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分離自活性污泥的硫酸鹽還原菌用于鉛鋅冶煉渣重金屬污染修復

放大字體??縮小字體 發布日期:2019-06-14 09:05:30 ??瀏覽次數:185
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環境修復網訊:摘 要 : 【背景】從活性污泥中分離出的一類具有硫酸鹽還原能力的菌株,探討了其用于鉛鋅冶煉渣重金屬污染修復的可行性。【目的】研究硫酸鹽還原菌(Sulfate reducing bacteria)對鉛鋅冶煉渣中重金屬的固化作用。【方法】將從活性污泥中分離出的硫酸鹽還原菌接種到鉛鋅冶煉渣中進行修復,采用 XRD、Tessier、ICP檢測、高通量測序等方法進行實驗。檢測鉛鋅冶煉渣中礦物組成,修復過程中重金屬化學形態、各金屬離子濃度及微生物群落結構的變化。【結果】修復實驗表明,體系中電位降低、pH提高、各重金屬穩定態增加、離子濃度降低且微生物群落結構變化顯著,硫酸鹽還原菌成為優勢菌群。【結論】接種硫酸鹽還原菌后鉛鋅冶煉渣中的重金屬原位固化效果顯著,從而降低生物可利用性,將惡性循環變為良性循環,所以硫酸鹽還原菌可用作重金屬污染修復的固化藥劑。

目前,我國受鋅、鉛、鎘等重金屬污染嚴重,這些重金屬污染40%以上來源于有色金屬礦山采選冶行業,其中鉛鋅冶煉渣的長期無組織的堆存和不達標排放造成周邊環境污染尤為顯著[1]。該冶煉渣中的重金屬不僅有擴散廣、毒性大、處理難等特點,而且還破壞內源微生物群落結構,遷移到周邊土壤造成其衍生出來的食品安全問題更是直接危害著人類的健康[2-3]。因此,對鉛鋅冶煉渣場的修復和治理已成為了當今亟待解決的問題。目前冶煉渣的處理方法很多[4-7],多數采用添加還原劑的化學處理技術,即利用石灰、鐵系鹽、EDTA等還原劑與重金屬反應生產氫氧化物等形式沉淀下來[8-9],然而好氧中和過程產生的高鐵氫氧化物會包裹石灰石,導致進一步的中和反應被終止,該法不僅運行成本高,而且產生的重金屬污泥容易再次溶解,造成二次污染。微生物還原技術應用于重金屬污染修復是近年來研究的熱點,利用一些功能微生物具有吸附或轉化重金屬結合態的能力,使其從溶解態轉化為穩定態,弱化重金屬毒性、遷移性并限制生物可利用性,從而降低環境污染的風險[10]。微生物修復法具有經濟高效、綠色環保且微生物自身具有種類繁多、數量龐大、比表面積大等優點等,所以利用一些真菌、細菌、放線菌等修復冶煉渣場具有很大的潛力[11-14]。

目前用于重金屬污染修復的微生物種類很多,包括 Bacillus sp.[15]、Pseudomonas aeruginosa[16-17]、Sulfate-reducing bacteria(Desulfovibrio、 Desulfomicrobium、 Desulfobacter、Desulfosarcina、 Desulfotomaculum)[18-19]、Streptomyces griseus[20]、Rahnella sp.[21]等,其中本文所采用的硫酸鹽還原菌(SRB)是一類在從活性污泥中分離的具有還原重金屬能力的細菌,研究表明該類菌在厭氧條件下具有固化冶煉渣中的鉛鋅等重金屬的能力;Nancucheo 等利用寡營養嗜酸鐵還原菌(Acidiphilium strain SJH)及硫酸鹽還原菌(SRB)開展了實驗室規模生物修復含銅鋅尾礦廢石的研究,結果表明接種上述細菌后,修復組比對照組電位低、pH 高,可降低尾礦廢石中銅、鋅等離子溶出,然而利用硫酸鹽還原菌作為功能微生物修復冶煉渣場固化材料的報道還比較有限[22]。

本文以鉛鋅冶煉廢渣為試驗材料,通過接種本實驗室前期分離自活性污泥的硫酸鹽還原菌進行修復試驗,在不同修復時段取樣,分別測定冶煉廢渣 pH、氧化還原電位(ORP)、微生物菌群結構和關鍵重金屬離子化學形態及濃度變化,探究硫酸鹽還原菌(SRB)對鉛鋅冶煉渣中重金屬離子修復效果。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 供試菌株及培養基

供試菌株來自本實驗室(生物冶金國家工程實驗室)從活性污泥中分離的一類具有硫酸鹽還原能力的細菌,統稱為硫酸鹽還原菌(SRB)。

復壯培養基(g/L):葡萄糖3.0, 酵母浸提物5.0, 蛋白胨6.0, 氯化鈉6.0,

修復培養基(g/L):葡萄糖1.8, 蛋白胨2.0, 磷酸氫二鉀0.8, 磷酸二氫鉀0.6, 氯化鈉1.0,硫酸鎂0.6,pH調至8.0

1.1.2 供試渣樣

鉛鋅冶煉渣樣采自廣西某鉛鋅冶煉渣場。樣品為黃褐色固體,pH4.2,ORP317mV,含水率25.3%,將鉛鋅冶煉渣原樣消解后利用ICP測得主要元素結果見表1。通過對渣樣中元素分析得出,原渣里面主要含有Zn,S,Ca,Fe 及 Pb元素。

1.png

1.1.3 主要試劑和儀器

葡萄糖、蛋白胨、磷酸氫二鉀,博恩創奇生化試劑公司。pH計,Thermo Fisher公司;ICP-OES分析儀,安捷倫科技有限公司;偏光顯微鏡,上海五久自動化設備公司;高通量測序,生工生物工程(上海)股份有限公司。

1.2 方法


1.2.1 供試渣樣的礦物組成檢測

鉛鋅冶煉渣樣的礦物組成通過X射線粉末衍射(XRD)分析。礦物組成分析在國標(北京)檢驗認證有限公司進行,所用儀器型號為Rigaku-SmartLab衍射儀。測試條件:輻射源為CuKα(λ=0.154 18nm),步寬為0.02,掃描范圍10°~90°,掃描速度8(°)/min,電壓45kV,電流200mA,測試在常溫下進行。

礦物含量根據“絕熱法”(K值法)原理進行計算。如果一個系統中存在N個相,其中X相的質量分數為:

2.png

其中,A可以是被選定的樣品中的任一相。

i=A……N,表示樣品中有N個相;

3.png

KX為以剛玉為內標時X相的K值,可通過ICDD發表的PDF卡片上查得;

Ii為i(i=A……N)相的最強峰強度。利用Xpert Highscore plus軟件對樣品的XRD數據統一

進行擬合分峰,通過面積積分法獲得。

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關鍵詞: 重金屬 微生物 硫酸鹽還原菌 土壤重金屬污染 離心分離 重金屬檢測 活性污泥 環境污染



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