一株耐酸SRB的分離及其脫硫除鎘性能

王繼勇,肖 挺,何 偉

一株耐酸SRB的分離及其脫硫除鎘性能

王繼勇*,肖 挺,何 偉

(武漢理工大學(xué)化學(xué)化工與生命科學(xué)學(xué)院,湖北 武漢 430070)

為減輕酸性礦山廢水引起的環(huán)境污染,為礦山廢水處理提供潛在的菌種資源,從土壤中分離出一株耐酸的硫酸鹽還原菌SRB1并探討了該菌株的還原硫酸鹽和除鎘特性.結(jié)果表明該菌株具有較強(qiáng)的脫硫除鎘能力,其最低耐受pH值,最適溫度,最大耐Cd2+濃度分別為3.7,35℃和40mg/L.在COD/SO42-32,Cd2+濃度￡30mg/L條件下,除鎘率可達(dá)99%以上.在高濃度Cd2+和SO42-的體系中,該菌對(duì)Cd2+有較強(qiáng)的吸附作用,能將Cd2+從50mg/L降至15.5mg/L,吸附率達(dá)58 %,采用二次培養(yǎng)能將SO42-從1.5g/L降至0.04g/L,脫硫率達(dá)97.3%,Cd2+濃度幾乎降為零.TEM、FTIR、SEM表征顯示,在鎘脅迫下,該菌株的細(xì)胞形態(tài)發(fā)生改變,吸附前后,紅外吸收峰改變明顯,沉淀顆粒含有結(jié)晶CdS.

硫酸鹽還原菌；酸性礦山廢水；脫硫除鎘

因礦山的開(kāi)采排放出大量危害性大、污染面積廣的酸性礦山廢水(AMD),AMD中SO42-濃度較高,呈較強(qiáng)酸性,pH值在3.0~4.0,且還含有大量的銅、鎘、鉻、鐵等重金屬離子[1-2],而鎘作為一種毒性較強(qiáng)的重金屬,已被國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)列為第一類(lèi)致癌物質(zhì).AMD不能直接循環(huán)利用,若排入水體環(huán)境,會(huì)使水體pH值改變,破壞水體生態(tài)系統(tǒng),進(jìn)而降低水體自凈能力[3-4];重金屬離子會(huì)毒化土壤,影響植被生長(zhǎng),對(duì)環(huán)境造成巨大的危害,因此成為世界各國(guó)環(huán)境工作者面臨亟需解決的重大問(wèn)題.

目前研究AMD的治理技術(shù)有吸附法、中和法、人工濕地法、微生物法等,生物法因其具有成本低、效果好等優(yōu)點(diǎn),且以硫酸鹽還原菌(SRB) 為代表的生物法作為一項(xiàng)新的實(shí)用技術(shù)而備受青睞[5-6].在厭氧條件下,利用SRB將硫酸鹽還原為H2S,溶解態(tài)的S2-與廢水中的重金屬離子反應(yīng)生成溶解度低的金屬硫化物沉淀[7-8].

然而,SRB處理AMD存在缺乏廉價(jià)有機(jī)碳氮源、菌株耐酸性較差、需較高厭氧條件等問(wèn)題,使得實(shí)際應(yīng)用困難.為解決碳氮源問(wèn)題,顧風(fēng)云[4]以廉價(jià)的大豆粕發(fā)酵液為培養(yǎng)基氮源培養(yǎng)SRB菌液處理模擬AMD,SO42-、Fe2+、Cu2+等指標(biāo)均能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn);肖利萍等[9]運(yùn)用生活污水、雞糞和鋸末混合物發(fā)酵液作為新型有機(jī)碳源馴化SRB使SO42-去除率可達(dá)90%以上;李寧[5]先用城市生活污水稀釋AMD避免了SRB耐酸性差的缺點(diǎn),再用SRB處理,硫酸根去除率可達(dá)82.6%,各金屬離子均有較高去除率.

目前耐酸性SRB菌株少有報(bào)到,且SRB在酸性環(huán)境難生存、處理效率低、效果差,為此本研究從土壤樣品中通過(guò)耐酸性馴化分離出一株耐酸性SRB,以脫硫除鎘率作為考察指標(biāo),對(duì)其進(jìn)行單因素實(shí)驗(yàn)、吸附、沉淀實(shí)驗(yàn),均得到較好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,為其實(shí)際應(yīng)用提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 土壤來(lái)源

土壤樣品來(lái)自武漢理工大學(xué)某花壇.

1.2 培養(yǎng)基及檢測(cè)方法

1.2.1 培養(yǎng)基 液體培養(yǎng)基: K2HPO40.5g, NH4Cl 1.0g, Na2SO42.22g, CaCl20.05g, MgCl2·6H2O 0.05g,乳酸鈉4.56g,CdCl2(1g/L) 1.5mL,將上述試劑配制成1L溶液,121℃高壓滅菌20min,冷卻后再加入經(jīng)過(guò)除菌的硫酸亞鐵0.1g,抗壞血酸0.2g.

固體培養(yǎng)基: 在液體培養(yǎng)基中加入2% (質(zhì)量/體積)瓊脂且不加CdCl2.

實(shí)驗(yàn)中用到的試劑均為分析純.

儀器:A360型紫外-可見(jiàn)分光光度計(jì)(上海翱藝儀器有限公司);pH10S-E筆式酸度計(jì)(上海精密儀器儀表有限公司);ORP-422型氧化還原電位測(cè)定儀(上?？祪x儀器);JSM-IT300型場(chǎng)發(fā)射掃描電子顯微鏡(SEM)系統(tǒng)(日本電子株式會(huì)社);JEM-2100型高分辨透射電子顯微鏡(美國(guó)Gatan);D8Adwance 型多功能X射線衍射儀(德國(guó)布魯克AXS公司); Nicolet6-700型傅里葉變換紅外光譜儀(美國(guó)Thermo電子科學(xué)儀器公司)等.

1.2.2 檢測(cè)方法 pH值、氧化還原電位(ORP)分別采用pH值計(jì)、ORP儀測(cè)量,SO42-濃度采用鉻酸鋇分光光度法測(cè)定[10],化學(xué)需氧量(COD)采用重鉻酸鉀氧化法[10],Cd2+濃度采用沈昱等[11]提出的方法測(cè)定.最后結(jié)果均為3個(gè)平行的平均值.

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 耐酸菌株的富集、馴化及分離 稱取5g土壤樣品至裝有100mL無(wú)菌水和玻璃珠的錐形瓶中,充分振蕩后靜置2h,取其上清液5mL接種于裝有150mL液體培養(yǎng)基(pH值調(diào)至6.0~6.5)的厭氧瓶中,于35℃,95r/min恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng),直到培養(yǎng)基完全變黑,并用濕潤(rùn)的醋酸鉛試紙檢測(cè)有H2S生成,說(shuō)明培養(yǎng)基中已富集大量的SRB.依次轉(zhuǎn)接入更低pH值梯度的液體培養(yǎng)基中,進(jìn)行菌株的耐酸性馴化至耐pH值為3.5~4.0.然后采用稀釋涂布-疊皿夾層培養(yǎng)法[12]進(jìn)行厭氧分離培養(yǎng),待長(zhǎng)出黑色單菌落,挑取單菌落轉(zhuǎn)入液體培養(yǎng).交替進(jìn)行稀釋涂布、夾層培養(yǎng)、挑取單菌落液體培養(yǎng)等操作純化多次,便可獲得一株純SRB菌株[13].

1.3.2 耐酸菌株的生長(zhǎng)特性研究 (1)生長(zhǎng)曲線的測(cè)定及生長(zhǎng)過(guò)程pH值、ORP、SO42-、Cd2+的變化曲線:以不接菌的液體培養(yǎng)基為對(duì)照,每隔6h測(cè)定接種液的OD600、pH值、ORP、SO42-、Cd2+.以培養(yǎng)時(shí)間為橫坐標(biāo),繪制生長(zhǎng)曲線及變化曲線.

(2)不同培養(yǎng)條件對(duì)菌株脫硫除鎘率的影響:將菌株接種于含Cd2+10mg/L,pH值為3.7的液體培養(yǎng)基的厭氧瓶中;分別置于20,25,30,35,40℃,95r/min恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)以考察溫度影響;保持Na2SO4質(zhì)量不變,改變?nèi)樗徕c的質(zhì)量,調(diào)節(jié)溶液碳硫比(COD/ SO42-)分別為0.5,1,2,3,4,于35℃,95r/min恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)以考察碳硫比影響;用CdCl2(1g/L)分別調(diào)節(jié)Cd2+濃度為10,20,30,40,50mg/L,于35℃,95r/min恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)以考察Cd2+濃度影響.接種量均為2%,液體培養(yǎng)基均為150mL,分別在0h和60h取樣,以未接種的液體培養(yǎng)基作空白對(duì)照,測(cè)定SO42-及Cd2+的濃度,再計(jì)算出脫硫除鎘率.

1.3.3 耐酸菌株的除鎘作用研究 (1)SRB對(duì)Cd2+的吸附作用: 將培養(yǎng)至對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的150mL菌懸液10000r/min離心15min,去上清液,用無(wú)菌水洗滌2~3次,離心,去上清液,菌體沉淀溶于30mL無(wú)菌水中,得到高濃度菌懸液.取20mL置于預(yù)處理后的3500Da透析袋中,置于初始Cd2+50mg/L、pH值為4.0的250mL溶液中,35℃恒溫磁力攪拌,用20ml無(wú)菌水加入透析袋做空白對(duì)照,不定時(shí)測(cè)定Cd2+的濃度.

(2)SRB對(duì)Cd2+的沉淀作用:以2%接種量將菌株接種于裝有含Cd2+25mg/L、SO42-1500mg/L的150mL液體培養(yǎng)基(pH值為4.0)的厭氧瓶中,調(diào)節(jié)溶液碳硫比為2,于35℃,95r/min恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng),以未接種的液體培養(yǎng)基作空白對(duì)照,不定時(shí)測(cè)定SO42-、Cd2+的濃度.

數(shù)據(jù)采用Excel 2003或Origin 9處理并繪圖,各值以3個(gè)平行實(shí)驗(yàn)的平均值形式給出,且標(biāo)有誤差線.

2 結(jié)果與討論

2.1 耐酸性SRB菌株的分離

通過(guò)多次馴化培養(yǎng)和分離純化,分離出一株耐酸性的硫酸鹽還原菌,命名為SRB1,其最低耐受pH值為3.7.在固體培養(yǎng)基中,35℃恒溫培養(yǎng)48h后長(zhǎng)出菌落,為圓形小菌落,直徑2~3mm,固體培養(yǎng)基中含F(xiàn)e2+時(shí)為黑色,無(wú)Fe2+存在時(shí)為濕潤(rùn)透明狀.在TEM下該菌體形態(tài)為短棒狀,細(xì)胞大小約為0.5μm′1μm.

2.2 菌株的生長(zhǎng)曲線

在菌株SRB1培養(yǎng)過(guò)程中,前12h菌株生長(zhǎng)緩慢,此時(shí)菌株要適應(yīng)酸性及含Cd2+環(huán)境,12~50h為對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期,50~66h為穩(wěn)定期,OD600維持在0.44左右,66h后開(kāi)始步入衰亡期.隨著菌株的生長(zhǎng),溶解在培養(yǎng)基內(nèi)的H2S含量增高,當(dāng)沉淀完Cd2+后,剩余的H2S會(huì)嚴(yán)重抑制菌株的生長(zhǎng),這與羅容珺等[14]的研究結(jié)果類(lèi)似.

2.3 菌株生長(zhǎng)過(guò)程pH值、ORP、SO42-、Cd2+的變化曲線

圖1 SRB1生長(zhǎng)過(guò)程中pH值和ORP變化

圖1所示,培養(yǎng)過(guò)程中pH值隨著菌株生長(zhǎng)能達(dá)到最大值4.5而后降低.在SRB的異化硫酸鹽還原作用下,硫酸鹽被還原為S2-,而S2-又會(huì)結(jié)合H+生成H2S[15],從而使培養(yǎng)基中pH值升高.在厭氧環(huán)境下,多余的H2S又會(huì)溶解于培養(yǎng)基中使pH值降低.ORP隨著菌株的生長(zhǎng)持續(xù)降低,60h后穩(wěn)定在-320mV左右,由于S2-,HS-與H+結(jié)合生成反應(yīng)的終產(chǎn)物H2S,使體系的氧化還原電位下降[8],不少學(xué)者研究表明[4-6],硫酸鹽還原菌厭氧培養(yǎng)時(shí)所用培養(yǎng)基的ORP要求在-100mV以下.

SRB生長(zhǎng)過(guò)程要消耗SO42-,生成的S2-能結(jié)合Cd2+形成硫化鎘沉淀,從而達(dá)到脫硫除鎘的目的.由圖2知,在10mg/L的Cd2+濃度下,SRB1能很好的生長(zhǎng),SO42-從1.5g/L降至0.55g/L,脫硫率超過(guò)60%,而Cd2+基本將為0,除鎘率約100%.在SRB還原硫酸鹽過(guò)程中,隨著培養(yǎng)基中碳源的消耗,且該過(guò)程產(chǎn)生的H2S、HS-、S2-對(duì)細(xì)菌有毒害作用,因而未將SO42-降解完全.

圖2 SRB1生長(zhǎng)過(guò)程SO42-、Cd2+濃度變化曲線

在SRB1的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期,有機(jī)物含量豐富,生存環(huán)境適宜,pH值、ORP也比較適宜其生長(zhǎng),所以SO42-和Cd2+去除效率也快,此時(shí)SRB1的活性最高,因而后續(xù)實(shí)驗(yàn)采用該時(shí)期的菌懸液轉(zhuǎn)接.培養(yǎng)60h后,SO42-和Cd2+濃度基本穩(wěn)定,因而此時(shí)檢測(cè)其濃度最為合適.

2.4 溫度對(duì)菌株脫硫除鎘率的影響

溫度是影響硫酸鹽還原的重要環(huán)境因素,它直接決定SRB的生長(zhǎng)速度和代謝活性[16].如表1示,溫度在30~40℃時(shí),SRB1有較高的脫硫除鎘率,35℃時(shí)達(dá)到最高,分別為55.3%和100%,是其生長(zhǎng)的最適溫度.溫度低于30℃時(shí),脫硫率低于10%,除鎘率低于15%,因而SRB1屬于中溫菌.目前研究報(bào)道的SRB大多為中溫菌,一般適合在28~38℃左右生長(zhǎng),臨界濕度是45℃[2].低溫會(huì)影響細(xì)胞中蛋白質(zhì)的調(diào)控方式和功能,而高溫可使酶失活,都會(huì)影響SRB的正常生理代謝.

2.5 碳硫比對(duì)菌株脫硫除鎘率的影響

COD/SO42-影響SRB分解代謝過(guò)程,只有足夠的碳源才能產(chǎn)生足夠的ATP來(lái)進(jìn)行還原.表1所示,COD/SO42-32時(shí),處理效果好,脫硫率達(dá)55 %以上,除鎘率相應(yīng)較高,而COD/SO42-<2時(shí),脫硫除鎘率均有下降,分析原因有:一是一些學(xué)者[4,9]認(rèn)為,由于還原SO42-過(guò)程在細(xì)胞內(nèi),COD和SO42-要滲透到細(xì)胞體內(nèi)才能進(jìn)行SO42-還原,而它們的滲透能力不同,當(dāng)COD/SO42-值體外高于體內(nèi)并增大時(shí),SO42-的去除率也相應(yīng)增大,從而使Cd2+除去也增大;二是碳源較低時(shí),必然會(huì)使菌株還原力不足,影響其脫硫除鎘效率.而從經(jīng)濟(jì)上考慮,COD/SO42-為2時(shí)較為合適.

2.6 初始Cd2+濃度對(duì)菌株脫硫除鎘率的影響

SRB雖然能去除Cd2+,但較高Cd2+濃度對(duì)其生長(zhǎng)和代謝活性有抑制作用.表1所示,當(dāng)Cd2+￡30mg/ L時(shí),SRB1有較高的脫硫除鎘率,脫硫率達(dá)最高達(dá)55.4%,當(dāng)Cd2+>30mg/L時(shí),脫硫除鎘效果明顯變差,太高的Cd2+濃度有毒害作用,影響菌株的生長(zhǎng),SRB1的最大耐鎘濃度為40mg/L,當(dāng)Cd2+達(dá)到50mg/L時(shí),SRB1基本不能生長(zhǎng),脫硫除鎘率均小于3%,因此高濃度鎘廢水需重新研究方法或提高SRB1對(duì)鎘的耐受性.

研究學(xué)者也對(duì)其他重金屬做過(guò)研究,Oliver等[17]發(fā)現(xiàn)金屬對(duì)SRB抑制順序?yàn)镃u>Cd>Ni>Zn>Cr>Pb,抑制濃度分別為20,20,20,25,60,75mg/L.趙陽(yáng)國(guó)[18]發(fā)現(xiàn)Fe3+使硫酸鹽去除率降至20%.AMD中不乏有其他重金屬離子,所以在實(shí)際廢水處理中要比實(shí)驗(yàn)室處理困難很多,研究其他重金屬離子對(duì)SRB1的耐受性也至關(guān)重要.

表1 不同培養(yǎng)條件對(duì)SRB1脫硫除鎘率的影響

2.7 SRB1對(duì)Cd2+的吸附作用

當(dāng)Cd2+濃度大于30mg/L時(shí),SRB1的脫硫除鎘率降低,因?yàn)橹亟饘冁k會(huì)抑制細(xì)菌的生長(zhǎng),從而抑制其新陳代謝,阻礙SO42-的還原.為了解決SRB1在高濃度Cd2+中不能發(fā)揮其除鎘能力的問(wèn)題,在此研究SRB1對(duì)高濃度Cd2+的吸附作用,在吸附過(guò)程中, SRB1雖不能進(jìn)行新陳代謝,但其能通過(guò)多種途徑將Cd2+吸附在其細(xì)胞表面,結(jié)果如圖3示,Cd2+從50mg/L降低并穩(wěn)定在15.5mg/L,扣除空白對(duì)照,SRB1共吸附Cd2+濃度為29mg/L,吸附率達(dá)58%,實(shí)現(xiàn)對(duì)Cd2+較好的吸附去除,這也說(shuō)明了活細(xì)胞內(nèi)積累重金屬離子的能力是有限度的. 羅麗卉等[19]利用SRB2產(chǎn)生的EPS吸附Cu2+,24h去除率為38%.

吸附Cd2+降低到15.5mg/L后,在SRB1的耐鎘范圍,可通過(guò)新陳代謝去除,為高濃度Cd2+的去除提高實(shí)驗(yàn)依據(jù),即先通過(guò)細(xì)胞吸附使Cd2+降低到SRB1的耐鎘范圍,再進(jìn)行細(xì)菌培養(yǎng)進(jìn)一步除鎘.

許多學(xué)者研究表明,SRB細(xì)胞表面有氨基、羧基、羥基和磷?；入娯?fù)性基團(tuán)[20],這些基團(tuán)能與金屬離子發(fā)生配位絡(luò)合,從而除去重金屬離子.圖4是吸附Cd2+前后SRB1的紅外光譜變化情況,在3411cm-1的強(qiáng)寬峰是典型的締合羥基,它能以某種程度的氫鍵結(jié)合于酰胺中的N—H,此強(qiáng)寬峰也可能反映了酰胺中N—H的伸縮振動(dòng);1692cm-1處的吸收峰為羰基吸收峰;1402cm-1是羧酸陰離子(羧酸酯)的對(duì)稱振動(dòng)峰;1152cm-1是糖類(lèi)C—O—C的伸縮振動(dòng)峰,上述結(jié)果反映了SRB1細(xì)胞上鑲嵌著眾多蛋白質(zhì)和多糖的官能團(tuán),如羥基、酰胺和羰基等.

圖3 SRB1吸附Cd2+過(guò)程濃度變化

SRB1吸附Cd2+后,紅外譜圖的變化主要有以下4個(gè)方面: (1)表征羥基的振動(dòng)峰發(fā)生位移(從3411cm-1變化到3378cm-1)直至消失,可推斷出羥基基團(tuán)在Cd2+吸附中發(fā)揮了非常重要的作用; (2)1692cm-1處的羰基吸收峰強(qiáng)度逐漸減弱,說(shuō)明C=O 官能團(tuán)與Cd2+可能發(fā)生了配位作用;(3) 1402cm-1羧酸陰離子的對(duì)稱振動(dòng)峰強(qiáng)度也發(fā)生較大變化;(4)1152cm-1處表征糖的C—O的振動(dòng)峰位置由1152cm-1移至1163cm-1,說(shuō)明糖中的伯醇基團(tuán)參與Cd2+的絡(luò)合.因而吸附過(guò)程中起主要作用的是—OH、C—O—C和C=O等基團(tuán),當(dāng)吸附平衡后,菌體發(fā)生聚沉,導(dǎo)致吸收峰減弱直至消失.許多文獻(xiàn)報(bào)道,這些活性基團(tuán)在金屬生物吸附中發(fā)揮重要作用,如—OH和C—O—C是煙曲霉吸附Pb2+的主要吸附位[21];C=O則是紅酵母對(duì)Ag+吸附的主要位點(diǎn)[22].

圖4 SRB1吸附Cd2+前后紅外光譜圖

2.8 SRB1對(duì)Cd2+的沉淀作用

圖5 SRB1沉淀Cd2+過(guò)程濃度變化

在含25mg/L Cd2+的培養(yǎng)基中,SRB1能完成新陳代謝過(guò)程,SO42-從1.5g/L降至0.56g/L,脫硫率達(dá)63%,而Cd2+基本降為0,達(dá)到理想去除狀態(tài).為進(jìn)一步去除SO42-,將其中一瓶培養(yǎng)60h后的菌液進(jìn)行二次培養(yǎng),即將厭氧瓶敞口,然后進(jìn)行高溫滅菌,無(wú)菌環(huán)境中冷卻后加2g乳酸鈉、0.1g抗壞血酸,再以2%接種量接種,培養(yǎng)條件不變.通過(guò)二次培養(yǎng),SO42-從0.56g/L降至0.04g/L,總脫硫率達(dá)97.3%,實(shí)現(xiàn)了SO42-的深度去除.

SRB1在此過(guò)程中的形態(tài)和形成的沉淀表征如圖6所示,在TEM下,SRB1已經(jīng)完全變形,被Cd2+脅迫成無(wú)規(guī)則狀,沉淀由細(xì)菌細(xì)胞與橢球形小顆粒均勻包裹而成.在細(xì)菌表面包裹有大小不一的橢球形顆粒,且團(tuán)聚現(xiàn)象明顯.這種現(xiàn)象的原因可能是: SRB1細(xì)胞表面的羥基、酰胺和羰基等官能團(tuán)先吸附Cd2+,且在細(xì)胞壁上的Cd2+離子作為有效結(jié)晶位點(diǎn)與SRB1新陳代謝產(chǎn)生的S2-、OH-反應(yīng)形成CdS、Cd(OH)2沉淀;由于不同結(jié)合位點(diǎn)的Cd2+含量不同,使橢球形顆粒粒徑和相互間團(tuán)聚程度也不同,最終形成了圖中所示形狀.

圖6 鎘脅迫下菌體形態(tài)及沉淀形狀

為確定沉淀組成,對(duì)其進(jìn)行X射線衍射分析(XRD),所得圖譜見(jiàn)圖7,特征峰2θ為26.3°、44.0°和52.2°,查詢XRD標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行對(duì)比后分別對(duì)應(yīng)的晶面為(111)、(220)和(311),而沉淀的2θ吸收峰與標(biāo)準(zhǔn)譜圖中的吸收峰值基本吻合且在特定位置衍射峰尖銳,說(shuō)明沉淀中含有結(jié)晶度較好的CdS,但是有些峰已經(jīng)被弱化或發(fā)生的漂移,說(shuō)明其他雜質(zhì)也較多,如Cd(OH)2等.

由于AMD成分復(fù)雜,pH值較低,重金屬種類(lèi)多且濃度高,目前處理AMD的過(guò)程中,都是先加入石灰中和酸以調(diào)節(jié)pH值,使環(huán)境能適合SRB的生長(zhǎng),這樣會(huì)帶來(lái)二次污染[1,2];有學(xué)者也通過(guò)改進(jìn)處理工藝、反應(yīng)器來(lái)提高處理效果,這都導(dǎo)致處理成本增加.本文馴化分離出的耐酸性SBR1,其耐鎘能力也比較強(qiáng),在實(shí)驗(yàn)室小試階段,采用間歇厭氧掛膜反應(yīng)器對(duì)模擬廢水進(jìn)行處理,初始硫酸根濃度為1.5g/L,Cd2+濃度為25mg/L,35℃恒溫,轉(zhuǎn)速為95r/min,培養(yǎng)60h后能達(dá)到與實(shí)驗(yàn)初期類(lèi)似的效果,脫硫率達(dá)50%,除鎘率達(dá)99%.

圖7 沉淀XRD圖譜

在實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)上,對(duì)于比較理想的條件,可以采用直接添加菌劑的方法處理AMD;對(duì)于高濃度的重金屬環(huán)境,可以采用先吸附再沉淀的方法,即將已在對(duì)數(shù)生在期的SRB1(可以是在處理過(guò)程中剩余的菌液)進(jìn)行固定化處理,投入到AMD中進(jìn)行前期吸附使重金屬離子濃度降低到一定值,能避免SRB耐酸性差、需較高厭氧條件等問(wèn)題,再投加SBR1菌劑進(jìn)行后續(xù)處理;對(duì)于高濃度的硫酸根廢水,可以采用多次處理的方法逐步脫硫.其中的碳源可以是含淀粉較高的廢棄植物或農(nóng)作物,因?yàn)樵谔荚磳?shí)驗(yàn)中也證實(shí)了SRB1能利用淀粉,可有效解決缺乏廉價(jià)有機(jī)碳氮源的問(wèn)題.

3 結(jié)論

3.1 將土壤樣品經(jīng)耐酸性馴化分離出一株耐酸性硫酸鹽還原菌SRB1,可在pH值為3.7條件下生長(zhǎng),菌落為小圓形,TEM下形態(tài)為短棒狀.

3.2 SRB1生長(zhǎng)過(guò)程中,pH值可升至4.5,ORP持續(xù)降低至-320mV并保持穩(wěn)定;在最適條件下,脫硫率達(dá)55%以上,除鎘率達(dá)99%以上.

3.3 在實(shí)驗(yàn)條件下,SRB1對(duì)Cd2+有較好的吸附性,吸附量可達(dá)29mg/L,吸附率達(dá)58%,FTIR顯示吸附前后,羥基、酰胺和羰基等吸收峰均有明顯變化.

3.4 SRB1進(jìn)行二次培養(yǎng)可將SO42-深度去除,最終降至0.04g/L,脫硫率達(dá)97.3%;SRB1代謝過(guò)程與Cd2+形成的沉淀成分復(fù)雜,含結(jié)晶CdS.

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Isolation and characterization of an acid-resistance SRB strain with the efficient of desulfurization and cadmium-removal.

WANG Ji-yong*, XIAO Ting, HE Wei

(Wuhan University of Technology, School of Chemistry and Life Science, Wuhan 430070, China)., 2018,38(11)：4255~4260

In order to reduce the environmental pollution caused by acid mine drainage,and provide potential microbiology resources for mine drainage treatment, an acid tolerant sulfate educing bacteria strain SRB1was isolated from soil,and its characterization of reducing sulfate and cadmium removal were discussed. The results showed that the strain had high desulfurization and cadmium removal potential, and its lowest tolerant pH value, optimum temperature and maximum Cd2+concentration were 3.7, 35°C and 40mg/L, respectively. Under the condition of COD/SO42-32, Cd2+concentration￡30mg/L, the cadmium removal rate can reach more than 99%. In the high concentration of Cd2+and SO42-system, the strain had strong adsorption on Cd2+, Cd2+can be decreased from 50mg/L to 15.5mg/L, the adsorption rate reached 58%. Using secondary culturing SO42-might be reduced from 1.5g/L to 0.04g/L, the desulfurization rate reached 97.3%, and the Cd2+concentration almost decreased to 0. TEM, FTIR, SEM characterization showed that the cell morphology of the strain was changed under cadmium stress, the infrared absorption peak was changed obviously before and after adsorption, and the precipitated particles contained crystalline CdS.

sulfate reducing bacteria；acid mine drainage；desulfurization and cadmium removal

X172,Q939.9

A

1000-6923(2018)11-4255-06

王繼勇(1966-),男,湖北松滋人,副教授,碩士,研究方向?yàn)橥寥乐亟饘傥廴拘迯?fù).發(fā)表論文11篇.

2018-04-03

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(46120511)

* 責(zé)任作者, 副教授, wangjiyong66@sina.com