工业过程如皮革鞣制、电镀、印染等工艺排放的废水中含有大量六价铬Cr(VI),不达标排放将对周围生态环境及人体健康造成潜在威胁。而铬具有重要的工业价值,我国铬铁矿储备有限,绝大部分的铬来源依靠进口。因此,开发一种高效去除废水中Cr(VI)的方法并探讨铬资源的回收潜力具有重要意义。本研究以反硝化生物膜系统为对象,采用批式试验考察了不同初始浓度Cr(Ⅵ)、NO3--N、NO2--N对反硝化生物膜系统去除废水中Cr(Ⅵ)的影响;利用长期运行的反硝化生物膜反应器研究了不同进水策略下废水中Cr(Ⅵ)的还原性能及回收潜力;通过16SrRNA基因与宏基因组高通量测序分析了Cr(Ⅵ)去除过程中微生物群落结构演变及相关功能基因的表达。 在反硝化生物膜的Cr(VI)还原性能研究试验中,培养完成的反硝化生物膜具备去除废水中Cr(VI)(5~70mgCr/L)的能力。降解初期,NO3-与NO2-会对Cr(VI)的生物吸附产生明显影响。降解中后期,适量的初始NO3--N浓度会促进Cr(VI)的生物还原,其中,20mgN/L的NO3--N促进效果最明显。而初始NO2--N的添加抑制了Cr(VI)的生物还原,初始NO2--N浓度越高,抑制效果越明显。 长期运行反硝化生物膜反应器的Cr(VI)还原研究中,利用三组反应器(R1,R2,R3)研究不同进水策略对Cr(VI)还原及回收潜力的影响。在进水为30mg/LCr(Ⅵ)浓度条件下,同时将R1,R2,R3的进水NO3--N分别从培养驯化段的50mgN/L调整为10,20,40mgN/L,结果显示,仅R2反应器具备良好的Cr(VI)还原能力。继而延长HRT为6h和8h后,R3反应器也具备了一定的Cr(VI)还原能力,而R1反应器Cr(VI)还原率始终低于10%。在试验运行过程中,生物膜中的多糖和蛋白分泌均明显下降,多糖/蛋白比值升高,说明生物还原Cr(VI)的过程中多糖起着更重要的作用。在长期反应末期,生物膜中铬元素99%以上以Cr(Ⅲ)的形式留存于胞间,R2和R3反应器均具备回收废水中铬资源的潜力。 长期运行反硝化生物膜反应器中微生物样品经16SrRNA基因与宏基因组的高通量测序,结果显示,微生物群落在Cr(VI)还原前后产生了明显的变化。其中,Proteobacteria菌门始终为主导菌门;Saccharimonadia与Actinobacteria菌纲表现出较强的Cr(Ⅵ)适应能力;Ottowia、Thermomonas、TM7a、Microbacteria菌属在Cr(Ⅵ)引入后相对丰度大幅增加。不同功能基因的物种贡献度结果表明,Microbacteria菌属在该系统中为同步脱氮——铬还原的重要菌属。