大肠杆菌在土壤中迁移的滞留机制

作     者：王伟荔 

作者单位：天津理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：汪志荣

授予年度：2014年

学科分类：082803[工学-农业生物环境与能源工程] 07[理学] 08[工学] 0828[工学-农业工程] 0713[理学-生态学] 

主      题：大肠杆菌 石英砂 吸附 解吸 过滤 滞留机制 

摘      要：微生物在土壤中的迁移行为是土壤和地下水污染、生物法修复污染土壤和地下水过程中的关键性问题之一。清楚了解微生物在土壤中的迁移行为和迁移机理，不仅可以对特定区域土壤和地下水可能受到的微生物污染状况起到指示作用，为地下水保护和污染管理提供有利依据;也可以为判断修复微生物能否达到受污染区域或污染源提供理论基础，进而指导土壤和地下水的修复工作。 本文选择五种粒径的石英砂（351、319、217、71、27μm）以及常用的指示微生物大肠杆菌作为研究对象，采用平衡吸附实验以及土柱迁移实验，就土壤质地对微生物在土壤中滞留行为的影响进行了详细的研究。 经过对比实验和分析表明，在本文所研究的粒径范围内，静态平衡吸附实验中宜采用静置法将未被吸附的大肠杆菌与石英砂分离。吸附-解吸实验结果表明，石英砂对大肠杆菌具有很强的吸附能力，当菌液初始浓度为109cfu/mL时，吸附比例可达到95%以上，且随着石英砂粒径的减小，吸附量逐渐增大，吸附反应也更快地达到平衡。但大肠杆菌在石英砂上的解吸作用很小，虽然随石英砂粒径的增大而增大，但最大仅为3.6%。大肠杆菌在石英砂上的解吸存在明显的滞后现象，这说明在石英砂与大肠杆菌的吸附过程中存在不可逆吸附。 石英砂对大肠杆菌吸附和解吸动力学过程都可以采用拟二级动力学模型描述;而等温吸附可用Henry方程描述。吸附和解吸过程中，石英砂的平均粒径、物理性粘粒含量与物理性砂粒含量的比值均与Henry方程和拟二级动力学模型的参数具备一定的相关性，说明大肠杆菌的吸附和解吸明显依赖于土壤的粒径大小。 土柱迁移实验中，大肠杆菌在石英砂中的滞留量非常大，小粒径的石英砂中的滞留量甚至可达到90%以上。大肠杆菌在石英砂中的穿透曲线均能用Boltzmann方程描述，其参数表明在粒径为351、319μm石英砂中大肠杆菌可能实现完全穿透，而在其余三种石英砂中很难达到完全穿透。 正向洗提实验结果表明，大肠杆菌的可逆吸附引起菌的滞留量非常小。这也证实了静态吸附实验关于大肠杆菌在土壤中具有明显不可逆吸附的结论。逆向洗提实验和大肠杆菌在土柱中分层分布的综合结果表明，大肠杆菌在石英砂表层会形成过滤菌层并逐渐增厚，即形成明显“cake层（本文定义为“结皮）;逆向洗提虽不能反映土壤对大肠杆菌的过滤作用，但却能够反映土壤表层的大肠杆菌“结皮的稳定性，这种稳定性是由于过滤和吸附共同作用的结果。 大肠杆菌在石英砂中的迁移实验表明，过滤作用是大肠杆菌与土壤接触的重要机制，其在土壤中引起的滞留作用远大于吸附作用，而这种过滤严重取决于土壤颗粒的几何尺寸。同时，吸附作用在过滤作用的基础上，使得微生物保持在过滤层附近，强化了整体的滞留量。这是在粒径影响下，大肠杆菌在土壤中迁移过程中的滞留机理。