發(fā)布時間：2020-03-21 13:04

【摘要】： 污泥是污水處理過程中產(chǎn)生的沉淀物,污泥中除含重金屬外,還含有豐富的有機質(zhì),氮、磷等其他養(yǎng)分,不合理的處置方式,既污染環(huán)境,又浪費資源,污泥處理應(yīng)遵循無害化、資源化的原則。本實驗室利用從污泥中分離出的兩株硫桿菌——嗜酸性氧化亞鐵硫桿菌(Acidithiobacillus.ferrooxidans)LX5、嗜酸性氧化硫硫桿菌(Acidithiobacillus thiooxidans)TS6,對污泥進行生物瀝浸(Bioleaching)處理,研究內(nèi)容集中在污泥生物瀝浸條件優(yōu)化方面,但瀝浸周期較長,如實施工程化應(yīng)用,成本較高。污泥生物瀝浸周期長的主要原因是在瀝浸中起主要作用的自養(yǎng)硫桿菌生長緩慢,尤其污泥中的溶解性有機物(dissolved organic matter,DOM)對硫桿菌有毒害作用。為了消除這一障礙因子,嘗試從污泥中分離出以污泥DOM為碳源和能源的耐酸性異養(yǎng)菌,研究其與自養(yǎng)菌復(fù)合進行污泥生物瀝浸,并對其加速污泥瀝浸進程機理進行深入研究。論文主要結(jié)果如下: 從制革污泥中分離出一株異養(yǎng)菌R30,經(jīng)鑒定屬于紅酵母菌屬(Rhodotorula sp.),酵母菌R30在污泥DOM中培養(yǎng)96 h,水溶性有機碳(DOC)從1485mg%qL降至345mg%qL,菌數(shù)達(dá)4.8×10~7個/mL,結(jié)果表明酵母菌R30可消耗污泥中大部分的DOM,減弱DOM對硫桿菌的毒害作用。為驗證酵母菌R30對制革污泥瀝浸的促進作用,在瀝浸的起始階段添加一定量的酵母菌R30,結(jié)果表明添加酵母菌處理和對照相比,污泥瀝浸時間減少了4d,瀝浸周期顯著縮短,在7d的瀝浸時間內(nèi),重金屬Cr的溶出率提高39%。 研究在瀝浸中起主要作用的菌株A.ferrooxidans LX5、A.thiooxidans TS6和Rhodotorula sp.R30對重金屬鉻(Cr~(3+))的耐受性。結(jié)果表明700mg%qL的Cr~(3+)對A.fLX5、A.tTS6的生長和氧化活性影響不大,但Cr~(3+)濃度大于500mg%qL時明顯抑制酵母菌R30的生長。 研究純種A.fLX5和A.tTS6與酵母菌R30復(fù)合能明顯加速污泥瀝浸的進程,最佳的復(fù)合比例為硫桿菌LX5和TS6接種量10%,酵母菌R30接種量2.0%。研究含酵母菌R30的酸化污泥作接種物的可行性,結(jié)果發(fā)現(xiàn)生物瀝浸過程中pH值下降的速度與對照比沒有明顯差異,而在瀝浸起始時添加2.0%的酵母菌R30,則瀝浸反應(yīng)提前36 h結(jié)束。因此在其它條件相同的污泥瀝浸中,污泥中所含耐酸性酵母菌的數(shù)量很重要,在瀝浸起始時添加酵母菌R30,使污泥中酵母菌的數(shù)量達(dá)到10~6個/mL是加快瀝浸速度的關(guān)鍵。 A.fLX5和A.tTS6是嚴(yán)格化能自養(yǎng)菌,生長緩慢,在固體平板上,形成菌落需要2～3周時間,且平板的檢出率較低,為此,作者發(fā)明了雙層平板法(指用2%的水瓊脂作底層平板,上面涂布(酵母菌R30)菌液,再倒入分離硫桿菌的固體培養(yǎng)基作上層平板,涂布一定稀釋度的含硫桿菌的菌懸液)來提高硫桿菌分離效率。結(jié)果顯示,A.tTS6菌落在雙層平板上檢出的時間比單層平板法(指僅在硫桿菌的固體培養(yǎng)基上涂布硫桿菌的菌懸液)提早5d,檢出率提高3.6倍,A.fLX5菌落在雙層平板上檢出率提高2.1倍。進一步說明雙層平板中間的異養(yǎng)菌因能消耗上層的水溶性有機物,從而可大幅度提高硫桿菌的檢出效率。同時也證明了介質(zhì)中水溶性有機物對硫桿菌的毒性及異養(yǎng)菌R30的解毒機理之一便是消耗水溶性有機物為其碳源和能源,從而促進了硫桿菌的生長。 為進一步闡明酵母菌與自養(yǎng)硫桿菌復(fù)合進行污泥生物瀝浸可明顯加速污泥重金屬瀝浸進程的其他可能機理,本研究在全自動生物反應(yīng)器中進行污泥生物瀝浸,利用生物反應(yīng)器上的可檢測懸液中CO_2的電極、pH電極、溶氧(DO)電極等探頭在線檢測污泥中CO_2,pH,DO的變化。結(jié)果發(fā)現(xiàn),添加酵母菌R30的處理,污泥瀝浸周期比對照縮短36hr,污泥中CO_2含量的比對照提高3倍,DO變化兩者差別不大。為驗證反應(yīng)體系中CO_2含量變化對污泥瀝浸過程中主要微生物A.tTS6生長和活性的影響,在自動發(fā)酵罐中培養(yǎng)A.tTS6,通入CO_2氣體,結(jié)果證實,A.tTS6的生長明顯加快,發(fā)酵周期縮短34hr,A.tTS6菌體數(shù)量增加一倍。這揭示了酵母菌R30促進污泥瀝浸進程的另一機制即是酵母菌R30生長在消耗污泥中的DOM的同時代謝產(chǎn)生了較多CO_2,從而促進了以CO_2為唯一碳源的自養(yǎng)硫桿菌的生長,從而加速了污泥瀝浸進程。 酵母菌R30分泌豐富的胞外多聚物(Extracellular Polymeric Substances EPS),絡(luò)合試驗及Fe~(3+)和EPS—Fe~(3+)氧化能力評價試驗證明,EPS能絡(luò)合介質(zhì)中由A.fLX5氧化Fe~(2+)而生成的Fe~(3+),形成EPS—Fe~(3+)絡(luò)合物(7.2mg Fe~(3+)/mgTOC),從而維持Fe~(3+)在介質(zhì)中一定濃度而不致于因在酸性條件和硫酸鹽豐富的環(huán)境中游離的Fe~(3+)大量形成羥基硫酸高鐵礦物而沉淀掉。研究發(fā)現(xiàn),即使Fe~(3+)與EPS形成EPS—Fe~(3+)絡(luò)合物,該物質(zhì)仍具有一定氧化活性,盡管其氧化能力比等量的游離Fe~(3+)氧化活性低。一般地,介質(zhì)中具有化學(xué)氧化性的Fe~(3+)越多,生物瀝浸效果越好。這也說明,在添加酵母菌R30的污泥生物瀝浸處理中,其分泌的EPS對促進生物瀝浸進程的影響有一定的促進作用。 通過本項目研究,得到如下鮮明的結(jié)論,在污泥生物瀝浸過程中,添加耐酸性的異養(yǎng)型酵母菌R30能大大促進污泥生物瀝浸進程,其主要原因在于酵母菌R30能消耗對硫桿菌生長有毒的DOM,同時由于產(chǎn)生較多的CO_2,又促進了以CO_2為唯一碳源的硫桿菌的生長所致。此外,酵母菌R30分泌EPS,使介質(zhì)中Fe~(3+)不易沉淀,從而維持了介質(zhì)的較高氧化力,也是一個原因。
【圖文】：

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本文編號：2593372