【摘要】：隨著工業(yè)化、城市化進(jìn)程的深入,因人類活動導(dǎo)致局部地區(qū)環(huán)境重金屬污染嚴(yán)重,為此我國《重金屬污染綜合防治“十二五”規(guī)劃》中明確要求控制鉛、汞、鎘、鉻和類金屬砷五種重點(diǎn)污染物。硫酸鹽還原菌(Sulfate-Reducing Bacterium,SRB)作為一種高效去除重金屬的菌種被廣泛應(yīng)用,但SRB代謝過程需外加碳源,故低成本碳源的篩選備受關(guān)注。廣西作為我國蔗糖主產(chǎn)區(qū),糖蜜、濾泥等甘蔗制糖副產(chǎn)品的產(chǎn)量巨大,糖副產(chǎn)品的資源化利用對廣西環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展有著重大現(xiàn)實(shí)意義。本研究旨在以低成本糖副產(chǎn)品培養(yǎng)硫酸鹽還原菌,將甘蔗制糖副產(chǎn)品結(jié)合SRB運(yùn)用于鉛污染環(huán)境的治理中,研究其治理效果和作用機(jī)制,取得了以下主要研究結(jié)果:(1)混料試驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果表明,濾泥和糖蜜酒精廢液以1:1～3:1比例混合能取得最佳的硫酸鹽還原菌培養(yǎng)效果。單因素實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,糖副產(chǎn)品培養(yǎng)的SRB的最佳生長初始pH為7.0,培養(yǎng)溫度為35℃,受糖副產(chǎn)品中復(fù)雜碳源的影響,SRB進(jìn)入對數(shù)期的時(shí)間會比化合物培養(yǎng)滯后5-10小時(shí)。因此,低成本的濾泥和糖蜜酒精廢液混料可作為SRB的培養(yǎng)基代替化合物培養(yǎng)基,為濾泥、糖蜜酒精廢液的資源化利用提供新的途徑。(2)糖副產(chǎn)品培養(yǎng)的SRB對10～100 mg/L的鉛溶液去除率可達(dá)96.97%以上,受糖副產(chǎn)品有機(jī)物質(zhì)、濾泥多孔物質(zhì)等因素影響,SRB對高濃度鉛溶液表現(xiàn)出更高的耐受性。SRB提取的EPS具有明顯的Pb2+吸附效果,FT-IR分析表明EPS中的羥基、羧基和多糖C-O-C等基因是Pb2+結(jié)合的主要基團(tuán),熱力學(xué)和動力學(xué)平衡實(shí)驗(yàn)表明該吸附過程能用Langmuir等溫吸附模型及準(zhǔn)二級動力學(xué)方程較好擬合。掃描電鏡結(jié)合能譜儀和X射線衍射分析表明SRB主要是通過氧化還原作用使Pb2+形成PbS沉淀而得以去除。結(jié)果表明,糖副產(chǎn)品培養(yǎng)的SRB去除溶液中鉛離子首先是與細(xì)胞壁的活性部位結(jié)合,隨后在SRB作用下進(jìn)一步形成PbS沉淀。同時(shí),Plackett-Burman實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,糖副產(chǎn)品培養(yǎng)的SRB對溶液中鉛、銅、鋅、鎘及鐵多種重金屬均具有較高的去除率,鎘的最大去除率為99.05%,其次為銅96.74%,鋅96.32%,鉛96.17%,鐵95.96%。(3)在厭氧靜態(tài)培養(yǎng)下,SRB作用使土壤中66.23%～88.63%的鉛以可還原態(tài)形式存在,形成了鉛-土殼核顆粒物,FT-IR分析表明SRB等細(xì)菌表面的-CH2、-OH官能團(tuán)對核殼顆粒物形成起到關(guān)鍵作用。相關(guān)分析表明在SRB作用下土壤有機(jī)質(zhì)、銨氮、硝酸鹽氮、速效鉀含量對土壤中鉛形態(tài)轉(zhuǎn)化起著關(guān)鍵的作用。同時(shí),高通量測序發(fā)現(xiàn)土壤中優(yōu)勢菌門依次為Firmicute、Actinobacteria、Proteobacteria、Acidobacteria、Chloroflexi、Gemmatimonadetes,其中以Desulfurellaceae、Desulfitobacterium為主的SRB菌群對土壤中鉛形態(tài)轉(zhuǎn)化起著關(guān)鍵作用,而Bacteroides、Anaerolinea、Clostridium、Veillonella等菌群通過有機(jī)物礦化、發(fā)酵等作用為SRB菌群提供碳源和能源,從而對鉛形態(tài)轉(zhuǎn)化產(chǎn)生影響。冗余分析結(jié)果表明SRB接種至鉛污染土壤后主要通過改變土壤中有機(jī)質(zhì)、總磷、總鉀、速效鉀、鉛的可氧化態(tài)進(jìn)而影響細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)。土壤中鉛形態(tài)的轉(zhuǎn)化使不同污染程度的鉛對土壤中微生物菌群結(jié)構(gòu)和功能的影響減弱,表現(xiàn)為土壤中LEfSe物種差異和細(xì)菌群落功能差異較小,在SRB作用的鉛污染土壤中添加一定量糖副產(chǎn)品,土壤中鉛形態(tài)的轉(zhuǎn)化效果不受影響且能顯著改善土壤理化特性及增加細(xì)菌群落多樣性。
【圖文】：

Ｆｉｇ．２－１邋Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｇｒａｍ邋ｓｔａｉｎｉｎｇ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＳＲＢ逡逑比濁法通常用于對微生物生長曲線的測定，測量波長通常懫用６００邋ｎｍｔ８７］ＲＢ生長曲線見圖２－２。在２０小時(shí)之前ＳＲＢ處于生長延滯期，２０？２５小時(shí)生長期，５５？７０小時(shí)ＯＤ６00達(dá)到峰值，并在７２小時(shí)后開始進(jìn)入衰亡期。續(xù)實(shí)驗(yàn)的可比性，在接種培養(yǎng)后５５小時(shí)左右的菌液進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。逡逑０．９邋邐邋１００逡逑Ａ邋＾邋ｏｄ６０0逡逑０８邋＿邐ｔ邐ｆ邐－Ａ－邋ＯＲＰ邋－邋５０逡逑ｉＵ邋－邋－邋－２00逡逑０．１邋邐１邐？邐１邐１邐１邐？邐＊邐邋－２５０逡逑

－邐★邋ｌ逡逑圖２－１邋ＳＲＢ培養(yǎng)液及革蘭氏染色圖逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｓｕｓｐｅｎｓｉｏｎ邋ａｎｄ邋ｇｒａｍ邋ｓｔａｉｎｉｎｇ邋ｄｉａｇｒａｍ邋ｏｆ邋ＳＲＢ逡逑光電比濁法通常用于對微生物生長曲線的測定，測量波長通常懫用６００邋ｎｍｔ８７］，本逡逑研究中ＳＲＢ生長曲線見圖２－２。在２０小時(shí)之前ＳＲＢ處于生長延滯期，２０？２５小時(shí)菌株逡逑進(jìn)入對數(shù)生長期，５５？７０小時(shí)ＯＤ６00達(dá)到峰值，并在７２小時(shí)后開始進(jìn)入衰亡期。因此逡逑為保證后續(xù)實(shí)驗(yàn)的可比性，在接種培養(yǎng)后５５小時(shí)左右的菌液進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。逡逑０．９邋邐邋１００逡逑Ａ邋＾邋ｏｄ６０0逡逑０８邋＿邐ｔ邐ｆ邐－Ａ－邋ＯＲＰ邋－邋５０逡逑ｉＵ邋－邋－邋－２00逡逑０．１邋邐１邐？邐１邐１邐１邐？邐＊邐邋－２５０逡逑０邐２０邐４０邐６０邐８０邐丨００邐１２０邐１４０逡逑Ｔｉｍｅ邋（ｈ）逡逑圖２－２邋ＳＲＢ的生長曲線逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｇｒｏｗｔｈ邋ｃｕｒｖｅ邋ｏｆ邋ＳＲＢ邋ａｓ邋ａ邋ｆｕｎｃｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｉｍｅ逡逑２．２．２環(huán)境因子對硫酸鹽還原菌生長的影響逡逑２．２．２．丨初始ｐＨ對菌種的影響逡逑初始ｐＨ對ＳＲＢ生長的影響見圖２－３�？梢姡樱遥略谂囵B(yǎng)基初始ｐＨ為３．０時(shí)其ＯＤ６00逡逑與空白樣相差不大，，當(dāng)ｐＨ為４．０時(shí)，其ＯＤｅｏｏ略有增加，但不明顯；當(dāng)ｐＨ為５．０時(shí)逡逑候，0Ｄ６00增加明顯，并隨著ｐＨ增加ＯＤ６00而增加。因此，ＳＲＢ在ｐＨ５．０￣７．０條件下逡逑均能生長
【學(xué)位授予單位】：廣西大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：X505;TS249

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