硫酸盐还原菌的选育及其应用于治理含镉酸性废水

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由于矿井开采、金属冶炼及电镀等行业不加节制地排放具有高酸度、高Cd2+浓度和高SO42-浓度的含镉酸性废水,使我国水体、土壤酸化和重金属Cd污染问题日益严重。酸性及高硫酸盐废水会毒化水体和土壤,使生态系统遭到破坏,危害生物生存环境,而Cd具有长期潜伏性和高致癌性,危及生物及人类的健康。因含镉酸性废水的复杂性,传统的治理方法存在效率低、成本高和产生二次污染等问题,故寻找一种高效、低成本且环保的治理方法是当前亟需解决的问题。目前以硫酸盐还原菌为代表的生物法作为一项新的实用技术而备受关注,因其特殊的代谢途径,可将SO42-还原成H2S且产生OH-,溶解于水中的H2S与Cd2+形成CdS沉淀,实现了同步脱硫(SO42-)除镉(Cd2+)升pH值且无二次污染。本研究在当前研究的基础上,针对其中的不足,主要的研究内容与结果如下:(1)本研究从土壤和活性污泥中分离出一株耐酸硫酸盐还原菌SRB1,鉴定为脱硫弧菌属(Desulfovibrio)菌株,耐受pH值、Cd2+浓度、SO42-浓度及盐度分别为3.7、40 mg/L、1500 mg/L和1%,Cu2+、Mn2+、Co2+、Zn2+、Pb2+、Hg2+、Cr3+、Ni2+抑制浓度分别为10、30、2、20、25、5、30、15 mg/L,抑制作用大小顺序为Co2+>Hg2+>Cu2+>Zn2+>Ni2+>Pb2+>Mn2+>Cr3+。在最佳实验条件下,pH值可从6.0升至约7.5,ORP值、Cd2+和SO42-浓度分别从-110 mV、30 mg/L、1500 mg/L降至-330 mV、2.45 mg/L和550 mg/L,脱硫除镉率分别为63.3%和91.8%;(2)本研究对菌株SRB1进行固定化,在最佳实验条件下固定化小球对Cd2+吸附率为95.4%,吸附量为11.87 mg/g,符合拟二级动力学方程模型,Qe,cal为15.31 mg/g。等温吸附过程符合Langmuir方程,Qmax预测值为44.05 mg/g,吸附过程主要为化学吸附且影响因素较多,ΔG0恒为负表明吸附过程为自发过程;(3)吸附-固定化SRB1培养-SRB1二次培养间歇操作实验装置处理模拟含镉酸性废水,出水Cd2+浓度基本降为0。在pH值约为6.0、SO42-浓度为1500.2 mg/L、Cd2+浓度为39.6 mg/L,直接经过固定化SRB1培养后,脱硫除镉率分别为70.8%和95.2%,每35.5 mg的SO42-被还原就有1 mg的Cd2+沉淀去除;(4)微生物诱导结晶过程是以SRB1细胞为晶核逐步形成大颗粒沉淀并最终形成结晶,SEM显示SRB1细胞被包裹其中。溶液中的pH值及初始Cd2+浓度均会影响沉淀的形貌、大小及组成,沉淀中含有结晶度较好的CdS晶体。
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