氧化亚铁硫杆菌生物学特性及其污泥脱硫的研究

论文摘要

目前,我国污泥产生量巨大且高度集中,其中含有的还原态硫化物以及重金属不及时处理将造成严重的二次污染和资源浪费。本研究依据氧化亚铁硫杆菌能氧化亚铁及低价态硫化合物,将污泥环境中硫化物以可溶性硫酸盐形式溶出的基本原理（或称污泥脱毒）,在脱硫微生物的筛选、鉴定基础上研究其生物学特性,针对城市污泥在不同条件下开展了微生物脱硫实验。从煤矸石浸液中分离到能迅速氧化亚铁的细菌NF-01,该菌株具有能氧化亚铁,硫,硫代硫酸盐等不同底物的能力,对其进行16S rDNA序列鉴定,系统发育分析表明:该菌株与TK位于同一分支中,相似度为98.86%,与模式菌株ATCC23270（序列登记号AF465604）相似度为98.70%,而与同一个属的A.thiooxidans菌株CMTT-32不在一个进化分支中,可以确定分离菌株NF-01为嗜酸氧化亚铁硫杆菌（Acidithiobacillus ferrooxidans,简称A.f）。以溶液中Fe2+氧化表明氧化亚铁硫杆菌的生长规律,生物氧化特性实验表明:温度为28℃,pH值在2.5,接种量为10%,起始Fe2+浓度为9g/L时,延滞期相对较短,亚铁氧化速率达到0.4200 g/L·h-1,菌体活性较大。根据质粒抽提和琼脂糖凝胶电泳实验结果推测出氧化亚铁硫杆菌的遗传物质可能只是拟核染色体DNA,且对Fe2+,S的氧化能力只与拟核染色体DNA有关。为了使脱硫菌株能快速适应污泥环境,采用合适条件对菌株进行驯化。研究结果表明选择能减缓沉淀生成的M1培养基以及对其进行pH定向培育,不仅使驯化后菌株氧化亚铁的效率不低于出发菌株,保持了该菌株较高的氧化亚铁活性(Fe2+氧化速率最高为0.3376 g/L·h-1),而且在生长过程中沉淀出现的时间最迟,产生的沉淀量较少。本工作着重考察了在常用浸出条件下,不同接种量、不同初始pH以及不同污泥加入浓度等因素对污泥脱硫的影响,并研究浸出过程中铁离子浓度变化规律。联合接种两种菌株NF-01和NH-2,并以不同混合比例进行脱硫效率比较。污泥脱硫研究结果表明:随着接种量升高,细菌浸出作用越强,溶液中增加的硫酸根浓度越高,但在后期接种10%和25%的浸出硫的差异缩小,最后脱硫相当;初始pH为3.5左右,脱硫量达到6.4300 g/L;污泥浓度越小单位浸出率越高,但单位时间内污泥脱硫处理量却减小了,污泥浓度为5%时,进行污泥生物浸出条件较合适;在细菌脱硫过程中,溶液中铁离子的浓度形成有起有落的动态过程;两种细菌共同作用明显加速了污泥脱硫进程,以混合细菌NF-01:NH-2=2:3比例接种时脱硫效果最佳,可有效溶出污泥中硫酸根浓度8.0000 g/L,进一步加强了对硫杆菌脱硫规律和机制的了解,以及嗜酸氧化亚铁硫杆菌在污泥生物浸出中的重要作用。

论文目录

• 目录
• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略词表
• 1.前言
• 1.1 研究背景及必要性
• 1.2 文献综述
• 1.2.1 氧化亚铁硫杆菌细菌学描述
• 1.2.1.1 环境pH值的影响
• 1.2.1.2 环境温度
• 1.2.1.3 氧气和二氧化碳浓度
• 1.2.1.4 金属离子影响
• 1.2.1.5 底物和产物浓度的影响
• 1.2.2 生物脱硫概述
• 1.2.2.1 煤炭微生物脱硫技术
• 1.2.2.2 工业废气微生物脱硫
• 1.2.2.3 烟道气微生物脱硫
• 1.2.2.4 微生物脱硫技术的展望
• 1.2.3 硫杆菌脱硫机理的研究
• 1.2.3.1 硫杆菌亚铁和硫的氧化机制
• 1.2.3.2 金属硫化物生物氧化机制
• 1.2.3.3 硫杆菌分子遗传研究
• 1.2.4 污泥的微生物脱硫
• 1.2.4.1 脱硫基本原理
• 1.2.4.2 污泥脱硫生物处理法
• 1.2.4.3 国内外研究进展
• 2.研究思路和实验内容
• 2.1 研究思路
• 2.2 研究内容
• 3.氧化亚铁细菌的分离纯化及鉴定
• 3.1 材料和方法
• 3.2 结果和分析
• 3.2.1 氧化亚铁细菌的筛选结果
• 3.2.1.1 氧化亚铁细菌的分离纯化
• 3.2.1.2 菌株形态及生理生化结果
• 3.2.1.3 液体培养pH值变化情况
• 3.2.2 不同底物作用下生物氧化特性
• 3.2.3 16S rDNA序列的鉴定
• 3.2.3.1 菌株NF-01的16S rDNA序列分析
• 3.2.3.2 系统进化树的构建
• 3.3 讨论
• 4.NF-01生物氧化特性研究
• 4.1 研究思路
• 4.2 研究内容
• 4.3 材料与方法
• 4.4 结果和分析
• 4.4.1 生长曲线
• 2+的影响'>4.4.2 温度对细菌氧化Fe²⁺的影响
• 2+的影响'>4.4.3 初始pH对细菌氧化Fe²⁺的影响
• 2+的影响'>4.4.4 接种量对细菌氧化Fe²⁺的影响
• 2+初始浓度对T.f生长特性的影响'>4.4.5 Fe²⁺初始浓度对T.f生长特性的影响
• 4.4.6 质粒DNA抽提结果分析
• 4.5 讨论
• 5.菌株的驯化以及高效菌株的获得
• 5.1 材料与方法
• 5.2 结果和分析
• 5.2.1 培养基组成对pH和Eh影响
• 2+浓度及其Fe²⁺氧化速率影响'>5.2.2 培养基组成对Fe²⁺浓度及其Fe²⁺氧化速率影响
• 5.2.3 菌株pH驯化后影响结果
• 2+的影响'>5.2.3.1 接种次数对氧化亚铁硫杆菌氧化Fe²⁺的影响
• 2+的影响'>5.2.3.2 起始pH对驯化后菌株氧化Fe²⁺的影响
• 4的影响'>5.2.3.3 驯化后菌株对氧化FeSO₄的影响
• 5.3 讨论
• 6.氧化亚铁硫杆菌处理含硫污泥的研究
• 6.1 材料与方法
• 6.2 结果与分析
• 6.2.1 不同接种量对污泥脱硫效果影响
• 6.2.2 不同初始pH对污泥脱硫效果的影响
• 6.2.3 不同污泥浓度对脱硫效果影响
• 6.2.4 NF-01细菌浸出过程中铁离子浓度变化规律
• 6.2.5 两种硫杆菌联合脱硫特性的研究
• 6.3 讨论
• 7.结论
• 参考文献
• 致谢