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  • 2022-04-22 13:48:47 发布

硫酸盐还原菌在酸性矿山废水处理技术中的应用研究

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'31314020学校代码:10126学号:;编号:分类号INNERMONGOLIAUNIVERSITY'V式為心片’诉二’巧爾i擎隹论囊(专Jpg)MAST退胶Bli浸恩RTATHOnM硫酸盐还原菌在酸性矿山废水处理-技术中的应用研究‘.V-.4:解唯.族詳;学院:环境与资源学院专业:环境工程研究方向:水污染处理姓名徐曼指导教师、付志敏:贾志斌, 学校代码:10126学号:31314020分类号:编号:论文题目硫酸盎还原菌在酸性矿山废水处理技术中的应用研巧学院:环境与资源学晓专业:环境工程研巧方向:水污染处理姓名:徐曼指导教师:贾志纖授付志㈱师2015年4月30日 原创性声明本人声明:所呈交的学位论文是本人在导师的指导下进行的研巧工作及取得的研究成果。,论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研巧成果除本文己经注明引用的巧容外,也不包含为获得由学及其他教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名:紛指导獅签名:為?鄭^亂^八I日’日期:(I在学期间研巧成果使用承诺书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,即:内蒙古大学有权将学位论文的全部内容或部分保留并向国家有关机构、部口送交学位论文的复印件和磋盘,允许编入有关数据库进行检索,也可W采用影印、缩印或其他复制手段保存、汇编学位论文。为保护学院和导师的知识产权,作者在学期间取得的研巧成果属于内蒙古大学。作者今后使用涉及在学期间主要研巧内容或研究成果,须征得内蒙古大学就读期间导师的同意若用于发表论文,版权单位必;须署名为内蒙古大学方可投稿或公开发表。/学位论文作者签名:\扮指导教师签名:寸乏ii;為嫌、osS'日巧:JiW日期:I 硫酸盐还原菌在酸性矿山废水处理技术中的应用硏究摘要硫酸盐还原菌法处理酸性矿山废水是目前很有潜力的一项技术。本论文的接种污泥使用了呼和浩特市章盖营污水处理厂二沉池的回流污泥,经过模拟酸性矿山废水驯化后获得含有混'合硫酸盐还原菌(SRB)的厌氧污泥;并对驯化过程2+2+2+中不同脚条件下SRB还原硫酸盐的特性进行了研巧,之后将CuZn和Ni,""和C产四种重金属离子定为实验因子,考察了SRB对其去除效果和污泥中毒后不同恢复措施的恢复性能,对SRB去除重金属离子的机理、茜群形态,同財W及功能菌进巧分析。本论文研究得到如下主要结果:(1)回流污泥经过19天的前期驯化后,体系pH值稳定在7.83左右,COD平去除率为50%,硫酸根平均去除率为64%。驯化后期在不同的进水PH值=(4、5、6)条件下,当进水pH5时,处理效果最好,硫酸根去除率最高。‘,(2)在不同重金属离子进水负荷条件(3.16mg/Ld、3.87m/Ld、()g()+2+25,.46mg/Ld))下,SRB去除重金属离子的效果不同,并且SRB对于Cu和Zn(的去除效果比对C产和N产的去除效果更好。(3)对系统采取了恢复措施(降低负荷,去掉重金属离子等),进水负荷,,3.87mg/(Ld)条件下恢复时间巧16天;在进水负荷5.46mg/(Ld)条件下恢复时间’mm,为23方因此进水负荷3.87g/(Ld)所使用的方法比进水负荷5.46g/(Ld)恢复I 更快。2+2+(4)采用XRD技术分析加入金属之后的污泥样品,结果表明,Cu、Zn2+^3+和Ni主要W硫化物沉淀方式被除去,Cr被SRB利用H2S间接还原成Cr后+2W硫化物沉淀方式被除去,Zn还有l^Zn(0H)2的形式被除去。HRT=3比的污泥(5)将样品经过处理后利用扫描电镜仪器拍照,SRB呈杆状和球状,同时还可观察到金属硫化物的沉淀。将所选取的九个16SrRNA片段PC民扩增19、2324H个片段的测序结果显示为脱硫孤菌属,其中编号和’於vAno),属于SRB,在处理酸性矿山废水中发挥重要作用。关键词:硫酸盐还原菌;酸性矿山废水;重金属离子;XRDn APPLICATIONOFRESEARCHONTHEACIDMINEDRAINAGETREATMENTTECHNOLOGYBYSULFATEREDUCINGBACTERIAABSTRACT’ItsaveryotentialtechnolothatalSulfateeducinacteriamethodtopgyppygbdealwithacidminedrainageatpresent.ThesludeInthisarticlecomefromthegHuhhotZhanaiinackflowofsewaetreatmentlantofthesecondondsludeggygbgppg,Throughthesimulationofacidminedrainagedomestication,wegotcontainingsulfatereducinacteriaSRBinanaerobicsludeandwestudiedSRBforsulfategb()g,reductionroertiesunderdiferentHconditionsinthero说巧ofdomestication,setpppp2+2+2+^TheCuZiiNiandGrth的cfourkindsofhssvmetalionsastheexerimental,>ypfactorsinvestiatedtheremovaleficiencofSRBandtherecovererformMice,gyyp""underdiferentKstorationmeasureafterthesludgepoisoning.Besides,weanalyzed化emechanismofSRBtoremoveheavymetalions,formand化efimctionalbacteriaflora.Getthefollowinresultsinthisaer.gpp1ThesstemHofreturnsludestableatabout7.83after19dasoftheearl()ypgyydomestication,TheaverageremovalrateofCODwas50%,thesulfateradicalremovalrateis64%onaverae.UnderdiferentwaterHconditionsH456ingp(p,,)Wh=latedomesticationenthewaterH5thetreatmentefed;isbestthesulfate,,p,m radicalhasthehigh的tremovalrate..e化筋rentheavmetalionswaterloadincon出tions(3.16m/Ld、口)虹化yg,g()--me3.87mg/Ld>5.46m/Ld),removintheheavtalionofSRBeffectis()g()gy2+。*6+2+diferent,theremovaleficiencofSRBforCijandZnarebeter化anCrandNi.y3Recovermeasuresweretakentothesstem,ikereducingtheburdenon()yy"theenvironment,Removeheavymetalionsetc),h;takes16daystorecoverwhenwa*terloadis3.87mg/Ld,ittakes23dastorecoverwhenwaterloadis()y-m-5.46mg/Ld.Hencetheethodofthewaterload3.87m/Ldrecoverfasterthan(),g()thewaterloadis5.46mg/Ld.()4ItturnedoutthatbusinXRDtoanalsizethesludesamlescontainin()ygygpg^^metalCu\andNiVemovedmainlbsulfidereciitationmethodtheis,,yyppS+beinusedbSRBdeoxi出zinintoCfindirectlandremovedbsul扫degygyyZ+precipitation,Znareremovedin化eformofZn(OH)2.5Weusedscanninelectronmicroscoseminstrumentstotakeictures()gpy()pn=afterroce化itheHRT31hsludesamlesSRBlikearodandsericalatthepggp,ph,sametimewecanalsoobservedmetalsulfideprecipitation.ApplyingPCRamliEcationintothe化lectedninesementsof16SrRNA,theresultsofNo.19No.pg,23andNo.24fragmentsequencingshowedthatdesulfovibrioarepartofSRB,whichlaanimortantroleintherocessofacidminedrainae.pyppg-KEYWORDS:sulfatereducinbacteriaacidminedrainaeheavymetalsg;g;;XRDIV 目录摘要I,ABSTRACTIll一胃引胃第1U酸性矿山废水的研巧进展11丄1酸性矿山废水的主要特点和来源11丄2酸性矿山废水的危害31丄3酸性矿山废水的处理技术51—.2关于硫酸盐还原菌的研究进展和现状61.2.1硫酸盐还原菌的生理特性及分类71.2.2硫酸盐还原菌的代谢机理81.210.3硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水的研巧进展和研究现狀1.3本论文的研巧目的及内容111.3.1研究目的111.31.2研究内容2第二章SRB污泥驯化初期UASB反应器运行效能研巧132.1实验装置和条件132.2实验材料与方法152.2.1实验材料152.2.2分析项目及方法152.3结果与讨论162.3.1驯化前期硫酸根的变化162.3.2驯化前期COD的变化162.3.3驯化前期H值变化17p2.3H.4驯化后期不同进水p值对于出水水质变化的影响19 2.4小21S第H章UASB反应器加入重金属离子的运行情况223.1实验材料和方法223丄1实验材料223丄2实验方法233.2结果与讨论233.2.1化入重金属离子试运行UASB233.2.2HRT为22h的条件下加入重金属离子对反应器的影响253.2.3HRT为38h的条件下加入重金属离子对反应器的影响273.2.4HRT为3比的条件下加入重金属离子对反应器的影响303.3小结33第四章硫酸盐还原菌去除重金属离子的作用机理354.1实验材料和方法%4丄1实验材料364丄2实验方法364.2结果巧与讨论4.3小S38第五章菌群形态和功能茜分析395.1实验材料和方法395丄1实验材料395丄2实验方法395.2结果与讨论405.3小结42第六章结论44参考娥46gcm54攻读学位期间发表的学术论文55 第一章引言第一章引言近年来,由于煤炭和金属等矿产资源开采业的大力发展,酸性矿山废水(Acidminedrainage,AMD)也随之大量产生,在矿产开采的过程中,会产生多类硫化矿物,这些硫化矿i’t3Pl物与氧气发生氧化作用进而产生大量的酸性废水。Johnson收集了大量数据,统计后发现一年22仅在1989年这,全球范围内19300km的江河和720km的湖泊就己经受到AMD的污染。W山废水会在矿产开发的过程中会产生尾矿,这也是产生酸性矿山废水的主要原因,酸性矿对生态环境造成非常严重的环境影响。AMD的主要特点就是pH值很低,并且含有高浓度的硫酸盐和可溶性的重金属离子,如Zn、Cu、A1、Fe、Ni、Cd、As等重金属离子基本上不能被微生物分解,并且还会不断地积累,对环境造成不可逆转的破坏。在我国,各大江河湖泊均遭到不同程度的重金属离子的污染,基质污染率达到在苏州河中,Pb全部超标、Cd75%超标、巧超标62.5%。10[]李涛等对海浪河(牡丹江最大的支流)做了相关研究,即对研究区域内机、Zn、Cu、Cd、As、Mn等重金属离子浓度进行了分析检测,结果表明,各采样点的重金属离子监测数据中Cd、Zn、Cu、As均达到II类水质标准,Pb是海浪河主要的超标污染物。海浪河重金属离子Cd和A比Zn?s的健康风险值、Mn、Cu和Pb的健康风险值大很多,风险值相差了45个数量级5和,并且致癌物As的健康风险值最大,在S5和S6采样点分别达到了5.8レl(r--11W9xX.4310^,这两个点的数据都高于最大可接受风险水平5.010V。刘董等对安徽某铁矿酸性矿山废水库周边止壤样品的理化参数进行了测定,结果表明,酸性矿山废水对于王壤造成了严重的污染,所提取的±壤样品具体表现为pH值均低于3,Fe、A1等金属离子含量较高。因此,AMD对于±壌,江河湖泊W及动、植物的影响非常严重。1.1酸性矿山废水的研究进展1丄1酸性矿山废水的主要特点和来源AMD的主要特点就是H极低,通常在2到4之间p,并且主要W硫酸的形式存在,因此,1 第一章引言2?酸性矿山废水中S〇4的含量极高。此外,AMD中含有的重金属离子浓度均值很高,其中主要为铅、短、铁、铜、铅、镶等根据目前矿山挖掘的流程来看,在矿山开采、选矿方面和矿石废渣排放和运输化及尾矿胆存的过程中一,产生的还原性硫化矿物如黄铁矿、神黄铁矿等与外界的水和气会发生系列心吗酸性矿山废水在上述条件下逐渐生麻具体可]他学反应^1分如:1下步骤(1)矿床开采过程中,这些矿坑水通过,由于在采矿工作界面存在有大量的地下水渗漏渠道排放至地表后,这是产生酸性废水的主要来源。,形成了酸性废水一(2)在矿山生产过程中会产生些含有硫化矿物的矿产废石和尾矿,由于是露天堆放,空气、水蒸气或者水会与排放出的尾矿石发生反应,生成金属离子和硫酸根离子,如果在靠近河流或存在地表径流W及湖泊附近的地面,这类酸性废水会大面积扩散。(3)矿石加工过程中,若采用添加酸性药剂的选矿作业流程,所排放的废水是酸性废水和有害物质的重要来源。黄铁矿是铜、铅、锋等硫化物矿床及含煤地层中最常见的硫化物矿,因化国外的学者对硫化物矿物,酸性矿山废水的产生主要是由于黄铁矿的氧化所引起的,特别是黄铁矿的氧化机制极为关注。许多睾者对黄铁矿的氧化机理都进行了研究,目前普遍认为黄铁矿的氧化过程主要包括W下四个反应19^(1)在环境干燥的条件下,氧气与硫化物发生化学反应生成硫酸盐和二氧化硫:+=+S〇心FeS23〇2FeS〇421)(2)在环境潮湿的条件下,硫化物与空气中的水蒸气会发生氧化作用生成硫酸根、溶解性铁离子和氨离子:=2FeS+姐〇+7〇2FeS〇+2战S〇4(-2)22241总溶解性固体和水的酸度会因为溶解的铁离子、硫酸根和氨离子而增加。(2)硫酸亚铁与硫酸在氧的作用下最终合成硫酸铁,其中细菌作为反映的催化剂就,它的存在会很大程度上加速这个过程:+2H+〇=+2H4FeS〇S〇2FeS〇〇(-42422(4)3213)3+ ̄(3)当pH值为2.23.7时,Fe发挥的作用是WFe(0H)3和黄钟铁研的形式沉淀,并且降低pH值:=F均S〇+6H〇2FeOH-(4)32)3毒巧战S〇4(14)(2 第一章引言(4)硫化铁也会与硫酸铁反应,并且由于促进了氧化,因此酸的形成被加速:FeeS=+2S(-2(S〇4)3冲23FeS〇415)S+3O+HOHSO(-222416)P0’2U:,温度,酸性废水产生的影响因素主要有W下几点pH值,大气中的氧含量水相中3+的氧含量,水饱和度,Fe的化学活性,硫化金属暴露面积,引发酸产生所需的化学活化能,细菌活性,碳酸盐或其他碱性物质。另外,化学,生物和物理因素对酸的生成速率也起重要作用。物理因素主要是指废石场的通透性,高通透性和高含量氧有助于提高化学反应速率,因此,较离的温度会増加氧气的渗入。氧化亚铁硫杆菌能促进黄铁矿(FeS2)的氧化,但是,细菌生长的条件也较苛刻,必须在有利的环境条件下才能生长,氧化亚铁硫杆菌在pH,例如值小于3.2的水中最活跃。如果条件不适合,细菌对产酸量的影响达到最小。当矿岩中有硫化物,而没有足够数量中和酸的硫酸盐或其他碱性物质时,也容易形成酸性废水。可看出,P21微生物在AMD形成过程中发挥着重要的作用。在黄铁矿、神黄铁矿等硫化矿物溶解过程口1中,微生物影响硫氧化进程H条件下,反应(2)是AMD形成的限速,,,在低p步骤因此2+‘〇2很难将Fe氧化,在这个阶段,W硫杆菌属(TTh0始cWw)为主的化能自养微生物,能够2+3+通过氧化二价铁而获得能量,促进Fe到Fe的转化,从而显著地提高了黄铁矿的氧化速率,成为上述循环的催化剂,促进大量酸性矿山废水的形成。由此看出,在酸性矿山废水形成的过程中,嗜酸微生物是不可或缺的因素。1丄2酸性矿山废水的危害综合上面提到的酸性矿山废水的特点,其危害也直接或间接地影响着人类的生产生活,同时也对动物和环境造成很多危害。(1)对人体的影响AMD中的-0重金属离子对于人体的影响千分严重例如,亲和矯的含量为0.001.01/L-m时就会产生毒性,g,其他的的重金属离子如铅、铜、巧等的浓度达110mg/L时也会产Pq生毒性。此类水体流经农田,重金属通过吸收、富集并且经过食物链进入人体内,在体内P7S1P1与有机成分结合成金属络合物,造成慢性中毒。Liu等对中国的几个农村的268个蔬菜样本,包括胡萝K巧菜等常见菜做了相关调查研巧,铅、福、络、未和神这五种重金属元—-i素,4749m’,在±壤中最商的平均±壤重金属的浓度是70.36mkpb.kgg,gg切,3 第一章引言—--lii’kAsk’k13mm,,.51gg,0.73ggCd和0.67mggHg非肿瘤和癌症风险的结果表明油田附近工业和矿业附近的耕地不适合种植叶和根菜类蔬菜。络和铅是导致非癌风险的主要重金属,而Cd会导致癌症。因此,如果人类在日常生活中所要摄入体内的各类食材遭到重金属污染,这些重金属离子会逐渐渗入人体内,从而在人体内部富集,最终重金属含量超过人体承受范P9围便会对人体健康产生巨大的危害1。(2)对水域的影响酸性矿山废水呈强酸性,排水管道和各类工业处理设备会因此遭到严重的腐蚀。酸性矿PW山废水不能直接排入河流,因为这会对船舶、桥梁产生腐蚀作用。同时,AMD排入河流中,会造成水体酸化,水生环境发生变化,进而抑制某些微生物的生长,如果微生物的生长,从而水体生态遭到破坏。水体中的重金缓慢或者出现急剧下滑,水体自净将会出现空白期属离子在经过沉淀、吸附、离子交换等过程之后,最终会影响次生矿物的形成,这样也会使,过低的pH及高浓度的金属离子得周边的生态环境遭到严重的破坏。而且,会威胁水中的PU鱼类及其他的水生生物的生存使水质恶化。一个特点是水中硫酸根含量极高酸性矿山废水的另。受污染水体的矿化度和盐度明显高于自然水体,这类水体必然不能用于饮用水,而且如果用于农田灌颗,也会造成止壤巧硬化,破坏±壤的团粒结构,从而抑制农作物的根系与外界的物质交换最,降低上壤的孔隙度终会农作物的产量下降,使当地的农业经济受到严重影响。(3)对动物的影响一一淡水生态系统的个重要组成部分大型底栖无脊椎动物对环境的变化较敏感,对于水体污染的程度大小,,不同的大型底栖无脊椎动物种类都会对其具有不同的耐受力送样的特s点可拿来当作水质评价的指标PiW。蒋万祥等对窩试河附近的采矿厂距离源头起16km河段的地方进行了污染现状研究,酸性矿山废水对高尉河上游的大型底栖动物影响,结果表明,最大的是它的群落结构,群落结构已经遭到严重的破坏并且,大型底栖动物生物的密度受Ca、Cr和Mg的影响最大。+342+2+2[]另外,H三种重金属对中华镑触,杨建华等对中华镑皱鱼的研究表明,Cug和Cd2+2+2+鱼的毒性大小依次为;Hg>Cu>Cd,它们对中华镑皱鱼的9化的LC50分别为0.193、口50L].236和7.270mg/。4 第一章引言1丄3酸性矿山废水的处理技术此AMD成一酸性矿山废水的危害日益严重,因,有效处理为环境修复的个重要方向。目前,主要的AMD处理技术有在国外应用较多的人工湿地法,应用较多的中巧法,被用来作为前处理工序的氧化还原法,使用合适的膜材料处理的膜分离法,使用有效的硫化剂的硫化物沉淀法和利用微生物的微生物法。(1)人工湿地法人工湿地法利用三个作用协同配合来处理AMD,这H个作用就是基质,植物和微生物,然后重金属离子通过吸附、氧化还原和离子交换等作用被去除,同时,废水的pH值也会得一,些化学反应到改善。总的来说湿地法就是让废水经过±壤,止壌填料)中可W发生,同(时植物和微生物也加强了湿地法处理矿山废水的效果。目前,人工湿地法在国外已用于实际?,例如H69AMD的处理,美国己经建立400多座人工湿地处理系统来提窩出水p值至,平PW均铁离子的总含量不大于Smg/L。(2)中和法中和法也是目前主要的处理方法,H值升,基本原理就是往废水中投加碱性物质使得p高,重金属离子与化学物质结合形成沉淀被去除,常用的中和试剂有石灰、石灰石、白云石、氧氧化钥、碳酸钥及高炉渣等碱性废渣。虽然此种方法能够方便、快速地去除水体中的重金属离子,,但是,会产生很多二次污染物并且化学试剂消耗多,对低浓度废水处理效果差,P71出水的重金属离子浓度很高。(3)硫化物沉淀法硫化物沉淀法是指向酸性矿山废水中加人硫化剂使得重金属离子生成硫化物沉淀而被去除。常用的硫化剂有NasS、FeS等。这种方法对于重金属离子去除率高、沉渣含水率低,并且由于形成的沉淀溶解度小,所不易因返溶而造成二次污染,因此,利用硫化物来去除废一水中的重金属离子是种有效的方法。但硫化剂价格昂贵,通常为了保证重金属离子完全去二除,还需要加人过量的硫化物,而这又会生成硫化氨气体,从而造成次污染,因此,限制PW了该法的广泛应用。(4)微生物法微生物法处理酸性矿山废水是指利用自然界中的微生物(如细菌、藻类和真菌等)吸纳5 第一章引言结合水中的重金属离子形成沉淀从而净化水体的过程,硫酸盐还原菌法是指利用硫酸盐还原菌将酸性矿山废水中的硫酸盐还原成硫化物,生成的硫化物与废水中的重金属离子发生反应9P’w生成难溶的金属硫化物沉淀。。这些硫化物也可被光合硫细菌或无色硫细菌氧化成单质硫-硫酸盐还原菌(SufateeducinacteriumSRB)在是目前极具潜力和发展前景的处理lRgB,2-酸性矿山废水的微生物。SRB利用废水中的S〇4作为电子受体,硫酸根在发生了还原反应之-2-22+Z2+后被还原成S,而S与废水中的Cu、n和N产等水中的重金属离子发生反应,然后重金tW ̄,属离子会进而变成金属硫化物沉淀。方迪等研究表明,AMD进水pH值为2.64.3处理2-2+2+6+-65 ̄8,S〇的还原率达到72%80%Cu、Zn和灯后..04,的去除率,废水出水押值升为P92+2+6+均达99%W上。Kieu等喃充表明,利用SRB处理5.5mg/L的Cu、Zn、N产和Cr,去 ̄00%除率可W达到941。1.2关于硫酸盐还原菌的研究进展和现状AMD的主要特点是pH值较低、硫酸盐浓度高并且含有可溶性的重金属离子,其中重金>7,重金属易沉积于污泥属离子很难降解。在酸性矿山废水中,有研究表明,当pH时当;pH<7时,重金属更容易释放AMD在采矿工作完成之后仍能持续存在数百年,这使得一AMD其成为世界上众多的环境负债之。最基本的化学中和法耗资大并产生大量剩余污泥须43一[]-通过垃圾填埋场进步处理。因此,利用从AMD中分离到的硫酸盐还原菌巧ufateReducinlgWBacterium,SRB等极端环境微生物类群的这种微生物法处理AMD成为现在研究的趋势。)-ateReducinBacterium,硫酸盐还原菌(Sulfg,SRB觸常在无氧或氧含量极少的环境中出现434611^硫酸盐为电子受体1。8116消耗有机酸,生,可1^把硫酸盐、亚硫酸盐等还原成硫化氨47tl成高反应性的硫化物,SRB法利用自然界硫循环原理处理AMD,利用SRB这种微生物的,代谢特性,水中的酸碱性呈碱性并且也去除了高浓度,废水中的高浓度硫酸根可W被还原(的重金属。SRB法包括两个步骤:1.SRB在厌氧的条件下利用有机物例如:乳酸盐,丙酸2?),2盐,T酸盐等异化还原S〇4产生硫化氨和碳酸氨盐离子.产生的硫化氨和溶解态的重金属如Cu,Zn和Ni发生反应形成稳定、难溶的金属硫化物沉淀。近些年,随着科技的进步,微生物法的优点逐渐显现,对于处理工艺、SRB的生态特性及反应器等己经有人做了大量研究6 第一章引言12..1硫酸盐还原菌的生理特性及分类(1)SRB的生理特性1SRB分布广泛P1,,含硫的沉积物容易对管道有腐蚀作用的金属管道还有动物体内口5455][][]等,还有的存在于主壤、水稻田。SRB还会在我们想不到、海水、温泉水、地热地区65P,^的地方出现,例如腐败的食物当中,厌氧的污水处理厂废物等。一SRB在进行生长代谢时,需要定量的碳源来提供能量,碳源的类型选择和用量对于SRB的生长代谢有直接的影响,也就是说对SRB的还原作用有直接的影响,同时,SRB属于异养口S1微生物。研究表明SRB有很多种有机基质可W利用,最普遍的是利用C3、C4脂肪酸(乳酸盐、丙丽酸、苹果酸),在有机基质的种类和应用方面,国外也有研究者曾利用丙酸、下酸、一w氨基酸ti、剩余活性污泥、糖蜜、乙酸和些长链脂肪酸及初沉池污泥,SRB不能利用石twi一氧化碳1621酸、丙酸、正己酸、苯献。有学者发现SRB可W利用长链烧炫和纯。对于几种主要的碳源如丙酸盐、下酸盐、乳酸盐、乙酸盐在SRB还原硫酸盐时强度依次降低。tWSRB是严格的厌氧菌或是兼性厌氧菌,能够耐受4.5mg/L的环境溶解氧浓度时,;同tMlfwi硫酸盐对于SRB是可W促进其生长,但是并不是SRB生存和生长的必要条件,在缺乏硫酸盐的环境下,SRB可利用亚硫酸盐、硫代硫酸盆和连二亚硫酸盐作为电子受体参与代谢;2?当环境中出现了足量的硫酸盐后,SRB则WS〇4为电子受体氧化有机物,通过对有化物的异化作用,维持生命活动。,获得生存所需的能量°SRB在有氧和无氧的环境下均能生长温度为?,在厌氧条件下最适3135C,最适pH为660[1《H《1p6.5,在合适的条件下硫酸盐有85%左右可1^被去除气另外8116对光很敏感。在通常的发散日光下,SRB会受到完全的抑制,故SRB有机体必须在黑暗中培养。(2)SRB的分类一自BEIJCRINCK在1895年发现SRB来,人们对于SRB的分类和发现新菌种的工作直进行着,如今对它的认识仍在不断加深,SRB的种属归类也和最初的分类有很大的不同。si第八版f,在废水处理系统中常见的SRB有8个属(见表1.1)根据《伯杰细菌鉴定手册》,(主要为不产芽抱类型的脱硫孤茜属(公和产芽抱类型的脱硫肠状菌属(Desulfo化m幻cidum)。wSRB的分类方法有很多种fi,其中,根据所利用的底物,SRB可分为H类:①HSRB7 第一章引言(氨营养型)。也有根据rRNA测;②ASRB(乙酸营养型);③FASRB(髙级脂肪酸营养型)U01序分析,将SRB分为革兰氏阴性菌、革兰氏阳性苗、嗜热细菌和嗜热古细菌。根据生理生化将性的不同,可将SRB分为异化硫酸盐还原菌和异化硫还原菌。前者可抖利用乳酸盐、丙丽酸盐、乙醇等作为碳源,还原硫酸盐生成硫化物,;后者则不能还原硫酸盐只能还原其他硫化合物亚硫酸盐、硫代硫酸盐)。(表1.1硫酸盐还原菌(SRB)的分类Tab.1.1Theclassificationofthesulfatereducingbacteria(SRB)茜属名称氧化类型菌属特性脱硫孤菌属脱硫肪状菌属不完全氧化利用乳酸盐、乙醇等,最脱硫单胞菌属终将氨化到乙酸水平脱硫洋葱狀菌属脱硫杆菌属脱硫球菌属完全氧化专一性的氧化某些脂肪脱硫八叠球茜属酸(乙酸等)至最终产物C〇2脱硫螺旋体菌属1.2.2硫酸盐巧原菌的代谢机理SRB的分解代谢在国内外研究很多,合成代谢的研巧几乎没有,SRB的代谢利用硫酸盐,2?使环境中的硫酸盐减少或耗尽。由于S%HS与氨结合生成反应的终产物也S,使体系的氧71721’1化还原电位下降。SRB的代谢过程可i3l^l分为个阶段:分解代谢、电子传递、氧化,如图1.1所示。8 第一章引言SO+04战carbonsourceProductivityofATPCtochromeetc.y>ConsumeATP-ehighenergylectron▼ir;S+OHCO2+HCHCH3CO2catabolismelectrontransferoxidation固1.1SRB的分解代谢过程Fihebolg.1.1TcataismrocessofSRBp一一第阶段是最基础的分解代谢过程,SRB要保证是在厌氧的环境条件下,在这阶段降解有机基质一,产生少量ATP和高能电子第二阶段,前;阶段释放的高能电子通过SRB中特有的电子传递链(如细胞色素C3、黄素蛋白等)逐级传递,产生大量的ATP最后的氧化;2’2阶段中,前两个阶段产生的电子被继续传递到硫酸根(S〇4),进而硫酸根还原为S%在送一阶段,需要消耗ATP来提供能量。从这呈个阶段来看,有机基质是SRB的碳源,同时也是其能源,需要被去除的硫酸盐是作为最终电子受体来发挥作用。在硫酸盐作为电子受体被还原成硫化物的具体流程中,硫酸根会在细胞内和细胞外进行一,具体流程如图1系列机理反应.2所示。SO於S04^"^ATP^I…I—2Pv>+^i龙2e^w-若 ̄■4AMV^今S成IIjI1I勝跑獻!s主知!VI2S2O4V;>1;1VI2心—g^S2O5图1.2SRB的分解过程Fig.1.2ThedecomositionrocessofSRBpp9 第一章引言1.2.3硫酸盐还原菌处理酸性矿山废水的研究进展和研究现状酸性矿山废水(AcidicMineDrainage,AMD)含有大量硫酸盐及重金属离子,未绍处理排放到环境中,硫酸盐在厌氧条件下生成硫化M,造成恶臭气味,硫化氨对于水生生物具有毒害作用,重金属离子污染地下水、主壤或在水生生物,对人类的生活造成影响。由于重一金属离子不同于有机物,在环境中无法被生物分解,因而旦进入环境后就会在环境中不断P’6’地积累而难W去除,对环境造成的长期污染和破坏\因此,必须寻找合理有效的方法对酸性矿山废水进行处理。在处理重金属离子时,主要通过H种方式改善废水水质:产生的硫化氨与溶解的金属离73M’tl子反应,生成溶解度非常低的金属硫化物从溶液中除去硫酸盐还原消耗水合氨离子;,使得溶液pH值升高,金属离子W氨氧化物形式沉淀;硫酸盐还原反应降低了硫酸根浓度;硫酸盐还原反应W有机营养物氧化产生的重碳酸盐形式形成碱性,使水质得到改善。利用SRB处理AMD成本较低,在硫酸盐还原同时,多种重金属与还原产物硫化氨生成难溶的金属硫化物,同步被脱除。因此,国内外很多学者都做了相关研究。Tony等沙石作为厌氧填充床反应器中的填料及混合系2-SRB生长的载体进行研究,有机物和S〇4负荷分332-..m和3.7k,经过厌氧处理后别为743kg/d1g/d.m,废水pH值由4.5上升到7.0,S〇4去除率达82%,Cu、Zn和Ni去除率达97.5%yA上,As和Fe去除率则分别为77.5%和82%,但对于Mg和A1的去除没有效果。762[]ASB万由令等^玉米芯为碳源对某矿山富含s〇41t水进行处理。保持U反应器中进2-2-浓度下降为水押值约为7.0,进水S〇4浓度为1.5g/L。出水S〇4224.9mg/L,还原率达到〇85.01/〇。苏冰琴等污水处理厂污泥的酸性发酵产物为SRB的碳源,在厌氧膨胀颗粒污泥床巧GS巧反应器中,研究了生物处理模拟酸性矿山废水(AMD)的工艺特性及影响因素。试验结B‘果表明,污水厂污泥的酸性发酵产物可作为SR的合适碳源。常温(20C条件下,当AMD)2-2-2-=中S〇4浓度为3000mg/L,pH3.0,COD/SO4比值为1.0左右,进水S〇4负荷为5.22kg232-3还原能力可达?S〇47m.d时,SRB的至。3.32kgS〇4/md。AMD处理出水阳值可达6.0,2-""2+"S〇4还原率为63.6%,COD去除率为45.1%,重金属Fe、Mn、N产、Zn、Cu去除率均在89%W上;出水pH值和重金属离子浓度均满足排放标准。10 第一章引言+++7222Ozv[erdi等巧1用硫沉淀的方法去除重金属Cu、Cd和Pb,在低pH(<3)值的条件2+2+2+=1>94%和Pb下,利用SRB还原产生的H2S吸附重金属离子,处理效率为Cu00%,Cd,2+2+2+>92%,吸附能力为Pb>Cu>Cd。利用SRB处理AMD成本较低,在硫酸盐还原同时,多种重金属与还原产物硫化氨生成难溶的金属硫化物,所还需要在:有,同步被脱除。但是,由于生物处理的过程非常复杂机碳源种类、反应器类型及提高SRB细菌在不同条件下(pH值、重金属存在)的硫酸盐脱除能力等方面进行深入的研究。1.3本论文的研究目的及内容1.3.1研究目的酸性矿山废水含有大量硫酸盐W及重金属离子,,未经处理排放到环境中硫酸盐厌氧条件下生成硫化氨,重金属离子污染地下,造成恶臭气味,硫化氨对于水生生物具有毒害作用水、±壤或在水生生物,。由于重金属离子不同于有机物对人类的生活造成影响,在环境中一无法被生物分解,因而旦进入环境后就会在环境中不断地积累而难W去除,对环境造成的长期污染和破坏。因此,必须寻找合理有效的方法对酸性矿山废水进行处理。一硫酸盐还原菌法费用低,,适用性强无二次污染,己成为种具有潜力的处理酸性矿山一些问题值得研究废水的技术。但该方法还未十分成熟,仍然有。本实验的研巧目的如下:(1)重金属离子会对SRB产生毒性作用,同时SRB去除重金属的机理具体是什么;对于运行稳定的反应器,重金属负荷对反应器性能的影响规律:重金属产生抑制后,采用什么方法对反应器性能进行恢复。(2)反应器运行过程中,SRB菌种在重金属作用下,微生物菌群结构会发生改变,采用相应的生物学手段,,解析功能菌种为含重金属废水的生物强化处理提供基础。综上,本研究针对酸性矿山废水建立了UASB反应器,重点考察驯化SRB期间和改变111口值时,1八88反应器对(:00和硫酸根的去除效果^^及出水91^值的变化,同时考察在加入重金属离子后,SRB对于重金属离子和硫酸根的去除情况,采用XRD衍射技术探究去除11 第一章引言-DGGE技术重金属的化理,利用SEM和PCR,观察菌猜形态,并且解析功能性菌群。1.3.2研究内容本论文的主要研究内容包括;(1)SRB污泥驯化初期UASB反应器运行效能研巧。采用呼和浩特市章盖营污水处理厂二沉池的回流污泥,使用乳酸钢作为SRB的碳源,研究驯化前期体系COD、pH值和硫酸根的变化情况和驯化后期调节进水pH值后体系COD、pH值和硫酸根的变化倩况。2+(2)UASB反应器加入重金属离子的运巧情况。使用乳酸钢作为SRB的碳源u,将C,2+2+Zn,Ni和C产四种重金属离子定为实验因子,研究他们在不同进水负荷条件下对UASB""2反应器运行的影响和反应后中毒的恢复方法,同时,对于反应过程中体系S04\COD的出水浓度和出水pH值的大小仍然要每天监测,观察它们的变化。(3)硫酸盐还原菌对于去除重金属离子的作用机理。用XRD技术进行分析,目的在于2+2+2+利用送种衍射技术探究Cu,Zn,饥和C产这四种重金属离子在SRB处理条件下的被去除的机理。(4)PCR-DGGE技术菌群形态和功能菌分析。利用SEM和,对加入重金属离子并进行SRB混合16SrRNA实验后的菌群进行形态观察;将片段PCR扩増,所获得目标片段的菌液进行基因测序,将测序获得序列在RDP网站上进斤同源性对比分析。12 第二章SRB污泥驯化初期UASB反应器运行效能研究第二章SRB污泥驯化初期UASB反应器运行效能研究升流式厌氧污泥床反应器(UpflowAnaerobicSludgeBlanket,UASB)是利用生物凝聚作用和结块的结合机能,形成具有优良性能的颗粒状污泥,提髙了污泥浓度,从而提髙反应器4278w[f,]odriui负荷和效率。Rgez等利用UASB反应器研巧酸性矿山废水中硫酸根的去除情况,2-=-1H值范围3.874.01的条件下硫酸根去炼率85.6%COD去除率不大于在C0D/S04,p为,W68%。Erkan等使用UASB反应器处理酸性矿山废水,在硫酸根进水浓度为2000mg/L,pH ̄u值范围34的条件下,Fe,C,Ni和Zn离子的去除率接近99%,硫酸根去除率在90%W上,6-8出水pH值范围为,处理效果远著。在W往硫酸盐还原菌处理AMD的研究中大多数只是针对污泥培养后的去除效果上,而对SRB的培养驯化过程研究较少。本章采用呼和浩持市章盖营污水处理厂二沉池的回流污泥为接种污泥,W孰酸钢为碳源,考察了在UASB驯化过程中SRB还原硫酸盐的恃性,包括驯化前期体系COD、pH值和硫酸根的变化情况W及驯化后期调节进水pH值后体系COD、pH值和硫酸根的变化情况。2.1实验装置和条件本实验所使用的UASB反应器(见图2.1)外管直径为80mm,有效高度为500mm的有+‘机玻璃管制成,有效容积约为2.5L。加入水浴恒温加热棒,温度控制在(34巧C。废水通过-蠕动累(保定兰格,BT100)从UASB反应器的底部进水,转速设定为0.5转/分钟,流量1.6L/d,产生的气体通过反应器内的H相分离器分离,出水经反应器顶部溢流。为提髙传质-效率使用蠕动累(保定兰格,BT100)从上到下增加外回流,回流流量设定为50转/分钟,装置图见图2.2。13 第二章SRB污泥驯化初期UASB反应器运行效能研巧飄23451、进水池;2、歸动粟;3、UASB反应器;4、回流泉;5、出水储池;6、气体流量计1.Bum.rinfluenttank2eristalticum;3.UAS4.reflux5.efluenttank;6as打owmete.;p;;ppppg图2.1UASB反应器的流程图F.hfwc:heacig.21TeloartofUASBrtor***""""rBHM图22.UASB反应器的装置图-fFiudiaramoUASBreactorg.2.2Thesetpg14 第二章SRB污泥驯化初期UASB反应器运行效能研巧2.2实验材料与方法2.2.1实验材料一()实验的配水和接种污泥SRB处理的实验配水是人工配制的可被模拟酸性矿山废水,W乳酸钥作为基质,用它来胃调节COD。肖利萍等实验研巧表明,随着C/S值増大,COD去除率反而降低,这主要是2‘一由于S04浓度,C/S,反应后COD往往过剩定值大时起始有机碳源浓度大,所WCOD总2’去除率反而较低,出水COD浓度较高,综合考虑S〇4、COD去除率和出水水质,SRB最适2‘= ̄/宜的C/S值为1.52。因此,实验中模巧进水C0DS041.85。在模巧酸性废水中加入5ml/L乳酸钢.775/LKHP〇〇.〇44/LNH4C10.19/L。,Na2S〇4lg,24g,g,使用分析纯浓盐酸调节进水妍=C、N、P按照m(COD):m(N):m(P)200:5:l这样的比例来配进水,在水中还需要加入适量的微量元素,如铁、铜、钻、巧、锋、短等W满足微生物细胞合成的需要。一定量的二沉池的回流污泥用作反应器接种污泥在呼和浩特市章盖营污水处理厂取了,反应器容积的50%用来盛放试验接种污泥,容量为1.25L,接种污泥浓度为2.5/L。污泥呈gTC止黄色。试验在(34+2)温度下进行。巧始无检测连续运行半个月,污泥呈黑色。(二)实验中用到的主要的化学试剂和仪器在实验中用到的主要化学试剂为无水Na2S〇4、KH2PO4、NH4CI、HCL,孔酸钢,氯化铁和硫酸铜等,均使用分析纯规格。(;)实验所用仪器实验所用仪器主要是pH测定仪,电子天平,戴安离子色谱仪,微波消解仪和婦动累等。2.2.2分析项目及方法W1(1)COD:快速消解重络酸钟法。-(2)pH:Hs3C型雷磁阳计。p2‘(3)S0-;戴安ICS900离子色谱仪。415 第二章SRB污泥驯化初期UASB反应器运行效能研究2.3结果与讨论2.3.1哪化前期硫酸根的变化在UASB开始连续运行时,进水流量设定为67mL/h;进出水硫酸根浓度变化如图2.3.a,所示/L3.04m/Ld。.3.,进水硫酸根浓度保持在1400mg左右,负荷为44g()由图2a可知,初始阶既第1天出水中硫酸根浓度为l〇42.3mg/L,去除率很低,仅为26%,从第2天开始有一定的时间适应水质 ̄所升高,SRB需要;反应的29山进水硫酸根平均浓度为1404.3mg/L,,负荷为444.40m/Ld。出水硫酸根平均浓度为647.2m/L,平均去除率为54%SRBg()g,说明2‘基本适应了水质,降解S〇4的能力逐渐増强;第9天么后,硫酸根的平均去除率升至77%,2在第11天达到最髙值90%,因此,S〇4带降解速度加化在较短时间内就能达到较离的去P882haot除率。研巧表明,Z等话试验中反应器启动时间为15天,Li等堆实验中反应器启动2时间为20天.,本实验启动时间为19天,启动较快,基质和C/S(C0D/S04M85)均比较适于SRB生?^。2.3.2驯化前期COD的变化UASB连续运行驯化期内 ̄,COD浓度变化情况如图2.3.b所示。反应巧期〇5d,通入人)工模拟酸性矿山废水,,进水COD平均浓度为2563.5mg/L,负荷为811.23mg/(Ld)。经过测定并计算,出水COD的平均浓度为1486.6m/Lg,平均去除率为42%,COD去除较缓慢,这 ̄主要是因为微生物处于适应期;之后的6lld,COD的平均去除率提升至59%,特别是第8天达到2-66%,去除率明显上升,应该是SRB开始降解水中的COD,为了满足还原S〇4的需要而增加必要的能量;lid之后,COD的进水COD平均浓度为2531.8mg化,负荷为80m,m1.20g/(Ld),出水COD平均浓度为1324.5g/L,COD平均去除率为48%,有文章表明83842-,[] ̄= ̄,COD和硫酸根的去除率么比范围理论上应为〇.671.0,即COD/S〇4〇.671.0说明反,同初期阶段相比应器内的微生物己经逐步适应废水水质,去除率升高并趋于稳定。在本实验中,COD和硫酸根的去除率之比为0.78,合乎理论范围。16 第二章SRB污泥馴化初期UASB反应器运行巧能研巧2.3.3哪化前期pH值变化UASB连续运行驯化期内出水pH值变化,如图2.3.C所示,驯化过程中体系阳值先略s有下降t,后逐渐趋于稳定,Renze邮F究表明,如果有I硫酸根被还原1.042g,那么就会有g2?2.3.a可知SO碱度产生,由图,驯化开始的时候4的还原较慢,初始阶段硫酸盐还原菌活性较低,产生碱度不足W中和产酸菌分解有机物产生的酸度,故体系pH有下降趋势。pH最终一-稳定在7.83左右,般认为,SRB最适生长H在6.57.5之间Hp,但是体系p值最终稳定*^1^7].83左右也是可SRB生长的SRB的生活环在1^1的,适宜,因为有文献报道在境中最高pH值可W是达到9.5。17 第二章SRB污泥驯化初期UASB反应器运行效能研究!说J1汪/\卢A.獄家P/\//\/\/言yV.谢产J隱'WI’/言?泌1说0__訓-A削.I\024680U14化巧201b-?*、.供*/、'、I*—.,?-?C?_/40^§五從0?-20--M?e?洁篇*t:-—efihwnS0t师■〇幽‘8Ar:;r:...0246810巧H!6巧208々e;,7.5出咖吾7.。T--三0effluent6J?….-■* ̄ ̄—■9?*??■?Hi???6>-01?I*iIIIII"mliiII■I"iiiHiiii*■IIIIII0246S10!214161820Timedas(y)过程中2‘图2.3驯化S〇4、COD和pH值随时间的变化^Fig.2.3ChangesofS〇\CODconcentrationandHinacclimatinrocess4pgpIS 第二章SRB污泥却I化初期UASB反应器运行效能研巧;2.3.4即I化后期不同进水pH值对于出水水质变化的影响SRBH为了驯化出能处理酸性矿山废水的,逐步降低模巧进水的p值,在上节已驯化出的适应进水为H====p6的前提下,利用分析纯的HCL来调节pH值为pH6,pH5和pH4,实.4所示H值降到5时,由图2.4.C可知,出水的平均H值为8.22,相对验结果如图2,进水pp=H于进水pH6时的平均值7.的有所上升,但是在进水p值降到4时,出水的平均值是7.83,因此,只有进水pH值为5左右时,出水pH值上升到8.22。由图2.4.a和图2.4.b可知,进水pH值为5化COD平均去除率为59%,相对于进水pH值为6时的60%相差很小,但是硫酸根的平均去除率由72%上升到81%;当进水pH值降低80%COD的平到4时,COD平均去除率为51%,硫酸根的平均去除率为,可W看出,均去除率减小了,但是相差并不大,硫酸根的平均去除率虽然在进水pH值为4时有所下降,但RB=仍然保持着较高的去除率,S在pH7.拍环境体系中表现出最大活性,并且出水脚很稳定,有报道指出,SRB更适宜在中性偏弱碱性的环境下生长,硫酸根去除率可达到80%W上,过高或过低的pH环境会直接影响硫酸盐还原菌的酶活性,抑制其生长和代谢能力,不利于SRB处理重金属离子所W=4是最适H=H。5,可W认为p阳因此,在进水p时,处理效果最好,硫酸根去除率最高,可能由于进水的酸度中和了反应产生的碱度,从而促进了反=应的运行i;在进水pH4时,COD和硫酸根的去除率都有所降低,但是,系统仍然可tl稳定的运化由于因为酸性矿山废水的押值较低 ̄=,均在2斗综上,进水pH4的条件更适合处理实际酸性矿山废水。19".?-.v. 第二章SRB污泥驯化初期UASB反应器运巧效能研究巧累j卢疗.谢\/n,ha!、、一'乂*TOI\\'寺J'如-16001"■—■"■ilnlllt—aiAf9^0Wfhp9w^柳1測- ̄4twdd&kst,:景?--inenImtlI%J弁^as/AzIwW—?11*<?200I紙A〇10规304Q50〇撕芝b\/\八/\八\户:至!°..從3000%測.一?owwlsfWw■夺香§2000;加載星e脯i放tS戶:::诗A//Y5009—*—■ ̄―苗^??<}C>^〇%〇^8-。-7lh-fl故成Hin。.?**?*????*?*?*a61-- ̄efi0uen〇l气’"***?**.**5WVp%?1010汾孤靴50從Time(days)图2.4不同进木pH对水质的影响Fig.2.4EflfectsofinfluentHonwaterualitpqy20 第二章SRB污泥驯化初期UASB反应器运行效能研巧2.4小结选择使用孔酸销作为碳漉,在UASB反应器内,考察了驯化过程中SRB还原硫酸盐的特性化及反应体系出水COD、H值和硫酸根的变化情况。得到结果如下p;(1)呼和浩持市章盖营污水处理厂二沉池的回流污泥,经过为期19天的驯化后,取得2?较好的降解S〇4的效果,其中,11天之后的硫酸根平均去除率升至77%;9天之后的COD平均去除率为48%;pH最终稳定在7.83左右。=(2)在不同的进水PH值(4、5、6)条件下,在进水pH5时,,达到了最好的处理效果H=硫酸根去除率也很高,在进水p4时,COD的去除率由59%下降到51%,硫酸根的去除率由81%下降到80%,去除率略有下降,系统稳定运行。21 第H章UASB反应器加入重金属离子的运巧情况第H章UASB反应器加入重金属离子的运行情况重金属离子对微生物的生长、代谢、活性、数量等都有很大的影响,不同进水负荷条件下,重金属离子对SRB的抑制和毒性作用有所不同。SRB去除重金属离子主要有W下两个阶段;(1)在厌氧条件下,SRB利用乳酸钢等有机物作为基质,硫酸盐作为SRB代谢过程中的(3-最终电子受体,将被还原成硫化物和碳酸氨盐离子见公式1),(2)硫化物和溶解态的重2+2+2+Zn反应3-2)SRB利用硫化氮间金属离子如Cu,和Ni,形成金属沉淀物(见公式,同时,739192种[’’]C产成凸3-3接还原为(见公式)。2--*0+S0-2CH24H2S+2HC03(31)2+^—=M+HMeSe-e2Si+2H(MeMtal)(32).6+〇+—3HS+2Cr3S+2W+-i3皆(33)2+2+2+^本章W就酸钢为碳源Zn,Ni?为目标重金属离子,研究他们在不同进水负荷,Cu,和Cr2’条件下对UASB反应器运行的影响,并考察反应过程中体系S〇4、COD的去除率和出水阳值""的变化和反应后中毒的恢复方法。3.1实验材料和方法3丄1实验材料一()实验所用化学试剂在实验中用到的主要化学试剂除了2.2.1节中所用的试剂W外,还需要的试剂有C旭〇,灯50,ZnS〇NiCb和反〇。4&4,227,均使用分析纯(二)实验仪器与设备-实验所用仪器除2.2.1节中的仪器,OES仪器检!^外还需要达丰瑞仪器公司生产的忙P测重金属离子浓度。(H)试验污泥使用的污泥是第二章驯化试验结束后的可用于本章实验的污泥。22 第H章UASB反应器加入重金属离子的运行巧况3丄2实验方法2H=利用第二章己驯化好的污泥,在进水p值为4,HRT38h,C0D/S04M.85的条件下加2+2+2+,1Zni5//d入打,N和C扩离子混合溶液,每种离子的浓度为mL,进水负荷为3.16mL,,gg()2本实验采用连续进水的方法,为连续性实验,通过\,先运行10天每天测定实验过程中的s〇4COD的去除率和出水H一p值,考察反应器运行是否正常,如果正常,调整负荷进行进步实验。实验在(34+2C)温度下进行。进水中加入5ml/L孰酸销,Na2S〇4l.775g/L,KH2P〇4〇.〇44g/L,NH4C10.19g/L,然后用分析纯浓盐酸调节进水pH为4。N、P按照CODNP=m:m(:m200:5:l的比例配置,配水中另加入适量微量元素,如铁、铜、错、钥、())()巧、猛等1^^满足微生物细胞合成的需要。3.2结果与讨论3.2.1加入重金属离子试运行UASB2-2+2+WH==立产4,HRT3化C0D/S01.85在进水p值为,4的条件下加入Cu,,地和Cf四?种重金属离子的混合溶液5m/L,进水负荷为3.16m/,UASB反应,每种离子的浓度为gg朵巧2’器运行10天,通过每天测定实验过程中的S〇4、COD的去除率和出水pH值,结果见图3.1。一由图可得.,出水pH值较稳定,平均值为804,与上章中的出水pH值平均值8.26相比相差不大;硫酸根的平均去除率为79%,COD平均去除率为56%,均保持在去除率较理想的3,.16mLd水平,因此,在进水负荷为g/()的条件下加入重金属离子不会影响反应器的正常运一-。行,可W进行进步的实验,将提商进水负荷为5.43mg/Ld()23 第H章UASB反应器加入重金属离子的运巧情况、'-/、'M3、、'户、口々§心*-\/'況!\卢.》I/■?\.!V'言6?巧置?"-I ̄H-.I*?1400■m?-31200.*微BGval細ciem营rei---一航淪汾in)?-》ent00-〇渝J60—0夺 ̄ ̄ ̄0鄉.i巧N2;广n巧菱■?、I。卢\?r々/Q?5082800-公*""*^**"*-^^?^*g*.-—?2600__Hm、00-240?22001^.'一--v0femodjgPQ鋪0o?〇細喊-1400Ii?II■,",I》度I1246819li-^--—0-OOO8.0〇07-.57.0.吾6.5;6-.0?5j-fiUniBnt--〇efluent^50■4.5■■■■■■—4.0■m>■■.I.I.I.t?I0246810Tunedays()图3.1加入重金属离子Fi.3ddheavtlig.1Aymeaon24 第H章UASB反应器加入重金属离子的运行情况32.2HRT22h.为的条件下加入重金属离子对反应器的影响2—2+2+6+==在进水pH值为4,HRT22h,COD/SO41.85的条件下加入CuZn,nP和Cr,离,子混合溶液,每种离子的浓度为5mg/L,进水负荷为5.46mg/(Ld),实验结果如图3.2、图3.3所示 ̄。出水pH平均值为7.71,由图3.2可得出,实验在17d之后出水pH值突然下降,在1831d,.03,与进水pH值接近,COD的之内最低值为4;同时去除率在21d之后也出现下滑,平 ̄20d之间的50%下降了D浓度均去除率为35%,比l15%,最高出水CO为2071.7m/L硫g;?175871酸根的去除率,在第d突然由72%下降到%,并且在13d期间,最低值降低为30%,平均去除率仅为47%,,最高出水硫酸根浓度为994.4mg/L,由图3.2可知,出水pH值、COD""和硫酸根的去除率均呈下滑趋势,SRB己经失活,刘欢贞等提出这是反应器出现了酸化2现象,但是,文章中的实验条件为C0D/S04M1.4,COD的进水负荷很高,产生了大量的挥7893’1’21=远低于上述实验条件发性脂肪酸(Volatilefattyacid,VFA),而本实验C0D/S041.85,,""因此不存在酸化现象还需结合重金属离子处理效果来判断。6+2+2+2+由图33可知,四种重金属离子的去除情况,Cr,Cu,Ni和Zn的平均去除率分别为98%、95%、89%和93%,去除率相当高,有的甚至可W达到100%,但是只有N产的平均去""=除率低于90%,T22h。对于上段提出的SRB失活现象也有可能是在HR这种高负荷的""P96+2+2+条件下加入重金属离子导致的SRB中毒现象,Kieu等喃巧表明,Cr,Cu,N产和Zn,*进水负荷为4.5m/Ld时运行正常,进水负荷提高到6m/Ld,前八周运行正常g()g(),后四周""7L,出现中毒现象.5m/d。,当进水负荷提高到g()时,没有SRB菌群存活,已经完全中毒6+分析图3,.3可知,Cr的去除率在第23d突然下滑至92%并且之后的去除率也有降低的趋势,2++最低为90%18d;Cu的去除率较稳定;对于妃,在第之后去除率开始下降,最低去除率+2且第为81%,Zn的去除率虽然在第22d有所下降到87%,并23d下降最低值81%,但是整2+2+体并没有下降趋势。综上,SRB处理Cu和Zn很有效,并且没有对系统没有产生冲击,而""2-6+SRB出现中毒现象后,S〇的还原受到抑制r4,产生的硫离子相应减少,由于C和N产2+2+6+的溶度积相对于Cu和Zn较商,硫离子用于结合Cr和N产的量较少,所W去除率下降更明显。6+2+如果要使反应器恢复正常,可从降低进水负荷、增加进水pH值、降低Cr和Ni的浓度,2-比值。在本节中,或是提高C0D/S04采用降低进水负荷的方法恢复.4/L,将进水负荷56mg(吨25 第呈章UASB反应器加入重金属离子的运行情况3’.16m/Ld23天化出水.降低到g,并且不加重金属离子,在运行到第H值恢复到702,()p8%一硫酸根去除率也达到7,COD去除率是42%。反应器基本恢复正常,可W进行下步实验。塞?。WV3IV.饼麵V.期、!’I’■'馨*■?14001200?^-1000^I^一'〇600■^々画編I400.J?一_———'—一——_——5iois2025303^VA々麵麵//\\\r"I’A^\hht’\\以孤/§/靡:w^vV/^^v’’产?-2400^、J^2W‘|/V8‘VV1妨〇/护气/\^-1200?—王滅1200/flSnjOBemjVV0510巧202530:5i:\0510巧202530巧Time(days)=困3.2HRT22h重金属巧子的影响=Fig,3.2TheeffectsofheavymetalionsinHRT22h26 第H章UASB反应器加入重金属离子的运行情况皇02^1嚇撫I05101520253035Time(das)y图=3.3HRT22h重金属离子的去除率FTcHRT=ig.3.3heremovaleffiientofheavymetalionsin22h3..23HRT为%h的条件下加入重金属离子对反应器的影响""=在3.2.2节中进行的HRT22h条件下加入重金属离子有中毒现象,采用恢复措施之后,出水阳值恢复到7.02左右,COD和硫酸根的去除率也恢复到42%和78%,恢复效果良一,好,可W进行下步实验。将HRT调节至38h,进水负荷为3.16mg/Ld),在进水H值为4,(p22+2+2+6+C0D/S04M.85的条件下加入Cu、Zn、Ni和Cr离子混合溶液,每种离子的浓度为5mg/L的条件下进行实验,实验结果如图3.4、图3.5所示,由图3.4可知,出水pH值在6.82和7.8337一之间波动,虽然在第19d下降到最低值6.82,但是在后阶段又回,出水pH平均值为7.一一升至7上,,般情况下微生物对进水pH值有定的缓冲作用,能使系统的出水pH值,从而使系统能稳定运行调节在适合微生物生长代谢的范围。可看出,UASB体系总体上SRB的活性良好。硫酸根的去除率在第14d出现最低值66.46%,但总体平均值为75.65%,在第28d上升至79.40%,整体SRB还原硫酸根的能力较高,可W有效去除废水中的硫酸根。2’3,.4可,COD53/75%。,从8〇、从图1^看出的去除率整体波动幅度不大平均值为因此4COD的去除率和出水pH值这王个指标综合来看,在HRT为38小时的条件下,反应器运行正常,SRB没有中毒失活。同时,与3.2.1节加入重金属离子试运行UASB的实验结果相比,27 第呈章UASB反应器加入重金属离子的运行情况出水pH值为8.04,硫酸根去除率为79%,COD去除率为56%,这H个指标均有下降,但是,仍维持在较稳定的水平。2+2+2+3C产、Cu、Ni由图.5可知四种重金属离子的去除情况,和Zn的平均去除率分别为〇=6+2+2+%.4/〇、97.8%、96.2%和%.8%,和HRT2化中〇、知、nP和Zn的平均去除率分别"P91为98/〇、95%、89%和93%相比,去除率明显有所升高,这和进水负荷降低有很大的关系。一因此,本阶段试验UASB运行正常,不需要采取恢复措施,可W进行进步实验。28 第H章UASB反应器加入重金属离子的运行情况.巧运,,A八h/\HA/yVNV?/V'。1/\?1\IV'泌看?用,试-I*-*-**-.農40DL-200画.A巧田oviUeffic細t邑?800—t^HItmhiem-O-Bu浸efent膠1200_gI10,5^S30^荷器客f\W\,、11?—?/:泌V、A麵?\!泌z83V?i:>泌3000-2500.八2000-^lemovidefSdeil--i??Sy*infU\-0 ̄emxsA-1500\0議.严 ̄' ̄AO50Q'' ̄^^5篇5名510155:::?吾.;:7.0——ef\/Oluent6.805101520253035Tiroe(days)4HRT=图3.3地重金属离子的影响=Fi.3.4TheefectsofheavmetalionsinHRT3細gy29 第H章UASB反应器加入重金属离子的运行情况102r1-101i围 ̄o ̄Cu9?i:90投^05I10S20255035Timcdas(y)困=地重金属离子的去除率3.5HRT3=Fi.3.5TheremovaleficientofheavmetalionsinRT38hgyH3.2.4HRT为3比的条件下加入重金属离子对反应器的影响一?3,=上节进水负荷为.16mg/Ld,本节中将调高进水负荷为3.87mg/Ld,HRT3比。()()2’H=?因此,本节实验条件如下:进水p值为4,C0D/S041.85,进水负荷为3.87mg/(Ld),2+2+2+加入CuZn,Ni和Cr^子混合溶液,每种离子的浓度为5m/L。实验结果如图3.6、图,g.7所示3.6H13d5.736.373,由图可知,出水p值在第突然下降至,总体平均值为,相比进3,,水负荷为.16m/Ld的条件下,降低了1.0,相比于进水负荷为5.43m/Ld的出水H平均g()g()p2’6一.34化04S〇。值为仅升髙了,说明在升髙了进水负荷之后,4的还原依然受到定程度的抑制再看硫酸根的去除率,在第14d出现最低值55.03%,总体平均值只有66.11%,因此,SRB2?在此进水负荷条件下活性下降,整体SRB还原S〇4的能力很低。并且,在进水负荷为5,.46m/Ld时g(),SRB失活时间在第17d,而本节实验是在第14d出现失活,有可能是在实验过程中泥量减少的原因。从图3.6可知,COD的去除率在第10d出现最低值42.75%,因为2SRB。%COD的去除H有失活的趋势,消耗有机物的能力下降因此,从S〇4率和出水p值综合来看,在HRT为31小时的条件下,SRB有失活现象。30 第兰章UASB反应器加入重金属离子的运行情况^2+2+2+由图3.7可知四种重金属离子的去除情况,Cr、Cu、Ni和Zn的平均去除率分别为2+2+2+=99.0%、97.7%、%0%和96.1%HRT22h中C户、仇、Ni,和和Zn的平均去除率分别391198%、%%、89%和93%相比为,去除率明显有所升高,这和进水负荷降化有很大的关系,2+=3化98.4%、97.8%、96.2%和96.8%相比Zn和HRT中的平均去除率分别为,除了W外,均""有升窩,并且没有出现中毒现象,因化本阶段试验对于去除重金属离子方面UA犯运2’行正常,同时,、COD的去除率和出水兰个指标综,在此进水负荷的条件下从S〇4讯值这合来看,仍需采取恢复措施。,SRB有失活现象如果要使反应器恢复正常,可^^、増加进水H值、降低重金属离子的浓1低进水负荷p2?/度,或是提高C0DS04比值。在本节中,采用两种方法恢复:3,(1)将进水负荷降低到.16m/Ld,重金属离子不变。在运行到第6天时g(),出水肺5.216.2371.3%COD去45%。值由恢复到,硫酸根去除率也达到,除率是2’U)重金属离子不变,提高C0D/S04到3.0。在运行到第16天时,出水pH值由6.23恢复到7.22,硫酸根去除率也达到76%,COD去除率是48%。因化第二种谈复方法就出水一H值的种方法慢了4天,但是硫酸根去除率和COD去除率恢复较好p变化来看比第,基本达到了最初的水平。31 第兰章UASB反应器加入重金属离子的运行情况-巧^?W八'。、曼.’巧\A^一丽/.65玄\?、/V、.巧g-1600^1200…reval渝cnt诗命moie00.--10f■lginuent ̄〇 ̄efluent800I.400'-。〇〇■'/〇■一''200I'JJ^4??X160.巧貝襄.K?i\資含—。八八,,\I\i\/\I\??一k-*巧V\/V\/\1\fi%iHi?Q\VU\JV.44?■■?,值3000.2800fvAf一^'/AWMAAA卢AAA/\/2600?/VV\#V-mVVV\/¥、、2400--N/巧说.imova]eficient.t2000 ̄■-扣扫雌曲—?1800""fflu。〇eent藤.8八400?1。严六严。八/_*?1'*'?10000510巧202530358-.0〇户、户气、?々--75■-〇.od气7?.0\6.艺.5\、60°.\尸占庐\分伽咖叫/\々55.、5-.005105如2530351Timedas(y)=图3.6HRT3化重金属巧子的影响=Fig.3.6TheefectsofheavymetalionsinHRT3化32 第H章UASB反应器加入重金属离子的运巧情况1抱-101?:—CrlI3Il9?-—1OCu;-—泌Ni—^^^Zn巧Il媒棚■棚■i■l?l?^*^?05!01520253035Time(days)=图3.7HRT3化重金属离子的去除率==Fig.3.7TheremovalefficientofheavymetalionsinHRT31h3.3小结2+2+2+(、、Ni本章采用连续进水的方法,研巧了:产Cu和Zn四种重金属离子在不同进水2?H值和负荷的条件下SRB还原S〇4和去除重金属离子的能力,同时也监测出水pCOD出水浓度,考察pH值的变化和COD的去除率。得出主要结果如下:2+2+,(1)在进5.46mg/Ld的条件下和Zn水负荷为(),SRB处理Cu很有效,去除率较髙分""现2+别为和93%,而SRB出现中毒象后,C产和Ni的去除率下降更明显,平均值分2+2+,u别为98%和89%进水负荷为3.16m/Ld,(:户、C、N产;在g()条件下和Zn四种重金属离2?^2++子对SRB还原S〇4的有较高的效率,并且重金属离子平均去除率较离,Cr、Cu、地和2+8’Zn的平均去除率分别为9.4%、97.8%、96.2%和96.8%;在进水负荷为3.87m/Ld条件下g(),2+2+、重金属离子平均去除率较商,(:沪Cu、N产和Zn分别为99.0%、97.7%、%.0%和%.1%,〇2’从S4、COD的去除率和出水pH值综合来看,SRB有失活现象。因此,进水负荷为2"",5.46m/Ld,S0\COD,现象g()时4的去除率和出水脚值均下降并且有中毒;进水负23,,.16m/Ld时3.87m/Ld时,S04\COD的去除荷为g(),运行正常;进水负荷为g()率和出水33 第呈章UASB反应器加入重金属离子的运行情况pH值均是先有下降,后趋于稳定,重金属离子去除正常。>-(2)不同进水负荷条件下,系统的出水pH平均值大小依次为3.16mg/I/d3.87m/Ld()g()>56m.d。.4g/(L),(3)对系统采取了恢复措施3.87m/Ld;,分别为,在进水负荷g()条件下使用了两种方法2’,进水负荷降低到3.16mg/Ld,重金属离子不數重金属离子不裝提高C0D/S04到3.0。()’’在进水负荷5.46m/Ld条件下使用的方法是降低到3.16m/Ld,并且不加重金属离子。在g()g()一,二进水负荷3.87mg/^d)条件下第种方法回复时间为6天,第种方法为10天;在进水负荷,m,5.46mg/(Ld)条件下回复时间为23天,因此进水负荷3.87g/(Ld)条件下所使用的方法比进水,负荷5.46m/Ld。g()条件下恢复的更快34 第四章硫酸盐还原菌去除重金属离子的作用机理第四章硫酸驻还原菌去除重金属离子的作用机理生物正常生长过程中会有某些重金属元素是不可缺少的微量元素,但是大多数重金属具有毒性,,,有的甚至还有致癌作用同时重金属具有持久性和生物富集放大效6+一应等特点,、,旦在水体中积累就会通过食物链这种途径威胁人体健康。本章WCr2+2+Cu、N产和Zn四种重金属离子定为实验因子,初步就SRB对重金属的去除机理进行探讨。XRD是近年来新兴的的分析方法,主要针对固体粉末样品的结构来进行衍射分94-%[]、析。衍射数据会与衍射数据国际中屯(虹temationalCentreforDi近actionData,ICDD)中的衍射数据进行对比分析。晶体晶胞凡何形状和尺寸由布拉格定律确定(见)图4.1: ̄ ̄ ̄ ̄dIIII=2dsin0nX图4.1晶体爲面衍射几何和Br媒衍射方向gF4*1DrBri..iiectionofcystalandaggdiffractiong-被分析的物质会产生特有的衍射强度分布口theta1曲线(见图4.2)。)35 第四章硫酸盐还原菌去除重金属离子的作用机理巧汾瓦0261051.饰—-700r600-500.在140C'薑10'J3000-2^|||^|||||||編|||||山心山山1心|||心差|山,心地。1!1|。,B單巧晒^^^^^可琴巧,聚.辦啊華華卿巧yP巧20巧40so欲巧,2-Th訓图4.2XRD巧射强度空间分布Fi.42dinnnsnXRDg.Spacestrib山ioofdifractio打iteityiaternp4.1实验材料和方法4.1.1实強材料一()实验仪器与设备ana-实验所用仪器为荷兰PlticalEmream型X射线粉末衍射仪y公司生产的py。(二)试验污泥使用的污泥是第王章中实验后的污泥。4丄2实验方法6+2+2+2+试验WCr、Cu、Ni和Zn作为重金属实验因子,初步就SRB对重金属的=去除机理进行探讨、、。将HRT22h试验后的污泥提取20ml屯,,置于离机中离屯去掉上清液,然后把沉淀的污泥置于10沪鼓风恒温干燥箱中风干,处理后对沉积污泥进行36 第四章硫酸盐还原菌去除重金巧离子的作用机理XRD分析,探巧SRB对重金属离子的去除机理。-沉积污泥XRD分析采用荷兰Panalytical公司生产的Empyream型X射线粉末衍’=°° ̄。:CuKa能级20C射仪分析条件如下铅,扫描范围1〇8〇,温度为室温(25),°电流为100mA,加速的电压50KV,采用连续扫描,扫描速度为5/min。4.2结果与讨论de为确定重金属离子的去除形式,试验结束后,对沉积物利用软件Ja5.0进行了XRD分析,其结果见图4.3所示。^J14M?I■M**■WmIrm?11?!I,,_.,1TI1rr.■.——,,Im■m?MMC巧离子辞巧子-??I-IW[? ̄ ̄-I‘" ̄■ ̄' ̄ ̄■ ̄ ̄■ ̄■ ̄■ ̄ ̄IiS;n3另Vn2-Tkwf辞巧子媒离子37 第四章硫酸盐还原菌去除重金属离子的作用机理"■i-???ff{严?■■叫*咖M捆?J一????,,.广《。??i占乂*苗'料;镶离子络离子图4.3沉积物的X射线衍射分析Fig.4.3XRDofsedimentsprecipitated2+由图4.3可知,试验后沉积物中的Cu绝大部分W硫化物的形式存在,即WCuS2+2+的形式存在;ZnWZnS和凸1(0巧2的形式存在;NiWN设和NisSs的形式存在;2?2+2+一C产主要WCoS的形式存在。因此,SO4有定程度的还原,推测Cu、凸产和ms2?送H种重金属离子的去除起主要作用的是SRB还原SO4之后,液体中的重金属离子^。SRB8间和硫化氨发生反应最终生成金属硫化物沉淀而对于Cr,利用&接还原扣Cr成为C户。4.3小结2+本章利用XRD技术探巧重金属离子被去除的机理,得到W下结果:Cu绝大部2+2+分WCuS的形式存在;ZnWZnS和Zn(0H)2的形式存在;NiWN设和M2S3的形++2式存在。因化打产、Zn和地这兰种重金属离子被;C户主要WCnSs的形式存在2^生去除过程中,主要是SRB还原S〇4节HaS与其发生反应,最后生成金属硫化物沉6+。灯淀而对于(:产,SRB利用HsS间接还原成为C护。38 第五章菌群形态和功能茵分析第五章菌群彩态和功能菌分析5.1实验材料和方法5丄1实验材料一()实验仪器与设备菌群形态实验所用仪器是扫描电镜仪器(蔡司乙IGMA)。功能菌分析实验所用设备-RAD是PCR反应扩増仪(BIO),变性梯度凝胶电泳(DGGE)仪等。(二)试验污泥=比的处理重金属离子后的巧氧菌群形态实验所用的污泥为第H章实验中HRT3=污泥。功能菌分析实验所用的污泥为HRT3比试验后SRB受抑制的污泥和恢复实验后的污泥。5丄2实验方法一()菌群形态实验1.离也,固定、SOOO、取污泥样品少许,放入离屯机rpm离也lOmiA弃上清,倒入2.5%戊二醒固也、。定液进行固定,固定后离,将污泥样沉积,弃上清2.脱水2.5%戊二醒固定化,磯酸缓冲液清洗3次,每次冲洗完离也,弃上清液。然后,°分别用30%、50%、70%、85%、90/骗度浓度酒精脱水,每个梯度中静置lOmin,脱水完毕,用100%梯度脱水2次,每次20min,W上每次脱水后均离也,弃上清液。39 第五章菌群形态和功能菌分析然后用纯叔下醇置换酒精3次30mn-每次i,最后吸取混匀的细菌叔T醇悬浮液滴在,覆有盖玻片的样品台上,置冷冻干燥机内真空干燥。3.干燥最后加入叔T醇,置冷冻干燥机内真空干燥。4.离子漉射金皿一面粘在将干燥后的菌体倒入培养,轻摇尽量分散菌体。碳导电胶带1/4盖玻片上另一面倒扣轻压在菌体粉末上,翻正后用镜子或牙签将菌体轻轻刮薄铺平。离,97£1子瓣射金后,即可进行扫描电镜观察并拍照。(二)功能菌分析实验HRT=化条件下=污泥样品取自在3,试验后期(出水pH5.21)重金属已对SRB=产生抑制作用的污泥(样品1)和进行恢复实验后(出水pH7.22)的污泥(样品2)。将所选取的九个16SrRNA片段PCR扩増,所获得目标片段的菌液送至上海生工生物工程有限公司进行基因测序,将测序获得序列在RDP(htD://rdp.cme.msu.edu/seamatch/secmatch)网站上进行同源性分析。i5.2结果与讨论=将HRT3比的污泥样品经过处理后利用扫描电镜仪器拍照,结果如图5.1,从四幅图中均可看出,SRB呈杆状和球状,其中图5丄b和5丄C中有大部分白色沉淀,这些应该是金属硫化物的沉淀包裹在SRB周围。40 第五章菌群形态和功能菌分析5=M分图.1HRT3化试验后沉积物的SE析=Fi.5EMensrectatetretiHg.1SofsedimtiidafteratmennRT31hppDGGE编号图如图5,7和10这两1.2,由图可知编号个条带从样品到样品2由(!7化1C似如旅S),10是绿脈假单胞菌fowonos亮变暗,汲I序结果显示是类杆菌属如ewaemg机fwa),在这里,送两种细菌均不属于SRB,恢复试验后几乎消失,可能较适宜在酸性环境生长2中都是亮的,测序结果思示16是韦;编号16条带在样品1和样品PS1荣球菌属(版侃ne侃),资料表明韦荣球菌也可W间接的提高水中的押值,因此,韦荣球菌没有受到抑制;编号19、23和24这H个条带从样品1到样品2由暗变亮,表明在实验中受抑制,测序结果显示19、23和24,但是在进行恢复试验后又恢复了均是脱硫孤菌属(〇esM//cm如如),属于SRB,在处理酸性矿山废水中发挥重要作用;编号30、32和33这两个条带从样品1到样品2由亮变暗,其中条带32在样品1中’航也较睛测序结果显不30、32和33是梭状芽抱杆菌属(C705加成wwaczo/era内属于酸性发酵菌41 第五章菌群形态和功能菌分析图5.2DGGE编号图Fig-S-SNumbe。ofDGGE5.3小结SEMPCR-DGGE技术本章利用和对菌群形态和功能菌进行分析,得到如下结果:HRT=(1)将3化的污泥样品经过处理后利用扫描电镜仪器拍照,SRB呈巧状和球状,同时还可观察到金属硫化物的沉淀。(2)将所选取的九个I化rRNA片段PCR扩増,基因测序结果为7是类杆菌属42 第五章菌群形态和功能菌分析’(公flcferoi旅J),10是绿腺假单胞菌(/wew/owowosflcnz巧woMt),16是韦荣球菌属(TeWone化I),19、23和24均是脱硫孤菌属(D妨M矿OV渐咖),属于SRB,在处理酸’性矿山废水中发挥重要作用;30、32和巧是梭状芽抱杆菌属(C/0加7成KWaciditolerms)。43 第六章结论第六章结论一项技术硫酸盐还原菌法处理酸性矿山废水是目前很有潜力的。本论文W呼和浩特市章盖营污水处理厂二沉池的回流污泥为接种污泥,利用模拟酸性矿山废水驯化得到含有混合硫酸盐还原菌巧RB)的巧氧污泥;并对驯化过程中,不同pH条件下,SRB2+、还原硫酸盐的特性,W及CODpH值和硫酸根的变化情况进行了研巧。并且,将Cu,2+2+6+Zn,Ni和打这四种重金属离子定为实验因子,考察了SRB对四种金属离子的去""除效果和污泥中毒后不同恢复措施的恢复性能,同时,对SRB去除重金属离子的机理:、菌群形态W及功能菌进行分析。本论文研究得到如下主要结论2?(1)回流污泥经过19天的前期測化后,取得较好的降解S〇4的效果;体系pH=7(,值稳定在.83左右,在不同的进水PH值4、5、6)条件下,在进水pH5时达=巧%到了最好的处理效果,硫酸根去除率也很高H4时COD的去除,在进水p,率由下降到51%,硫酸根的去除率由81%下降到80%,去除率略有下降,系统稳定运行。2+2+,(2)在进水负荷为5.46mg/(Ld)的条件下,SRB处理Cu和Zn很有效,去除""6+率较高分别为95%和%%,而SRB出现中毒现象后,Cr和N产的去除率下降更6+2+,明显,平均值分别为98%和89%;在进水负荷为3.16mg/Ld条件下,Cr、Cu、()2+2+2Ni和Zn四种重金属离子对SRB还原S04W有较高的效率,并且重金属离子平均6+2+2+去除率较高,Cr、Cu、N产和Zn的平均去除率分别为%.4%、97.8%、96.2%和6+’96,、.8%在进水负荷为3.87m/Ld重金属离子平均去除率较离,打打产、;g()条件下2+2+2Ni和Zn分别为99.0%、97.7%、96.0%和96.1%S0\COD的去除,从4率和出水2H值综合来看,SRB有失活现象。因此,进水负荷为5.46m/Ld时,S04\CODpg()""的去除率和出水pH值均下降,并且有中毒现象;进水负荷为3.16mg/ard)时,2运行正常;进水负荷为3.87mg/(Ld)时,S04\COD的去除率和出水pH值均是先有下降,后趋于稳定,重金属离子去除正常。(3)对系统采取了恢复措施(降低负荷,去掉重金属离子等),分别为,在进水3’负荷.87m/Ld条件下使用了两种方法:进水负荷降低到3.16m/Ldg()g(),重金属离2,提高C0D/S04划3(1子不变.0。在进水负荷5.46111£/山:重金属离子不变條件下使44 第六章结论3,,用的方法是降低到.16m/Ld,并且不加重金属离子。在进水负荷3.87m/Ld条g()g()一6天,件下第种方法回复时间为,第二种方法为10天;在进水负荷5.46mg/(Ld)条件-下回复时间为23天.87m/I/d5.46m/Ld,因此进水负荷3g(所使用的方法比进水负荷())g恢复得快。2+(4)采用XRD技术分析加入金属之后的污泥样品,结果表明Cu绝大部分W硫2+2+化物的形式被去除,即WCuS的形式存在;ZnWZnS和Zn(OH)2的形式存在;Ni2+"+N巧和M2S3的形式存也C产主要W化83的形式存在。因化知、zn和她"++32被去除的载体主要是硫化物,Cr被SRB利用托S间接还原成Cr,Zn还有WZn(OH)2"的形式被去除,因为在硫酸盐还原的过程中消耗了水合氨离子,Zn与Of结合。=比的污泥样品经过处理后利用扫描电镜仪器拍照(5)将HRT3,SRB皇杆状和球化同时还观察到金属硫化物的沉淀包裹在SRB周围。将所选取的九个16SrRNA片段PCR扩增,基因测序结果为7是类杆菌属(成wtewWM),10是绿脈假单胞菌(/wew血wonosaen/脚wwa),16是韦荣球菌属(格谢owe航r),19、23和24均是脱硫’’孤菌属(Dmi/辦viAno)SRB,在处理酸性30、32,属于矿山废水中发挥重要作用;和巧是梭状芽抱杆菌属(C/os/z姑ad航o/eraw)。45 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̄-NinCuU抑d泣1ofnovechiflfbaseliandNftirafir2lmethlene(),()卿)g^(E)(yy)--quinolm8amine:Snthesis,spectral,XRD,SEM,antimicrobialantioxidantandinvitroy,ifSttcytotoxcstudiesJ.JournaloMolecularrucure.20150.[]()[97]谢家化董光军,刘振癸扫描电镜的微生物样品制备方法化电子显微学报2005,24(4):440.[9巧MashimatNakazawaF.TheinfluenceoforalVeillonellasped的onbiofilmsformedbyibe ̄StretococcussecesJ]:6Lpp.Aiiaero.2014280S4|^,()99MaintinuerSFernandesBDuartetal.Fermentativehdroenroductionwithxloseb[]|g,e,,ygpyyClostridiumandKlebsiellaspeciesinanaerobicbatchreactorsJ].InternationalJournalofHdroen[yg-Ene.20112136:13如8口517.igy,()53 致谢一本次毕业论文的顺利完成要感谢指导过我的各位老师、帮助过我的同学和直关也支持我的家人朋友们。首先要感谢我的导师付志敏老师,从最初的论文选题到研究过程的安排,再到最后的论文写作,付老师都倾注了巨大的也血。在两年的科研学习中,付志敏老师严谨的治学态度、精益求精的工作作风对我有着非常深远的影响。,这让我受益终身同时我要感谢贾志斌教授,在论文编写过程中贾老师也给予我非常宝贵的意见和建议,在这里向贾老师表示最衷也的谢意。此外还要感谢刘样师兄、杜瑞芳师姐,他们给予了我很多帮助,在此表示感谢。在硕±生涯即将结束之际。感谢参与论文评审的各位专家!,对你们致W最真挈的感谢感谢参加答辩的各位老师和同学!54 攻读学位期间发表的学术论文攻读学位期间发表的学术论文徐曼.J.,付志敏硫酸盐还原菌及其在废水处理应用中的研究进展[]山东工业技-术,2014,14:122124.55'