小分子有機(jī)物對(duì)自養(yǎng)型氧化硫硫桿菌與異養(yǎng)型膠紅酵母菌共培養(yǎng)的影響

楊期勇，楊文鋒，朱瓊，張慶芳，劉藝奇，唐梅，譚嬋娟

1. 九江學(xué)院鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)研究中心，江西 九江 332005；2. 蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院，甘肅 蘭州 730050；3. 九江學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，江西 九江 332005；4. 九江市流域管理與生態(tài)保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（九江學(xué)院），江西 九江 332005

小分子有機(jī)物對(duì)自養(yǎng)型氧化硫硫桿菌與異養(yǎng)型膠紅酵母菌共培養(yǎng)的影響

楊期勇1,3,4*，楊文鋒2,3，朱瓊3，張慶芳2，劉藝奇3，唐梅3，譚嬋娟3

1. 九江學(xué)院鄱陽湖生態(tài)經(jīng)濟(jì)研究中心，江西 九江 332005；2. 蘭州理工大學(xué)石油化工學(xué)院，甘肅 蘭州 730050；3. 九江學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，江西 九江 332005；4. 九江市流域管理與生態(tài)保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（九江學(xué)院），江西 九江 332005

在污泥生物淋濾過程中起主要作用的微生物是嗜酸性氧化硫硫桿菌（Acidithiobacillus thiooxidans），污泥中大量的可溶性小分子有機(jī)物對(duì)氧化硫硫桿菌的生長(zhǎng)有抑制作用，而異養(yǎng)型膠紅酵母菌（Rhodotorula mucilaginosa）對(duì)這些小分子有機(jī)物具有吸收和降解作用。通過研究小分子有機(jī)物對(duì)自養(yǎng)型氧化硫硫桿菌與異養(yǎng)型膠紅酵母共培養(yǎng)的影響，探尋能加快生物淋濾進(jìn)程，縮短生物淋濾周期的方法。采用復(fù)合菌體系（氧化硫硫桿菌和膠紅酵母菌）和單菌體系（氧化硫硫桿菌）的比較實(shí)驗(yàn)，探討了乙酸、丙酸、檸檬酸、草酸和腐殖酸5種小分子有機(jī)物對(duì)自養(yǎng)型氧化硫硫桿菌和異養(yǎng)型膠紅酵母菌共培養(yǎng)的影響。結(jié)果表明：乙酸、丙酸、檸檬酸、草酸和腐殖酸5種小分子有機(jī)物對(duì)氧化硫硫桿菌的生長(zhǎng)及氧化產(chǎn)酸能力均有一定的抑制作用，其抑制作用大小順序?yàn)橐宜幔颈幔靖乘幔静菟幔緳幟仕幔珜?shí)驗(yàn)后期抑制作用都有所消減；在實(shí)驗(yàn)前期復(fù)合菌體系的氧化硫硫桿菌氧化產(chǎn)酸能力均好于單菌體系，而在實(shí)驗(yàn)后期，復(fù)合菌體系與單菌體系變化差距逐漸縮小；有機(jī)物的分子量越小，對(duì)氧化硫硫桿菌的影響越大，膠紅酵母菌消除有機(jī)物對(duì)氧化硫硫桿菌的抑制作用越明顯。因此，膠紅酵母菌與氧化硫硫桿菌的共培養(yǎng)在一定程度上能有效加快生物淋濾進(jìn)程，縮短淋濾周期，提高淋濾效率，在污泥生物淋濾技術(shù)中有著良好的應(yīng)用前景。

生物淋濾；氧化硫硫桿菌；膠紅酵母菌；小分子有機(jī)物；共培養(yǎng)

污泥中含有大量的重金屬和未分解的有機(jī)物等污染物質(zhì)，是阻礙污泥資源化利用的重要因素。起源于微生物濕法冶金的生物淋濾技術(shù)，逐漸被眾多的學(xué)者應(yīng)用于污泥中重金屬的溶出與回收，成為污泥重金屬污染控制技術(shù)的研究熱點(diǎn)（Bosecker，1997；Renoux et al.，2001；Pathak et al.，2009；Fontmorin et al.，2015；Chen et al.，2016）。在污泥生物淋濾過程中起產(chǎn)酸作用的優(yōu)勢(shì)微生物是嗜酸性硫桿菌，而污泥中含有大量的可溶性小分子有機(jī)物、未分解的大分子有機(jī)物以及細(xì)菌的代謝產(chǎn)物，其中水溶性小分子有機(jī)物對(duì)嗜酸性硫桿菌生長(zhǎng)具有抑制作用（初立恩等，1981；Flournier et al.，1998；Gu et al.，2004；Ren et al.，2009），這種抑制作用對(duì)生物淋濾法在污泥處理中的應(yīng)用產(chǎn)生了一定的影響（華玉妹等，2006；魯順保等，2012）。為消除這一不利影響，優(yōu)化硫桿菌的生長(zhǎng)條件，眾多的學(xué)者進(jìn)行了大量的研究。早在20世紀(jì)80年代，顏望明等（1980）就開展了氧化硫硫桿菌（Acidithiobacillus thiooxidans）與真菌（紅酵母、青霉、曲霉）混合培養(yǎng)的研究，發(fā)現(xiàn)混合培養(yǎng)可以促進(jìn)氧化硫硫桿菌的生長(zhǎng)，縮短了停滯期，加速了硫的氧化。Harrison（1984）從煤礦酸性廢水中分離的Acidiphilum cryptum與無機(jī)化能菌共同培養(yǎng)時(shí)，可以利用無機(jī)化能菌分泌的有機(jī)物，消除其抑制作用。王世梅等（2006）研究發(fā)現(xiàn)硫桿菌與耐酸性紅酵母菌混合培養(yǎng)后進(jìn)行生物淋濾，可以有效縮短淋濾時(shí)間，提高重金屬去除率。Zhou et al.（2013）將嗜酸性硫桿菌與真菌（Galactomyces sp. Z3）混合培養(yǎng)，發(fā)現(xiàn)Galactomyces sp. Z3可以有效降解乙酸、丙酸等小分子有機(jī)酸，淋濾時(shí)間比單獨(dú)用嗜酸性硫桿菌進(jìn)行淋濾縮短了4.5 d。譚險(xiǎn)夷等（2014）在生物淋濾處理底泥重金屬的過程中利用絲狀菌消除低分子有機(jī)酸的有害影響，簡(jiǎn)化了處理工藝，節(jié)約了處理成本。

綜上所述，耐酸性異養(yǎng)菌可以與嗜酸性硫桿菌共培養(yǎng)，能加快硫桿菌對(duì)重金屬的浸出率，為提高污泥的生物淋濾效率提供了新思路。基于此，我們?cè)谇捌诤Y選分離出嗜酸性氧化硫硫桿菌JJU-1菌株的基礎(chǔ)上（楊期勇等，2015），進(jìn)一步分離出一株耐酸性膠紅酵母菌（Rhodotorula mucilaginosa）JJU-3菌株（邱秀文等，2017），將耐酸性膠紅酵母菌與嗜酸性氧化硫硫桿菌混合培養(yǎng)，觀察氧化硫硫桿菌在小分子有機(jī)物和耐酸性膠紅酵母存在條件下的生長(zhǎng)情況和氧化產(chǎn)酸能力，從而為氧化硫硫桿菌與膠紅酵母菌協(xié)同去除污泥中重金屬的研究提供基礎(chǔ)和工藝參考。

1 材料與方法

1.1 供試菌種

本實(shí)驗(yàn)所用的嗜酸性氧化硫硫桿菌、耐酸性膠紅酵母菌均由本實(shí)驗(yàn)室從污水污泥中篩選、分離、鑒定得到。

1.2 培養(yǎng)基

Waksman液體培養(yǎng)基：(NH4)2SO4：0.20 g，K2HPO4?3H2O：3.93 g，MgSO4?7H2O：0.50 g，CaCl2：0.19 g，溶于1000 mL蒸餾水，用5 mol?L-1H2SO4調(diào)節(jié)pH為3.5～4.0。

BS solution 基礎(chǔ)培養(yǎng)基：(NH4)2SO42.5 g?L-1、KCl 0.1 g?L-1、K2HPO41 g?L-1、Ca(NO3)20.2 g?L-1、MgSO4?7H2O 1 g?L-1，用硫酸調(diào) pH 值至 4.0。

1.3 分析測(cè)試

pH值和氧化還原電位（ORP）：玻璃電極法，采用ORP-431型氧化還原電位測(cè)定儀測(cè)定。

化學(xué)需氧量（CODcr）：微波消解法。菌液用0.22 μm濾膜過濾，濾液即為CODcr待測(cè)液，采用美國(guó)哈希（HACH）公司生產(chǎn)的CODcr消解-比色管封閉回流消解水樣及 DR890比色計(jì)進(jìn)行測(cè)定：HACH CODcr消解-比色管（10 mL），HACHDRB200 CODcr加熱器；HACH DR1010便攜式分光光度計(jì)。

SO42-：鉻酸鋇分光光度法。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《HJ/T 342—2007》進(jìn)行測(cè)定。

1.4 膠紅酵母菌對(duì)小分子有機(jī)物的降解實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)藥品：甲酸、乙酸、丙酸、甲醇、檸檬酸均為化學(xué)純（上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司），腐殖酸為化學(xué)純（天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所）。

本實(shí)驗(yàn)所用腐殖酸溶液的配制：稱取1 g腐殖質(zhì)，用10 mL 0.1 mol·L-1的NaOH堿溶，攪拌混勻，再用定性濾紙過濾，收集濾液加入鹽酸調(diào)至酸性，用0.22 μm針筒過濾，所得溶液即為腐殖酸溶液。

配制4.2 L BS solution基礎(chǔ)培養(yǎng)基，分裝至12個(gè)500 mL錐形瓶中，然后將12個(gè)錐形瓶分為兩組（實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組），分別依次加入0.2 mL甲酸、0.2 mL乙酸、0.2 mL丙酸、0.5 mL甲醇、0.4 g檸檬酸和2 mL腐殖酸溶液，用無菌透氣封口膜密封包扎好后在105 ℃下蒸汽滅菌30 min。實(shí)驗(yàn)組接種20 mL膠紅酵母菌菌液，對(duì)照組不接種膠紅酵母菌。然后置于恒溫?fù)u床中培養(yǎng)，搖床參數(shù)設(shè)置為 180 r?min-1、30 ℃。每個(gè)樣品做3個(gè)平行樣，每天取1次樣，取樣時(shí)先用0.22 μm針筒過濾菌液，所得濾液進(jìn)行各項(xiàng)目分析測(cè)定。

1.5 氧化硫硫桿菌與膠紅酵母菌的共培養(yǎng)

配制3.5 L Waksman培養(yǎng)基，分裝至10個(gè)500 mL錐形瓶中，并加入2 g硫粉，然后將10個(gè)錐形瓶分為兩組（復(fù)合菌和單菌），分別依次加入0.2 mL乙酸、0.2 mL丙酸、0.2 g檸檬酸、0.2 g草酸和1 mL腐殖酸，調(diào)pH值至3左右，用無菌透氣封口膜密封包扎好后在105 ℃下蒸汽滅菌30 min。冷卻后，在復(fù)合菌組錐形瓶中接種 10 mL膠紅酵母菌菌液（OD600為1.0）和30 mL氧化硫硫桿菌菌液（OD600為0.2），單菌組錐形瓶中只接種30 mL氧化硫硫桿菌菌液（OD600為0.2）。然后置于恒溫?fù)u床中培養(yǎng)，搖床參數(shù)設(shè)置為180 r?min-1、30 ℃。每個(gè)樣品做3個(gè)平行樣，每天取1次樣，取樣時(shí)先用0.22 μm針筒過濾菌液，所得濾液進(jìn)行各項(xiàng)目分析測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 膠紅酵母對(duì)小分子有機(jī)物的降解

2.1.1 膠紅酵母菌的生長(zhǎng)曲線

本文用 OD600值來表征膠紅酵母菌的濃度大小，OD600值越大表明菌液中膠紅酵母菌數(shù)量越大，膠紅酵母菌生長(zhǎng)越好。由圖1可知，乙酸、丙酸、檸檬酸環(huán)境下，膠紅酵母菌生長(zhǎng)情況良好，OD600值最高分別達(dá)到 0.8、0.9和 1.1；甲酸環(huán)境下，膠紅酵母菌活性較差，OD600值最高達(dá)到0.2；腐殖酸環(huán)境下，膠紅酵母菌生長(zhǎng)緩慢，OD600值最高僅為0.4；甲醇環(huán)境下，膠紅酵母菌生長(zhǎng)完全受到抑制。對(duì)照組為不加膠紅酵母菌，OD600值基本不變化。

2.1.2 膠紅酵母菌培養(yǎng)液pH值和CODcr值的變化

由圖2和圖3可知，檸檬酸環(huán)境下pH值5 d內(nèi)由最初的3.55升高至7.35，前2天上升速率最快；CODcr值 5 d內(nèi)由最初的 975 mg?L-1降至 316 mg?L-1，膠紅酵母菌對(duì)檸檬酸的去除率達(dá)到了 67%左右。乙酸環(huán)境下pH值5 d內(nèi)由最初的4.53升高至7.14，前2 天上升速率最快；CODcr值5 d內(nèi)由最初的 883 mg?L-1下降至 252 mg?L-1，膠紅酵母菌對(duì)乙酸的去除率達(dá)到了 71%左右。丙酸環(huán)境下 pH值5 d內(nèi)由最初的4.64升高至7.14，前2天上升速率最快；CODcr值5 d內(nèi)由最初的1076 mg?L-1下降至269 mg?L-1，膠紅酵母菌對(duì)丙酸的去除率達(dá)到了75%左右。甲酸與甲醇環(huán)境下，pH值、CODcr值均無明顯變化。腐殖酸環(huán)境下pH值由最初的6.36升高至7.22，CODcr值由最初的275 mg?L-1下降至220 mg?L-1，CODcr值變化不大。

圖1 膠紅酵母菌的生長(zhǎng)曲線Fig. 1 Growth curve of Rhodotorula mucilaginosa

圖2 膠紅酵母菌培養(yǎng)液pH值變化Fig. 2 Variation of pH in the culture medium of Rhodotorula mucilaginosa

實(shí)驗(yàn)結(jié)果說明，膠紅酵母菌對(duì)檸檬酸、乙酸和丙酸這 3種小分子有機(jī)酸有良好的吸收和降解能力；而碳鏈較短的甲酸對(duì)膠紅酵母菌的生長(zhǎng)具有明顯的抑制作用；醇類有機(jī)物毒性較大，明顯抑制了膠紅酵母菌的生長(zhǎng)；膠紅酵母菌對(duì)腐殖酸有一定的吸收和降解效果，但效果不及檸檬酸、乙酸和丙酸。

2.2 小分子有機(jī)物對(duì)氧化硫硫桿菌和膠紅酵母菌共培養(yǎng)的影響

2.2.1 共培養(yǎng)體系OD600值的變化

通過復(fù)合菌體系（氧化硫硫桿菌和膠紅酵母菌）和單菌體系（氧化硫硫桿菌）的污泥生物淋濾比較實(shí)驗(yàn)，可以較好地了解膠紅酵母菌和氧化硫硫桿菌的協(xié)同共生關(guān)系。由圖4可知，復(fù)合菌在有機(jī)小分子有機(jī)物存在的環(huán)境下吸光值均呈先升高后下降的趨勢(shì)。在復(fù)合菌體系中，乙酸、丙酸、檸檬酸環(huán)境下復(fù)合菌在第2天進(jìn)入快速增長(zhǎng)期；草酸與腐殖酸環(huán)境下復(fù)合菌在第1天即進(jìn)入快速增長(zhǎng)期，吸光值達(dá)到 0.7，隨后逐漸降低。在單菌體系中，乙酸、丙酸環(huán)境下硫桿菌基本不生長(zhǎng)，而檸檬酸、草酸和腐殖酸環(huán)境下硫桿菌生長(zhǎng)緩慢。5種小分子有機(jī)物環(huán)境下的單菌體系中硫桿菌的生長(zhǎng)情況說明了乙酸與丙酸對(duì)硫桿菌的抑制作用較為明顯，檸檬酸、草酸和腐殖酸對(duì)硫桿菌的抑制作用較弱，這與魯順保等（2012）的研究結(jié)果一致。

圖3 膠紅酵母菌培養(yǎng)液CODcr值變化Fig. 3 Variation of CODcr in the culture medium of Rhodotorula mucilaginosa

圖4 共培養(yǎng)體系OD600值的變化Fig. 4 Variation of OD600 in the co-culture of Acidithiobacillus thiooxidans and Rhodotorula mucilaginosa

2.2.2 共培養(yǎng)體系pH和ORP的變化情況

由圖5可知，體系pH值的動(dòng)態(tài)變化可以反映硫桿菌的生長(zhǎng)活性情況，ORP值上升是生物淋濾反應(yīng)中硫桿菌大量繁殖的標(biāo)志（Lazaroff et al.，1982）。本文比較了乙酸、丙酸、檸檬酸、草酸、腐殖酸對(duì)復(fù)合菌體系和單菌體系中pH和ORP的影響。

乙酸環(huán)境下，復(fù)合菌體系pH值8 d內(nèi)從初始2.76～2.44；而單菌體系pH值變化不明顯。復(fù)合菌體系ORP為上升趨勢(shì)，8 d內(nèi)從最初227 mV升高至 245 mV，而單菌體系基本不變。丙酸環(huán)境下，復(fù)合菌體系pH值4 d內(nèi)由2.77迅速降至2.45，然后pH不再變化；而單菌體系pH值由2.70下降至2.62，單菌體系下降速率明顯小于復(fù)合菌培養(yǎng)體系。復(fù)合菌體系ORP值4 d內(nèi)從226 mV升高至244 mV，隨后ORP值一直維持不變；而單菌體系ORP值由232 mV緩慢升高至237 mV。檸檬酸環(huán)境下，復(fù)合菌體系pH值4 d內(nèi)由2.75降至2.13，而單菌體系pH值4 d內(nèi)由2.7降至2.16，前4 天復(fù)合菌體系pH值下降速率略大于單菌體系；后4 天復(fù)合菌體系pH值降至2，單菌體系pH降至1.47，此階段復(fù)合菌體系pH值下降速率小于單菌體系。兩組體系ORP值變化規(guī)律與pH值基本相同。草酸環(huán)境下，復(fù)合菌體系和單菌體系pH值和ORP變化規(guī)律基本相同。腐殖酸環(huán)境下，復(fù)合菌體系前2 天pH值下降速度大于單菌體系，隨后下降速率小于單菌體系，到第8天單菌體系pH下降到1.64，小于復(fù)合菌體系的1.91；而ORP前2天復(fù)合菌體系上升速率大于單菌體系，隨后小于單菌體系。

圖5 共培養(yǎng)體系pH和ORP的變化情況Fig. 5 Variation of pH and ORP in the co-culture of Acidithiobacillus thiooxidans and Rhodotorula mucilaginosa

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在乙酸和丙酸環(huán)境下，復(fù)合菌體系的氧化產(chǎn)酸效率均高于單菌體系，乙酸和丙酸在實(shí)驗(yàn)前期對(duì)氧化硫硫桿菌的氧化產(chǎn)酸能力有一定的抑制作用，也說明了復(fù)合菌體系中膠紅酵母菌在實(shí)驗(yàn)前期可以消除乙酸和丙酸對(duì)氧化硫硫桿菌的毒害作用，加快硫桿菌氧化及產(chǎn)酸能力，縮短生物淋濾周期。而檸檬酸、草酸和腐殖酸對(duì)氧化硫硫桿菌的氧化產(chǎn)酸能力抑制作用較小，在實(shí)驗(yàn)前期對(duì)氧化硫硫桿菌有一定的抑制作用，復(fù)合菌體系中的膠紅酵母菌可以吸收降解掉一部分檸檬酸、草酸和腐殖酸，一定程度上消除其對(duì)硫桿菌的毒害作用；但在后期對(duì)氧化硫硫桿菌沒有影響。

比較5種小分子對(duì)單菌與復(fù)合菌體系的影響，發(fā)現(xiàn)乙酸、丙酸對(duì)氧化硫硫桿菌的生長(zhǎng)抑制作用最為明顯，腐殖酸次之，檸檬酸與草酸抑制作用最小，有機(jī)物的分子量越小對(duì)氧化硫硫桿菌的影響越大，膠紅酵母菌消除有機(jī)物對(duì)氧化硫硫桿菌的抑制作用越明顯。因此，復(fù)合菌體系中檸檬酸與草酸環(huán)境下的硫桿菌氧化產(chǎn)酸能力強(qiáng)于乙酸、丙酸與腐殖酸體系，隨著體系pH值不斷降低，膠紅酵母菌的生長(zhǎng)活性受到影響，對(duì)小分子有機(jī)物的降解能力也受到限制，逐漸不及乙酸、丙酸與腐殖酸體系。

2.2.3 共培養(yǎng)體系的CODcr變化情況

化學(xué)需氧量可以直觀地反映培養(yǎng)基中小分子有機(jī)物含量的變化情況，間接反映膠紅酵母菌對(duì)小分子有機(jī)物的吸收、降解情況。由圖6可知，在實(shí)驗(yàn)前期，復(fù)合菌體系CODcr值均有明顯的下降，實(shí)驗(yàn)后期下降速率有所減緩；而對(duì)照組單菌體系CODcr值基本維持在某一水平波動(dòng)。乙酸環(huán)境下的復(fù)合菌體系CODcr值在前2 天有明顯的下降，由最初的1586 mg?L-1迅速下降至618 mg?L-1，2 d 后下降趨勢(shì)變緩，8 d下降至526 mg?L-1；丙酸環(huán)境下的復(fù)合菌體系CODcr值在前4 天有明顯的下降，由最初的1621 mg?L-1下降至519 mg?L-1，后4天基本維持在500 mg?L-1左右；檸檬酸環(huán)境下復(fù)合菌體系 CODcr值8 d 內(nèi)由初始的1643 mg?L-1下降至446 mg?L-1，前4天下降速率最快，后4 天基本不再變化；草酸環(huán)境下復(fù)合菌體系 CODcr值前4天由初始的1420 mg?L-1迅速下降至483 mg?L-1，后4天基本維持在400～500 mg?L-1之間；腐殖酸環(huán)境下復(fù)合菌體系CODcr值前4天由初始的1069 mg?L-1迅速下降至444 mg?L-1，后4天基本維持在400 mg?L-1左右。

圖6 共培養(yǎng)體系CODcr變化Fig. 6 Variation of CODcr in the co-culture of Acidithiobacillus thiooxidans and Rhodotorula mucilaginosa

在實(shí)驗(yàn)前期，復(fù)合菌體系CODcr值的下降說明膠紅酵母菌對(duì)這5種小分子有機(jī)物都具有良好的吸收、降解能力；而到了實(shí)驗(yàn)后期，隨著體系pH值的下降，膠紅酵母菌的活性受到了一定程度的抑制，膠紅酵母菌對(duì)小分子有機(jī)物的吸收、降解速率明顯變緩。

2.2.4 共培養(yǎng)體系SO42-變化

圖7 共培養(yǎng)體系變化Fig. 7 Variation of SO42- in the co-culture of Acidithiobacillus thiooxidans and Rhodotorula mucilaginosa

SO42-濃度變化可直觀地反映出氧化硫硫桿菌硫氧化速率。由圖7可知，乙酸環(huán)境下，復(fù)合菌體系質(zhì)量濃度由 84.30 mg?L-1上升到 103.47 mg?L-1；而單菌體系質(zhì)量濃度由 97.17 mg?L-1升高至107.25 mg?L-1，復(fù)合菌體系總的硫氧化率大于單菌體系。丙酸環(huán)境下，前2 天復(fù)合菌體系硫氧化率大于單菌體系，復(fù)合菌體質(zhì)量濃度2 d內(nèi)由最初的 90.40 mg?L-1升高至 93.55 mg?L-1，單菌體系質(zhì)量濃度一直維持在89 mg?L-1左右；后6 天復(fù)合菌體系硫氧化速率基本與單菌體系相同。檸檬酸和草酸環(huán)境下，前6 天兩個(gè)體系的硫氧化率基本一致，到第6天后，單菌體系質(zhì)量濃度升高較快，硫氧化率大于復(fù)合菌體系。腐殖酸環(huán)境下，前4 天復(fù)合菌硫氧化率大于單菌培養(yǎng)體系，復(fù)合菌體系-質(zhì)量濃度4 d內(nèi)由最初的82.07 mg?L-1上升到117.29 mg?L-1，單菌培養(yǎng)體系質(zhì)量濃度前4 天一直在102 mg?L-1左右波動(dòng)；后4 d復(fù)合菌體系質(zhì)量濃度升高至 127.44 mg?L-1，單菌體系質(zhì)量濃度升高至146.32 mg?L-1，復(fù)合菌體系硫氧化速率小于單菌體系。

在實(shí)驗(yàn)前期，復(fù)合菌體系中的膠紅酵母菌可以迅速地吸收、降解一部分小分子有機(jī)物，促進(jìn)硫桿菌的生長(zhǎng)，加快了硫桿菌氧化硫粉的速率，所以復(fù)合菌體系硫氧化速率大于單菌體系；在實(shí)驗(yàn)后期，當(dāng)酸性達(dá)到一定程度時(shí)，膠紅酵母菌逐漸衰亡，未被降解的有機(jī)小分子對(duì)硫桿菌生長(zhǎng)產(chǎn)生抑制作用，硫桿菌的氧化產(chǎn)酸速率減緩，復(fù)合菌體系與單菌體系變化差距逐漸縮小，部分單菌體系的硫氧化速率甚至高于復(fù)合菌體系。

3 結(jié)論

（1）乙酸、丙酸、檸檬酸、草酸和腐殖酸5種小分子有機(jī)物對(duì)氧化硫硫桿菌的生長(zhǎng)及氧化產(chǎn)酸能力均有一定的抑制作用，抑制作用大小順序?yàn)椋阂宜幔颈幔靖乘幔静菟幔緳幟仕幔珜?shí)驗(yàn)后期抑制作用都有所消減。

（2）在實(shí)驗(yàn)前期，膠紅酵母菌可利用小分子有機(jī)物很好地生長(zhǎng)，消除小分子有機(jī)物對(duì)自養(yǎng)型氧化硫硫桿菌的毒害作用，促進(jìn)硫桿菌的生長(zhǎng)及加快氧化產(chǎn)酸能力；在實(shí)驗(yàn)后期，當(dāng)環(huán)境pH達(dá)到臨界點(diǎn)時(shí)，耐酸性膠紅酵母菌會(huì)逐漸衰亡，剩余未降解掉的小分子有機(jī)物對(duì)硫桿菌仍有一定的抑制作用，復(fù)合菌體系與單菌培養(yǎng)體系變化差距逐漸縮小。

（3）由于草酸與檸檬酸對(duì)硫桿菌的抑制作用不如乙酸、丙酸和腐殖酸，草酸與檸檬酸環(huán)境下的復(fù)合菌體系中硫桿菌的硫氧化產(chǎn)酸效率要高于乙酸、丙酸和腐殖酸，但膠紅酵母菌對(duì)小分子有機(jī)物的降解效果不及乙酸、丙酸和腐殖酸。有機(jī)物的分子量越小，對(duì)氧化硫硫桿菌的影響越大，膠紅酵母菌消除有機(jī)物對(duì)氧化硫硫桿菌的抑制作用越明顯。

（4）氧化硫硫桿菌與膠紅酵母菌的協(xié)同作用在一定范圍內(nèi)能加快污泥的生物淋濾進(jìn)程，縮短淋濾時(shí)間。對(duì)于實(shí)驗(yàn)后期耐酸性膠紅酵母菌的衰亡，可以定期在生物淋濾系統(tǒng)中投加一定量的耐酸性膠紅酵母菌，以提高淋濾效率。

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Effects of Low-molecular Organics on the Co-culture of Acidithiobacillus thiooxidans and Rhodotorula mucilaginosa

YANG Qiyong1,3,4*, YANG Wenfeng2,3, ZHU Qiong3, ZHANG Qingfang2, LIU Yiqi3,TANG Mei3, TAN Chanjuan3
1. Poyang Lake Eco-economy Research Center, Jiujiang University, Jiujiang 332005, China;
2. College of Petrochemical Engineering, Lanzhou University of Technology, Lanzhou 730050, China
3. College of Chemistry and Environmental Engineering, Jiujiang University, Jiujiang 332005, China
4. Jiujiang Key Laboratory of Basin Management and Ecological Protection, Jiujiang University, Jiujiang 332005, China

Acidithiobacillus thiooxidans is the major microorganism in sludge bioleaching. The low-molecular organics in activated sludge which can be absorbed and degraded by Rhodotorula mucilaginosa have negative effects on the growth of Acidithiobacillus thiooxidans. In order to find the new methods to accelerate bioleaching processes and shorten bioleaching period, the effects of low-molecular organics on co-cultivation of Acidithiobacillus thiooxidans and Rhodotorula mucilaginosa were studied. In this research, the effects of this co-cultivation formula were studied through the comparative experiments of composite system of Acidithiobacillus thiooxidans and Rhodotorula mucilaginosa as well as single system of Acidithiobacillus thiooxidans which cultivated in different circumstances of acetic acid, propionic acid, citric acid, oxalic acid and humic acid, respectively. The result indicated that all the low-molecular organics listed above had negative effects on sulfur-oxidation of Acidithiobacillus thiooxidans.Furthermore, the effect intensities of different treatments were ranked as follows: acetic acid＞propionic acid＞humic acid＞oxalic acid＞citric acid. However, the effect was gradually reduced in the later stage of bioleaching. In earlier stage of treatment,sulfur-oxidation of Acidithiobacillus thiooxidans of composite system was greater than that of single system. whereas, in later stage of treatment, the gap between composite system and single system decreased gradually. And, sulfur-oxidation of Acidithiobacillus thiooxidans of single system was much better than that of composite system, separately. Thus, to a certain extent the co-cultivation of Acidithiobacillus thiooxidans and Rhodotorula mucilaginosa could effectively accelerate the bioleaching process, shorten leaching period, improve leaching efficiency and be highly prospective in sewage sludge bioleaching practices.

bioleaching; Acidithiobacillus thiooxidans; Rhodotorula mucilaginosa; low-molecular organics; co-culture

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.10.017

X172

A

1674-5906（2017）10-1768-08

楊期勇, 楊文鋒, 朱瓊, 張慶芳, 劉藝奇, 唐梅, 譚嬋娟. 2017. 小分子有機(jī)物對(duì)自養(yǎng)型氧化硫硫桿菌與異養(yǎng)型膠紅酵母菌共培養(yǎng)的影響[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào), 26(10): 1768-1775.

YANG Qiyong, YANG Wenfeng, ZHU Qiong, ZHANG Qingfang, LIU Yiqi, TANG Mei, TAN Chanjuan. 2017. Effects of low-molecular organics on the co-culture of Acidithiobacillus thiooxidans and Rhodotorula mucilaginosa [J]. Ecology and Environmental Sciences, 26(10): 1768-1775.

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（21367014）；江西省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（20151BAB203026）；江西省教育廳科技項(xiàng)目（GJJ14732）

楊期勇（1972年生），男，教授，博士，主要從事水污染控制及廢物資源化技術(shù)研究。E-mail: yqy46901@163.com

*通信作者

2017-08-24