为0.177mg/l·h、0.389mg/l·h、0.233mg/l·h。100mg/lcod的葡萄糖作为共代谢基质，微生物降解吡啶和五价钒，有效的治理吡啶和五价钒污染的地下水。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
技术特征：
1.一种基于微生物共代谢的地下水中吡啶与钒的联合去除方法，其特征在于，所述方法包括：
将接种物接种到生物反应器中，所述接种物为攀枝花钒污染场地的沉积物；
对所述接种物进行驯化；
将至少含有五价钒和吡啶的第一合成地下水注入到含有驯化后的所述接种物的生物反应器中，以进行五价钒和吡啶的共去除反应；
其中，所述共去除反应至少进行12小时；在所述共去除反应期间，保持所述生物反应器内为厌氧环境，所述生物反应器所处的环境温度为23-27℃。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，接种物的接种体积和生物反应器的容积的比值为1：5。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述第一合成地下水中，五价钒的初始浓度为10mg/l，吡啶的初始浓度为10mg/l。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一合成地下水还含有第一有机物；所述第一有机物由葡萄糖、乙酸盐、柠檬酸盐和乳酸盐中的一种或多种组成，且所述第一有机物的初始浓度为100mg/lcod。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一合成地下水还含有初始浓度为100mg/lcod的葡萄糖。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述共去除反应持续时间为72小时。
7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述对所述接种物进行驯化包括：
向含有所述接种物的生物反应器中，注入第二合成地下水，以进行驯化反应；所述第二合成地下水含有初始浓度为10mg/l的五价钒、初始浓度为10mg/l的吡啶、初始浓度为100mg/lcod的葡萄糖；
所述驯化反应持续时间为90天；在所述驯化反应期间，每间隔72小时，更换所述生物反应器中的所述第二合成地下水。
8.一种用于地下水中吡啶与钒联合去除的接种物的驯化方法，其特征在于，
将接种物接种到生物反应器中，所述接种物为攀枝花钒污染场地的沉积物；接种物的接种体积和生物反应器的容积的比值为1：5；
向含有所述接种物的生物反应器中，注入第二合成地下水，以进行驯化反应；所述第二合成地下水含有初始浓度为10mg/l的五价钒、初始浓度为10mg/l的吡啶、初始浓度为100mg/lcod的葡萄糖；
所述驯化反应持续时间为90天；在所述驯化反应期间，每间隔72小时，更换所述生物反应器中的所述第二合成地下水。
9.一种由权利要求8所述的方法驯化得到的接种物。
10.权利要求9所述的接种物在地下水中吡啶与五价钒联合去除中的应用。
技术总结
本说明书实施例提供了一种地下水中吡啶与钒的联合去除方法、接种物及应用，该方法包括：将接种物接种到生物反应器中，所述接种物为攀枝花钒污染场地的沉积物；对所述接种物进行驯化；将至少含有五价钒和吡啶的第一合成地下水注入到含有驯化后的所述接种物的生物反应器中，以进行五价钒和吡啶的共去除反应；其中，所述共去除反应至少进行12小时；在所述共去除反应期间，保持所述生物反应器内为厌氧环境，所述生物反应器所处的环境温度为23‑27℃。
技术开发人、权利持有人：张宝刚;李宗岩;石嘉鑫
