硫酸鹽還原菌分離及其脫硫性能的研究

江耀華， 劉金輝， 劉亞潔

(東華理工大學(xué)，江西 撫州 344000)

我國砂巖型鈾礦山大多采用酸法浸出工藝開采，利用酸法地浸技術(shù)有很多優(yōu)點，如生產(chǎn)成本低、建設(shè)周期短、資源回收率高、保護(hù)地表生態(tài)環(huán)境等(杜志明等，2012)。但是，采區(qū)退役后，地下水中的SO42－，U(VI)，H+，F(xiàn)e3+和重金屬離子等組分嚴(yán)重超標(biāo)(鄧勝水等，2012)。酸性采鈾廢水若不經(jīng)處理讓其任意排放，就會造成大面積酸污染和重金屬污染。因此，對酸法地浸采鈾地下水污染的治理已迫在眉睫。近十幾年來，國內(nèi)外學(xué)者也紛紛提出了許多治理的方法，如沉淀法、離子交換法、濕地法、電滲析、電泳、反滲透、土壤滲濾和浮選等(饒俊等，2005;高延耀等，1994)。其中，利用硫酸鹽還原菌處理酸性礦山廢水是一種很有前景的方法，此法處理廢水成本低，實用性強(qiáng)，無二次污染，還可以回收重要的物質(zhì)單質(zhì)硫(陳鳳梅等，2007)。本次試驗?zāi)康氖峭ㄟ^富集分離所得到的硫酸鹽還原菌處理酸性地浸尾液，從而初步確定該類廢水的生物處理方法。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

從江西撫州市某污水處理廠活性污泥池中采取的污泥進(jìn)行富集培養(yǎng)、分離純化。

1.2 培養(yǎng)基組成

KH2PO40.5 g;NH4Cl 1.0 g;CaCl2·2H2O 0.1 g;MgSO4·7H2O 2.0 g;FeSO4·7H2O 0.5 g;NaCl 1.0 g;抗壞血酸 0.5 g;L-Cys 半胱氨酸 0.5 g;Na2SO4·5H2O 5.0 g;乳酸鈉溶液 6.5 g;蒸餾水1 000 ml。調(diào)節(jié) pH 值為 6.5 ～7.0(崔心水等，2009)。

富集和分離硫酸鹽還原菌的培養(yǎng)基配方有不少，但多數(shù)液體培養(yǎng)基中都以硫酸鋅作為指示劑，硫酸鹽還原菌的代謝產(chǎn)物硫化氫與鋅離子形成的黑色沉淀，可以作為富集得到有硫酸鹽還原菌菌群的標(biāo)志(澹愛麗，2007)。

1.3 富集和純化方法

在配制好液體培養(yǎng)基以后，裝入150 mL小口徑錐形瓶內(nèi)，將其高壓滅菌，冷卻后加入一定量的活性污泥，用滅好菌的液體石蠟加入到小口徑錐形瓶內(nèi)，形成一定厚度的液體石蠟層以隔絕空氣，旋緊塞子(以上操作均在紫外滅菌操作臺中完成)。然后，將其放置于恒溫培養(yǎng)箱中30℃條件下進(jìn)行培養(yǎng)，待富集液的顏色變成黑色，同時瓶口散發(fā)出硫化氫臭雞蛋味，即表示富集成功。初次富集時間可稍微長一些，隨后于新的培養(yǎng)基中轉(zhuǎn)接2～3次。

在配制好SRB平板以后，將轉(zhuǎn)接2次富集成功的富集液進(jìn)行涂布(涂布量不超過120 μl)，待涂布平板長好即進(jìn)行挑菌劃線培養(yǎng)。所有涂布劃線好的平板均使用厭氧袋保存，并放置在恒溫培養(yǎng)箱中30℃條件下進(jìn)行培養(yǎng)。培養(yǎng)過程中如平板表面變黑即表示分離成功。然后于新的平板中重新挑菌劃線1～2次，可得到更純菌種。

1.4 菌種鑒定方法

試驗富集分離獲得的SRB菌種采用16SrRNA基因擴(kuò)增法進(jìn)行鑒定(馬文麗，2011)。

1.5 脫硫試驗方法

采用富集的SRB菌處理含高濃度SO42－酸性廢水。本實驗分為八組，用NaOH和HCl調(diào)節(jié)培養(yǎng)基，使其初始 pH 分別為 3，4，5，6，7，構(gòu)成五組實驗;另外pH=7的三組實驗是培養(yǎng)基中分別加入鈾濃度為0.5，10，15 mg/L 的含鈾尾液。

實驗采用150 mL小口徑錐形瓶，按照培養(yǎng)基:含SO42－廢水:SRB 菌液 =13∶1∶1的比例，將配制好的培養(yǎng)基和含SO42－廢水滅菌后裝入小口徑錐形瓶內(nèi)，迅速加入SRB菌液，然后用滅菌的液體石蠟加入到小口徑錐形瓶內(nèi)，形成一定厚度的液體石蠟層以隔絕空氣，旋緊塞子，在30℃恒溫培養(yǎng)箱中進(jìn)行培養(yǎng)。定期檢測各組實驗的SO42－濃度(孫香榮，1983)。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 試驗結(jié)果

分別在第0，2，4，6，8，10 天對各組試驗體系中的SO42－濃度進(jìn)行取樣測定，測定結(jié)果如表1所示。

表1 時間及鈾濃度對SO42－濃度的影響(g/L)Table1 The influence of time and Uranium metals to the reduce sulfate

2.2 不同初始pH值對SRB還原SO42－的影響

pH值是影響SRB活性的主要因素，圖1反映了不同初始pH值下，SO42－濃度隨反應(yīng)時間的變化規(guī)律。由圖1可知，在初始pH=3、4時，SO42－濃度變化幅度不明顯，其值分別穩(wěn)定在4.53～4.59之間和4.36～4.42之間，表明SRB在實驗環(huán)境中難以生長，過低pH值會抑制SRB的活性。當(dāng)pH=5、6、7 時，溶液中 SO42－濃度隨反應(yīng)時間的增加而減少，即說明SRB在實驗環(huán)境中可生長，并將部分SO42－降解。由于SRB的耐酸性在pH=5～7之間。由圖1可知，pH值越高，SRB進(jìn)入對數(shù)生長期的時間越短，SO42－濃度下降越快。隨著pH值的增大，SRB活性增強(qiáng)。(可見，該還原菌在較高pH條件下具有硫還原能力，pH＜5則未見硫還原。說明所分離富集的還原菌適宜在pH≧5條件下具有硫還原能力)

2.3 不同初始pH值與脫硫率的關(guān)系

由圖2得知，溶液pH值為3、4時，脫硫率極低，僅為 1.3%;在 pH 值為 5、6、7 時，SRB 有活性，并隨著pH值的增大，其活性增強(qiáng)，脫硫率也增高。在第21天，測得其脫硫率分別為38.34%、48.14%和60.26%。由此可知，當(dāng)pH值在6～7之間時，SO42－的還原效果最好。

2.4 不同初始鈾濃度對SRB還原SO42－的影響

不同初始鈾濃度條件下，SRB還原SO42－的量隨時間變化關(guān)系如圖3所示。

圖1 不同初始pH值對SRB還原SO42－的影響Fig.1 The influence of different initial pH to the SRB reduce sulfate

圖2 不同初始pH值對脫硫率的影響Fig.2 The influence of different initial pH to the desulfurization-rate

由圖3可知，在pH值=7時，含鈾濃度越高的菌液，去除硫酸根的量越低。當(dāng)鈾濃度分別為0，5，10和15 mg/L時，其硫酸根去除率分別為60.3%，55.1%，51.2%，48.0%，表明金屬鈾的在會抑制SRB菌的生長，鈾度越高，抑制作用越嚴(yán)重。

3 結(jié)論

通過對硫酸鹽還原菌分離培養(yǎng)及脫硫性能研究，可以得到以下認(rèn)識:

圖3 不同初始U濃度對SRB還原SO42－的影響Fig.3 The influence of different Uranium metals to the SRB reduce sulfate

(1)SRB菌群對含SO42－廢水具有較好的除硫作用，當(dāng)菌液pH=6～7時，對SO42－的還原具有良好效果，其 SO42－的去除率分別達(dá)到 48.1%，60.3%。

(2)試驗表明，獲得的SRB菌群可生長的pH值范圍為5～7，且pH值越高，活性越好。在偏弱酸-中性條件下，利用SRB菌群去除中性廢水中的硫酸根在技術(shù)上有望可行。

(3)金屬鈾的存在會抑制SRB菌的生長，從而影響其脫硫效果，金屬鈾濃度越高，抑制作用越強(qiáng)。當(dāng)鈾濃度分別為0，5，10和15 mg/L時，SRB對硫酸根的去除率分別為 60.3%，55.1%，51.2%，48.0%。

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