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分离自活性污泥的硫酸盐还原菌用于铅锌冶炼渣重金属污染修复

北极星环境修复网  来源:微生物学通报  作者:闫潇  2019/6/12 14:44:01  我要投稿  
所属频道: 环境修复  关键词:硫酸盐还原菌 活性污泥 修复

北极星环境修复网讯:摘 要 : 【背景】从活性污泥中分离出的一类具有硫酸盐还原能力的菌株,探讨了其用于铅锌冶炼渣重金属污染修复的可行性。【目的】研究硫酸盐还原菌(Sulfate reducing bacteria)对铅锌冶炼渣中重金属的固化作用。【方法】将从活性污泥中分离出的硫酸盐还原菌接种到铅锌冶炼渣中进行修复,采用 XRD、Tessier、ICP检测、高通量测序等方法进行实验。检测铅锌冶炼渣中矿物组成,修复过程中重金属化学形态、各金属离子浓度及微生物群落结构的变化。【结果】修复实验表明,体系中电位降低、pH提高、各重金属稳定态增加、离子浓度降低且微生物群落结构变化显著,硫酸盐还原菌成为优势菌群。【结论】接种硫酸盐还原菌后铅锌冶炼渣中的重金属原位固化效果显著,从而降低生物可利用性,将恶性循环变为良性循环,所以硫酸盐还原菌可用作重金属污染修复的固化药剂。

目前,我国受锌、铅、镉等重金属污染严重,这些重金属污染40%以上来源于有色金属矿山采选冶行业,其中铅锌冶炼渣的长期无组织的堆存和不达标排放造成周边环境污染尤为显著[1]。该冶炼渣中的重金属不仅有扩散广、毒性大、处理难等特点,而且还破坏内源微生物群落结构,迁移到周边土壤造成其衍生出来的食品安全问题更是直接危害着人类的健康[2-3]。因此,对铅锌冶炼渣场的修复和治理已成为了当今亟待解决的问题。目前冶炼渣的处理方法很多[4-7],多数采用添加还原剂的化学处理技术,即利用石灰、铁系盐、EDTA等还原剂与重金属反应生产氢氧化物等形式沉淀下来[8-9],然而好氧中和过程产生的高铁氢氧化物会包裹石灰石,导致进一步的中和反应被终止,该法不仅运行成本高,而且产生的重金属污泥容易再次溶解,造成二次污染。微生物还原技术应用于重金属污染修复是近年来研究的热点,利用一些功能微生物具有吸附或转化重金属结合态的能力,使其从溶解态转化为稳定态,弱化重金属毒性、迁移性并限制生物可利用性,从而降低环境污染的风险[10]。微生物修复法具有经济高效、绿色环保且微生物自身具有种类繁多、数量庞大、比表面积大等优点等,所以利用一些真菌、细菌、放线菌等修复冶炼渣场具有很大的潜力[11-14]

目前用于重金属污染修复的微生物种类很多,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盐还原菌(SRB)是一类在从活性污泥中分离的具有还原重金属能力的细菌,研究表明该类菌在厌氧条件下具有固化冶炼渣中的铅锌等重金属的能力;Nancucheo 等利用寡营养嗜酸铁还原菌(Acidiphilium strain SJH)及硫酸盐还原菌(SRB)开展了实验室规模生物修复含铜锌尾矿废石的研究,结果表明接种上述细菌后,修复组比对照组电位低、pH 高,可降低尾矿废石中铜、锌等离子溶出,然而利用硫酸盐还原菌作为功能微生物修复冶炼渣场固化材料的报道还比较有限[22]

本文以铅锌冶炼废渣为试验材料,通过接种本实验室前期分离自活性污泥的硫酸盐还原菌进行修复试验,在不同修复时段取样,分别测定冶炼废渣 pH、氧化还原电位(ORP)、微生物菌群结构和关键重金属离子化学形态及浓度变化,探究硫酸盐还原菌(SRB)对铅锌冶炼渣中重金属离子修复效果。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试菌株及培养基

供试菌株来自本实验室(生物冶金国家工程实验室)从活性污泥中分离的一类具有硫酸盐还原能力的细菌,统称为硫酸盐还原菌(SRB)。

复壮培养基(g/L):葡萄糖3.0, 酵母浸提物5.0, 蛋白胨6.0, 氯化钠6.0,

修复培养基(g/L):葡萄糖1.8, 蛋白胨2.0, 磷酸氢二钾0.8, 磷酸二氢钾0.6, 氯化钠1.0,硫酸镁0.6,pH调至8.0

1.1.2 供试渣样

铅锌冶炼渣样采自广西某铅锌冶炼渣场。样品为黄褐色固体,pH4.2,ORP317mV,含水率25.3%,将铅锌冶炼渣原样消解后利用ICP测得主要元素结果见表1。通过对渣样中元素分析得出,原渣里面主要含有Zn,S,Ca,Fe 及 Pb元素。

1.png

1.1.3 主要试剂和仪器

葡萄糖、蛋白胨、磷酸氢二钾,博恩创奇生化试剂公司。pH计,Thermo Fisher公司;ICP-OES分析仪,安捷伦科技有限公司;偏光显微镜,上海五久自动化设备公司;高通量测序,生工生物工程(上海)股份有限公司。

1.2 方法


1.2.1 供试渣样的矿物组成检测

铅锌冶炼渣样的矿物组成通过X射线粉末衍射(XRD)分析。矿物组成分析在国标(北京)检验认证有限公司进行,所用仪器型号为Rigaku-SmartLab衍射仪。测试条件:辐射源为CuKα(λ=0.154 18nm),步宽为0.02,扫描范围10°~90°,扫描速度8(°)/min,电压45kV,电流200mA,测试在常温下进行。

矿物含量根据“绝热法”(K值法)原理进行计算。如果一个系统中存在N个相,其中X相的质量分数为:

2.png

其中,A可以是被选定的样品中的任一相。

i=A……N,表示样品中有N个相;

3.png

KX为以刚玉为内标时X相的K值,可通过ICDD发表的PDF卡片上查得;

Ii为i(i=A……N)相的最强峰强度。利用Xpert Highscore plus软件对样品的XRD数据统一

进行拟合分峰,通过面积积分法获得。

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